荆楚理工学院
课程设计成果
学院:_____化工与药学院____________ 班 级: 12级过程装备与控制工程2班 学生姓名: 吴小天 学 号: 2012402024207 设计地点（单位）___荆楚理工学院___________ ____________ 设计题目:__________ 15m3乙醇储罐设计_____________________________ 完成日期： 2015 年 12 月25 日
指导教师评语: ______________ _________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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成绩(五级记分制):_____ _ __________ 教师签名:__________ _______________
目 录
一、设计任务书 二、总体结构设计 三、机械强度设计
筒体的强度计算 封头的强度计算 开孔补强验算 法兰的选型或设计 鞍座的设计 水压试验校核计算 四、设备装配图 五、参考文献 六、设计心得体会 七、附录
1． 荆楚理工学院课程设计任务书 设计题目： m3液氨储罐设计
学生姓名 课程名称 地 点 2012402024218 ~ 2011402024221,2014ZSB020241~2014ZSB020242 专业课程设计 化实A411 专业班级 起止时间 2012级过程装备与控制工程2班 — 一、设计任务 1、设备工艺、结构设计； 2、设备强度计算与校核； 3、技术条件编制； 4、绘制设备总装配图A1图纸1张； 5、编制设计说明书。 二、设计内容 1、储罐工艺参数计算，包括设计存储量、设计压力、设计温度等的确定。 2、储罐的结构设计。根据储罐的结构特点，确定筒体、封头、接管、开孔、支座及安全装置等材料的选择及结构设计，焊接接头设计。 设3、储罐的强度计算与校核，包括筒体、封头的厚度计算和开孔补强计算等内容。 计4、储罐的零部件的选配，包括支座，手、人孔，各种设备接口：接管与管法兰、补强圈、液内体进、出料管等。 容5、根据罐内介质的危险特点，对储罐在使用管理过程中应注意的安全问题提出对策措施。 及6、编制设计说明书，并绘制装配图A1一张。 设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关结构和材要料选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果；对所选用求 的公式图表应注明来历。 7、图纸要求 1) 按《机械制图》、《化工设备图样技术要求》标准绘图； 2) 要有足够的节点图，节点图要注明比例；要在图面正确的前提下，力求清洁，不要颠倒主次要求； 3) 标题栏与明细表、技术特性表、管口表应正确无遗漏，按照标准填写准确；零件编号要齐全； 8、注意事项: 1) 写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源; 2) 设计说明书要求字数不少于4000字，计算正确，论述清楚，文字精练，插图简明，书写整洁，格式正确。装订成册上交。 1）技术特性指标： 设计 参数 序号 项 目 1 名称 2 用途 3 设计压力 4 设计温度 5 公称容积（Vg） 6 工作压力波动情况 7 装量系数（Φ） 8 工作介质 9 使用地点 10 安装与地基要求 11 其他要求 2）接管口参数： 数 值 见附表 见附表 见附表 单 位 备 注 乙醇储罐 乙醇储存 MPa ℃ m3 可不考虑 乙醇 荆门市，室外 连接面形式 凸面 凸面 凸面 凸面 凸面 凸面 凸面 用途或名称 进料口 放空口 出料口 排污口 液位计口 自动液位计口 人孔 符号 A B C D LG1~2 LT1~2 M 公称尺寸 40 20 80 100 20 40 450 公称压力 第一天：根据课程设计任务书查阅相关资料。 第二天：根据设计任务和工艺要求，确定总体设计及计算。 进第三天：进行强度计算。 第四天：进行零部件设计和选用。 度 第五天：绘制草图。 要第六天：绘制绘制底图。 求 第七天：加粗、标注尺寸、编件号、管口号、填技术特性表、标题栏、明细表等。 第八、九天：整理计算说明书。 第十天：质疑，收说明书，收图。 参考资料 [1]郑津洋等. 过程设备设计. 北京.化学工业出版社.2010 [2]潘红良. 过程设备机械设计. 上海.华东理工大学出版社.2006 [3]贺匡国. 化工容器及设备简明设计手册. 北京：化学工业出版社，2002 [4]蔡纪宁. 化工设备机械基础课程设计指导书 北京：化学工业出版社，2000 [5]董大勤. 化工设备机械基础. 北京.化学工业出版社，2010 学号 姓 名 设计压力MPa 设计温度℃ 容 积m3 学号 姓 名 设计压力MPa 设计温度℃ 容 积m3 其它 05 陈良建 06 陈 佳 07 吴小天 50 50 50 50 70 15 08 09 10 赵仕奇 林志茂 刘 阳 50 50 50 60 80 40 说1、本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份，教研室审批后交学院院备案，一份由负责教师留用。 明 2、若填写内容较多可另纸附后。 3、一题多名学生共用的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。 教研室主任： 指导教师：张伟军
2014年 11 月 2日
2.总体结构设计
介质说明
化学名称：乙醇，别名：乙基醇、酒精
乙醇的分子式为C2H6O（为CH3CH2OH或C2H5OH），俗称，在、下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略带刺激性，沸点： °C。乙醇的用途很广，可用乙醇来制造、饮料、、、等。医疗上也常用为70%-75%的作等。
结构尺寸
筒体基本尺寸
筒体的公称直径Di有标准选择，而它的长度L可以根据容积要求来决定。 由公式:
?4DiL?30m3?1?5%? (1-1)
2一般
LL?3~6, 取?4
DD得Di?1711mm，圆整至：Di?1700mm
采用标准椭圆封头，查《EHA椭圆形封头内表面积及容积表》?1?得：深度H?450mm，内表面积
3A?3.2662 m2，容积V封?0.6999m
由:
Vg?V筒?2V封?得L??4Di2L?2V封?15m3 (1-2)
Vg?2V封?Di24?5992mm，圆整至:L?6000mm
计算容积:
V计?V筒?2V封?误差
?4Di2L?2V封??4?1.72?6?2?0.6999?15.019m3
V计?VgVg?100%?0.12%
3工作容积V工??V计?0.9?15.019?13.517m 所以，筒体的公称直径Di?1700mm,长度L?6000mm
筒体的结构及选材
球形容器虽然省材，压能力强，但制造、安装都较困难，焊缝长，工作量大；矩形容器多用于小体积， 承压能力较小；立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱。而圆筒形容器， 安装内件方便，制造容易， 而且承压能力较好。因此综合各方面因素考虑，乙醇储罐选用卧式圆筒形。
由于液氯具有腐蚀性，罐体又为低压容器、常温容器，可考虑Q235R 、Q345R 这两种钢种。从技术角度看， 选用Q235R类的低碳钢板更好，而Q345R钢板制造费经济，综合力学性好，工艺、焊接性能及低温冲击韧性好，为常用的低合金钢。因此这里选用Q345R钢板。
封头的结构及选材
对于封头的选择，球形封头是最理想的结构形式，但缺点突出深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大；而碟形封头受力状态不佳，平板封头厚度大，耗材多且笨重。
椭圆形封头吸取了球形封头受力好和蝶形封头深度浅的优点，其封头壁厚近似等于筒体壁厚,这样筒体和封头就可采用同样厚度的钢板来制造。这不仅可以给选材带来方便,也便于筒体和封头的焊接。
封头的材料选用和筒体一样的Q345R钢板。 选取的椭圆形封头为：
表2-1 椭圆形封头参数
公称直径Di/mm 1700
总深度H/mm 450 内表面积A/m2 容积V封/m3
3.设计计算
筒体壁厚的计算
正常工作：P乙醇=ρ乙醇gh=?3??水压试验：P水=ρ水gh=?3?? 因为P水> P乙醇，所以
用P水进行比较
又因为P水<5%??3Kpa=80Kpa,所以卧式容器液柱静压力的影响可不予考虑，故计算压力
Pc?P?1.60MPa。
查 《压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢》
?2?许用应力???t列于下表：
表3-1 Q345R许用应力
在下列温度（℃）下的许用应力/ Mpa
钢号
板厚/㎜
≤20
100 150 200 250 300 3～16 189 189 189 183 167 153 16～36
185 185 183 170 157 143 Q345R
36～60 181
181
173
160
147
133
>60～100
181 181 167 150 137 123
假设厚度范围在6～16 mm，则Q345R在50℃下其许用应力???t＝189MPa
容器筒体采用双面对接焊缝，100%无损探伤,所以焊接接头系数为?=。 筒体计算厚度公式
??p?cDi2??t?-p?1.6?1700?7.23mm c2?189?1-1.67.23mm在6～16mm之间，故假设是成立的。
式中 Pc――容器计算压力，MPa；
Di――圆筒内直径，mm；
???t――容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa；
?――圆筒的焊接接头系数
考虑介质腐蚀，计算厚度?的基础上，增加腐蚀裕度C2。乙醇属轻度腐蚀，取C2= 所以筒体的设计厚度为
?d?p?cDi2??t?-p?C2=+1= c2-1） （ 因压力容器常用钢板的负偏差均为，即 取C1=。所以， ?n??d?C1?9.43mm
将壁厚圆整到钢板规格系列，圆整后取名义厚度10mm，因此罐体可以采用 10 mm的Q345R制作。
封头壁厚的计算
??ktpc Di，因封头为标准椭圆形封头，取k=1
2????-0.5pcpc Di1.6?1700?C??1?7.21 故封头的设计厚度为：?d?2t2?189?1-0.5?1.62????-0.5pc?n??d?C1?8.21mm
将壁厚圆整到钢板规格系列，圆整后取名义厚度10mm，因此封头可以采用 10 mm的Q345R制作。
压力试验
采用水压试验，液压试验时水温不低于5℃，外壳应保持干燥。设备充满水后，待壁温大致相等时，缓慢升压到规定试验压力，稳压30min，然后将压力降低到设计压力，保持30min以检查有无损坏，有无宏观变形，有无泄漏及微量渗透。水压试验后及时排水，用压缩空气及其它惰性气体，将容器内表面吹干。
确定水压试验的压力试验值
根据GB150标准的规定，液压试验时
PT?1.25P其中PT——试验压力，MPa； P——设计压力，MPa；
[?][?]t （2-5）
???、???——分别为液压试验温度和设计温度下壳壁材料的许用应力，MPa。
t所以 PT?1.25?1.6?189/189?2MPa
计算水压试验时器壁应力值
试验时筒体的应力为：
?T?PT(Di??e) (2-6)
2?e有效厚度?e??n?C1?C2?10?0.3?1?8.7mm， 所以?T?PT(Di??e)2?(1700?8.7)??196.40MPa
2?e2?8.7强度校核
在GB 150《钢制压力容器》?3?中，Q345R的许用应力见表2-3。
表3-2压力容器用16MnR钢板的许用应力
常温强度指
厚度
钢号
钢板标准
使用状态
mm
σb MPa
3～16
Q345R
GB713
热轧，正火
＞16～36 ＞36～60
查表
2-1
可知
10mm
的
Q345
钢板的常温强度指标?s?345MPa。所以
510 500 490
σs
≤20
MPa 345 325 315
189 185 181
189 185 181
189 183 173
100
150
标
在下列温度(℃)下的需用
应力/MPa
0.9Rel?0..9?345?1?310.5MPa，则?T?0.9Rel，筒体应力小于水压试验校核应力，所以水压试
验满足试验要求。
4.支座设计
支座的选取
卧式容器支座有圈座、支承式支座和鞍式支座三种。支承式支座结构简单，但其反力给壳体造成很大的局部应力，故只适应于小型设备；圈座不尽对圆筒壳具有加强作用，且当支座多于两个时较鞍座受力好，真空容器或壁厚的容器可以采用圈座；对于换热器、卧式容器等，则大多采用鞍式支座，鞍座的结构和尺寸，除特殊情况需另外设计外，一般可根据设备的公称直径和重量选用标准鞍座。我国标准为JB/T —2007《容器支座 第一部分：鞍式支座》?5?。
鞍式支座分为轻型(A)和重型(B)，每种形式又分为固定式（F）和滑动式（S），直径1000 mm以上的，轻型鞍座就即可，为保证容器的热胀冷缩的位移要求，F型和S型应总是配对使用。所以本设计选择轻型鞍座，固定式和滑动式各一个。
鞍座的计算
为确定鞍座的型号，需粗略计算鞍座的负荷。贮罐总质量：
m?m1?2m2?m3?m4
筒体质量
根据Di?1700mm,?n?10mm的筒节，
m1??DiL?n???3.14?1.7?6.0?10?10-3?7.85?103?2514.2kg
封头质量
根据Di?1700mm,?n?10mm，查标准JB/T25198-2010《压力容器封头》表C-2EHA椭圆形封头质量，可知，m2 充液质量
因为?水??乙醇，所以充液质量为水质量
?251.6kg
m3??V? （3-2）
-3于是m3??V??0.9?1.0?10?15?13500kg
附件质量
人孔质量约300kg，其他接口管总重约100kg,则m4=400kg 设备总质量：
m?m1?m2?m3?m4?2514.2?2?251.6?13500?400?16917.4kg
每个鞍座的负荷
Q?mg16917.4?9.8=?82895.26N?83KN 22由此查容器支座，选取轻型鞍式支座，焊制为A,包角为120，有垫板的鞍座。查表6得鞍座结构尺寸如下表3-1：
表4-1：鞍式支座结构尺寸
公称直径 Di 1700 腹板 ?2 b b 8 垫板 b 390 允许载荷 Q/kN 275 250 筋板 275 170 240 8 ?4 e 8 70 1040 24/40 鞍座高度 底板 h b1200 200 螺栓间距 螺孔/孔长 D/l ?3 垫板 弧长 ? 12 1990 鞍座质量 Kg 122 安装位置
一般A的尺寸不会超过，最好使A ? Rm（Rm为筒体平均半径） 根据标准椭圆封头
DDi?2，得h?H?i?450-1700/4?25mm
42?H-h?所以A?0.2L?0.2(L?2h)?1210mm
170010??855222
A?0.5Rm?0.5?855?427.5mm 取A?420mm
两支座中心线间距L’=L-2A=6000-2 ?420=5160 鞍座标记为：JB/T4712.1?2007鞍座A1700?F A?0.5Rm,Rm?Ri???nJB/T4712.1?2007鞍座A1700?S
鞍座应力校核（详见附录-1 SW6计算说明书鞍座处圆通应力分析）
鞍座垫板宽度W?b?1.56Ra?n ； 鞍座垫板包角???12? 横截面最低点处的周向应力：???5??kK5Fe??re?b2? MPa
鞍座边角处的周向应力：
L/Rm<8时,
?6??4??e??re?b2F?L????2e12K6FRm2re?? MPa
鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力：
L/Rm<8时,
12K6FRm MPa F????6??4?eb2L?e2'应力校核：
|?5| < [? ]t = 189 MPa |?6 | < [? ]t = MPa |?’6 | < [? ]t = MPa
合格 合格 合格
5 人孔的设计
人孔的选取
本次设计根据储罐是在常温及设计压力为的条件下工作，人孔标准按公称压力为的等级选取，根据人孔设计标准HG/T21518?2005《钢制人孔和手孔》，选取PN?2.5MPa，公称直径DN?450mm，MFM型密封面，Ⅲ型材料，回转盖带颈对焊法兰人孔。
标记为：人孔 MFMIIIs-35CM?W.B?0222? B 450?2.5 HG/T21518??2005
其中垫片材料：金属带材料为0Cr18Ni9、非金属带材料为柔性石墨带、内环材料为0Cr18Ni9 标记为:HG/T20610缠绕垫 B 450?2.5 0222
表5-1：人孔结构尺寸
密封面型式 公称压力PN 公称直径DN dw?S d D D1 H1 H2 b MFM b1 b2 450 A 480?12 B 456 L 670 d0 600 250 螺柱 螺母 126 螺柱 42 总质量 数量 41 46 375 175 250 24 20 40 直径?长度 M33?2?170 245
人孔位置的确定：去人孔中心线距筒体左端顶部距离L=4000mm
人孔补强的计算
表5-2允许不另行补强的最大开孔直径 mm
接管公称外径 最小壁厚
补强设计方法判别
25 32 38 45 48 57 65 76 89 开孔直径
d?Di1700??850mm22
满足等面积补强的条件，所以采用等面积法进行补强计算。
开孔所需补强面积（A）
所以开孔所需补强面积为:(人孔与筒体材料相同取fr=1)
A?d??2??et(1?fr) ?458?7.23?3311mm2 补强范围
（1）有效宽带（B）
?B?2d?2?458?916mm?max?取二者中的较大值，故B?916mm
?B?d?2?n?2?nt?458?2?10?2?12?502mm?（2）外侧有效补强高度（h1）
?d?nt?458?12?74.135mm? 取二者中的较小值，故h1?74.135mm h1?min??接管实际外伸高度： 250?126?376mm?（3）内侧有效补强高度（h2）
?d?nt?458?12?74.135mm? 所以h2?0mm h2?min??接管实际内伸高度?0mm? 有效补强范围内的补强面积（Ae） （1）封头多余金属面积?A1?
A1??B?d???e-??-2?et??e-???1-fr???916-458??8.7-7.21??679mm2（2）接管多余金属面积?A2? 接管计算厚度?t?
2????-pctpc Di?1.6?458?1.95mm
2?189?1-1.6A2?2h1??et-?t?fr?2h2??et-C2t?fr?2?74.135??10.7-1.95??0?1298mm2（3）接管区焊缝金属面积?A3?（焊角取）
因此，A31??2?62?36mm2 2根据有效补强面积公式:
Ae?A1?A2?A3?679?1298?36?2014mm2
孔补强圈的选取
根据接管公称直径dN?450mm，参照补强圈标准JB/T 4736—2002取补强圈外径D2?760mm，因
B?916mm?D2，所以补强圈在有效补强范围内。
由于Ae?A，故需要另加补强，其补强面积为：
A4?A-Ae?3311-2014?1297mm2
补强圈技术厚度为：
?n?A41297??4.3mm
D2-D1760-465考虑腐蚀裕量和钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为6mm即可。但为了便于备料，也可取10mm与筒体等厚度，材料与壳体一样即：dN480?12?D?16MnR JB/T 4736-2002
6 接口管的设计
各接管位置的确定
两相邻开孔中心的间距应不小于两孔枝晶质和的两倍，即L≥2（DN+DM） 上部：从罐体左侧至右侧依次为进料口、人孔、方空口 进料管中心线与人孔中心线间的距离：
取L1=1500mm，L1≥2（40+450）,符合要求； 放空管中心线与人孔中心线间的距离:
取L2=1000mm，L2≥2（20+450）,符合要求； 下部：从罐体左侧至罐体右侧依次为排污管及出料管 排污管中心线与进料管心线间的距离：
取L3=500mm，L3≥2（40+100）,符合要求； 出料管中心线与放空管中心线间的距离：
取L4=500mm，L4≥2（480+20）,符合要求；
乙醇进口管及法兰的设计
进料管公称直径DN=40，外径为45mm（B系列），选用GB8163型号的钢管，材料为20号钢，其
数据如下表：
表6-1 乙醇进口管尺寸
公称通径（mm） 40 外径（mm） 45 壁厚（mm） 4 外伸端长度（mm） 150 根据HG/T20592-20635法兰选用带颈对焊法兰（WN）连接面形式M，公称压力PN=16的法兰如表6-2
表6-2 进料管法兰尺寸 公称钢管法兰螺栓孔中螺栓螺栓螺法兰法兰法兰理论直径 外径 外径 心圆直径 孔直孔数纹 厚度 高度 重量 径 量 40 45 150 110 18 4 M16 18 45 因为管的公称直径较小，所以不必补强。
法兰颈N 64 法兰颈厚度 法兰颈R 6 乙醇出料口管及法兰的设计
出口管公称直径DN=80，外径为89mm（B系列），选用GB8163型号的钢管，材料为20号钢，其数据如下表：
表6-3 乙醇出料管尺寸
公称通径（mm） 80 外径（mm） 89 壁厚（mm） 4 外伸端长度（mm） 150 根据HG/T20592-20635法兰选用带颈对焊法兰（WN）连接面形式M，公称压力PN=16的法兰如表6-4
表6-4出料管法兰尺寸
公称钢管法兰螺栓孔中螺栓螺栓螺法兰法兰法兰理论直径 外径 外径 心圆直径 孔直孔数纹 厚度 高度 重量 径 量 80 89 200 160 18 8 M16 24 58
出料管补强参照人孔补强设计由SW6得（详见附录-2出料管补强计算说明书）
法兰颈N 105 法兰颈厚度 法兰颈R 8 A=614mm2，A1=122 mm2, A2=60 mm2， A3=10 mm2
Ae= A1+ A2+ A3=192 mm2 需补强面积A4=A- Ae=422 mm2，参照补强圈标准JB/T 4736—2002取补强圈外径D=180mm,取厚度10mm 放空口及法兰的设计 放空口公称直径DN=20，外径为25mm（B系列），选用GB8163型号的钢管，材料为20号钢，其 数据如下表： 表6-5 乙醇进口管尺寸 公称通径（mm） 20 外径（mm） 25 壁厚（mm） 外伸端长度（mm） 150 根据HG/T20592-20635法兰选用带颈对焊法兰（WN）连接面形式M，公称压力PN=16的法兰如表6-5 表6-5进料管法兰尺寸 公称钢管法兰螺栓孔中螺栓螺栓螺法兰法兰法兰理论直径 外径 外径 心圆直径 孔直孔数纹 厚度 高度 重量 径 量 20 25 105 75 14 4 M12 18 40 因为管的公称直径较小，所以不必补强。 法兰颈N 40 法兰颈厚度 法兰颈R 4 排污口及法兰的设计 出口管公称直径DN=100，外径为108mm（B系列），选用GB8163型号的钢管，材料为20号钢，其数据如下表： 表6-6 乙醇出料管尺寸 公称通径（mm） 100 外径（mm） 108 壁厚（mm） 4 外伸端长度（mm） 200 根据HG/T20592-20635法兰选用带颈对焊法兰（WN）连接面形式M，公称压力PN=16的法兰如表6-7 表6-7出料管法兰尺寸 公称钢管法兰螺栓孔中螺栓螺栓螺法兰法兰法兰理论直径 外径 外径 心圆直径 孔直孔数纹 厚度 高度 重量 径 量 100 108 235 190 22 8 M20 24 65 出料管补强参照人孔补强设计由SW6得（详见附录-3排污口管补强计算说明书） 法兰颈N 134 法兰颈厚度 法兰颈R 8 A=753mm2，A1=151mm2, A2=60 mm2， A3=10 mm2 Ae= A1+ A2+ A3=221 mm2 需补强面积A4=A- Ae=532 mm2，参照补强圈标准JB/T 4736—2002取补强圈外径D=210mm,取厚度 10mm表5-14 凹凸面法兰用MFM型垫片尺寸表 符号 A1 A2 A5 A6 A7 A8 A3 管口名称 液氯进口 安全阀口 空气进口 空气出口 压力表口 液位计口 液氯出口 垫片厚度 公称直径 50 50 50 50 25 20 50 内径D1 61 61 61 61 34 27 61 外径D2 87 87 87 87 57 50 87 液面计接管及法兰设计 由于磁性浮子液位计无盲区，功能齐全，且密封性好，测量显示部分不与介质直接接触，防泄漏和适用于高压、高温、耐腐蚀的场合，显示清晰、测量范围大，安装简单，可靠性高，所以选用磁性浮子液位计。液位计法兰的选用必须用带颈对焊法兰。 液位计必须安装在最高液面以上 图6-1最高液面分析 22 ???????Ri?2由试差法?Ri??Ri.Sin?.?Ri.Cos?-?0.9?Ri 2??2?360?得??90o ?计算可得最高液面距离筒体中心线 h?Ri.Cos?1700/2?cos45??601mm 2液位计选用的等级压力为，按其规格安装在距离筒体中心线约650mm处. 查表得： 表6-8液位计尺寸 公称通径（mm） 20 外径（mm） 25 壁厚（mm） 外伸端长度（mm） 150 根据HG/T20592-20635法兰选用带颈对焊法兰（WN）连接面形式M，公称压力PN=16的法兰如表6-9 表6-9液位计管法兰尺寸 公称钢管法兰螺栓孔中螺栓螺栓螺法兰法兰法兰理论直径 外径 外径 心圆直径 孔直孔数纹 厚度 高度 重量 径 量 20 25 105 75 14 4 M12 18 40 因为管的公称直径较小，所以不必补强。 根据HG/T2742-1995查得安装中心矩L取800mm. 表6-10自动液位计管尺寸 公称通径（mm） 40 外径（mm） 45 壁厚（mm） 4 外伸端长度（mm） 150 法兰颈N 40 法兰颈厚度 法兰颈R 4 根据HG/T20592-20635法兰选用带颈对焊法兰（WN）连接面形式M，公称压力PN=16的法兰如表6-11 表6-11 自动液位计管管法兰尺寸 公称钢管法兰螺栓孔中螺栓螺栓螺法兰法兰法兰理论直径 外径 外径 心圆直径 孔直孔数纹 厚度 高度 重量 径 量 40 45 150 110 18 4 M16 18 45 法兰颈N 64 法兰颈厚度 法兰颈R 6 因为管的公称直径较小，所以不必补强。 根据HG/T2742-1995查得安装中心矩L取500mm。 法兰垫片的选择 由于等级压力，故选用四氟板垫片，其耐腐蚀，耐高温，密封性好，耐磨。根据HG/T 20606-2009非金属平垫片得： 表6-12凹凸面法兰用MFM型垫片尺寸表 符号 A B C D LG1~2 LT1~2 管口名称 乙醇进口 放空口 乙醇出口 排污口 液位计口 自动液位计口 M 人孔 450 523 497 垫片厚度 公称直径 40 20 80 100 20 40 内径D1 61 36 106 129 36 61 外径D2 75 50 120 149 50 75 7 焊接接头的设计 筒体与封头的焊接接头 封头与圆筒连接的环向接头采用A类焊缝。纵、环焊缝必须采用对接接头，坡口形式选X型。 焊接方法：采用自动埋弧焊，生产效率高，焊接速度快，生产效率比手工电弧焊提高5-10倍；焊接质量高而且稳定；节省材料和电能消耗；改善劳动条件，降低劳动强度。选用自动环缝焊接机，接焊接设备结构合理，操作简便，自动化程度高，采用变频器无级调速装置进行调速，调速范围宽，精度高，还可用于切割，打磨、装配、检测、喷漆等工序，是储气罐焊接的首选设备. 其中X型坡口焊接方式如下图（c） 下： 接管与筒体的焊接接头 所设的接管都为不带补强圈的插入式接管，接管插入壳体，接管与壳体间的焊接分全焊透和部分焊头两种，，因为壳体厚度在4～25mm、接管厚度大于等于倍壳体厚度，液氯属于高毒性介质，所以选择全焊透工艺，坡口为50o?5o，如图： 图7-1 全焊透焊接 人孔与筒体的焊接接头 对于人孔、补强圈和和筒体的接头选用D类接头形式，如图 图7-2 D类接头 焊缝的检验 对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。因此，工件焊完后应根据产品技术要求对焊缝进行相应的检验，凡不符合技术要求所允许的缺陷，需及时进行返修。焊缝主要是检验焊缝的外观成型质量,检验内容一般为焊脚高度,咬边,焊接变形,焊瘤,弧坑,焊缝直度等 当然还有焊缝的内在质量,如夹渣,气孔,未焊透,裂纹,未熔合等。 外观质量检查 外观检查一般以肉眼观察为主，有时用5-20倍的放大镜进行观察，主要检测焊接接头的形状和尺寸，检测过程中可使用标准样板和量规。 目视检测工作容易、直观、方便、效率高。因此，应对焊接结构的所有可见焊缝进行目视检测。对于结构庞大，焊缝种类或形式较多的焊接结构，逐次检查。检测的项目： （1）焊后清理质量 所有焊缝及其边缘，应无焊渣、飞溅及阻碍外观检查附着物。 （2）焊接缺陷检验 在整条焊缝和热影响区附近应无裂纹、夹渣、焊瘤、烧穿等缺陷，气孔、咬边应符合有关标准规定。 （3）几何形状检查 重点检查焊缝与母材连接处及焊缝形状和尺寸急剧变化部位。 （4）焊接的伤痕补焊 重点检查装配拉筋板拆除的部位，勾钉吊卡焊接的部位、母材引弧部位、母材机械划伤部位等。 表7-1对接焊缝外观质量检验项目和要求 质量等级 1 表面1 气孔 2 3 1 飞溅（焊2 滴附着） 在焊缝金属和热影响区内的裂纹 2 3 1 3 裂纹 2 3 1 4 弧坑缩孔 不允许 1）≤t≤3之间，弧坑深度h≤δ； 2） t≥3，弧坑深度h≤≤2。 不允许 不允许 可视面不允许有飞溅，非可视面在100×50范围内，?1以上的飞溅数量不超过一个。 不允许 可视面不允许，非可视面允许单个小的气孔，气孔直径≤≤。 焊缝类型 A B C D 序项目 号 说明、图示 2 不允许 8 设计小结 两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程.”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础. 通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高。通过这次课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次化工容器设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了化工容器设计等课程所学的内容，掌握化工容器设计的方法和步骤，掌握化工容器设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定设计步骤，了解了化工容器的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。 在这次设计过程中，体现出自己单独设计化工容器的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。 9 附录 附录一 SW6计算说明书 钢制卧式容器 计算单位 计 算 条 件 设计压力 p 设计温度 t 50 筒体材料名称 Q345R 封头材料名称 Q345R 封头型式 椭圆形 筒体内直径 Di 1700 筒体长度 L 6000 筒体名义厚度 ?n 支座垫板名义厚度 ?rn 筒体厚度附加量 C 腐蚀裕量 C1 筒体焊接接头系数 ? 封头名义厚度 ?hn 封头厚度附加量 Ch 鞍座材料名称 鞍座宽度 b 鞍座包角 θ 支座形心至封头切线距离 A 鞍座高度 H 地震烈度 中航一集团航空动力控制系统研究所 简 图 MPa ℃ mm mm 10 8 1 1 10 Q235-B 200 120 445 250 低于七 mm mm mm mm mm mm mm ° mm mm 度 内压圆筒校核 计算所依据的标准 计算条件 计算压力 Pc 设计温度 t 内径 Di 材料 Q345R ( 板材 ) 试验温度许用应力 ??? 设计温度许用应力 ???t 试验温度下屈服点 ?s 钢板负偏差 C1 腐蚀裕量 C2 焊接接头系数 ? PcDi计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所 GB 筒体简图 MPa ? C mm MPa MPa MPa mm mm 厚度及重量计算 计算厚度 有效厚度 名义厚度 重量 压力试验类型 试验压力值 压力试验允许通过 的应力水平 ???T 试验压力下 圆筒的应力 校核条件 校核结果 ? = 2[?]t??P = c ?e =?n - C1- C2= ?n = 压力试验时应力校核 液压试验 PT = [?][?]tmm mm mm Kg = (或由用户输入) MPa MPa ???T? ?s = ?T = pT.(Di??e) = MPa 2?e.? ?T? ???T 合格 压力及应力计算 2?e[?]t?(Di??e)最大允许工作压力 设计温度下计算应力 ???t? 校核条件 结论 [Pw]= t= MPa MPa MPa Pc(Di??e) ? = = 2?e ???t? ≥?t 合格 左封头计算 计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所 计算所依据的标准 GB 计算条件 椭圆封头简图 计算压力 Pc MPa 设计温度 t ? C 内径 Di mm 曲面深度 hi mm 材料 Q345R (板材) 设计温度许用应力 ???t MPa 试验温度许用应力 ??? MPa 钢板负偏差 C1 mm 腐蚀裕量 C2 mm 焊接接头系数 ? 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验 PT = [?]t= (或由用户输入) 试验压力值 MPa [?]压力试验允许通过的应力???t 试验压力下封头的应力 校核条件 校核结果 ???T? ?s = ?T = pT.(KDi?0.5?e)= 2?e.?MPa MPa ?T? ???T 合格 厚度及重量计算 2???? K = 1?2??Di?? = 6??2h????i??形状系数 计算厚度 有效厚度 最小厚度 名义厚度 结论 重量 ?h = 2[?]t??0.5P = c ?eh =?nh - C1- C2= ?min = ?nh = 满足最小厚度要求 压 力 计 算 2[?]t??e [Pw]= KDi?0.5?e= KPcDimm mm mm mm Kg 最大允许工作压力 结论 MPa 合格 右封头计算 计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所 计算所依据的标准 GB 计算条件 椭圆封头简图 计算压力 Pc MPa 设计温度 t ? C 内径 Di mm 曲面深度 hi mm 材料 Q345R (板材) 设计温度许用应力 ???t MPa 试验温度许用应力 ??? MPa 钢板负偏差 C1 mm 腐蚀裕量 C2 mm 焊接接头系数 ? 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验 PT = [?]t= (或由用户输入) 试验压力值 MPa [?]压力试验允许通过的应力???t 试验压力下封头的应力 校核条件 校核结果 ???T? ?s = ?T = pT.(KDi?0.5?e)= 2?e.?MPa MPa ?T? ???T 合格 厚度及重量计算 2???? K = 1?2??Di?? = 6??2h????i??形状系数 计算厚度 有效厚度 最小厚度 名义厚度 结论 重量 ?h = 2[?]t??0.5P = c ?eh =?nh - C1- C2= ?min = ?nh = 满足最小厚度要求 压 力 计 算 2[?]t??e [Pw]= KDi?0.5?e= KPcDimm mm mm mm Kg 最大允许工作压力 结论 MPa 合格 卧式容器（双鞍座） 计算单位 计 算 条 件 计算压力 pC 设计温度 t 50 圆筒材料 Q345R 鞍座材料 Q235-B 圆筒材料常温许用应力 [?] 189 圆筒材料设计温度下许用应力[?]t 189 圆筒材料常温屈服点 ?? 鞍座材料许用应力 [?]sa 工作时物料密度 ?O 液压试验介质密度 ? T 圆筒内直径Di 圆筒名义厚度 ?n 圆筒厚度附加量 C 圆筒焊接接头系数 ? 封头名义厚度 ?hn 封头厚度附加量 Ch 两封头切线间距离 L 鞍座垫板名义厚度 ?rn 鞍座垫板有效厚度 ?re 鞍座轴向宽度 b 鞍座包角 θ 鞍座底板中心至封头切线距离 A 封头曲面高度 hi 试验压力 pT 鞍座高度 H 腹板与筋板组合截面Asa 积 腹板与筋板组合截面断面系数Zr 地震烈度 圆筒平均半径 Ra 物料充装系数 ?o 一个鞍座上地脚螺栓个数 地脚螺栓公称直径 地脚螺栓根径 鞍座轴线两侧的螺栓间距 地脚螺栓材料 345 中航一集团航空动力控制系统研究所 简 图 MPa ℃ MPa MPa MPa 147 1000 1700 10 1 10 6050 8 8 200 120 445 425 2 250 0 0 <7 855 2 0 0 0 MPa kg/m3 kg/m3 mm mm mm mm mm mm mm mm mm ° mm mm MPa mm mm2 mm3 mm mm mm mm
15m乙醇储罐设计
