完整的压力容器设计(储罐液氨) 修改版

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项目实习报告

环戊二烯二聚罐机械设计

学院 机电工程学院 专业过程装备与控制工程班级 装控11-5 学生 陈明东 曾利贤 指导教师 刘雁 陈小玲 设计时间 2014 年 6月 15 日至 2014 年 7 月10 日

设计任务书

设计题目： 环戊二烯二聚罐机械设计

设计任务：设计一环戊二烯二聚罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设 计。

包括筒体、封头、零部件的材料的选择及结构的设计；罐的制造施工及焊接形式等；设计计算及相关校核；各设计的参考标准；附CAD图。

已知工艺参数如下：

工作温度：T=79/60℃；

公称直径：DN=2000㎜；

筒体长度（不含封头）：Lo=4500㎜。

任务下达时间：2014年6月16日

完成截止时间：2014年7月10日

目录 设计任务书 ............................................................... I

1 前言 .................................................................. 2

2 设计选材及结构 ........................................................ 3

2.1 工艺参数的设定 ....................................................................................................... 3

2.1.1 设计压力和设计温度 ................................................................................... 3

2.1.2 筒体的选材及结构........................................................................................ 3

2.1.3 封头的结构及选材........................................................................................ 3

3 设计计算 .............................................................. 5

3.1 筒体壁厚计算 ........................................................................................................... 5

3.2 封头壁厚计算 ........................................................................................................... 5

3.3 压力试验 ................................................................................................................... 6

4 附件选择 .............................................................. 7

4.1 人孔选择 ................................................................................................................... 7

4.2 进出料接管的选择 ................................................................................................... 8

4.3 液面计的设计 ........................................................................................................... 9

4.4 安全阀的选择 ........................................................................................................... 9

4.5 鞍座的选择 ............................................................................................................. 10

4.5.1 鞍座结构和材料的选取 ............................................. 错误！未定义书签。

4.5.2 容器载荷计算 .............................................................................................. 10

4.5.3 鞍座选取标准 .............................................................................................. 11

4.5.4 鞍座强度校核 .............................................................................................. 11

5 容器焊缝标准 ......................................................... 13

5.1 压力容器焊接结构设计要求 ................................................................................. 13

5.2 筒体与椭圆封头的焊接接头 ................................................................................. 13

5.3 管法兰与接管的焊接接头 ..................................................................................... 13

5.4 接管与壳体的焊接接头 ......................................................................................... 13

6 筒体和封头的校核计算 ................................................. 15

6.1 筒体轴向应力校核 ................................................................................................. 15

6.1.1 由弯矩引起的轴向应力 ............................................................................. 15

6.1.2 由设计压力引起的轴向应力 ...................................................................... 16

6.1.3 轴向应力组合与校核 .................................................................................. 16

6.2 筒体和封头切向应力校核 ..................................................................................... 17

7人孔开孔补强计算 ....................................................... 27

8 总结 ................................................................. 31

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1 前言

本设计是针对学校所安排的一次项目实习，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计，并对不懂得问题与企业和学校的指导老师交流和沟通。

本设计的液料为环戊二烯，环戊二烯，一种化学活性很高的脂环烃，分子式C5H6。存在于煤焦油中。石油馏分如石脑油或瓦斯油裂解时，也生成环戊二烯。无色液体。熔点－97.542℃，沸点40℃，相对密度0.8021（20／4℃）。环戊二烯在室温下聚合，生成二聚环戊二烯，工业品也是二聚体；在100℃以上聚合，生成三聚体、四聚体。二聚环戊二烯熔点33.6℃，沸点170℃（分解）。二聚环戊二烯加热时部分分解成环戊二烯，在常压下进行蒸馏时，使分馏柱顶上的温度保持在41～42℃，即可安全转变为环戊二烯。

设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。

各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。

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2 设计选材及结构

2.1 工艺参数的设定

2.1.1 设计压力和设计温度

根据《化学化工物性数据手册》查得50℃蒸汽压为2032.5kpa，可以判断设计的容器为储存内压压力容器。

按《压力容器安全技术监察规程》规定，盛装液化气体无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气50℃时的饱和蒸汽压力，可取环戊二烯二聚罐的设计压力为0.53 Mpa，属于低压容器。工作压力最高为0.35MPa，而且查得当容器上装有安全阀时，取1.05～1.3倍的最高工作压力作为设计压力；根据安全阀爆破压力取0.53Mpa的压力合适。0.1Mpa?p?1.6Mpa属于低压容器。

设计温度为99摄氏度，在-20～200℃条件下工作属于常温容器。

2.1.2 筒体的选材及结构

根据液氨的物性选择罐体材料，碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在0.1㎜/年以下，且又属于中压储罐，可以考虑Q345R和Q245R这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，建议选用Q345R类的低碳钢板， Q345R钢板的价格虽比Q245R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，Q245R钢板为比较经济。所以在此选择Q245R钢板作为制造筒体和封头材料。钢板标准号为GB6654-1996。

筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广。

2.1.3 封头的结构及选材

封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，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。椭圆形封头的应

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