1、 1 新疆工程学院课程设计新疆工程学院课程设计 题目名称： 维持罐设计 系 部： 化学工程系 专业班级： 应化10-5（1）班 学生姓名： * 指导教师： 薛风 完成日期： 2013.1.5 2 新疆工程学院 课程设计评定意见课程设计评定意见 设计题目： 维持罐设计 学生姓名： * 评定意见： 评定成绩： 指导教师（签名） ： 2013 年 1 月 5 日 3 管口表 法兰标准为HG20592-97 设备设计主要技术指标 1、课程介绍，安排任务 2、布置强度计算 3、强度计算和考虑结构设计 4、检查强度计算结果和布置出施工图 5、完成2张1#纸施工图 6、交图纸 7、完成设计说明书（不少于20
2、页） 8、交设计说明书 9、设计答辩 日程安排（4周） 维持罐设计 维持罐设计 设备设计主要技术指标 设计压力 0.3 设计温度 150 最高工作压力MPa 0.15 工作温度 130 介质名称 水、蒸气 设备主要材质 16MnR 设备容积M3 1.33 管口表 日程安排（4 周） 1、课题介绍，安排任务 2、布置强度计算 3、强度计算和考虑强度设计 4、检查强度计算结果和布置出施工结果 5、完成两张 1#施工图 6、交图纸 7、完成设计说明书（不少于 20 张） 8、交设计说明书 9、设计答辩 新疆工程学院 序 号 公称压 力 公称尺 寸 法 兰 形式 密封面 形式 用途 伸出 长度 a P
3、N1.6 DN200 PL RF 出气 180 B PN16 DN40 PL RF 压 力 表 口 100 C PN0.6 DN400 PL RF 人孔 200 d1 PN1.6 DN80 PL RF 进气、 水口 见图 d2 PN1.6 DN80 PL RF 进气、 水 口 见图 e PN16 DN80 PL RF 排污口 140 4 课程设计任务书 20122013 学年 第一学期2013 年 1月5日 专业 应用化工 技术 班级 10-5（1）班 课程名称 化工设备机械基础 设计题目 维持罐设计 指导教师 薛风 起止时间 2012年12月10日 2013年1月6日 周数 4周 设计地点
4、教室 设计目的： 通过本次化工机械课程设计系统地验证学生本课程的基本专业理论和知识， 培养学生 具有初步分析与解决本专业课题技术问题的能力，具有化工机械系统与设备设计的初步 能力，培养学生的专业意识、协作创新与专业开拓的基本素质。 设计任务或主要技术指标：设计一个容积为1.33m的维持罐，设计压力为0.3Mpa， 设计温度为150，设备主要材质为16MnR钢，布置强度计算，考虑结构设计，检查强度 计算结果和布置出施工图 设计进度与要求： 1.12月30日完成计算 2.1月3日完成电子板 3.1月5日核对及交报告答辩 主要参考书及参考资料： 1.化工设备机械基础-喻建良主编，大连理工大学2009
5、.7 2.压力容器的应力分析及强度计算-北京，原子能出版社，1979 3.化工容器设计北京，化学工业出版社，1983 等 指导教师（签名） 年 月 日 5 摘 要 本文扼要介绍了维持罐的特点以及在工业中的发展，详细的阐述了维 持罐的结构以及强度设计计算以及维护。 参照参考文献及维持罐的特性，根据设计压力确定壁厚，使维持罐有 足够的腐蚀欲度，从而使设计结果达到最优化组合。 一个完整的维持罐主要是由圆柱形罐体、气体进出口、排污管、安全阀、 压力表口、法兰等部件组成，同时考虑到安装和检修的需要，罐体上还要设置人 孔、平台扶梯和吊柱等部件，整个罐体采用立式支撑式。 关键词：圆柱罐体、管法兰、人孔、补强
6、 6 符号说明 罐内径，mm 罐长度，mm 计算压力，MPa 圆筒材料在设计温度下的许用应力，MPa 钢板厚度的负偏差，mm 腐蚀裕量，mm 试验压力 圆筒的有效厚度 圆筒的名义厚度 圆筒材料在设计温度下的计算应力，MPa 容器的总质量 封头内壁曲面高度 设计压力 容器的体积 F每一支座承受的负荷 钢材的标准抗拉强度 G重力加速度 圆筒的外径 接管有效厚度 C厚度附加量 圆筒的计算厚度 7 圆筒设计厚度 焊接接头系数 强度消弱系数 B有效宽度，mm d开孔直径，mm 8 目 录 1.罐体壁厚设计 1 2.封头厚度设计 2 2.1 计算封头厚度 2 2.2 校核罐体与封头水压试验强度 2 3鞍座
7、. 3 3.1 罐体质量 . 3 3.2 封头质量 . 3 3.3 水质量 3 3.4 附件质量 . 4 4.人孔 5 5.人孔补强. 6 5.1 确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径 6 5.2 确定壳体和接管实际高度 6 5.3 计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积 6 6. 接管. 7 6.1 水蒸气进料管 . 7 6.2 出气管 . 7 6.3 排污管 7 6.4 压力表管 7 7.设备总装配图 . 8 7.1 CAD 图（附最后） . 错误错误!未定义书签。未定义书签。 7.2 技术要求 . 8 7.3 技术特性 . 9 参考文献. 10 致 谢 11 化工设备课程设计 1
8、1.罐体壁厚设计罐体壁厚设计 据分析，本维持罐选用16MnR(即345QR)制作罐体和封头， 壁厚根据公式计算： 2 ci t c PD p 本维持罐取设计压力0.3MPa，设计温度为 150，900 i Dmm， 163 t MPa， 325 s MPa，1.0 （双面焊对接接头） 查表 12-11 筒体、封头的腐蚀裕量 腐蚀程度 腐蚀速度（mm/a） 腐蚀裕量（/mm） 不腐蚀 0.25 3 取 2 2.0Cmm，于是： 0.3 900 0.83() 2 163 1.00.3 mm 2 0.8322.83() d Cmm 根据2.83 d mm，由表 12-9 查得 1 0.25Cmm，又
9、该值小于名义厚度 的 6%，所以钢板厚度负偏差，可以忽略不计 1 2.8302.83 d Cmm 圆整后，取3 n mm 确定选取3 n mm厚的345QR钢板制作罐体。 化工设备课程设计 2 2.封头厚度设封头厚度设计计 采用标准椭圆形封头 2.12.1 计算封头厚度计算封头厚度 厚度计算 20.5 ci t c PD p 1.0 于是 0.3 900 0.83 2 163 1.00.5 0.3 mm 同前 12 022CCCmm 0.8322.83Cmm 圆整 3 n mm 确定选用3 n mm厚的345QR钢板制作封头 2.22.2 校核罐体与封头水压试验强度校核罐体与封头水压试验强度
10、根据公式 () 0.9 2 Tie Ts e P P 式中： 1.251.25 0.3 10.375() Tt pPMPa 321() en Cmm 325 s MPa 则 0.375900 1 168.94 2 1 T MPa 而 0.90.9 1 325292.5 s MPa 因为 0.9 TS ,所以水压试验度足够 化工设备课程设计 3 3 3鞍座鞍座 首先粗略计算鞍座负荷 贮槽总质量 1234 mmmmm 式中： 1 m 罐体质量 2 m 封头质量 3 m 水质量 4 m 附件质量 3.1 3.1 罐体质量罐体质量 900DNmm 3 n mm 1360Lmm的筒节 1 3.14 90
11、0 3 1360 785090.51 i mD LKg 3.2 3.2 封头质量封头质量 900DNmm 3 n mm的标准椭圆形封头， 其质量 2 10mkg 47462002 JB T 所以 22 22 1020mmkg 3.33.3 水质量水质量 3 m 其中，装量系数取 0.9 V=2V封+V筒 2 2 0.353 4 ii DD L 22 3.14 2 0.35 3.14 90039001360 4 3 1.33()m 化工设备课程设计 4 水的密度为 3 1000kg m ，则： 3 1.33 0.9 10001197mkg 3.4 3.4 附件质量附件质量 人孔质量约200kg，
12、其他接管等质量总和按300kg计 于是 4 500mkg 贮罐总质量 1234 mmmmm 90.51 20 1197500 1807.51kg 3 mg F 1087.51 9.81 3 5.9KN 每个鞍座只承受 5.9KN 负荷，根据附录 12，可以选用带垫板，包角为 120 的鞍座，即 JB/T 4712-92 鞍座 BI2600-F 表表 3 3- -1 1 椭圆形封头椭圆形封头 16MnR16MnR 的允许垂直载荷（的允许垂直载荷（F F） 支座 DN mm 封头有效厚度（mm） 4 6 8 10 12 16 20 1 800 23.4 40.0 59.0 80.5 104.0 1
13、58.5 221.6 2 900 21.5 37.1 54.9 75.2 97.9 149.6 210.9 3 1000 27.4 46.5 68.2 92.3 118.6 178.6 247.6 4 1100 25.4 43.4 64.2 87.1 112.4 170.0 236.4 5 1200 23.8 41.0 60.5 82.4 107.0 162.6 227.4 6 1300 39.3 65.8 95.7 128.5 163.4 240.8 327.3 7 1400 37.1 62.5 91.0 122.2 155.7 230.3 314.0 8 1500 - 59.6 86.9
14、116.8 149.2 220.0 302.0 9 1600 - 57.1 83.2 111.8 143.1 212.6 291.4 化工设备课程设计 5 4.4.人孔人孔 因为设备内径 500mmD21000mm 时。因开设一个400 的人孔根据罐的设计 温度，最高工作压力.材质.介质 A 使用要求等条件选用公称压力为 0.6Mpa。垂 直吊盖带领对法兰焊法兰人孔（HG1524-95）人孔公称直径选定为 400mm，人孔 各零件名称.材质及尺寸见下表。 该垂直吊盖带领对焊法兰人孔的标记为： 人孔 TGV(AG) 400-0.6 HG21524-95 人孔人孔 PN0.6 DN900PN0.6
15、 DN900 明细表明细表 序 号 标准号 名称 数 量 材料 尺寸/mm 1 GB/713-2008 筒节 1 Q345R dw=480 12,H1=320 2 HG20592 法兰 1 16Mn(锻件) 3 HG20592 垫片 1 石棉橡胶板 =3(代号 AG) 4 HG20592 法兰盖 1 Q345R b1=39,b2=44 5 HG20613 螺柱 20 35CrMoA M332175 6 HG20613 螺母 40 30CrMo M33 7 吊环 1 Q235-AF 8 转臂 1 Q235-AF do=36 9 GB/T95-2000 垫圈 20 1 100HV 10 GB/61
16、70-2000 螺母 M20 2 5 级 11 吊钩 1 Q235-AF 12 环 1 Q235-AF 13 GB/T8163-2008 无缝钢管 1 20 14 支撑板 1 Q345R 化工设备课程设计 6 5.5.人孔补强人孔补强 5.15.1 确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径 由已知可得壳体计算厚度3mm，接管计算厚度为 3mm 0.3 400 0.371 2 163 1 0.3 2 cO tt c PD mmmm P 开孔直径为 1 2400 12 22 2380ddcmm 5.25.2 确定壳体和接管确定壳体和接管实际高度实际高度 开孔有效补强宽度
17、B及外侧有效补强高度h,已知壳体名义厚度3 n mm， 补强部分厚度3 nt mm，接管有效补强厚度为 22 380760Bdmm 接管外侧有效补强高度为 1 380 333.8 nt hdmm 5.35.3 计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积 需要补强的金属面积为 2 380 31140Admm 可以作为补强的金属面积 2 1 760380 1032660 e ABdmm 2 21 22 33.8 10 11.0608.4 ettr Ahfmm 2 12 2660608.43268.4 e AAAmm 比较 e A与A, e A 2
18、3268.4mm 2 1140Amm同时考虑接管与壳体焊 缝面积之后，该开孔接管补强足够。 化工设备课程设计 7 6. 6. 接管接管 本维持灌有以下接管 6.1 6.1 水蒸气进料管水蒸气进料管 采用89mm4mm 无缝钢管（强度验算略） ，管的一端切成 45，伸入 罐内少许。 配用带领平焊法兰 HG20592-97 法兰 SO80-0.6 RF 16MnR.。因为该接管 为89mm4mm。厚度小于 5mm。故该接管开孔需要补强。 6.2 6.2 出气管出气管 伸出长度 180mm， 采用可拆的压出管219mm6mm 将它套入罐体的固定 接口管245mm7mm 内，并用一非标准法兰固定在接口
19、管法兰上。 罐体的接口管法兰采用 HG20592-97 法兰 SO245-7 RF 16MnR 与该法兰 相配并焊接在压出管的法兰上。其连接尺寸和厚度与法兰 HG20592-97 法兰 SO245-0.6 RF -16MnR 相同但其内径为 219mm。 6.36.3 排污管排污管 向下伸出 140mm，贮罐右端最底部安设一个排污管。管子规则是89 4mm， 管端装有一与截止阀 J41W-16相配的管法兰。 HG20592法兰 SO76-0.6 RF 16MnR 6.46.4 压力表管压力表管 向外伸出100mm。采用453.5mmmm无缝钢管。管法兰为“HG20592-97 法兰380.3m
20、m RF 16MnR 化工设备课程设计 8 （附） 无缝钢管的公称直径无缝钢管的公称直径 DNDN 与规格与规格 DN D0 厚度 DN D0 厚度 10 14 3 150 159 4.5 15 18 3 175 194 6 20 25 3 200 219 6 25 32 3.5 225 245 7 32 38 3.5 250 273 8 40 45 3.5 300 325 8 50 57 3.5 350 377 9 65 76 4 400 426 9 80 89 4 450 480 9 100 108 4 500 530 9 125 133 4 7.设备总装配图设备总装配图 7.1 技术要求
21、技术要求 技术要求 1.本设备按 GB150-1998 钢制压力容器和 HG20584-1998 钢制化工容器制造技术要求 进行制造、检验和验收，并接受国家质量技术监督局颁发的压力容器安全技术 监察规程的监督； 2.焊接采用电弧焊，焊条牌号 Q345R 间为 J507，Q345R 与碳钢间为 J427； 3.焊接接头型式及尺寸除图中注明外，按 HG20583 的规定，不带补强圈的接管与管 体的焊接接头为 G2，角焊缝的焊角尺寸按较薄板的厚度，法兰的焊接按相应法 兰标准中的规定； 4.设备简体的 A、B 类焊接接头应进行无损检测，检测长度为 100%，射线检测不低 于 JB/T4730.2-20
22、05RT 为合格，且射线照相质量不低于 AB 级； 5.设备制造完毕，以 2.7MPa 表压进行水压试验； 6.管口方位按图 14-47 化工设备课程设计 9 7.2 技术特性技术特性 技术特性技术特性 序号 名称 指标 1 设计压力 2.16MPa 2 工作温度 50 3 物料名称 液氨 4 容积 30.52m 3 化工设备课程设计 10 参考文献参考文献 1 化工设备设计手册.上海：科学技术出版社；1982 2 钢制压力容器:GB150-1998. 中国标准出版社出版 3 中华人民共和国行业标准 JB/T47004707-2000.压力容器法兰，2000 4 压力容器与化工设备使用手册.北
23、京：化学工业出版社 2000 5 化工原理. 天津 天津大学出版社 1999 6 过程设备设计. 北京 化学工业出版社 2001 7 化工设备机械基础. 大连 大连理工大学出版社 2009 化工设备课程设计 11 致致 谢谢 在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢我的 老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这 次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系 统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野， 提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不 少我不太明白的设计上的难题。 同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环 境。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。 日期：2013.1.5
