《压力容器与管道安全》课程设计.

湖南大学

《压力容器与管道安全》课程设计

专业安全工程

姓名刘恶

学号023412229

课程名称压力容器与管道安全

指导教师杨有豪马莲

市政与环境工程学院

2019年12月

目录

1. 目的与任务 (2)

2. 储罐的设计要求 (2)

2.1 设计题目 (2)

2.2 设计要求 (2)

3. 卧式液氨储罐的结构设计 (3)

3.1储罐主要结构的设计 (3)

3.1.1筒体和封头的结构选择 (3)

3.1.2用方案一计算筒体和封头的厚度 (4)

3.1.3用方案二计算筒体和封头的厚度 (5)

3.1.4两种方案的比较 (6)

3.2计算鞍座反力 (7)

3.3支座及其位置选取 (8)

3.3.1鞍座数量的确定 (8)

3.3.2鞍座安装位置的确定 (8)

3.3.3鞍座标准的选用 (10)

3.4储罐应力校核 (10)

3.4.1筒体轴向应力校核 (10)

3.4.2筒体和封头切向剪应力校核 (12)

3.4.3筒体周向应力校核 (12)

3.4.4鞍座有效断面的平均应力校核 (13)

3.5 入孔设计 (13)

3.6开孔补强计算 (14)

3.7接管与法兰联结设计 (16)

参考文献 (19)

1. 目的与任务

本课程设计是在学完《压力容器与管道安全》之后综合利用所学知识完成一个压力容器设计。该课程设计的主要任务

1.是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深对压力容器的结构、原理、特性的认识和基本知识的理解，提高综合运用课程所学知识的能力。

2.培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。

3.通过实际设计方案的分析比较，设计计算，元件选择等环节，初步掌握工程中压力容器设计方法。

4.培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。

2. 储罐的设计要求

2.1 设计题目

某厂需添置一台液氨贮罐，设计原始数据：设计压力P=1.9Mpa，设计温度T=43℃，容器内径D=1230mm,容积V=3.1m3，设备充装系数0.9。采用鞍式支座。试设计该设备。

2.2 设计要求

根据已知的条件，按照以下顺序进行设计：

1.主要结构设计—筒体、封头、接管、法兰密封、鞍座及其位置。

2.主要材料—焊缝和探伤

3.筒体和封头的厚度计算

4.计算鞍座反力

5.筒体轴向应力校核

6.筒体和封头切向剪应力校核

7.筒体环向应力校核

8.鞍座有效断面的平均应力校核

9.开孔补强计算

10.设备结构总图

3. 卧式液氨储罐的结构设计

3.1储罐主要结构的设计

3.1.1筒体和封头的结构选择

由于纯液氨具有一定的腐蚀性，但设计压力为中等压力，根据钢制压力容器中使用的钢板许用应力及其使用范围的说明，储罐的主要结构筒体和封头选材可以考虑使用20R、16MnR、15MnVR等钢。

氨属于中度危害介质(Ⅱ级)，且本设备为PV值小于10Mpa·m3的中压储存容器；按照有关标准划分，本设备为第二类压力容器。储罐选用卧式，液体静柱压力很低，可不记入设计压力中。

筒体由钢板卷制而成，其公称直径等于内径，查阅压力容器的公称直径表，并结合储罐的容积，初步选择其公称直径DN=D

=1230m。

i

筒体和封头的对接焊接，采用全焊透焊缝，并进行l00％无损探伤，查表取焊缝系数 =1.0。根据氨的腐蚀程度，取腐蚀裕量C2＝2mm。

封头可以选择球形、椭圆形、碟形、平板形、圆锥形等几种形式的封头，但从材料消耗、受力和加工制造的难易程度等几个方面的综合比较考虑，选用标准椭圆形封头（EHA型）最为理想，故选之。

假设标准椭圆形封头封头厚度在8—16mm之间，封头的公称直径应该与筒体

=0.3208 m3，相等，取DN=1230mm，按有关标准JB4746-2002，查得封头的容积V

h

总深度H=350 mm。由于采用的是标准椭圆形封头，由h/DN=0.28，得出封头的直边高度h=28mm，而封头的曲面深度h

=350－28=322mm。

1

筒体长度：

m V V D L h i

069.2)3208.021.3(23.14)2(42

20=⨯-⨯=-=

ππ 取 0L =2100 mm

两封头切线之间的距离L=h L 20+=2100+2×28=2156mm

现选用16MnR 和20R 两个钢种，对储罐的主要结构——筒体和封头进行两个方案的设计，然后对这两个方案进行比较和选择。

3.1.2用方案一计算筒体和封头的厚度

首先选用16MnR 钢为材料，来计算筒体和封头的厚度。

16MnR 钢板在43℃时的许用应力查表，根据筒体厚度计算公式初步估计此筒体的设计厚度在6—16mm 之间，[σ]＝[σ]t =170Mpa ，屈服强度σs=345Mpa 。 （1）筒体厚度

δ=49.79

.1157212309.1][2=-⨯⨯=-p pd t

i φσmm 设计厚度δd ＝δ十C 2＝7.49十2＝9.49mm 按GS709，取钢板负偏差C 1=0.8mm 考虑钢板厚度系列取名义厚度δn ＝9mm

因δn ＝9mm ，查此情况下16MnR 钢的许用应力没有变化，[σ]= 157Mpa ，所以上述计算成立。 （2）封头厚度

由于选用标准椭圆形封头，所以其封头形状系数k=1.0 计算厚度

δ=47.79.15.015721230

9.10.15.0][2=⨯-⨯⨯⨯=-p kpd t

i φσmm 设计厚度δd ＝δ＋C 2＝7.47＋2＝9.47mm

取C 2＝0.8mm ，故名义厚度δn ＝9mm ，且许用应力也没有发生变化，所以上计算成立。 （3）水压试验校核