过程设备设计课程设计“氮气储罐”设计

前言

本设计是针对《过程设备设计》这门课程所安排的一次课程设计，是对这门课程的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。

本设计的物料为氮气，它是一种无色无味气体。氮气作为一种重要的化工原料，应用广泛于氨氮的生产制造。分子式N

，密度1.25g/L，熔点63K，沸点75K，

2

临界温度126K。氮气通常不易燃烧且不支持燃烧。化学性质很稳定，常温下很难跟其他物质发生反应，但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化，用来制取对人类有用的新物质。

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，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、接管、管法兰、人孔接管、人孔接管补强、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。

1.1 设计压力

P c /P m ax =1.05～1.10 取1.08 则P c = P m ax ×1.08=2.7Mpa 1.2 公称直径 由于

4

2L

D π=V g =20m 3 其中取L/D=4

解得D=1854mm 圆整D=2000mm 代入4

2L

D π=V g =20m 3

解得L=6000mm 1.3 封头的选择

根据氮气的性质及设计条件，选用卧式椭圆形封头容器。 就力学性能而言，半球形封头效果较好，但是冲压工艺较难，不易成型。

故根据JB/T 4737-1995 选用EHA 椭圆形封头 序号

公称直径 DN/mm

总深度 H/mm 内表面积 A/mm 容积 V/m 3 25 2000

525

4.4930

1.1257

则实际体积V 实=2V 封头+

4

2L

D i π=2⨯1.1257+4

)6214.3(2⨯⨯=21.09m 3

g

g

-V V V 实=

%505.020

20

-09.31=≈ 满足要求

2.1筒体材料设计

设计压力Mpa P c 7.2=，工作温度-20～48度

根据GB6654选用16MnR 热轧钢，厚度范围16=δ~mm 36 2.2.1圆筒设计

c

t

i c ][2P

D

P -=φσδ=15.03mm

取腐蚀裕度mm C 22=，负偏差mm C 30.01-= 设计厚度 mm C d 03.17203.152=+=+=δδ 名义厚度 mm C d n 201=++=圆整δδ 2.2.2封头厚度

mm P

D

KP 97.14c

t

i c 5.0][2==-φσδ

取腐蚀裕量mm 2C 2=，负偏差mm C 30.01-= 设计厚度 mm C d 97.162=+=δδ 名义厚度 mm C d n 201=++=圆整δδ 2.3接管法兰设计 2.3.1管口表

M 450 / / 人孔 LG1.2 15 HG/T20582 FM 液位计接口 SV 80 HG/T20582 M 安全阀口 PI1.2

25

HG/T20582

FM

压力表口

2.3.2法兰选择

氮气是种无色无味的气体，通常无毒的气体，选择凹凸面对焊法兰

具体数据查询HG5016-58文献 2.4人孔的选择 2.4.1人孔类型

由设计压力、设计条件选用 回转盖对焊法兰人孔 A 型

g P

公称直径/mm

D D 1 ≈H H 1 H 2 b 1 δ 螺栓个数 螺母个数

螺栓规格 标 记 标准图号

25 450

660 600 378 300 115 48 14 20 40

M30⨯165 450 D ，

25 AIIIP g g JB584-CH-04

2.4.2人孔螺栓选择

由JB584-64 回转盖对焊法兰人孔 所选螺栓已列入表中 2.5容器支座

2.5.1制作所承受最大载荷

543212m m m m m m ++++=

其中为筒体质量1m kg m 76.59151=

为封头质量2m kg m 1.6992= 为全部法兰及附件质量3m kg m 533≈

人孔质量4m kg m 2644=

水压试验时水重5m kg V m 210915==水实际ρ

则kg m 96.2872121091264531.699276.5915=+++⨯+= 总载荷N mg Q 208.2814758.996.28921=⨯== 每个鞍座载荷kN N Q Q 1401407372

1'≈== 2.5.2鞍座选择

由《容器支座》JB/T 4712.1-2007 mm D g 2000= kN Q 140'=

选取轻型（A 型）鞍式支座 DN=2000mm 如图

标记：JB/T 4712.1-2007 支座A 2000—F

JB/T 4712.1-2007 支座A 2000—S

2.6焊接机构设计

2.6.1 焊接接头设计

2.6.1.1 筒体、封头与筒体的焊接形式

由于筒体、封头与筒体焊接为A类、B类，所以才用对接接头

对接接头特点：受热均匀、受力对称、便于无损检测，焊接质量容易得到保证。

2.6.1.2 管材与筒体、封头焊接

采用带补强圈的角焊接

2.6.1.3 管材与法兰相连接

采用无补强圈的角焊接

2.6.2坡口形式

2.6.2.1 筒体、筒体与封头采用双V形坡口