10立方米氮气罐设计

《化工设备机械基础》课程设计10立方米氮气罐设计系部：专业：姓名：学号：指导教师：时间：目录摘要 (2)1 罐体壁厚的设计 (4)（１）计算厚度 (4)（２）校核气压试验强度 (4)2 封头厚度设计 (5)（１）计算封头厚度 (5)（２）校核罐体与封头气压试验强度 (5)3 鞍座的设计 (6)m (6)（１）罐体质量1m (6)（２）封头质量2m (6)（３）液氮质量3m (7)（４）附体质量44 人孔 (7)5 人孔补强 (8)6 接管 (9)致谢 (12)符号说明 (13)参考资料 (15)摘要氮气，常况下是一种无色无味无嗅的气体，且通常无毒。

氮气占大气总量的78.12%（体积分数），是空气的主要成份。

常温下为气体，在标准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体，冷却至-209.86℃时，液态氮变成雪状的固体。

氮气的化学性质很稳定，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。

氮气罐，又称氮气瓶，是用来运输、使用氮气的储存设备，耐高压，一般可以存储高压液态氮。

103M氮气罐设计设备设计主要技术指标:管口表:1 罐体壁厚的设计设备主要材质为16MnR ，根据新标准/32008GB TF -《锅炉和压力容器用钢板》。

16MnR 则为345Q R ,由于温度按常温计算，则查428p 页表可得：[]170tMPa σ= 345s MPa σ= 0.85ϕ= （采用双面焊对接接头,局部无损检测）取2 1.0C mm = 1800i D mm =（１）计算厚度[] 1.118006.8821700.85 1.12c i tcP D mm P δσ⨯===⨯⨯-Φ-设计厚度：2 6.88 1.07.88d C mm δδ=+=+= 根据7.88d mm δ=，查表12-9得10.25C mm = 名义厚度：1n d C δδ=++圆整量=7.880.25++圆整量 圆整后，取名义厚度9n mm δ=复验：6%96%0.540.25n mm mm δ⨯=⨯=> 故最后取10.25C mm = 该氮气罐可用9mm 厚的345Q R 钢制作。

（２）校核气压试验强度()0.82T i e T s eP P G δφσδ+=≤式中，[][]1.251.25 1.11 1.375T t P MPa σσ==⨯⨯=()1299 1.257.25e n C C C mm δδ=-=-+=-= 345s Pa δ= 则()1.37518007.75160.3727.75T G MPa ⨯+==⨯0.80.80.85345236.93s MPa φδ=⨯⨯=可见0.8T s G φδ<；所以气压试验强度足够2 封头厚度设计采用标准的蝶形封头 （１）计算封头厚度[]1.2 1.2 1.118008.2421700.850.5 1.120.5c i tcP D mm P δσφ⨯⨯===⨯⨯-⨯-28.24 1.09.24d C mm δδ=+=+=根据 9.24d mm δ= 由表12-9查的10.25C mm =则19.240.259.49d C mm δ+=+=圆整后采用 10n mm δ=厚的钢板。

复验6%9.496%0.570.25n mm δ⨯=⨯=>， 最后确定10.25C mm =。

故该蝶形封头可用10mm 厚的345Q R 钢制作。

（２）校核罐体与封头气压试验强度()0.82T i e T s eP D G δφδδ+=≤1.25 1.25 1.1 1.38T c P P MPa ==⨯= 120.251 1.25C C C mm =+=+= 10 1.258.75e n C mm δδ=-=-=345s MPa δ= （428P ）页()1.3818008.75142.6328.75T G MPa ⨯+==⨯ 0.80.80.85345236.925s MPa φδ=⨯⨯= 因为 0.8T s G φδ< 所以气压试验强度足够3 鞍座的设计首先粗略计算鞍座负荷 储罐总质量1234m m m m m =+++1m —罐体质量2m —封头质量 3m —液氮质量4m —附件质量 （１）罐体质量1m1800,9,4100N n D mm mm L mm δ===的筒节()1 3.14180099410078501645i m D L kg πδρ==⨯+⨯⨯⨯=（２）封头质量2m1800,9N n D mm mm δ==，直边20mm = 其质量2m '220.34i n m D πδρ'=⨯⨯20.34 3.141800785010272kg =⨯⨯⨯⨯=222m m '=2722543kg =⨯=（３）液氮质量3m3m V ρϕ= 其中装置系数取1.0 贮罐容积321222264i i V V V D D L ππ=+=⨯+323.14 3.142180018004100264=⨯+⨯ 311.8m =液氮在常温下的密度为31.25kg m311.8 1.25 1.014.75m kg =⨯⨯=（４）附体质量4m人孔质量约为200kg ，其他接管质量总和按300kg 计算 于是4500m kg =储罐总质量1234m m m m m =+++164554314.75500=+++ 2702.75kg = 2702.759.816628.544mg F kN ⨯==≈ 根据表14-18可选用/472592JB T -,支承式支座 材料 345Q A F -⋅4 人孔当设备内径100i D mm >时，至少开设1个400mm φ=的人孔，或2个150mm φ=的手孔。

根据储罐的设计温度﹑最高工作压力﹑材质﹑介质以及使用要求等条件，选用公称压力1.1MPa 的带颈平焊法兰人孔()2059297HG --,人孔公称直径选定为500mm 。

采用密封型RF 和石棉胶版垫片。

人孔各零件名称﹑材质及尺寸见表14-22该水平颈对平焊法兰人孔的标记为人孔 SO RF - 500 1.1- 2059297HG -人孔 1.6PN 500DN5 人孔补强（１）确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径由已知条件知，壳体计算厚度 6.88mm δ=。

接管计算厚度为 []2c O i tcP D P δσφ=+1.150021700.85 1.1⨯=⨯⨯+2mm =开孔直径为12d d C =+()5001522 1.25=-⨯+⨯472.5mm =（２）确定壳体和接管的实际厚度开孔有效补强宽度B 及外侧有效补强高度1h已知壳体名义厚度9n mm δ=，补强部分厚度9n S mm =，接管有效补强宽度为d =接管内直径+2C =478.5mm 22472.5945B d mm ==⨯=接管外侧有效补强高度为165.2h mm ===（３）计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积需补强的金属面积为2472.5 6.883250.8A d mm δ==⨯= 可作为补强的金属面积为()()()()21945472.57.55 6.88411.1e A B d mm δδ=--=--=()()221292265.2912.8et t r A h f mm δδ=-=-⨯⨯=（４）12e A A A =+2411.1912.81324mm =+= （５）比较e A 与A e A A >，所以补强厚度不足够。

加补强面积4A =A -e A 23250.813241927mm =-=6 接管1 液氮进料采用57 3.5mm mm φ⨯无缝钢管(强度验算略)。

管的一端切成045，伸入储罐内少许。

配用图面板是平焊法兰：20592HG 法兰 50 1.6PL - RF 16n M Ⅲ2 液氮出料管采用57 3.5mm mm φ⨯无缝钢管(强度验算略)。

管的一端切成045，伸入储罐内少许。

配用图面板是平焊法兰：20592HG 法兰 50 1.6PL - RF 16n M Ⅲ3 压力表口采用212G 英寸无缝钢管，管内螺纹，伸出长度为120mm 。

由于壳体开孔满足下述全部要求，所以不需要补强 （1）设计压力 2.5a p MP ≤（2）两相邻开孔中心间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍； （3）接管外径89mm ≤ （4）接管最小厚度满足下表要求接管最小厚度配用法兰 ：20592HG 法兰 50 1.6PL - RF 16n M Ⅲ4 备用口公称压力为16A MP ，公称直径为50mm ，伸出长度为120mm ，采用57 3.5mm φ⨯无缝钢管，采用带颈平焊法兰（SO ）法兰密封面形式采用突面（RF ） 配用法兰: HG 20592 法兰50 1.6SO - RF 16n M Ⅲ5 安全阀口公称压力为16A MP ，公称直径为25mm ，伸出长度为120mm ，采用32 3.5mm φ⨯无缝钢管，采用带颈平焊法兰（SO ）法兰密封面形式采用突面（RF ） 配用法兰:HG 20592 法兰25 1.6SO - RF 16n M Ⅲ6 排污口在设备最下端安设一个排污管，管子规格是32 3.5mm φ⨯，管段装有一个与截止阀4116J W -相配的管法兰：HG 20592 法兰25 1.6SO - RF 16n M Ⅲ致谢本设计是在xx老师的悉心指导下完成的。

老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作诲人不倦的高尚师德，严以律己，宽以待人的崇高风范，朴实无华，平易近人的人格魅力对我影响深远。

不仅使我树立了远大的学术目标，掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处事的道理。

本设计从选题到到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。

在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。

本设计的顺利完成，离不开各位老师，同学和朋友的关心和帮助。

在此致谢xx老师的指导和帮助，没有你们的帮助和指导是没有办法完成我的设计的。

符号说明c P ——计算压力 a Mp i D ——圆筒的内径 mm O D ——圆筒的外径 mm[]w P ——圆筒的最大容许压力 a Mpδ——圆筒的计算厚度 mmd δ——圆筒的设计厚度 mm 2d C δδ=+ n δ——圆筒的名义厚度 mm 1n d C δδ=+e δ——圆筒的有效厚度 其值 e n C δδ=+[]tδ——圆筒材料在设计温度下的许用应力 a Mpt σ——圆筒材料在设计温度下的计算应力 a Mp——焊接接头系数1C ——钢板厚度的负偏差 mm 2C ——腐蚀余量 mmC ——厚度附加量 mm 12C C C =+t σ——圆筒壁在试验压力下的计算应力 a Mp s σ——圆筒材料在试验温度下的屈服点 a Mpi h ——封头内壁曲面高度 mmT P ——实验压力 a MpP ——设计压力 a Mp F ——每一支座承受的压力 KNm ——容器的总质量 kgg ——重力加速度 重力加速取9.812mset s ——接管有效厚度 mm nt s ——补强有效厚度 mmd ——开孔直径 mmr f ——强度削弱系数1A ——壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 2mm 2A ——接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 2mm3A ——焊缝金属减去计算厚度之外的多余面积 2mm t f ——接管的计算厚度 mm e A ——补强面积 2mm4A ——有效补强范围内另加的补强面积 2mmB ——有效宽度 mm参考资料1.上海化工设计院。