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毕业设计设计题目10m3立式氮气储罐机械设计系（部）化学与环境工程系学科专业化工设备维修技术班级化工设备11-7班姓名学号指导教师新疆工程学院毕业设计任务书新疆工程学院毕业设计成绩表10m3立式氮气储罐机械设计(新疆工程学院, 乌鲁木齐 830091)摘要：根据设计任务完成了10m3，1.6MPa立式氮气储罐的机械设计，包括设计说明书，强度计算书，施工图等。
设计过程执行GB150《钢制压力容器》标准，以及相关的国家标准。
氮气储罐筒体是非标零件进行单独设计，封头，人孔，接管，支撑等选用标准零件。
完成了10 m3，1.6MPa立式氮气储罐施工图纸和部分零件图。
整个设计符合国家的相关标准，水压试验强度校核合格。
关键词：立式氮气储罐，机械设计，强度计算10m3 vertical nitrogen tank mechanical design Abstract: according to the design task of 10m3, the mechanical design of 1.6MPa vertical nitrogen storage tank, including the design of brochures, strength calculations,drawings etc..GB150"steel pressure vessel" standard implementation of the design process, and the relevant national standards.Nitrogen tank cylinder is part of separate design,non-standard head, manhole, accept,support selection of standard parts. Completed 10m3, 1.6MPa vertical nitrogen storage tank construction drawings and part drawings.The whole design in accordance with the relevant national standards,qualified testing strength check pressure.Keywords: Calculation of vertical nitrogen tank mechanical design strength目录1 结构设计 (1)1.1 设备设计主要技术指标： (1)1.2 罐体结构设计 (1)2 罐体、封头壁厚的设计 (2)2.1 材料选择 (2)2.2 设计条件 (2)2.3 筒体壁厚计算 (2)2.4 封头壁厚计算 (3)2.5.1校核罐体一封头液压试验强度 (4)2.5.2校核罐体一封头气压试验强度 (5)3 附件设计 (6)3.1 支座 (6)3.1.1 储罐总质量m (6)m (6)3.1.2 罐体质量1m (6)3.1.3封头质量2m (6)3.1.4 氮气质量3m (7)3.1.5 附体质量43.1.6 耳式支座实际承受载荷的近似计算 (7)3.1.7 支座选择 (8)3.2 人孔 (9)3.2.1 人孔的设计 (9)3.2.2 判断是否需要开孔补强 (9)3.2.4开孔补强计算 (10)3.2.5 补强圈的选取 (13)3.3 接管 (14)3.3.1 接管补强条件 (14)3.3.4 氮气出口管 (17)3.3.5 备用口 (17)3.3.6 排污口 (17)3.4 压力表和安全阀 (17)3.4.1 压力表口 (17)3.4.2 安全阀口 (18)4 储罐防腐防锈处理 (18)设计总结 (20)符号说明 (21)致谢 (23)参考文献 (24)1 结构设计1.1 设备设计主要技术指标：表1-1 氮气储罐工艺参数项目数值 最高工作压力，a MP1.45 工作温度，0C常温 设备容积，3m10 介质氮气1.2 罐体结构设计根据10 m3储罐，长径比按1：3，选择直径1600mm, 则储罐的高度4.8m 。
考虑到两端椭圆封头的高度，选择筒体的高度4.5m 。
根据J B/T 4737—标准椭圆封头，DN1600标准椭圆封头（直边40mm ）容积 0.617m3。
则容积是H D V V ⨯+=4221π5.446.1617.022⨯⨯+⨯=π328.10m =>30.10m2 罐体、封头壁厚的设计2.1 材料选择氮气腐蚀性小可选用一般钢材。
这里考虑20R 、16MnR 。
20R 低碳钢板价格比 16MnR 钢板贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR 钢板比较经济，且16MnR 机械加工性能、强度和塑性指标相对比较好，所以在此选择16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。
根据标准GB/T713-2008《锅炉和压力容器用钢板》 规定原16MnR 改为Q345R 。
2.2 设计条件由于该压力容器装有安全阀，设计压力不低于安全阀开启压力1.05~1.10倍的工作压力，故Mpa p 6.145.110.1c =⨯=。
腐蚀余量取C 2=1mm ，焊缝接头系数φ=0.85,按照JB/T4737-95选用标准椭圆形封头。
2.3 筒体壁厚计算设备主要材质为16MnR ，根据新标准/7132008GB T -《锅炉和压力容器用钢板》由于温度按常温计算，则查《典型化工设备机械设计指导》P122页表可得： 假设材料的许用应力[σ]t =170MPa (厚度为6-16mm 时) 计算厚度[]mm p D P c ti c 90.86.185.0170216006.12=-⨯⨯⨯=-=ϕδδ设计厚度mm C d 90.9190.82=+=+=δδ 对于16MnR ,钢板厚度负偏差查表12-9得 mm C 25.01= 名义厚度mmC d n 11圆整25.090.9圆整量1=++=++=δδ检查δn =11m m 时，[σ]t 没变化，故取名义厚度δn =11mm 。
2.4 封头壁厚计算假设材料的许用应力[σ]t =170MPa (厚度为6-16mm 时) 由于()0.22=-h H D iH ——封头的总高度 h ——直边高度查表12-17椭圆形封头的形状系数K 得 K=1.00 故 []mm P D KP c ti c 88.86.15.0-85.0170216006.100.15.0-2=⨯⨯⨯⨯⨯==φδδ 腐蚀余量C 2,取C 2=2mm 设计厚度mm C d 88.9188.82=+=+=δδ 对于16MnR,钢板厚度负偏差查表12-9得 mm C 25.01= 名义厚度mm C d n 1125.088.91=++=++=圆整圆整量δδ 复检mm n 25.066.0%611%6>=⨯=⨯δ,并且δn =11mm 时，[σ]t 没变化，故取名义厚度δn =11mm 。
查JB/T4737-95可知，以内径为公称直径的椭圆型封头形状与尺寸如下所示：表2-4 封头尺寸公称直径D g 曲边高度 H-h （mm ）直边高度 h （mm ）内表面积F（m 2）容积V （m 3）厚度s （mm ）1600400403.020.61711图2-4 封头结构2.5 校核2.5.1 校核罐体一封头液压试验强度圆筒壁在试验压力下的计算应力 ()e ee i T T D P φδδδδ9.02≤+=式中 [][]Mpa p p tT 216.125.125.1=⨯⨯==δδ 圆筒的有效壁厚mm C C n e 75.9125.01121=--=--=δδ 圆筒在试验压力下的屈服点Mpa s 345=δ 则 ()Mpa T 10.16575.9275.916002=⨯+⨯=δ而 Mpa s 93.26334585.09.09.0=⨯⨯=φδ 可见S T φδδ9.0<所以水压试验前度足够。
2.5.2 校核罐体一封头气压试验强度圆筒壁在试验压力下的计算 ()e ee i T T D P φδδδδ8.02≤+=式中 [][]Mpa p p tT 84.116.115.115.1=⨯⨯==δδ 圆筒的有效壁厚mm C C n e 75.9125.01121=--=--=δδ 圆筒在试验压力下的屈服点 Mpa s 345=δ 则 ()Mpa T 89.15175.9275.9160084.1=⨯+⨯=δ而 Mpa s 6.23434585.08.08.0=⨯⨯=φδ 可见S T φδδ8.0<所以气压试验前度足够。
3 附件设计3.1 支座3.1.1 储罐总质量m4321m m m m m +++= 1m —罐体质量 2m —封头质量 3m —液氮质量 4m —附件质量 3.1.2 罐体质量1m的筒节mm L mm mm DN n 4500,11,1600===δ()kg L D m n i 1965785045001111160014.31=⨯⨯⨯+⨯==ρδπ 3.1.3 封头质量2mmm mm DN n 11,1600==δ直边高度h=40mm 的标准椭圆形封头，其质量kg m 261=，（JB/T4746—2002），所以kg m m 52226122,2=⨯== 3.1.4 氮气质量 3m由于 ρφV m =3其中，装量系数取0.9（《容规》规定；介质为野花气体的固定式压力容器，量装系数一般取0.9）储罐容积3231.10076.9234.14617.022m LD V V V i =+=+⨯=+=π筒封液氮在常温下的密度为1.25kg/3m故 kg m 60.1125.131.109.03=⨯⨯=kg/3m 3.1.5 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kg m 5004=储罐总质量4321m m m m m +++= =1979+522+11.6+500 =2998.6kg3.1.6 耳式支座实际承受载荷的近似计算()3104-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++=nD S G Ph kn G mg Q e e e 式中 Q —支座实际承受的载荷,kN D —支座安装尺寸，mm g —重力加速度，9.81m/2s e G —偏心载荷，Nh —水平力作用点至底板高度,mmk —不均匀系数，安装3个支座时，取k=1;安装3个以上支座时，k 取0.83m —设备总重量n —支座数量P —水平力，取e w P P 和的最大值，N e S —偏心距，mm当容器高径比不大于5，且高度H 不大于10时，e w P P 和可按照下列计算，超出范围的容器本标准不推荐使用耳座。