畢業(yè)論文-儲罐的設計.

1、畢業(yè)論文 儲罐的設計目錄摘要 1關鍵詞 11 緒論 .11.1貯罐的應用及意義 12設計概述 .12.1設計任務書 12.2設計思想 22.3設計特點 23材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證.23.1材料選擇 23.2結(jié)構(gòu)選擇與論證 33.2.1封頭的選擇 .33.2.2 入孔的選擇 33.2.3 容器支座的選擇 .43.2.4 法蘭型式 43.2.5 液面計的選擇 . 44 機械計算 . 54.1 筒體厚度設計 . .54.2 封頭壁厚設計 .54.3 水壓試驗及強度校核 . .64.4 人孔并核算開孔補強 .64.5 核算承載能力并選擇鞍座 .75 附件的選擇 .85.1 液面計選擇 . 85.2 壓

2、力表選擇 .85.3 接口管選擇 .96 設計結(jié)果一覽表 .107 設計小結(jié) . 10主要參考資料 .11 致謝 .12畢業(yè)論文 儲罐的設計5000大型貯罐機械設計化學化工專業(yè)學生黃克旺指導教師趙慧敏摘要： 壓力容器廣泛應用于化工生產(chǎn)中的傳熱、傳質(zhì)、化學反應、物料貯存等各個方面，約占工廠 裝備的百分之八十。本文首先介紹容器的基本知識，包括壓力容器的分類與結(jié)構(gòu)；封頭的種類與選 擇；容器的零部件(法蘭、支座、接口管、手孔、人孔等) 。然后以液化石油氣貯罐的設計為例，講 述了內(nèi)壓薄壁圓筒和標準橢圓形封頭的強度設計，以及容器主要零部件的選用。關鍵詞： 容器；零部件；封頭；強度設計5000mm mech

3、anical design of liquid ammonia storage tankStudent majoring in Chemical Engineering and Technology Hang Ke-wangTutor Zhao Hui-minAbstract: Pressure vessels are widely used in heat and mass transfer, chemical reaction, material storage, and other aspects of chemical production.And they account for a

4、bout 80 percent of the factory equipment. This paper first introduces the basics of container, including the classification and structure of pressure vessels; the types of sealing head and how to select it; the parts of container (flange, bearing, interface tube, hand hole, manhole, etc.). Then take

5、 the design of liquid liquefied pentroeum gas(LPG) storage tank for example, tells the strength design of cylinder of internal pressure and standard-elliptical head, and the selection of the main components of container.Key words: Containers; Parts; Sealing head; Strength design1 緒論1.1 貯罐的應用及意義貯罐是儲存

6、或盛裝氣體、液體、液化氣體 等介質(zhì)的設備，在化工、石油、能源、 輕 工、環(huán)保、制藥及食品等行業(yè)得到廣泛應 用。我們的經(jīng)濟生活中總是離不開大大小 小的鋼制貯罐，鋼制貯罐，防腐貯罐在國民經(jīng)濟發(fā)展中所起的重要作用是無可替代的。 隨著現(xiàn)代社會對能源的需求日益增大，對許多企業(yè)來講沒有貯罐就無法正常生產(chǎn)，特別 是國家戰(zhàn)略物資儲備均離不開 各種容量和類型的防腐貯罐等貯罐 , 并且各 種儲存設備 的需求量及要求也在不斷的提高，因此我們需要在已有的各種儲存設備(貯罐)的基礎 上進行結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新以及新型材料的應用上得創(chuàng)新。 使貯罐既滿足儲存物質(zhì)的需要又符合 國家的新標準。2 設計概述2.1 設計任務1. 設計課題：

7、貯罐的機械設計2. 工藝參數(shù)最高使用溫度：T=50C畢業(yè)論文 儲罐的設計公稱直徑： DN=5000mm筒體長度（不含封頭） ：L0=5000mm 使用地點：山東菏澤3. 設計內(nèi)容1.筒體材料的選擇2.罐的結(jié)構(gòu)尺寸3.罐的制造施工4.零部件型號及位置5.相關校核計算22設計思想化工容器設計的基本要求是安全性與經(jīng)濟性，安全是核心問題，在充分保證安全的 前提下盡可能做到經(jīng)濟。首先根據(jù)設計任務及基本參數(shù)，查閱各種國家規(guī)定的設計標準進行容器的選型、基 本結(jié)構(gòu)的確定和材料的選擇，其中包括貯罐類型的選擇，容器用鋼材料的選擇，封頭的 選擇，人孔的選擇，法蘭的選擇，液面計的選擇，支座的選擇。然后再根據(jù)設計參數(shù)進

8、行工藝計算，設計出容器各組成部分的工藝數(shù)據(jù)，其中包括 筒體的厚度，封頭的厚度，水壓實驗及強度核算，人孔及開孔補強，承載能力及鞍座的設計等等 12.3 設計特點容器的設計一般由筒體、封頭、法蘭、支座、接口管及人孔等組成。常、低壓化工 設備通用零部件大都有標準，設計時可直接選用。本設計書主要介紹了液罐的的筒體、 封頭的設計計算，低壓通用零部件的選用。各項設計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設計有章可循，并考 慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進行設計 2 。3 材料及結(jié)構(gòu)的選擇3.1 材料選擇純液化石油氣腐蝕性小 , 貯罐可選用一般鋼材 , 但由于壓力較大 ,可以考慮 20R、 16MnR這

9、兩種鋼種。如果純粹從技術角度看，建議選用20R類的低碳鋼板，16MnR鋼板 的價格雖比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設備的計價，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟。 所以在此選擇16MnF鋼板作為制造筒體和封頭材料。在 GB 150鋼制壓力容器同中， 對鋼板、鍛件、緊固件均規(guī)定了材料的許用應力，16MnF的許用應力見表3-1。2畢業(yè)論文 儲罐的設計表3-1壓力容器用16MnR鋼板的許用應力鋼號鋼板標準使用狀態(tài)厚度mm常溫強度指標在下列溫度（C ）下的需用應力/MPaT bT sMPa MPa 16 3649032516316316316MnRGB 6654熱軋，正火 36 604703051571

10、571573.2結(jié)構(gòu)選擇3.2.1封頭的選擇化工容器上常用的封頭型號有半球形封頭，橢圓形封頭，錐形封頭，平蓋型。 半球形應力小，但深度大，沖壓困難，制造困難，一般用于高壓容器上。橢圓形應力分布比較均勻，深度小，易于沖壓成型。是目前中低壓容器中應用較廣 泛的封頭之一。所以本設計選用橢圓形封頭。錐形封頭一般多用于立式容器上，故不選用。平蓋型結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但材料耗費多。故不選用?？傊?，從受力情況，制造角度以及費用綜合考慮后，本設計選用標準橢圓形封頭1 本設計上下封頭均選用標準橢圓形封頭。根據(jù) JB/T 4746-2002標準，所選的封頭DNOOX 23，曲面高度h1=850mm直邊高度h=60

11、mm材料選用16MnR下封頭與支座焊 接，直邊高度取80伽。其形狀如圖3-1J: , 16A3-1橢圓形封頭3.2.2人孔的選擇壓力容器人孔是為了檢查設備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設備的內(nèi)部構(gòu)件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。選用時應綜合考慮公稱壓力、 公稱直徑（人、手孔的公稱壓力與法蘭的公稱壓力概念類似。公稱直徑則指其簡節(jié)的公 稱直徑）、工作溫度以及人、手孔的結(jié)構(gòu)和材料等諸方面的因素。人孔的類型很多，選 擇使用上有較大的靈活性。通常可以根據(jù)操作需要，在這考慮到人孔蓋直徑較大較重，故 選用碳鋼水平吊蓋人孔，人孔筒節(jié)軸線垂直安裝1。表3.2水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔（突面

12、）標準尺寸（mm）_公稱壓力公稱d wXSD D 1d_bb 1 b A H H dMPa直徑2.2 600 580X12 750 700 600 58 50 56 560 380 264 42323容器支座的選擇容器支座有鞍座，圈座和支腿三種，用來支撐容器的重量。鞍式支座是應用最廣泛的 一種臥式支座。從應力分析看，承受同樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多 個支承比采用兩個支承優(yōu)越，因為多支承在粱內(nèi)產(chǎn)生的應力較小。所以，從理論上說臥 式容器的支座數(shù)目越多越好。但在是實際上臥式容器應盡可能設計成雙支座，這是因為 當支點多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局部不圓度、支座的水平

13、 度、各支座基礎下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對剛性等等，均會影響 支座反力的分市。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會造成容器受力不 均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利的影響。所以一臺臥式容器支座一般情況 不宜多于二個。圈座一般對于大直徑薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座簡稱支腿， 因這種支座在與容器殼壁連接處會造成嚴重的局部應力，故只適合用于小型設備（D隔1600, LW 5m 綜上考慮在此選擇雙個鞍式支座作為儲罐的支座2,其形式如圖3-2（a）韻曜圖3-2臥式容器的支座形式3.2.4法蘭型式法蘭連接主要優(yōu)點是密封可靠、強度足夠及應用廣泛。缺點是不能快速拆卸、制

14、造 成本較高。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。甲 型平焊法蘭有 PN0.25 MPa0.6 MPal.0 MPa1.6MPa 在較小范圍內(nèi)（DN300mm2000 mm 適用溫度范圍為-20 C -300 C。乙型平焊法蘭用于 PN0.25 MPa-1.6 MPa壓力等級中較大 的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為 DN300mm3000 mm適用溫度范圍為-20 C -350 C。 對焊法蘭具有厚度更大的頸，進一步增大了剛性。用于更高壓力的范圍（PN0.6MPa-6.4MPa適用溫度范圍為-20 C -45 C。法蘭設計優(yōu)化原則：法蘭設計應使各項應力 分別接近材料

15、許用應力值，即結(jié)構(gòu)材料在各個方向的強度都得到較充分的發(fā)揮。法蘭設計時，須注意以下二點：管法蘭鋼制管法蘭、墊片、緊固件設計參照HG5010或GB 9119GB 91126中的規(guī)定5。3.2.5液面計的選擇液面計是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型很多，大體上可分為四類，有玻 璃板液面計、玻璃管液面計、浮子液面計和浮標液面計。在中低壓容器中常用前兩種。 玻璃板液面計有透光式和反射式兩種結(jié)構(gòu)，其適用溫度一般在0250C。但透光式適用工作壓力較反射式高。玻璃管液面計適用工作壓力小于1.6MPa介質(zhì)溫度在0250C的范圍。液面計與容器的連接型式有法蘭連接、頸部連接及嵌入連接，分別用于不同型 式的液面計

16、。液面計的選用：1）玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料內(nèi)沒有結(jié)晶等堵塞固體的場合。板式液面計承壓能力強，但是比較笨重、成本較高。2）玻璃板液面計一般選易觀察的透光式，只有當物料很干凈時才選反射式。3）當容器高度大于3m時，玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面觀察效果受到限制， 應改用其它適用的液面計。液化石油氣為較干凈的物料，易透光，不會出現(xiàn)嚴重的堵塞現(xiàn)象所以在此選用玻璃 管液面計5。4機械計算4.1筒體厚度設計p設計壓力。貯罐在夏季最高溫度可達到目的50C，其最高工作壓力根據(jù)混合液化石油氣50C的飽和蒸汽壓不同，分別把50C時的異丁烷、丙烷、丙烯作為其最高工 作壓力。通常把50C時的丙烷的液

17、體飽和蒸氣壓1.61 MPa作為液化石油氣貯罐的最高設計壓力。取此壓強的1.1倍,故取P=1.8 MPa作為設計壓力3。Di =5000mm在操作溫度-5 50C的范圍內(nèi),估計些筒體的厚度在32 mm左右,為安全計、f =163 MPa查鋼制壓力容器中使用的許用應力表）3。焊接接頭采用V坡口雙面焊接，采用局部無損檢測，其焊接接頭系數(shù)由焊接接頭系數(shù) 表查得 =0.85。1.8 5000壁厚附加量C,在鋼制壓力容器4中，只考慮腐裕量C2，不計鋼板厚度負偏差C1， 單面腐蝕取C2 =1 mm筒體厚度 SP； D C233.7mmJ* - p2漢 163匯0.85 1.8圓整后選取厚度為34mm勺16

18、MnR鋼板來制造筒體。4.2封頭壁厚設計=32.6mm按照教材公式計算內(nèi)壓橢圓形封頭的壁厚S :按要求取兩者最大者，故橢圓型封頭的壁厚也是34mm（JB1154 73;材料與零部件冋P329）。4.3水壓試驗及強度校核GB 150-1998鋼制壓力容器3規(guī)定液壓試驗壓力如下：Pt普P二Pt =1.25二汀選取前兩者中壓力較大值作為水壓試驗壓力為Pt=2.25MPa式中r 試驗壓力，MPa p設計壓力，MPac 、 c t 分別為液壓試驗溫度和設計溫度下殼壁材料的許用應力，MPa將p=1.8MPa c = c t=163MPa代入式（4.2）得液壓試驗的試驗壓力為:p25 163 1.8 =2.

19、25MPa163水壓試驗時的應力-t為:2.25 (5000 33)234-1= 171.6MPa14mm16Mn鋼板在常壓下的許用應力:L=0.9、s 325 0.85 =248.63MPa、：t V L： I,故筒體滿足水壓試驗時的強度要求4.4人孔并核算開孔補強根據(jù)儲罐是在常溫下及最高工作壓力為1.8 MPa的條件下工作，人孔的標準按公稱壓力為1.8MPa等級選取，考慮到人孔蓋直徑較大較重,故選用碳鋼水平吊蓋人孔 （JB583-79），公稱直徑450mm凹凸法蘭密封面（C型），該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸， 檢修時只須松開螺栓將蓋板旋轉(zhuǎn)一個角度，由吊鉤吊住，不必將蓋松取下。查得如下圖水平吊蓋

20、人孔（JB583-79 25;材料與零部件6 ,486頁）各零件的 名稱、材料及尺寸如下：件號標準號名稱數(shù)量材料尺寸/mm1筒節(jié)1Q235A4802GB3076煤栓20A4直徑X長度=M271116KN故其承載能力足夠。標記為： DN5000-AI M-400 JB 1167-81 DN1600-A II M-200 JB 1167-81。5附件的選擇5. 1液面計的選擇儲罐常用玻璃液面計，由儲罐公稱直徑5000選擇長度為1800mm液面計兩支，體材料（針形閥）為碳鋼,體溫型，液面計接管為無縫鋼管，液面計相配的接口管尺寸為：35X 4mm平焊管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg20液面計標

21、記為：玻璃管液面計 A I DL= 1800 HG 5-227-80 5.2壓力計選擇（1）量程裝在鍋爐、壓力容器上的壓力表，其最大量程（表盤上刻度極限值）應與設備的工作壓力相適應。壓力表的量程一般為設備工作壓力的1. 53倍，最好取2倍。 若選用的壓力表量程過大，由于同樣精度的壓力表，量程越大，允許誤差的絕對值和肉 眼觀察的偏差就越大，則會影響壓力讀數(shù)的準確性；反之，若選用的壓力表量程過小， 設備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限，則會使壓力表中的彈性元件長期處于最大的變形狀態(tài)，易產(chǎn)生永久變形，引起壓力表的誤差增大和使用壽命降低。另外，壓力 表的量程過小，萬一超壓運行，指針越過最大量程接近

22、零位，而使操作人員產(chǎn)生錯覺，造成更大的事故。因此，壓力表的使用壓力范圍，應不超過刻度極限的6070%。（2）測量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤刻度極限值的百分數(shù)來表示的。精 度等級一般都標在表盤上，選用壓力表時，應根據(jù)設備的壓力等級和實際工作需要來確 定精度。額定蒸汽壓力小于2.45MPa的鍋爐和低壓容器所用的壓力表，其精度不應低于 2. 5級；額定蒸汽壓力大于2.45MPa的鍋爐和中、高壓容器的壓力表，精度不應低于1.5 級。(3) 表盤直徑為了使操作人員能準確地看清壓力值，壓力表的表盤直徑不應過小。在一般情況下，鍋爐和壓力容器所用壓力表的表盤直徑不應小于100mm如果壓力表裝得較高或離

23、崗位較遠，表盤直徑還應增大又考慮到液化石油氣有一定腐蝕性，所以綜合考慮選用隔膜壓力表，技術指標為：精度等級：(1. 6 )公稱直徑：50接頭螺紋：1.5 G1測量范圍：0-2.4Mpa 75.3接口管選擇1進料管采用無縫鋼管門100X6mm管壁加厚，具有補強作用).管的一端伸入罐切成45 , 管長400 mm 配用凸面式平焊管法蘭 Pg16Dg65 GB9119.8-8。2出料管采用可拆的壓出管100x 6mm伸入到罐內(nèi)離罐底約100 mm外套無縫鋼管卉115X 7mm管壁加厚，具有補強作用),都配用凸面板式平焊管法蘭(GB9119.8-88)，凸面管法 蘭蓋(GB9119.8-88)和石棉橡

24、膠墊片(GB9126.2-88)。3排污管在罐的右端最底部設個排污管，規(guī)格是 80X 5mm管端焊有與截止閥J141-16相 配的管法蘭HG20592法蘭PL50-1.6 RFQ235A排污管與罐體連接處焊有一厚度為 12mm 的補強圈。4放空管接口管采用門80 x 5mm無縫鋼管,管法蘭Pg16Dg50 HG 5010-58 。5安全閥接口管安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定本貯罐選用門80x 5mm的無縫鋼管,管法 蘭 Pg16Dg50 HG 5010-586壓力表接口管壓力表接口管由最大工作壓力決定,因此選用采用門80 x 5mm無縫鋼管，管法蘭 采用HG 5010-58 Pg16Dg5

25、0各接管外伸高度都是 300mm6設計結(jié)果一覽表序號名稱指標材料1設計壓力1.8MPa2工作溫度W50C3物料名稱液化石油氣4容積100m35筒體DN5(00mrX 34mm L=5000mm16MnR6封頭DN5(00mrX 34mm h=80mm16MnR7鞍座JB/T4712-92 鞍座 A5000-FJB/T4712-92 鞍座 A5000-SQ235A.F8人孔HG21524-95 人孔 RF V( A?G 450-2.5組合件9補強圈Dg450X 2916MnR10液面計液面計 HG 5-227-80組合件11液面計接管 35mm 5mm L=700mm10 (GB/ T 8163

26、)12進料管 80mm 5mm L=500mm10 (GB/ T 8163)13出料管 80mm 5mm L=300mm10 (GB/ T 8163)14壓料接管 25mm 3mm L=3000mm10 (GB/ T 8163)15排污管 80mm 5mm L=300mm10 (GB/ T 8163)16放空管 80mm 5mm L=300mm10 (GB/ T 8163)17安全閥接管 80mm 5mm L=300mm10 (GB/ T 8163)18法蘭 640mm 14mmQ235A7設計小結(jié)經(jīng)過液氨貯罐機械設計，其各部分結(jié)構(gòu)如下：根據(jù) GB/T 9019 -2001標準，筒體 DN30

27、0CX 23,長度為8000mm材料選16MnR 上下封頭均選用標準橢圓形封頭。 根據(jù)JB/T 47462002標準，封頭DN00X 23, 曲面高度hi=850mm直邊高度h=60mm材料選用16MnR下封頭與支座焊接，直邊高度 取80伽。根據(jù)JB/T 4712 92標準，選用A3000-F的臥式鞍座，材料為Q235-A . F。選用 57X 3.5 1=400 ，材料為 10( GB/T 8163)的進料接管； 57X 3.5 1=300 ， 材料為10 ( GB/T 8163)的排污接管； 80 X 5 1=300，材料為10 ( GB/T 8163 )的 放空管接管； 80X 5 1=300，材料為10 (GB/T 8163)的安全閥接管。根據(jù)H2T 2155093標準，選用AI 2.5 1260-50的防霜液面計。根據(jù)HG 21524-95標準,選用PN2.5 DN450的人孔。根據(jù)JB/T47362002標準,選用 760/ 484 S =34的補強圈，材料為16MnR參考文獻1 刁與瑋 王立業(yè)化工設備機械基礎第五版 2003.32 匡國柱 史啟才化工設備設計手冊 20053