機械基礎(chǔ)化工設(shè)備課程設(shè)計--液氨儲罐機械設(shè)計

1、 目錄第一章 緒論···············································1 1.1 設(shè)計任

2、務(wù)············································1 1.2 設(shè)計思路····&

3、#183;·······································2 1.3 設(shè)計特點········

4、83;···································2 1.4 主要設(shè)計參數(shù)的確定及說明···········

5、83;················3第二章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證···························4 2.1 材料的選擇與論證·

6、83;·································4 2.2 結(jié)構(gòu)的選擇與論證··············&

7、#183;····················4第三章 設(shè)計計算···························

8、3;···········7 3.1 公稱直徑DN的確定··································7 3.2 計算筒體的壁厚

9、·····································7 3.3 計算封頭的壁厚···········

10、;··························8 3.4 水壓實驗及其強度校核·····················&

11、#183;·········8 3.5 選擇人孔并核算開孔補強·····························9 3.6 選擇鞍座并核算承載能力·····

12、83;·······················9 3.7 選擇液位計························

13、3;···············14 3.8 選配工藝接管································

14、83;·····14第四章 設(shè)計小節(jié)······································152第一章 緒論1.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計題目：液氨儲罐機械設(shè)計

15、公稱容積（）：50工作壓力（MPa）：3.2工作溫度（）：40材料：16MnR 設(shè)計任務(wù)主要分兩個階段： （1）準備階段A、準備好設(shè)計資料、手冊、圖紙、說明書的報告紙B、認真研究、分析設(shè)計任務(wù)及有關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)，明確設(shè)計要求及設(shè)計內(nèi)容C、認真復(fù)習(xí)有關(guān)教科書內(nèi)容，熟悉有關(guān)資料及步驟D、結(jié)合有關(guān)圖紙，了解設(shè)備結(jié)構(gòu)及作用 （2）機械設(shè)計階段A、根據(jù)設(shè)計參數(shù)，論證選材、論證物料的腐蝕性及對環(huán)境的污染情況 B、根據(jù)計算有關(guān)殼體的尺寸，根據(jù)壓力計算殼體壁厚，校核殼體的強度，確 定合理尺寸C、選用零部件，查標準及手冊，確定尺寸和結(jié)構(gòu)D、計算設(shè)備重量，列表有關(guān)附件的重量E、繪制設(shè)備總裝圖，進行縮小或放大繪圖比例F

16、、提出技術(shù)要求，對設(shè)備制造、檢驗、安裝提出技術(shù)地求，并在總圖上標注清楚G、編寫設(shè)計說明書1.2設(shè)計思路各種石油化工設(shè)備，雖然大小不一、形狀不同，但都有一個受到內(nèi)壓或外壓作用的稱之為壓力容器的外殼。壓力容器是化工生產(chǎn)所用的各種各樣化工設(shè)備外部殼體的總稱。所以，容器設(shè)計是所有化工設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)。綜合運用所學(xué)的機械基礎(chǔ)課程知識，考慮結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進行設(shè)計，研究出最佳方案。1.3設(shè)計特點 對化工壓力容器的基本要求：（1）安全可靠性的要求要求所使用的設(shè)備具有足夠的強度、韌性和剛度，以及良好的密封性和腐蝕 性。（2）工藝條件的要求化工設(shè)備是為工藝過程服務(wù)的，應(yīng)保證在指定的生產(chǎn)工藝條件下完成指定的生

17、產(chǎn)任務(wù)，即滿足相應(yīng)的工藝條件要求（3）經(jīng)濟合理性要求在滿足設(shè)備的安全運行和工藝條件的前提下，結(jié)構(gòu)要合理，制造要簡單，盡量減少加工量，降低制造成本。（4）便于操作和維護例如所設(shè)置的閥門、平臺、人孔形位置要合適，易損件便于更換等。（5）環(huán)境保護要求所謂化工設(shè)備失效的一個新概念是“環(huán)境失敗”即有害物質(zhì)泄露到環(huán)境中，生產(chǎn)過程殘留無法消除的有害物質(zhì)及噪音等，化工容器在設(shè)計時包括化工工廠的選址均應(yīng)考慮這些因素的影響。1.4 主要設(shè)計參數(shù)的確定及說明本儲罐設(shè)計公稱容積為50m3，公稱直徑DN為2400mm，材料為16MnR在溫度40時工作，工作壓力為3.2MPa，取=163MP，則雙面對接焊的全焊透對接焊縫

18、為100%無損，由下表可得焊接接頭系數(shù)全部無損檢測=1.00。焊接接頭系數(shù)序號焊接接頭結(jié)構(gòu)焊接接頭系數(shù)全部無損探傷局部無損探傷1雙面焊或相當于雙面焊的全焊透對接焊接接頭1.00.852單面焊的對接焊接接頭，在焊接過程中沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板0.90.85 此儲罐采用100%無損探傷，故 第二章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 2.1材料選擇與論證純液氨腐蝕性小，儲罐可選用一般鋼種，但由于壓力較高，根據(jù)鋼種適用范圍的說明，可以考慮采用20R、16MnR、15MnVR等鋼種。其中適用較多且合理的為20R和16MnR鋼種。從鋼板耗量上看，鋼板耗用量與板厚成正比，采用16MnR時，鋼板用量比采用2

19、0R時要少。因此，16MnR鋼板的價格雖比20R鋼板略貴，但從耗用量和價格綜合考慮，兩種鋼板均可考慮。從制造費用上看，由于采用16MnR鋼板，厚度較薄，質(zhì)量較輕，且制造費用目前也按碳鋼設(shè)備重量同等計價，因此采用16MnR鋼板，制造費用較為經(jīng)濟。綜上所述，本設(shè)計的儲罐材料選用16MnR鋼板制作罐體和封頭。 2.2結(jié)構(gòu)選擇與論證 (1)封頭形式的確定本設(shè)計選用橢圓形封頭，橢圓封頭是由曲率半徑連續(xù)變化而成的，所以，封頭上的應(yīng)力分布也是均勻變化的，受力狀態(tài)比蝶形封頭要好，雖不如半球封頭，但對各種封頭的強度和經(jīng)濟合理性進行比較。從鋼材耗用量考慮，球形封頭用量最少，比橢圓形封頭節(jié)約25.8，平板封頭的用量

20、最多，是橢圓形封頭的4倍多。從制造考慮，橢圓形封頭制造方便，平板封頭則因直徑和厚度較大，材料的獲得、車削加工、焊接等方面都遇到不少困難，且封頭與筒體厚度相差懸殊，結(jié)構(gòu)也不合理。所以，從強度、結(jié)構(gòu)和制造等方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。 (2)人孔選擇臥式液氨儲罐常用碳鋼水平吊蓋人孔，這種人孔使用方便，壓緊墊片可靠，開啟時人孔蓋懸掛于吊桿下，避免搬動較重的人孔蓋。碳鋼水平吊蓋人孔的尺寸、材料和性能可查HG 2152221524-2005標準。 碳鋼水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔結(jié)構(gòu)圖 人孔是安裝或按檢修人員進入塔器的唯一通道。本設(shè)計臥式容器筒體長度為4600mm，設(shè)置一個人孔。人孔類型公稱壓力M

21、Pa公稱直徑mm板式平焊法蘭人孔0.6400、450、500、600板式平焊法蘭人孔（限用凸面）或帶頸平焊法法蘭1.0400、450、500、6001.6400、450、500、600帶頸對焊法法蘭2.5400、450、500、6004.0400、450、500、600臥式液氨儲罐常用碳鋼水平吊蓋人孔，這種人孔使用方便，壓緊墊片可靠，儲罐在常溫及最高工作壓力為3.2MPa的條件下工作，人孔標準應(yīng)按公稱壓力4.0的等級選取，由于容器公稱直徑為2400mm,碳鋼水平吊蓋人孔的尺寸、材料和性能可查HG21523-95標準，選用水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔，DN450人孔，密封壓緊面采用RF型。該人孔標記

22、為：HG 21523-95 人孔 RF 450-4.0 其中RF指突面密封，指接管與法蘭的材料為16MnR，用金屬纏繞墊片，450-4.0是指公稱直徑為450mm、公稱壓力為4.0 Mpa。 (3)法蘭型式選擇法蘭與設(shè)備的連接形式：平焊法蘭制造簡單，使用廣泛，但剛性較差，僅用于壓力不高的場合。由于本設(shè)計，由HG20592-97標準,可以選擇焊接法蘭中的平焊法蘭PL。法蘭與密封面形式：，根據(jù)HG20592-97標準可以選擇RF密封面。 (4)液面計的選擇 對于承壓容器，一般都是將液面計通過法蘭、活接頭或螺紋接頭與設(shè)備聯(lián)接在一起。當設(shè)備直徑很大時，可以同時采用兩組或幾組液面計接口管。在現(xiàn)有標準中，

23、有反射式玻璃板液面計、反射式防霜液面計、透光式板式液面計和磁性液面計。（5）鞍式支座的選擇確定 鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式容器支座，常見的臥式容器和大型臥式儲槽、熱交換器等多采用這種支座。鞍式支座已有標準JB/T 4712-92鞍式支座，設(shè)計時可根據(jù)容器的公稱直徑和容器的重量選用標準中的規(guī)格。 一臺臥式容器的鞍式支座，一般情況下不宜多于兩個。因為鞍座水平高度的微小差異都會造成各支座的受力不均，從而引起筒壁內(nèi)的附加應(yīng)力。采用雙鞍座，每種鞍座又分為固定式支座（代號F）和滑動式支座（代號S）兩種安裝形式。鞍座與筒體端部的距離A可按下述原則確定：當筒體的L/D較大，且鞍座所在平面內(nèi)又無加強圈時，應(yīng)

24、盡量利用封頭對支座處筒體的加強作用，取A0.25D；當筒體的L/D較小，/D較大，或鞍座所在平面內(nèi)有加強圈時，取A0.2L。第三章 設(shè)計計算3.1 公稱直徑DN的確定 已知公稱容積V=50。試選用公稱直徑DN=2400mm，查化工機械基礎(chǔ)附錄12知，1m高筒體的容積=4.524，封頭容積=2.00,得： L=11.1m查附錄12得，DN=2400mm的封頭曲面高度為600mm，直邊高度為40mm，得：總長 2<4.625<9 滿足要求所以選用DN=2400mm的筒體合適3.2計算筒體的壁厚設(shè)計壁厚工作壓力，故設(shè)計壓力取外徑Di=DN=2400mm16MnR，最高溫度40，查附錄6，

25、取腐蝕余量，查腐蝕數(shù)據(jù)手冊16MnR耐氨腐蝕其<0.1mm/y，若設(shè)計壽命為10年，則 滿足條件故，圓整后取名義厚度查化工機械基礎(chǔ)表10-10，得鋼板厚度負偏差得有效厚度3.3計算封頭的壁厚采用標準橢圓形封頭，設(shè)計厚度：其中各數(shù)據(jù)跟罐體相同， =+1.0=26.2mm考慮鋼板厚度負偏差及沖壓減薄量，圓整后取厚的16MnR鋼板制作封頭。3.4水壓試驗壓力及其強度校核根據(jù)公式 試驗壓力由查附錄6得 水壓試驗滿足強度要求3.5選擇人孔并核算開孔補強根據(jù)儲罐是在常溫及最高工作壓力為3.2Mpa的條件下工作，人孔標準應(yīng)按公稱壓力為4.0 Mpa。從人孔類型系列標準可知，公稱壓力為4.0Mpa的人孔

26、類型很多。本設(shè)計考慮人孔蓋直徑較大較重，故選用水平吊蓋人孔，該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸，檢修時只需松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉(zhuǎn)一個角度，由吊鉤吊住，不必將蓋板取下。該人孔標記為：HG 21523-95 人孔 RF 450-4.0 其中RF指突面密封，指接管與法蘭的材料為16MnR，用金屬纏繞墊片，450-4.0是指公稱直徑為450mm、公稱壓力為4.0 Mpa。 另外,還要考慮人孔補強,確定補強圈尺寸,由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管,故不能直接選用補強圈標準。本設(shè)計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑為di=450mm,壁厚=10mm。故補強圈尺寸如下：補強圈內(nèi)徑，外徑 ，根據(jù)補強的金屬面積大于或等于開孔減少的截面

27、積，補強圈的厚度按下式估算，即， 故補強圈取45mm厚。3.6選擇鞍座并核算承載能力首先粗略計算鞍座負荷。儲罐總質(zhì)量式中罐體質(zhì)量，kg；封頭質(zhì)量，kg； 液氨質(zhì)量，kg；附件質(zhì)量，kg。1.罐體的質(zhì)量 DN=2400mm,=28mm的筒節(jié)，查附錄12，得1m高的筒節(jié)鋼板質(zhì)量，故， 2.封頭的質(zhì)量DN=2400mm ,，直邊高度h=40mm的橢圓形封頭，查附錄12，得封頭質(zhì)量，故，3.充液質(zhì)量 式中： V 儲罐容積， 水密度，為4.附件的質(zhì)量人孔的質(zhì)量約為200kg，其他的連接管質(zhì)量總和按300kg計，故， 5.設(shè)備總質(zhì)量為：6.每個鞍座負荷： 7.鞍座的選擇 由DN=2400mm ，查JB/T

28、 4712-92鞍式支座 ：可查得，選用輕型帶墊板，120°包角的鞍座。即，JB/T4712-92 鞍座 A2400-F,JB/T4712-92 鞍座 A2400-S 。 此輕型帶墊板120°包角鞍座結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)如下圖：8.鞍座的安放位置尺寸鞍座h的選擇應(yīng)按下圖，由負荷量求的：可得h=280mm因為L/D較大，且鞍座所在平面無加強圈，所以此鞍座與筒體端部的距離A：3.7選擇液位計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。 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)

29、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當容器高度大于時，玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面觀察效果，應(yīng)改用其它適用的液面計。液氨為較干凈的物料，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。玻璃板液面計有透光式玻璃板液面計（T型）、反射式玻璃板液面計（R型）和試鏡式玻璃板液面計（S型）三種結(jié)構(gòu)，其適用溫度一般在0250。但透光式適用工作壓力較反射式高，試鏡式工作壓力最小。玻璃管液面計適用工作壓力小于，介質(zhì)溫度在的范圍。對于承壓設(shè)備，一般都是將液面計通過法蘭、活接頭或螺紋接頭與設(shè)備連接在一起，

30、分別用于不同型式的液面計。考慮到本設(shè)備的設(shè)計壓力為3.4MPa,而且液氨為較干凈的物料，易透光，不會出現(xiàn)嚴重的堵塞現(xiàn)象，所以在此選用反射式玻璃板液面計（R型）。由筒體公稱直徑為2400mm，選擇長度為1400mm的液面計。已知其公稱直徑為15mm。液氨儲罐常用玻璃管液面計，由儲罐公稱直徑=2400mm根據(jù)HG/T21550-93，選擇玻璃管液面計AIW PN4.0,L=1000mm，HG5-227-80兩支。與其相配的接管尺寸為18×3mm,管法蘭為法蘭PN 4.0 DN 15 GB 9119.8-88。3.8選配工藝接管本儲罐設(shè)有以下接口管(1)液氨進料管：采用45×2.5mm無縫鋼管。管的一端切成45°,伸入儲罐少許.配用具有突面密封的平焊管法蘭: 法蘭PN4.0 DN40 GB9119.8-88因為殼體名義壁厚=28mm,接管公稱直徑小于80mm,故不要補強.(2)液氨出料管：采用可拆的壓出管25×2.5mm,將它套入罐體的固定接口管38×3.5mm內(nèi),罐體的接口管法蘭采用法蘭PN4.0 D