化工設(shè)備課程設(shè)計--液氨儲罐

1、化工設(shè)備課程設(shè)計 液氨儲罐設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué)校： 專業(yè)班級：101 學(xué)號：10412041 指導(dǎo)老師： 時間：2013.09.06目錄第一章 前言21.1設(shè)計條件21.2設(shè)計依據(jù)31.3設(shè)計結(jié)構(gòu)3第二章 材料的選擇32.1筒體和封頭材料32.2各零、部件材料32.3焊接材料4第三章 工藝設(shè)計43.1壁厚設(shè)計43.1.1 筒體壁厚設(shè)計43.1.2 封頭壁厚設(shè)計53.1.3 筒體及封頭的水壓強(qiáng)度校核53.2 人孔的設(shè)計63.2.1人孔的選擇63.2.2 人孔的補(bǔ)強(qiáng)63.3 接口管的設(shè)計83.3.1 接口管的選用81、液氨進(jìn)料管83.3.2 接口管匯總表93.4 鞍座的設(shè)計93.4.1 鞍座的選取

2、93.4.2 鞍座的計算103.5 SW6校核11第四章 自我評價15符號說明15參考文獻(xiàn)15 化工設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目液氨儲罐設(shè)計姓名：王亮二、設(shè)計參數(shù)及要求1、設(shè)計參數(shù)名稱最高工作壓力/MPa工作溫度/裝量系數(shù) f公稱容積 /m3液氨儲罐2.16500.8550介質(zhì)：液氨設(shè)計使用年限：15年建議使用材料：2、設(shè)計要求1.計算單位一律采用國際單位；2.計算過程及說明應(yīng)清楚；3.所有標(biāo)準(zhǔn)件均要寫明標(biāo)記或代號；4.設(shè)計計算書目錄要有序號、內(nèi)容、頁碼；5.設(shè)計計算書中與裝配圖中的數(shù)據(jù)一致。如果裝配圖中有修改，在說明書中要注明變更；6.書寫工整，字跡清晰，層次分明；7.設(shè)計計算書要有封面和

3、封底，均采用B5紙，橫向裝訂成冊；8.完成ppt匯報。三、設(shè)計內(nèi)容1.符號說明2.前言（1）設(shè)計條件；（2）設(shè)計依據(jù)；（3）設(shè)備結(jié)構(gòu)形式概述。3.材料選擇（1）選擇材料的原則；（2）確定各零、部件的材質(zhì)；（3）確定焊接材料。4.繪制裝配圖（1）按照工藝要求，繪制工藝結(jié)構(gòu)草圖；（2）確定支座、接管、人孔及主要零部件的軸向及環(huán)向位置，以單線圖表示；（3）標(biāo)注形位尺寸。5. 筒體壁厚設(shè)計（1）筒體、封頭壁厚設(shè)計；（2）焊接接頭設(shè)計；（3）壓力試驗驗算；6.標(biāo)準(zhǔn)化零、部件選擇及補(bǔ)強(qiáng)計算：（1）接管及法蘭選擇：根據(jù)結(jié)構(gòu)草圖統(tǒng)一編制表格。內(nèi)容包括：代號，PN,DN,法蘭密封面形式，法蘭標(biāo)記，用途）。補(bǔ)強(qiáng)計

4、算。（2）人孔選擇：PN,DN,標(biāo)記或代號。補(bǔ)強(qiáng)計算。（3）其它標(biāo)準(zhǔn)件選擇。7.結(jié)束語：對自己所做的設(shè)計進(jìn)行小結(jié)與評價，經(jīng)驗與收獲。四、圖紙要求液氨貯罐裝配圖，A1號圖紙五、參考資料化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第五版 刁與瑋 王立業(yè) 編著 2003.3；化工單元過程與設(shè)備設(shè)計匡國柱 史啟才 主編；化工制圖華東化工學(xué)院制圖教研室編 人民教育出版社 1980；化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)參考資料；鋼制壓力容器GB150-1998；壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 1999年。第一章 前言1.1設(shè)計條件本次液氨儲罐的設(shè)計，最高工作壓力為2.16Mpa，工作溫度為50，裝量系數(shù)為0.85，公稱體積為50。根據(jù)公稱體

5、積，設(shè)計罐體直徑=2800mm，筒體長度（不含封頭）=7000mm，封頭曲面深度h1=700mm，直邊高度h2=50mm，整體長度L=7000+2*700+2*50=8500mm。1.2設(shè)計依據(jù)液氨儲罐的壓力為2.16Mpa，是中壓容器，屬第三類壓力容器。設(shè)計以“固定式壓力容器”國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以安全為前提，綜合考慮質(zhì)量保證的各個環(huán)節(jié)，盡可能做到經(jīng)濟(jì)合理，可靠的密封性，足夠的安全壽命。對設(shè)計中要用的各種設(shè)計參數(shù)進(jìn)行計算和選取，以及根據(jù)制造容器的特殊要求選擇材料。利用計算公式對容器筒體和封頭壁厚的設(shè)計，以及封頭類型的選擇。根據(jù)鞍座承受的載荷而選用對稱布置的雙鞍座。從連接的密封性、強(qiáng)度等出發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)

6、選用各種法蘭。根據(jù)以上的容器設(shè)計計算，畫出總的設(shè)備圖。1.3設(shè)計結(jié)構(gòu)儲罐的設(shè)計體積為50，因此，可采用臥式圓筒形容器。其制造容易，安裝內(nèi)件方便，且承壓能力較好；方形和矩形容器大多只在很小設(shè)計體積時使用，且其承壓能力較小，使用材料較多；而球形容器雖承壓能力較強(qiáng)且節(jié)省材料，但制造較難和安裝內(nèi)件不方便，一般不使用。立式圓筒形容器承受自然原因引起的應(yīng)力破壞的能力較弱，綜合上述考慮本設(shè)計選用圓筒形臥式容器。壓力容器由筒體、封頭、法蘭、密封材料、開孔個接管、支座等六大部分構(gòu)成，筒體一般是由鋼板卷制或壓制成型后焊接而成，封頭即是容器的端蓋，根據(jù)形狀的不同，分為球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和平板式封頭等結(jié)構(gòu)

7、形式。第二章 材料的選擇2.1筒體和封頭材料儲罐的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性重要方面就是材料的選擇，由操作條件分析，該容器屬于中壓，常溫范疇。在常溫下材料的組織和力學(xué)性能沒有明顯變化。且液氨腐蝕性小，儲罐可造用一般鋼材。根據(jù)GB150固定式壓力容器的鋼材選用表，從容器的使用條件方面，如溫度、壓力等，當(dāng)容器溫度低于0時，不得選用Q235系列的鋼板，因其塑性變脆。雖然Q245R滿足，但其制造要求較高且強(qiáng)度低。而Q345R在常溫-40200下，具有良好的力學(xué)性能和足夠的強(qiáng)度。從經(jīng)濟(jì)方面，Q345R鋼板雖比Q245R略貴，但在制造費(fèi)用，同等重量設(shè)備的計價，Q345R鋼板計較經(jīng)濟(jì)。綜上所述，本設(shè)計選用Q345R鋼板

8、作為制造筒體和封頭的材料。2.2各零、部件材料由于接管要求焊接性能好且塑性較好，所以選擇10號優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無縫鋼管制作各型號接管。由于法蘭必須具有足夠大的強(qiáng)度和剛度且能耐腐蝕，成本低廉等，綜合上述考慮，設(shè)計選用Q235-B的普通低碳鋼為法蘭材料。支座用來支撐容器的重量，固定容器的位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。臥式圓筒形容器的支座分為鞍座、圓座和支腿三類。常見的臥式容器和大型臥式儲罐大多采用鞍座。主要由于鞍座的承壓能力較好且對筒體的局部阻力較小，故采用鞍座。材料與筒體一樣，選用Q345R鋼板。2.3焊接材料本設(shè)備為中壓儲存容器，要保證設(shè)備密封性能良好，故焊接結(jié)構(gòu)采用雙面焊的對接焊縫，且全部無

9、損探傷，所以取焊接系數(shù)=1.0。焊接方法采用手工電弧焊，其原理是利用電弧熱量融化焊條和母材，由融化的金屬結(jié)晶凝固而形成接縫?？蛇m用于靜止、沖擊和振動載荷工作的堅固密實(shí)的焊縫焊接，這種方法靈活方便，適應(yīng)性強(qiáng)，設(shè)備簡單，維修方便，生產(chǎn)率低，勞動強(qiáng)度高。根據(jù)Q345R的抗拉強(qiáng)度=500MPa和屈服點(diǎn)=325MPa選擇E50系列的焊條。型號為E5016，該型號的焊條是鐵粉鈦型藥皮，適用于雙面焊，熔敷效率較高，脫渣性較好，焊縫表面光滑，焊波整齊，角焊縫略凸，能焊接一般的碳鋼結(jié)構(gòu)。第三章 工藝設(shè)計3.1壁厚設(shè)計3.1.1 筒體壁厚設(shè)計設(shè)計采用內(nèi)徑=2800mm，筒體長度=7000mm的工藝尺寸。其長徑比=

10、2.5，滿足一般臥式容器長徑比在26的范圍之內(nèi)。設(shè)計溫度為50。儲罐上安裝安全閥，故設(shè)計壓力，計算壓力。當(dāng)鋼板厚度在8.025mm時，鋼板負(fù)偏差C1=0.8mm。由于鋼鐵對于液氨有良好的抗腐蝕性，腐蝕率在0.1mm/a以下，且設(shè)計儲罐為單面腐蝕，故去腐蝕裕量C2=2.0mm。對于本設(shè)計是用鋼板就卷焊的筒體以內(nèi)徑作為公稱直徑DN=2800mm。假設(shè)Q345R鋼的厚度在1636mm之間，根據(jù)GB150固定式容器查得，設(shè)計溫度下鋼板的許用應(yīng)力=185MPa。室溫強(qiáng)度指標(biāo)=500MPa，=325MPa。設(shè)計壁厚： 圓整后得名義厚度=22mm。有效厚度。3.1.2 封頭壁厚設(shè)計由于平板封頭四角處在較大邊

11、緣應(yīng)力且厚度較大，故不采用；半球形封頭受力最好，壁厚最薄，重量輕，但深度大，制造較難，中、低壓設(shè)備不宜選用；碟形封頭母線曲率不連續(xù)，存在局部應(yīng)力，受力不如橢圓形封頭；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭已系列化，制造容易，受力比碟形好，故選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。設(shè)計厚度 圓整后得名義厚度=22mm。有效厚度。3.1.3 筒體及封頭的水壓強(qiáng)度校核試驗壓力，有效厚度=19.2mm，強(qiáng)度指標(biāo)=325MPa，壓力試驗時的應(yīng)力 因為，所以筒體及封頭滿足水壓試驗的強(qiáng)度要求。3.2 人孔的設(shè)計3.2.1人孔的選擇壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)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。人孔分為：板式平焊

12、法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔、帶頸對焊法蘭人孔。考慮到人孔較大較重，故選用水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔。公稱壓力PN=2.5MPa，公稱直徑DN=450mm，突面密封（RF），采用VI類Q245R材料，墊片采用普通石棉橡膠板墊片（AG）。人孔標(biāo)記為：HG20595-97 人孔RF VI (AG)450-2.5。3.2.2 人孔的補(bǔ)強(qiáng)本設(shè)計選用=450mm，壁厚=10mm的人孔，查表得人孔的筒體尺寸為，由標(biāo)準(zhǔn)查得補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸為外徑D2=760mm，內(nèi)徑D1=484mm。開孔補(bǔ)強(qiáng)計算如下：（1）不計焊縫系數(shù)的筒體計算壁厚 （2）開孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積A 開孔直徑： 開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積：（3）有效寬度B 取二者

13、中大值 外側(cè)有效高度 =接管實(shí)際外伸長度=250mm。 取二者中小值 =67.5mm 內(nèi)側(cè)有效高度 =接管實(shí)際內(nèi)伸長度=0mm 取二者中小值 =0mm（4）有效補(bǔ)償面積 式中 A1殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積， A2接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積， A3焊縫金屬截面積， 其中 筒體有效厚度 接管材料選擇與筒體相同的材料（Q345R）進(jìn)行補(bǔ)償，故=1。 代入上式得 接管計算厚度 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 因為AeA 所以開孔需加補(bǔ)強(qiáng)。 所需補(bǔ)強(qiáng)面積（5）補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 圓整后取26mm，補(bǔ)強(qiáng)材料與殼材料相同，為Q345R。3.3 接口管的設(shè)計3.3.1 接口管的選用1、液氨進(jìn)料管進(jìn)料管伸進(jìn)設(shè)備

14、內(nèi)部并將管口的一端切成450 ，為了是避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動一減少磨蝕和腐蝕。為了在短時間內(nèi)將物料注滿容器。采用的低合金無縫鋼管。配用具有突面密封的帶頸對焊法蘭，法蘭標(biāo)記：HG20595-97 法蘭WN70-2.5 RF Q235-B。2、液氨出料管在化工生產(chǎn)中，有時需要將液體介質(zhì)運(yùn)送到與容器平行的或較高的設(shè)備中去，并且獲得純凈無雜質(zhì)的物料。故采用可拆的壓料管排料方式。取壓出管，伸入到罐內(nèi)離罐底約200mm，配用突面密封的帶頸對焊法蘭，法蘭標(biāo)記：HG20595-97 法蘭WN50-2.5 RF Q235-B。3、液面計接管液面計是用來觀察設(shè)備內(nèi)部液位變化的一種裝置，通過測量液位來確定容器中物料

15、的數(shù)量。由于設(shè)備不大且壓力較小，物料潔凈。故采用玻璃管防霜液面計AI2.5-1260-50 HG/T21550-93四支。4、壓力計接管 壓力計是用來測量設(shè)備內(nèi)部流體壓力變化的一種裝備。采用無縫鋼管。配用突面密封的帶頸對焊法蘭，法蘭標(biāo)記：HG20595-97 法蘭WN25-2.5 RF Q235-B。5、放空接口管為了在注入液體時，能將容器內(nèi)的空氣排到罐體外以便能順利快速的注入，需要安設(shè)一個放空管。采用的無縫鋼管，法蘭標(biāo)記：HG20595-97 法蘭WN50-2.5 RF Q235-B。6、安全閥接口管安全閥是通過閥的自動開啟排出氣體來降低容器內(nèi)過高的壓力。為了操作的安全，因此需設(shè)一安全閥，安

16、全閥的接口管尺寸由安全閥泄放量決定。采用的無縫鋼管，法蘭標(biāo)記：HG20595-97 法蘭WN50-2.5 RF Q235-B。7、排污管在清洗儲罐時候，為了能將廢液完全排除儲罐外，液氨介質(zhì)會腐蝕管壁而出現(xiàn)沉淀，故需在筒體底部安設(shè)排污管。 采用的無縫鋼管，法蘭標(biāo)記：HG20595-97 法蘭WN25-2.5 RF Q235-B。3.3.2 接口管匯總表 表1 接口管匯總表名稱PNDN法蘭密封形式法蘭標(biāo)記補(bǔ)強(qiáng)厚度液氨進(jìn)料管2.570RFWN70-2.5 RF Q235-B20液氨出料管2.550RFWN50-2.5 RF Q235-B20液面計接管6.425RFWN25-6.4RF Q235-B0

17、壓力計接管2.525RFWN25-2.5 RF Q235-B0放空接管2.550RFWN50-2.5 RF Q235-B20安全閥接管2.550RFWN50-2.5 RF Q235-B20排污管2.525RFWN25-2.5 RF Q235-B03.4 鞍座的設(shè)計3.4.1 鞍座的選取鞍座分為輕型（A）和重型（B）兩大類，每種形式的鞍座又分為固定支座（F）和滑動支座（S），在一臺容器上F型和S型總是配對使用。本設(shè)計由于儲罐的體積適中且長徑比較小，故使用A型雙鞍座，其中一個為F型，另一個為S型。3.4.2 鞍座的計算鞍座的負(fù)荷估算如下：儲罐的總質(zhì)量： 式中：m1為筒體質(zhì)量，m2為封頭質(zhì)量，m3為

18、液氨質(zhì)量，m4為附件質(zhì)量。 DN=2800mm，=22mm的筒體，每米的質(zhì)量約為1500kg. 故 ，直邊高度h2=50mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，其質(zhì)量約為1600Kg 故 液氨的質(zhì)量，式中f為裝量系數(shù)，取0.85；V為儲罐體積，取50；為液氨的 密度，為665Kg/。小于水的密度，所以用水的密度估算。故人孔越重200Kg，其他接口管的總重為350Kg。故。綜上所述，各鞍座的反力由于每個鞍座承受約為278KN負(fù)荷，故選用輕型帶墊板包角為120度的鞍座，其允許載荷為445KN。鞍座厚度為b=300mm，腹部厚10mm，墊板寬6000mm，墊板厚10mm。鞍座標(biāo)記為： 儲罐的總長L為8400mm，由公式

19、L=2a+l，a=0.2085L得 a=1747mm，l=4906mm，即鞍座離罐體一端的距離為1747mm，兩鞍座之間的距離為4906mm。3.5 SW6校核內(nèi)壓圓筒校核計算單位壓力容器專用計算軟件 計算條件筒體簡圖計算壓力 Pc 2.38MPa設(shè)計溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 2800.00mm材料 Q345R ( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力 s 181.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 181.00MPa試驗溫度下屈服點(diǎn) ss 325.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計算計算厚度 d = = 18.53mm有效厚

20、度 de =dn - C1- C2= 19.70mm名義厚度 dn = 22.00mm重量 10717.27Kg壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型 液壓試驗試驗壓力值PT = 1.25P = 2.9800 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 292.50MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 213.27 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力 Pw= = 2.52913MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力 st = = 170.33MPastf 181.00MPa校核條件stf st結(jié)論 合格內(nèi)壓橢圓封頭校核計算單位 壓力容器專用

21、計算軟件 計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 Pc 2.38MPa設(shè)計溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 2800.00mm曲面高度 hi 700.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 181.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力 s 181.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計算形狀系數(shù) K = = 1.0000計算厚度 d = = 18.47mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 19.70mm最小厚度 dmin = 4.20mm名義厚度 dn = 22.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 1522.41 K

22、g壓 力 計 算最大允許工作壓力 Pw= = 2.53800MPa結(jié)論 合格開孔補(bǔ)強(qiáng)計算計算單位壓力容器專用計算軟件 接 管: 1, 45010計 算 方 法 : GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法, 單 孔設(shè) 計 條 件簡 圖計算壓力 pc2.38MPa設(shè)計溫度50殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)1殼體內(nèi)直徑 Di2800mm殼體開孔處名義厚度n22mm殼體厚度負(fù)偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C22mm殼體材料許用應(yīng)力t181MPa 接管實(shí)際外伸長度67.5mm接管實(shí)際內(nèi)伸長度0mm接管材料Q345R接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型板材接管腐蝕

23、裕量2mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱Q345R凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑760mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度26mm接管厚度負(fù)偏差 C1t 0.3mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差 C1r 0.3mm接管材料許用應(yīng)力t189MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力t181MPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計 算殼體計算厚度 18.53mm接管計算厚度t2.725 mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr1接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr1開孔直徑 d434.6mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B869.2 mm接管有效外伸長度 h165.92mm接管有效內(nèi)伸長度 h20 mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A 8053mm2殼體多余金屬面積 A1508.2 mm2接管多余金屬面積 A2

24、656mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A364 mm2A1+A2+A3=1228 mm2 ，小于A，需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積 A47967mm2A-(A1+A2+A3)6825mm2結(jié)論: 補(bǔ)強(qiáng)滿足要求。臥式容器（雙鞍座）計算單位壓力容器專用計算軟件 計 算 條 件 簡 圖 計算壓力 pC2.38MPa 設(shè)計溫度 t50 圓筒材料Q345R 鞍座材料Q345R 圓筒材料常溫許用應(yīng)力 s181MPa 圓筒材料設(shè)計溫度下許用應(yīng)力st181MPa 圓筒材料常溫屈服點(diǎn) ss325MPa 鞍座材料許用應(yīng)力 ssa170MPa 工作時物料密度 42500kg/m3 液壓試驗介質(zhì)密度 1000kg/m3 圓筒內(nèi)直徑Di2800mm 圓筒名義厚度 22mm 圓筒厚度附加量 2.3mm 圓筒焊接接頭系數(shù) 1 封頭名義厚度 22mm 封頭厚度附加量 Ch2.3mm 兩封頭切線間距離 7100mm 鞍座墊板名義厚度 10mm 鞍座墊板有效厚度 10mm 鞍座軸向?qū)挾?b610mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心至封頭切線距離 A1097mm 封頭曲面高度 700m