氧氣緩沖罐設(shè)計(jì)

1、目 錄1 概述12 工藝說(shuō)明22.1 工藝簡(jiǎn)介22.2 工作溫度22.3 物料特性22.4 工作壓力32.5 尺寸參數(shù)32.6 其它說(shuō)明33 機(jī)械設(shè)計(jì)33.1 材料選擇33.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33.3 設(shè)計(jì)計(jì)算43.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)43.3.2 筒體壁厚的計(jì)算43.3.3 封頭厚度的計(jì)算43.3.4 水壓試驗(yàn)54 主要零部件選型64.1 法蘭的選型64.2 人孔的選型64.3 容器支座的選型74.4 其他零部件的選型84.4.1 進(jìn)出面口接管的選擇84.4.2 液計(jì)的選型85 氧氣緩沖罐設(shè)計(jì)圖96 總結(jié)101 概述化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)是化工工藝類專業(yè)一門綜合性的機(jī)械類技術(shù)基礎(chǔ)課，本課程是以掌握中、低壓壓

2、力容器的設(shè)計(jì)為目的，以一系列技術(shù)法規(guī)、設(shè)計(jì)規(guī)定、材料和零部件標(biāo)準(zhǔn)為依托，講解材料、機(jī)械、結(jié)構(gòu)方面的基礎(chǔ)知識(shí)。其任務(wù)是使學(xué)生掌握相關(guān)的基本理論、基本知識(shí)以及設(shè)計(jì)的基本方法，為從事化工設(shè)備機(jī)械的設(shè)計(jì)、使用、管理和維護(hù)打下基礎(chǔ)。完成一項(xiàng)相關(guān)設(shè)計(jì)是課程學(xué)習(xí)的主要目的，也是化工工藝類學(xué)生十分重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一。目的是為了使學(xué)生進(jìn)一步加深并綜合運(yùn)用課本基本理論，訓(xùn)練和掌握典型化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能?！盎ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)”包括設(shè)計(jì)計(jì)算和機(jī)械制圖。通過(guò)將“化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)”與“化工原理課程設(shè)計(jì)”有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，形成了“化工單元過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)”綜合實(shí)踐教學(xué)體系，提高學(xué)生查閱資料、理論計(jì)算、工程制圖、數(shù)

3、據(jù)處理、化工設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)寫作等方面的能力。學(xué)生在完成化工工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行典型設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)，牢固掌握理論知識(shí)，參考各類標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)老師的指導(dǎo)意見(jiàn)規(guī)范完成作品。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：參照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)的化工容器設(shè)計(jì)，本設(shè)備按GB150-1998鋼制壓力容器，TSG R0004-2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程等標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核。設(shè)計(jì)參數(shù)、接管方位和幾何尺寸按工藝條件確定。焊接按JB/T4709-2009壓力容器焊接規(guī)程。綜合考慮各種因素，變壓吸附氧氣罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇適用合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)滿足制造、檢修、裝配、等要求；而強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容包括氧氣緩沖罐的材料，確定主要結(jié)構(gòu)

4、尺寸，滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等要求，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力確定壁厚，使氧氣緩沖罐有足夠的腐蝕裕度，該設(shè)計(jì)分析包括內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、容器零部件的設(shè)計(jì)，包括法蘭連接、容器支座、人孔的設(shè)計(jì)。最終確定緩沖罐的標(biāo)準(zhǔn)。從而使設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到最優(yōu)化組合。2 工藝說(shuō)明2.1 工藝簡(jiǎn)介變壓吸附是利用氣體在不同的壓力下在吸附劑上的吸附能力不同，對(duì)空氣中各種氣體進(jìn)行分離的一種非低溫空氣分離技術(shù)?？諝庵械闹饕M份是氮和氧，因此可選擇對(duì)氮和氧具有不同吸附選擇性的吸附劑，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)墓に囘^(guò)程，使氮和氧分離制得氧氣。當(dāng)緩沖罐用于系統(tǒng)中時(shí)，由于系統(tǒng)壓力比預(yù)充氣體的壓力，所以會(huì)有一部分工作介質(zhì)進(jìn)入罐體內(nèi)，直到達(dá)到新的平衡，當(dāng)系統(tǒng)壓

5、力再度升高，系統(tǒng)壓力再次大于預(yù)充氣體的壓力，又會(huì)有一部分介質(zhì)進(jìn)入罐體內(nèi)，氣體被壓縮壓力升高，當(dāng)升高到跟系統(tǒng)壓力一致時(shí)，介質(zhì)停止進(jìn)入，反之，當(dāng)系統(tǒng)壓力下降，系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)壓力低于罐體間的氣體壓力，管內(nèi)的水會(huì)被氣體擠出補(bǔ)充到系統(tǒng)內(nèi)，使系統(tǒng)壓力升高，直到系統(tǒng)工作介質(zhì)跟罐體間的氣體壓力相等，維持動(dòng)態(tài)的平衡。壓縮機(jī)吸附塔O2緩沖罐過(guò)濾器2.2 工作溫度給定溫度50。2.3 物料特性介質(zhì)為氧氣, 無(wú)色無(wú)味,無(wú)毒無(wú)爆炸危害氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氧氣的密度是1.429g/L，比空氣略大（空氣的密度是1.293g/L）。它不易溶于水，1L升水中只能溶解約30mL氧氣。2.4 工作壓力正常情況為1.2Mpa。2.5 尺

6、寸參數(shù)最高使用溫度：T=50公稱直徑：DN=3000mm筒體長(zhǎng)度：L=4500mm2.6 其它說(shuō)明緩沖罐主要用于各種系統(tǒng)中緩沖系統(tǒng)的壓力波動(dòng)，使系統(tǒng)工作更平穩(wěn)，其原理是通過(guò)壓縮罐內(nèi)壓縮空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)，被廣泛應(yīng)用于供水設(shè)備和中央空調(diào)系統(tǒng)等，結(jié)構(gòu)有隔膜式緩沖罐和氣囊式兩種，緩沖罐被廣泛應(yīng)用于中央空調(diào)、鍋爐、熱水器、變頻、恒壓供水設(shè)備中，其緩沖系統(tǒng)壓力波動(dòng)，消除水錘起到穩(wěn)壓卸荷的作用，在系統(tǒng)內(nèi)水壓輕微變化時(shí)，緩沖罐氣囊的自動(dòng)膨脹收縮會(huì)對(duì)水壓的變化有一定緩沖作用，能保證系統(tǒng)的水壓穩(wěn)定，水泵不會(huì)因壓力的改變而頻繁的開(kāi)啟。（這段我真不知道怎么表達(dá)。望你作出滿意的修改）3 機(jī)械設(shè)計(jì)3.1 材料選擇本設(shè)計(jì)采用16

7、MnR鋼板制作罐體、封頭，選用帶加強(qiáng)板的角鋼作支腿。3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓筒形。因?yàn)樽鳛槿萜髦黧w的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，這類容器應(yīng)用最廣。封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為橢圓形封頭。3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)表 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)要求參數(shù)設(shè)計(jì)壓力1.2Mpa設(shè)計(jì)溫度50 儲(chǔ)存物料氧氣3.3.2 筒體壁厚的計(jì)算查壓力容器材料使用手冊(cè)-碳鋼及合金鋼得16MnR的密度為7.85t/m3，熔點(diǎn)為1430，許用應(yīng)力列于下表：表3.1 16MnR許用應(yīng)力鋼號(hào)板厚/在下列溫度（）下的許用應(yīng)力/ Mpa2010015020025030016MnR61617017017017015

8、614416361631631631591471343660157157157150138125>60100153153150141128116圓筒的計(jì)算壓力為1.2 Mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭都采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)為1.00,全部無(wú)損探傷。取許用應(yīng)力為163 Mpa。壁厚：鋼板厚度負(fù)偏差,查材料腐蝕手冊(cè)得50下氧氣對(duì)鋼板的腐蝕速率小于0.05/年，所以雙面腐蝕取腐蝕裕量。所以設(shè)計(jì)厚度為：圓整后取名義厚度15。3.3.3 封頭厚度的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭a:b=2:1 封頭計(jì)算公式 ： （3.2）則mm 故圓整后取 確定選用厚的16M

9、nR鋼板制作封頭。3.3.4 水壓試驗(yàn)水壓試驗(yàn)，液體的溫度不得低于5；試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時(shí)容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充液時(shí)應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)保持容器外表面的干燥。試驗(yàn)時(shí)壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力后，保壓時(shí)間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80%，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以便對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行檢查。如有滲漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力水壓試驗(yàn)的應(yīng)力校核：水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力為 故筒體滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度要求。4 主要零部件選型4.1 法蘭的選型根據(jù)本設(shè)計(jì)使用的介質(zhì)，設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度，公稱直徑確定，法蘭的結(jié)構(gòu)形式為襯環(huán)榫密封面乙型平焊法蘭

10、中的榫面法蘭法蘭CT 30001.6 JB/T 47022000采用Q345R板材應(yīng)按公稱壓力為1.6MPa來(lái)查取它的尺寸，由于操作壓力不高，由表141，采用榫面密封面，墊片材料選用石棉橡膠板，從表143查得墊片寬度為14mm。榫面法蘭的各部件尺寸可查表得 連接螺栓為M24共24個(gè)，材料由表146查得為螺柱材料為40MB，螺母材料為40Mn。4.2 人孔的選型人孔的作用：為了檢查壓力容器在使用過(guò)程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷。人孔的結(jié)構(gòu)：既有承受壓力的筒節(jié)、端蓋、法蘭、密封墊片、緊固件等受壓元件，也有安置與啟閉端蓋所需要的軸、銷、耳、把手等非受壓件。人孔類型：從是否承壓來(lái)看有常壓人孔和承壓

11、人孔。從人孔所用法蘭類型來(lái)看，承壓人孔有板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔和帶頸對(duì)焊法蘭人孔，在人孔法蘭與人孔蓋之間的密封面，根據(jù)人孔承壓的高低、介質(zhì)的性質(zhì)，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或環(huán)連接面。從人孔蓋的開(kāi)啟方式及開(kāi)啟后人孔蓋的所處位置看，人孔又可分為回轉(zhuǎn)蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。人孔標(biāo)準(zhǔn)HG21524-95規(guī)定PN1.0Mpa時(shí)只能用帶頸平焊法蘭人孔或帶頸對(duì)焊法蘭人孔。容器上開(kāi)設(shè)人孔規(guī)定當(dāng)Di>1000時(shí)至少設(shè)一個(gè)人孔，壓力容器上的開(kāi)孔最好是圓形的，人孔公稱直徑最小尺寸為400。綜合考慮選擇水平吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔（HG21524-95）,公稱壓力PN2.5、公稱直徑

12、DN450、H1=320、RF型密封面、采用類20R材料、墊片采用外環(huán)材料為低碳鋼、金屬帶為0Cr19Ni9、非金屬帶為柔性石墨、C型纏繞墊。尺寸表如下表4.2 人孔標(biāo)準(zhǔn)尺寸表密封面型式PN/MpaDNdw×sdDD1H1H2總質(zhì)量kg突面2.5450480×124506706003202142564.3 容器支座的選型查得公稱直徑為3000mm的容器選擇輕型(A),120°包角、焊制、六筋、帶墊板，高度為250mm的鞍座，允許載荷Q786kN>627.765kN,為使封頭對(duì)鞍座處的圓筒起加強(qiáng)作用，可取，則選A=700mm。左鞍座標(biāo)記為JB/T4712-19

13、92 鞍座 A3000-F.右鞍座標(biāo)記為JB/T4712-1992 鞍座 A3000-S.具體尺寸如下表：表4.3 鞍座標(biāo)準(zhǔn)尺寸表公稱直徑DN允許載荷Q/kN鞍座高度h螺栓間距l(xiāng)2鞍座質(zhì)量/kg增加100mm高度增加的質(zhì)量/kg30007862501940405344.4 其他零部件的選型4.4.1 進(jìn)出口接管的選擇材料：容器接管一般應(yīng)采用無(wú)縫鋼管，所以液體進(jìn)料口接管材料選擇無(wú)縫鋼管，采用無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)GB8163-87。材料為16MnR。結(jié)構(gòu)：接管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)切成45，可避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動(dòng)，減少物料對(duì)壁的磨損與腐蝕。接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考上慮述要求外，還需考慮焊接方法、焊接參數(shù)、加

14、工條件、施焊位置等制造上的因素及運(yùn)輸、安裝中的剛性要求。一般情況下，管壁厚不宜小于殼厚的一半體壁，否則，應(yīng)采用厚壁管或整體鍛件，以保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配。表 接管最小壁厚要求接管公稱直徑/mm57766589最小壁厚/mm5.06.0因此熱軋無(wú)縫鋼管的尺寸為89×12mm。 鋼管理論重量為22.79/m。取接管伸出長(zhǎng)度為150mm。管法蘭的選擇：根據(jù)平焊法蘭適用的壓力范圍較低（PN<4.0Mpa）,選擇突面板式平焊管法蘭，標(biāo)記為：HG20592-1997法蘭RF(A)80-2.5,其中D=190,管法蘭材料鋼號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)）:20（GB711）。根據(jù)（歐洲體系）鋼制管法蘭

15、、墊片、墊片、緊固件選配表（HG20614-1997）選擇：墊片型式為石棉橡膠板墊片(尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)號(hào))，密封面型式為突面，密封面表面為密紋水線，緊固件型式為六角螺栓雙頭螺柱全螺紋螺柱。4.4.2 液面計(jì)的選型氧氣為較干凈的物料,易透光,不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象所以選用反射式玻璃板液面計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)HG21590-95，法蘭形式及其代號(hào)C型（長(zhǎng)頸對(duì)焊突面管法蘭HG20617-97）,液面計(jì)型號(hào)R型公稱壓力PN4.0,使用溫度0250。5 氧氣緩沖罐設(shè)計(jì)圖6 總結(jié) 通過(guò)這次參賽設(shè)計(jì)，讓我們對(duì)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)這門課有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。這次設(shè)計(jì)也是對(duì)這門課程的一個(gè)總結(jié)，對(duì)化工機(jī)械知識(shí)的應(yīng)用。設(shè)計(jì)時(shí)要有一個(gè)明確的思路，要考慮多種因素包括環(huán)境條件和介質(zhì)的性質(zhì)等再選擇合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)罐體的材料和結(jié)構(gòu)確定之后還要進(jìn)行一系列校核計(jì)算，包括筒體、封頭的應(yīng)力校核。校核合格之后才能確定所選設(shè)備型符合要求。通過(guò)這次設(shè)計(jì)對(duì)我們獨(dú)自解決問(wèn)題的