化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章液化石油氣貯罐的設(shè)計背景2\o"CurrentDocument"第二章液化石油氣貯罐的分類及選型2\o"CurrentDocument"貯罐的分類2\o"CurrentDocument"貯罐的選型2\o"CurrentDocument"第三章材料用鋼的選取3,\o"CurrentDocument"容器用鋼3\o"CurrentDocument"附件用鋼3\o"CurrentDocument"第四章工藝尺寸的確定4\o"CurrentDocument"方案一4\o"CurrentDocument"方案二4\o"CurrentDocument"第五章工藝計算5\o"CurrentDocument"筒體壁厚的計算5\o"CurrentDocument"封頭壁厚的計算5%\o"CurrentDocument"水壓試驗6\o"CurrentDocument"支座6支座的選取6鞍座的計算6安裝位置7\o"CurrentDocument"人孔的選取8\o"CurrentDocument"人孔補強的確定8人孔補強8@\o"CurrentDocument"不需補強的最大開孔直徑8\o"CurrentDocument"接口管9液化石油氣進料管9液化石油氣出料管9排污管9液面計接管10放空接口管10安全閥接口管10#\o"CurrentDocument"第六章液化石油氣貯罐化工設(shè)備圖11\o"CurrentDocument"第七章設(shè)計結(jié)果一覽表12\o"CurrentDocument"第八章總結(jié)11\o"CurrentDocument"參考文獻11附表12第一章液化石油氣（LPG）貯罐的設(shè)計背景化學工業(yè)和其它流程工業(yè)的生產(chǎn)都離不開容器。所有的化工設(shè)備的殼體都是一種容器，容器的應(yīng)用遍及各行各業(yè)，諸如航空、航海、機械制造、輕工、動力等行業(yè)。然而化工容器又有其本身特點，不僅要適應(yīng)化學工藝過程所要求的壓力和溫度條件，還要承受化學介質(zhì)的作用，要能長期的安全工作且保證良好的密封。因此在容器的設(shè)計中應(yīng)綜合考慮個方面的因素，使之達到最優(yōu)。LPG是指經(jīng)高壓或低溫液化的石油氣，簡稱“液化石油氣”或“液化氣”。其組成是丙烷、正丁烷、異丁烷及少量的乙烷、大于碳5的有機化合物、不飽和烴等。隨著石油化學工業(yè)的發(fā)展，液化石油氣作為一種化工基本原料和新型燃料，已愈來愈受到人們的重視。在化工生產(chǎn)方面，液化石油氣經(jīng)過分離得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用來生產(chǎn)合塑料、合成橡膠、合成纖維及生產(chǎn)醫(yī)藥、炸藥、染料等產(chǎn)品。用液化石油氣作燃料，由于其熱值高、無煙塵、無炭渣，操作使用方便，已廣泛地進入人們的生活領(lǐng)域。此外，液化石油氣還用于切割金屬，用于農(nóng)產(chǎn)品的烘烤和工業(yè)窯爐的焙燒等。因此為能夠進行連續(xù)生產(chǎn)液化石油氣，需要有儲存液化石油氣的容器，而設(shè)計貯罐是制造液化石油氣的必備步驟，是化工生產(chǎn)能夠順利進行的前提。第二章液化石油氣（LPG）貯罐的分類及選型貯罐的分類貯罐按其形狀可分為方形和矩形容器、球形容器、圓筒形容器（立式、臥式）。按其承壓性質(zhì)可分為內(nèi)壓和外壓，內(nèi)壓容器又可分為低壓、中壓、高壓、超高壓4個壓力等級。按其工作的溫度環(huán)境可分為低溫、常溫、中溫、高溫容器。按制造器的材料可分為金屬制和非金屬制兩類。按其應(yīng)用情況可分為反應(yīng)壓力容器（R）、換熱壓力容器（E）、分離壓力容器（S）、儲存壓力容器（C）等。）貯罐的選型在本設(shè)計中由于設(shè)計體積較?。s為20m3）且工作壓力較?。╬。二）可采用臥式圓筒形容器，方形和矩形容器大多在很小設(shè)計體積時采用，因其承壓能力較小且使用材料較多；而球形容器雖承壓能力強且節(jié)省材料，但制造較難且安裝內(nèi)件不方便；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，故選用圓筒形臥式容器。第三章材料用鋼的選取容器用鋼壓力容器的使用工況（如溫度、壓力、介質(zhì)特性和操作特點等）差別很大，制造壓力容器所用的鋼種類很多，既有碳素鋼、低合金高強度鋼和低溫鋼，也有中溫抗氫鋼、不銹鋼和耐熱鋼，還有復(fù)合鋼板。一般中低壓設(shè)備可采用采用屈服極限為245Mpa~345Mpa級的鋼材；直徑較大、壓力較高的設(shè)備，均應(yīng)采用普通低碳鋼，強度級別宜用400Mpa級或以上；如果容器的操作溫度超過400CC，還需考慮材料的蠕變強度和持久強度。（16MnR鋼是屈服強度350Mpa級的普通低合金高強度鋼，具有良好的綜合力學性能、焊接性能、工藝性能以及低溫沖擊韌性。在焊接壓力容器時采用堿性焊條（J507）偵，15MnVR鋼和18MnMoNbR鋼是屈服強度分別為400、500Mpa級普通低合金高強度鋼，雖然有較高的強度，但韌性、塑性都較C-Mn鋼低，且有較高的缺口敏感性和時效敏感性。并且這兩類鋼均較16MnR鋼昂貴。因此選用16MnR鋼既符合工藝要求也節(jié)約資源，以便獲得更好的經(jīng)濟價值。附件用鋼優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強度較低，塑性好，焊接性能好，因此在化工設(shè)備制造中常用作熱交換器列管、設(shè)備接管、法蘭的墊片包皮。優(yōu)質(zhì)中碳鋼的強度較高，韌性較好，但焊接性能較差，不宜用作接管用鋼。由于接管要求焊接性能好且塑性好。故選擇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度和剛度，以滿足連接的條件，使之能夠密封良好，故選用Q235-A的普通碳素鋼。第四章工藝尺寸的確定方案一設(shè)計體積V0=20m3，公稱直徑Di=2000mm,采用標準橢圓形封頭，查附錄5早：取直邊高度h=40mm，則單個封頭容積V=1.17m3，封頭總?cè)莘eV=2V=2.34m3，單個封頭內(nèi)表面積S0=4.59m2，封頭總內(nèi)表面積S=2S0=9.18m2V故筒體容積V筒=V0-V-17.66m3，則筒體長度Lo=4Di=5621mm，取整后筒體長度取為l=5800mm，則實際體積V=吃D2+V=20.56m34h筒體內(nèi)表面積S筒=兀DiL=36.44m2，則總內(nèi)表面積S總=S筒+S=45.62m2長徑比方案二設(shè)計體積V0=20m3，公稱直徑Di=2200mm，采用標準橢圓形封頭，查附錄51〕：取直邊高度h=40mm，同理可計算出筒體長度取為L=4600mm，實際體積V=呸料+V=20.59m3，總內(nèi)表面積S總=S筒+S=42.85m2長徑比經(jīng)比較可得，取公稱直徑Di=2200mm時所用的鋼材較少，且承受各種力和載荷的能力較優(yōu)。第五章工藝計算筒體壁厚的計算筒體壁厚的計算16MnR在500C鋼的許用應(yīng)力公稱直徑Di=2200mm，貯罐的設(shè)計壓力16MnR在500C鋼的許用應(yīng)力公稱直徑Di=2200mm，（附表11」），9=L°（雙面對接焊縫，100%探傷，表3-121」），由于液化石油氣對金屬有一定的腐蝕，故屬單面腐蝕取C2=1mm故5=L75x2200+1=12.38mmd2x170x1-1.75查表3-131」取鋼板負偏差C1=0.8mm則筒體的計算壁厚5=8d+C1=13.18mm，圓整后，圓筒的名義壁厚5=14mm。封頭壁厚的計算采用標準橢圓形封頭。=12.35mm根據(jù)公式，封頭設(shè)計壁厚5d=查表3-131」取鋼板負偏差C1=0.=12.35mm則筒體的計算壁厚5=5d+C1=13.15mm，式中，9=1.0（因鋼板最大寬度為3m，此貯罐直徑為2200mm故封頭需將鋼板并焊后沖壓），其它符號同前?？紤]沖壓減薄量，圓整后取名義壁厚5廣14mm的16MnR鋼制作封頭。水壓試驗,bS式中：Pf二b=345MPas,8=,bS式中：Pf二b=345MPas,8=8-C=14-1.8=12.2mm,2x(22°0+12.2)=]81.3"a<0.9x345=310.5"a,則膈T2X12.2X1.0故符合工藝條件的要求。支座5.4.1支座的選取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式支座、圈座、腿式支座三類。由于鞍式支座承壓能力較好且對筒體產(chǎn)生的局部應(yīng)力較小，故此設(shè)計中選用鞍式支座?！景白譃锳型（輕型）和B型（重型）兩類，每種形式的鞍座又分為固定式支座（F）和滑動式支座（S）兩種。由于在此設(shè)計中，貯罐體積較小且長徑比較小，故采用A型三鞍座，兩為固定式一為滑動式支座。5.4.2鞍座的計算貯罐總質(zhì)量：式中：山］為筒體質(zhì)量m4為附件質(zhì)量（kg）。貯罐總質(zhì)量：式中：山］為筒體質(zhì)量m4為附件質(zhì)量（kg）。m=m+m+m+m(kg)，234山2為封頭質(zhì)量（kg），山3為液化石油氣質(zhì)量（kg），5.4.2.1筒體質(zhì)量m1DN=2200mm，8n故川]=q1L=714*=3284.4kg^3285kg=14mm的筒節(jié)，每米質(zhì)量為q「714kg（附表4?］），5.4.2.2封頭質(zhì)量m2DN=2200mm,5廣14mm直邊高度h=40mm的標準橢圓形封頭，其質(zhì)量為q=596.50kg（附表6早），故m2=2q2=1193kg5.4.2.3液氨質(zhì)量m3m=aVy式中：a為裝料系數(shù)，??；V為貯罐容積，V=V對+V筒=20.56m3；丫為液化石油氣的密度為588kg/m3。所以，m3=0.7x20.56x588=8462.496kg俐8463kg5.4.2.4附件質(zhì)量人孔約重200kg，其它接口管的總重約350kg計，故m4=550kg則設(shè)備總質(zhì)量：m=mi+m2+m3+m4=3285+1193+8463+550=13491kgQ=mg=13491x9.8=44070.6N牝45kN

33由于每個鞍座承受約45kN負荷，故選用輕型帶墊板包角為1200的鞍座，即JB/T4712-1992鞍座A2200-F,JB/4712-1992鞍座A2200-S。DN2200mm輕型帶墊板包角120°的鞍座尺寸公稱直徑DN…鞍座高度h允許載荷kN底板腹板筋板墊板螺栓間距L2|鞍座質(zhì)量kg增加100mm高度增加的質(zhì)量kgl1b26162L3b2b363弧長b464;e2200250405150@24012824320828882570/4008501380182195.4.3安裝位置貯罐總長L=4600+(550+40)X2=5780mm=5.78ma為鞍座離罐體一端的距離，l為兩鞍座之間的距離。查標準，有a=1090mm,l=1800mm。人孔的選取帶頸平焊法蘭人孔標準尺寸(表15-55&L帶頸平焊法蘭人孔標準尺寸(表15-55&L公稱壓力MPa直徑mmdx5ABHiH2H3d500480X10370[30024011649036(該人孔標記為：HG21523-95人孔MFM訓(xùn)1()人孔補強的確定為了滿足各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免的要在容器的筒體或封頭上開孔并安裝接管。開孔后，殼壁因除去了一部分承載的金屬材料而被削弱，而出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。為保證容器安全運行，對開孔必須采取適當?shù)拇胧┘右匝a強，以降低峰值應(yīng)力。這里采用補強圈補強，因其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、使用經(jīng)驗豐富。5.6.1人孔補強由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管制造，故不能直接選用補強圈標準。因人

孔內(nèi)徑d=500mm，壁厚5〃=10mm，故補強圈內(nèi)徑D=500+210+14=534mm，外徑1D=760mm。2補強圈的厚度計算：5=d5e=500-墮T'8)機27mmnD—D760-534d5eD—D21=26.9mm500x(14d5eD—D21=26.9mm5.6.2不需補強的最大開孔直徑由于鋼板具有一定的規(guī)格，殼體的壁厚往往超過實際強度的需要，厚度增加，使最大應(yīng)力降低，相當于容器已被整體加強，并且容器的開孔總有接管相連，其接管多于實際需要的壁厚也起補強作用。同時由于容器材料具有一定的塑性儲備，允許承受不大的局部應(yīng)力。故當孔徑不超過一定數(shù)值時，可不進行補強。不需要補強的條件：、。設(shè)計壓力小于或等于；。兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔徑之和的兩倍;。接管公稱外徑小于或等于89mm；。接管最小壁厚滿足下表的要求。接管最小壁厚接管公稱直徑2532;38454857657689最小壁厚(注：接管的腐蝕裕量為1mm接口管5.7.1液化石油氣(LPG)進料管進料管伸進設(shè)備內(nèi)部并將管的一端切成450，為的是避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動以減少磨蝕和腐蝕。為了在短時間內(nèi)將物料注滿容器。.取小=80mmx4mm的低合金無縫鋼管。配用具有凸面密封的平焊管法蘭，法蘭標記：HG20592法蘭RFQ235A5.7.2液化石油氣(LPG)出料管在化工生產(chǎn)中，需要將液體介質(zhì)運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8=80mmx3mm，將它用法蘭固定接口管8=89mmx3.5mm內(nèi)。筒體的接口管法蘭采用HG20592法蘭FFQ235A。與該法蘭相配并焊接在壓出管的法蘭上，其連接尺寸和厚度與HG20592法蘭FFQ235A相同，但其內(nèi)徑為25mm。液化石油氣壓出管的端部法蘭采用HG20592法蘭FFQ235A。壓出管伸入貯罐2.75m，為了能更大限度的吸走介質(zhì)，因此在壓出管出口安裝一軟接管。5.7.3排污管在清洗貯罐式，為了能夠?qū)U液完全排除貯罐外，液化石油氣介質(zhì)會腐蝕罐|壁而出現(xiàn)沉淀，故需在筒體底部安設(shè)排污管一個。因此管子規(guī)格取為：8=80mmx3mm，管端焊有一與截止閥J41W-16相配管法蘭HG20592法蘭16MnII5.7.4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。故采用玻璃管液面計BIW，L=1200mm，HG5-227-80兩支。與液面計相配的接口管尺寸為：8=15mmx3mm，法蘭HG20592法蘭16MnII5.7.5放空接口管為了在注入液體時，將容器內(nèi)的空氣排到罐體外以便能順利快速地注入，需安設(shè)一放空管。%故采用8=50mmx3mm的無縫鋼管，管法蘭HG20592法蘭FFQ235A。5.7.6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，因此安設(shè)一安全閥。安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。因此選用4=80mmx4mm的無縫鋼管，管法蘭HG20592法蘭16MnII接口管中，其選擇的條均在不需要補強的條件之內(nèi)，因此，以上接口管在筒體上的開孔不需要補強。第六章液化石油氣（LPG）貯罐化工設(shè)備圖貯罐的總裝配圖見附頁，各零部件的名稱，規(guī)格、尺寸、材料等見明細表。貯罐技術(shù)要求：本設(shè)計按GB150-1998《鋼制壓力容器》進行制造，試驗和驗收；焊接材料、對接焊接接頭形式及尺寸可按GB985-80中規(guī)定（設(shè)計焊接接頭系數(shù)?。?；@焊接采用電弧焊，焊條牌號E4303；殼體焊縫應(yīng)進行無損探傷檢查，探傷長度為100%；設(shè)備制造完畢后，以2.19a表壓進行水壓試驗；管口安裝位置見圖。第七章設(shè)計結(jié)果一覽表見附表。第八章總結(jié)在設(shè)計中，由于貯罐容積較小，故采用臥式圓筒形容器，因此其長徑比較小。在選材時綜合考慮材料的物理、力學性能，耐腐蝕性，