臥式儲罐設(shè)計

安徽工程大學(xué)課程設(shè)計說明書題目名稱：臥式儲罐設(shè)計專業(yè)班級：食品122班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：完成日期：2015-09-24目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要3\o"CurrentDocument"第一章緒論41.1設(shè)計任務(wù)：41.2設(shè)計思想：41.3設(shè)計特點：4\o"CurrentDocument"第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證5\o"CurrentDocument"2.1材料選擇5結(jié)構(gòu)選擇與論證52.2.1封頭的選擇5\o"CurrentDocument"2.2.2容器支座的選擇5\o"CurrentDocument"2.3法蘭型式6\o"CurrentDocument"2.4液面計的選擇6\o"CurrentDocument"第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計7\o"CurrentDocument"3.1壁厚的確定7\o"CurrentDocument"3.2封頭厚度設(shè)計73.2.1計算封頭厚度73.2.2水壓試驗及強度校核83.3儲罐零部件的選取83.3.1儲罐支座8\o"CurrentDocument"3.3.2罐體質(zhì)量8\o"CurrentDocument"3.3.3封頭質(zhì)量9\o"CurrentDocument"3.3.4液氨質(zhì)量9\o"CurrentDocument"3.3.5附件質(zhì)量9\o"CurrentDocument"第四章接管的選取104.1液氨進料管104.2平衡口管10\o"CurrentDocument"液位指示口管104.4放空口管104.5液體進口管114.6液體出口管11\o"CurrentDocument"第五章壓力計選擇12\o"CurrentDocument"符號說明13\o"CurrentDocument"總結(jié)14摘要本說明書為《1.2m3液氨儲罐設(shè)計說明書》。扼要介紹了臥式儲罐的特點及在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，詳細(xì)的闡述了臥式儲罐的結(jié)構(gòu)及強度設(shè)計計算及制造、檢修和維護。本文采用分析設(shè)計方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質(zhì)等因素并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按工藝設(shè)計、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備強度計算的設(shè)計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、鞍座、接管進行設(shè)計，然后采用1SW6-1998對其進行強度校核，最后形成合理的設(shè)計方案。設(shè)計結(jié)果滿足用戶要求，安全性與經(jīng)濟性及環(huán)保要求均合格。關(guān)鍵詞：壓力容器、臥式儲罐、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度校核、開孔補強第一章緒論1.1設(shè)計任務(wù)：針對化工廠中常見的液氨儲罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計和附屬設(shè)備的選型設(shè)計，繪制總裝配圖，并便攜設(shè)計說明書。1.2設(shè)計思想：綜合運用所學(xué)的機械基礎(chǔ)課程知識，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對儲罐進行設(shè)計。在設(shè)計過程中綜合考慮了經(jīng)濟性，實用性，安全可靠性。各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，綜合的進行設(shè)計。1.3設(shè)計特點：容器的設(shè)計一般由筒體，封頭，法蘭，支座，接管等組成。常，低壓化工設(shè)備通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計師可直接選用。本設(shè)計書主要介紹了液罐的筒體，封頭的設(shè)計計算，低壓通用零部件的選用。各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家使用標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理的進行設(shè)計。第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證2.1材料選擇純液氨腐蝕性小,貯罐可選用一般鋼材，但由于壓力較大，可以考慮20R、16MnR.這兩種鋼種。如果純粹從技術(shù)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(shè)備的計價，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。2.2結(jié)構(gòu)選擇與論證2.2.1封頭的選擇從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。平板封頭因直徑各厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。從鋼材耗用量來年：球形封頭用材最少，比橢圓開封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。2.2.2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(yīng)用最廣泛的一種臥式支座。從應(yīng)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(yīng)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(yīng)盡可能設(shè)計成雙支座，這是因為當(dāng)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、支座的水平度、各支座基礎(chǔ)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(yán)重的局部應(yīng)力，故只適合用于小型設(shè)備（DN<1600，LW<5m）。綜上考慮在此選擇雙個鞍式支座作為儲罐的支座。2.3法蘭型式法蘭連接主要優(yōu)點是密封可靠、強度足夠及應(yīng)用廣泛。缺點是不能快速拆卸、制造成本較高。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PN0.25MPa0.6MPa1.0MPa1.6MPa，在較小范圍內(nèi)(DN300mm-2000mm)適用溫度范圍為-20oC-30C。乙型平焊法蘭用于PN0.25MPa-1.6MPa壓力等級中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為DN300mm-3000mm，適用溫度范圍為-20oC-350oC。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-20oC-45oC。法蘭設(shè)計優(yōu)化原則：法蘭設(shè)計應(yīng)使各項應(yīng)力分別接近材料許用應(yīng)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(shè)計時，須注意以下二點：管法蘭鋼制管法蘭、墊片、緊固件設(shè)計參照HG20592~HG20635的規(guī)定。2.4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(biāo)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0~250oC。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0?250°C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。液面計的選用2.4.1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。2.4.2玻璃板液面計一般選易觀察的透光式，只有當(dāng)物料很干凈時才選反射式。2.4.3當(dāng)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(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(yán)重的堵塞現(xiàn)象所以在此選用玻璃管液面計。第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1壁厚的確定根據(jù)壁厚公式8=片i2巾好J-p在設(shè)計溫度下，液氨的飽和壓力為0.3Mpa(絕對壓力)，因此除灌裝有點放空口，故取設(shè)計及計算壓力為Pc=1.3，容器的內(nèi)徑Di=1000mm，在設(shè)計溫度下，材料的許用應(yīng)力為［a}=137通體材料在試驗溫度下的屈服強度為氣=205Mpa，采用雙面焊對接接頭，100%無損建材焊接接頭系數(shù)4=1.02pD0.3x100…o=——=mm=1.1mm2此」-p2x137x1.0-0.3液氨為輕微腐蝕性，腐蝕裕量由筒體封頭腐蝕裕量表查取C2=2mm(C2>1mm)涉及厚度為8d=8+C2=1.1+2=3.1mm根據(jù)8=3.1mm，由鋼板厚度負(fù)偏差得：dC1=0.25mm該值小于名義厚度得6%，所以鋼板厚度負(fù)偏差不可省略故取名義厚度8=3.1+0.25=3.35mmn圓整為5mm確定選用壁厚為5mm得06Gr19Ni10高合金鋼板制作罐體3.2封頭厚度設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭3.2.1計算封頭厚度根據(jù)公式8=怛—2卜18-0.5pc焊接接頭系數(shù)取8=1，鋼板最大寬度為3m,而此儲罐直徑為1m,取封頭需將鋼板焊接后沖壓成型于是封頭厚度8_,pD；_0.3x1000-2^^18-0.5p—2x137x1-0.5x0.3-"**c取C=C1+C2=0.25+2=2.25mm故8+C=1.1+2.25=3.35mm圓整后取8=5mm確定選用8=5mm厚的06Gr19Ni10制作封頭3.2.2水壓試驗及強度校核先按公式確定水壓試驗時的壓力Pt為PT=1.25P=1.25x0.3=0.375Mpa8=8-C=5-2.25=2.75mm查表得：8=205Mpa根據(jù)式；8=Pt4+8。)<0.988st28s于是封頭厚度80.375x(1000+2.75)貝。8=2一^^^=68.4Mpa而0.988,=0.9x1.0x205=184.5Mpa因為8〈0.988所以水壓實驗強度足夠ts3.3儲罐零部件的選取3.3.1儲罐支座此容器為臥式儲罐壓力容器，可以選用鞍式支座首先粗略計算鞍座的負(fù)荷儲罐總質(zhì)量mM=m1+m2+m3+m4m1——罐體質(zhì)量m2——封頭質(zhì)量m3----液氨質(zhì)量m4----附件質(zhì)量3.3.2罐體質(zhì)量8=5mmL=1200的筒節(jié)m=兀D8Lp=3.14x(1000+5)x5x1200x7850=148炫1i3.3.3封頭質(zhì)量公稱直徑DN=1000mm壁厚6=5mm，選用直邊高度為h=75mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，深入高度H=325mm容積0.2545m3其質(zhì)量m,=63.5kg所以2m2=2m2==2x63.5=127kg3.3.4液氨質(zhì)量m3=ppV甲裝量系數(shù)p液氨密度V容器體積裝量系數(shù)取平=0.977儲罐容積V=2V封+V筒兀-=2x0.2545+—D2L4i兀一…=0.509+—x1x1.24=4.277m3液氨-200C的密度為665kg/m3則容積質(zhì)量m3m=ppVm=ppVm=0.9x4.277x665m=0.9x665x4.277m3=2559.8kgm3=2559.8kg3.3.5附件質(zhì)量無人孔手孔其它接管質(zhì)量按100kg則m4=100kg儲罐總質(zhì)量mm=m+m+m+mm=148+137+2559.8+100m=2934.8廠mg2934.8x9.81F==22F=14420NF牝14.4KN每個鞍座只承受14.4KN的負(fù)荷根據(jù)鞍座負(fù)荷，選擇鞍座，可以選擇輕型帶墊板，包角為120的鞍座鞍座形式為JB/T4712-92鞍座BI1020-FJB/T4712-92鞍座BI1000-F第四章接管的選取本儲罐設(shè)有如下接口管4.1液氨進料管采用4108x4mm的無縫鋼管配以板式平焊管法蘭確定接管的計算厚度計開孔直徑有已知條件知殼體的計算厚度5=5mm按接管計算厚度為—書―二°3x108二旦.0.11mmt2巾&」6p2x137x1x0.3274.3開孔直徑為d=d1+2C=(108-2x4)=2x2=104mm接管的有效補強寬度B=2d=2x104=208mm接管有效補強高度h、=<d5=504x5=22.8mm需補強金屬面積A=d5=104x5=520A】=(B-d為-5=(208-104)x5-3.35=171.6A=2h(5-5)=2x22.8x(5-0.11)=22321ett因A=氣+A2=171.6+223=394.6(A則需另加補強A4=A-Ae=520-394.6=125.44.2平衡口管平衡口采用445x2.5mm無縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強(圖原結(jié)構(gòu))SD-RF45-1.6HG205944.3液位指示口管液位指示口采用457x3.5mm無縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強(圖原結(jié)構(gòu))SD-RF57-1.6HG205944.4放空口管放空口采用?32x3.5mm無縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強（圖原結(jié)構(gòu)）SD-RF32-1.6HG205944.5液體進口管液體進口采用?45x2.5mm無縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強（圖原結(jié)構(gòu)）SD-RF45-1.6HG205944.6液體出口管液體出口采用?45x2.5mm無縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強（圖原結(jié)構(gòu)）SD-RF45-1.6HG20594制口as和壓力成口人孔安桶口瞠口第五章壓力計選擇(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(yīng)與設(shè)備的工作壓力相適應(yīng)。壓力表的量程一般為設(shè)備工作壓力的1.5?3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(zhǔn)確性；反之，若選用的壓力表量程過小，設(shè)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(yīng)不超過刻度極限的60?70%。(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?jǐn)?shù)來表示的。精度等級一般都標(biāo)在表盤上，選用壓力表時，應(yīng)根據(jù)設(shè)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(yīng)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(yīng)低于1.5級。(3)表盤直徑為了使操作人員能準(zhǔn)確地看清壓力值，壓力表的表盤直徑不應(yīng)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(yīng)小于100mm，如果壓力表裝得較高或離崗位較遠(yuǎn)，表盤直徑還應(yīng)增大。又考慮到液氨有一定腐蝕性，所以綜合考慮選用隔膜壓力表，技術(shù)指標(biāo)為：精度等級：(1.6)公稱直徑：50接頭螺紋：1.5G1測量范圍：0-2.4Mpa符號說明C1鋼板負(fù)偏差mm*焊接接頭系數(shù)P設(shè)計壓力MpaV體積m3Pw工作壓力P設(shè)計壓力MpaPw工作壓力Mpa5s圓筒材料在試驗溫度下的屈服強度Mpa5d筒體設(shè)計厚度mm51圓筒材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力Mpa軸向許用應(yīng)力Mpak]容器元件材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力MpaPT實驗壓力Mpa5筒體計算厚度mmkl設(shè)計溫度下的許用