甲醇储罐的课程设计.docx

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甲醇储罐的课程设计

淮南师范学院

化工设备机械基础

————课程设计

设计任务书

设计课题：

甲醇贮罐的机械设计

工艺参数：

最高使用温度：

T=50℃

公称直径：

DN=2200mm

筒体长度（不含封头）：

L0=3819mm

设计内容：

1.筒体材料的选择

2.罐的结构尺寸

3.罐的制造施工

4.零部件型号及位置

5.相关校核计算

设计人：

学号：

指导老师：

完成时间：

一、材料及结构选择1

1材料的选择1

2结构的选择2

2.1封头的选择2

2.2人孔的选择2

2.3法兰的选择2

2.4液面计的选择3

2.5鞍式支座的选择3

二、设计计算内容4

1设计温度和设计压力的确定4

1.1设计温度的确定4

1.2贮罐长度以及内径确定4

1.3设计压力的确定4

2罐体壁厚设计4

3封头厚度设计5

3.1计算封头厚度5

3.2校核罐体与封头水压试验强度6

4鞍座设计6

4.1罐体质量m16

4.2封头质量m27

4.3甲醇质量m37

4.4附件质量m47

4.5贮罐总质量8

5人孔设计8

6人孔补强设计9

7选配工艺接管9

7.1碱液进料管9

7.2碱液出料管10

7.3排污管10

7.4液面计接管10

7.5放空管接口管10

7.6安全阀接口管11

8总装置配图11

参考文献12

一、材料及结构选择

1材料的选择

甲醇的物理化学性质

化学名称：

甲醇，别名：

甲基醇、木醇、木精

分子式

分子量32.04，有类似乙醇气味的无色透明，易挥发性液体，密度（20℃）0.7913g/mL，熔点为—97.8℃，沸点为64.65℃。

甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，略有酒精气味。

甲醇是最常用的有机溶剂之一，与水互溶且体积缩小，能与甲醇乙酸等多种有机溶剂互溶，甲醇为有毒化工产品，用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料，主要用于精细化工、塑料等领域，用来制造甲醛。

醋酸、甲氨、硫酸等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。

储罐可选用一般钢材，但由于压力较大，可以考虑Q245R，Q345R这两种钢材。

如果纯粹从技术角度看，可用Q245R类的低碳钢板，16Mn钢板的价格虽比Q245R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，Q345R钢板较为经济，所以在此选择Q345R钢板作为制造筒体和封头的材料。

钢号

钢板标准

使用状态

厚度/mm

室温强度指标

许用应力/MPa

Rm/MPa

REl/MPa

≤20

100

Q345R

GB713

热轧

3～6

510

345

189

189

控轧

>16～36

500

325

185

185

正火

>36～60

490

315

181

181

2结构的选择

2.1封头的选择

从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。

但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小的多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。

平板封头因直径厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。

从钢材耗用量来看：

球形封头用材最少，比椭圆封头节约，平板封头用材最多。

因此，从强度，结构和制造方面综合考虑，采用椭圆封头最为合理。

2.2人孔的选择

压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。

人孔主要由筒节，法兰，盖板和手柄组成。

一般人孔有两个手柄。

选用时应综合考虑公称压力，公称直径，工作温度以及人，手孔的结构和材料等诸多方面的因素。

人孔的类型很多，选择使用上有很大的灵活性。

公称压力为2.5MPa，公称直径为450mm,H为250mm的水平吊盖对焊法兰人孔。

2.3法兰的选择

法兰连接的主要优点是密封可靠，强度足够及应用广泛。

缺点是不能快速拆卸，制造成本较高。

压力容器的法兰分平焊法兰和对焊法兰。

法兰设计的优化原则是：

法兰设计应使各项应力分别接近许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到充分的发挥。

2.4液面计的选择

液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型大体上可以分为四类：

有玻璃板液面计，玻璃管液面计，浮子液面计和浮标液面计。

在中低压容器中常用前两种。

玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度在0~250摄氏度。

玻璃管液面计适用于工作压力小于1.6MPa，介质温度在0~250摄氏度情况下。

玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料没有结晶等堵塞固体的场合。

板式5液面计承压能力强但比较笨重，成本较高。

2.5鞍式支座的选择

鞍式支座是应用较为广泛的一种卧式支座。

从应力分析来看，理论上支座数目越多越好。

但实际上，卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点过多时，各支撑平面的影响均会影响支座反力的分布，因而采用多支座不仅体现不出理论上的优越性反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利影响。

在此选择轻型的鞍式双支座，一个S型，一个F型。

二、设计计算内容

1设计温度和设计压力的确定

1.1设计温度的确定

选择设计温度t=50℃

1.2贮罐长度以及内径确定

贮罐内径Di=2400mm长度L=5000mm

1.3设计压力的确定

设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷，其值不得低于工作压力。

液柱静压力P1=ρgh=1.84×103×9.8×5=0.09016MPa

查饱和蒸汽压P2=0.0555MPa

工作压力Pw=P0+P2=0.101+0.0555=0.1565MPa

设计压力P=1.1Pw=0.17215MPa

计算压力Pc=0.17215+0.09016=0.26231MPa

2罐体壁厚设计

壁厚δ公式:

本贮罐50℃时甲醇饱和蒸气压为0.0555MPa，贮罐上需要安装安全阀，故取Pc=0.26231MPaDi=2400mm[σ]t=189MPaRel=345MPaφ=1.0（双面焊对接接头，100％无损检测）

mm

取腐蚀裕量C2=2mm

设计厚度

mm

取钢板厚度的负偏差C1=0.3mm

δd+C1=3.7+0.3=4mm

圆整后取名义厚度δn=4mm

3封头厚度设计

3.1计算封头厚度

封头厚度δ公式：

于是

C=C1+C2=2.3mm

δ+C=2.3+1.7=4mm

圆整后取名义厚度δn=4mm

3.2校核罐体与封头水压试验强度

根据式

式中PT=1.25P=1.25×0.26231=0.33MPa

δe=δn－C=4－2.3=1.7mm

ReL=345MPa

则

MPa

而

MPa

因为

，所以水压试验强度足够

4鞍座设计

贮罐总质量

式中m1——罐体质量

m2——封头质量

m3——甲醇质量

m4——附件质量

4.1罐体质量m1

DN=2400mmδn=4mm的筒节，质量为q1=236.4Kg/m

m1=q1L=1181.8Kg

4.2封头质量m2

DN=2400mmδn=4mm直边高度h=40mm的标准椭圆形封头，

m21=150.9Kg

m2=2m21=301.8Kg

4.3甲醇质量m3

V=V封+V筒=19.54m3

甲醇密度0.7913g/mL，则

m3=15461.46Kg

水密度为1000Kg/m3

m3=19540Kg

所以m3取水压试验满水质量

4.4附件质量m4

m4=500Kg

4.5贮罐总质量

每个鞍座只承受105.6kN负荷查表得，可以选用轻型带垫板，包角为120°的鞍座，即

JB/T4712.1—2007鞍座A2400-F

JB/T4712.1—2007鞍座A2400-S

表3.3A型鞍座标准尺寸

（mm）

公称直径DN

允许载荷/kN

鞍座高度h

底板

腹板

筋板

垫板

螺栓连接尺寸

l1

b1

δ1

δ2

l3

b2

b3

δ3

弧长

b4

δ4

e

间距l2

螺孔

d

螺纹M

孔长l

2400

447

250

1720

240

14

10

265

208

290

8

2800

500

10

100

1520

24

M20

40

5人孔设计

根据储罐的设计温度、最高工作压力、材质、介质及使用求等条件，选用公称压力为2.5MPa的水平吊盖带颈对焊法兰人孔（HG/T21524－2005）,人孔公称直径选定为450mm。

采用榫槽面密封面（TG型）和石棉橡胶垫片。

表3.2人孔PN2.5DN450明细表

件号

标准号

名称

数量

材料

尺寸/mm

1

筒节

1

Q345R

dW×S=480×12，H1=320

2

HG/T20592-2009

法兰

1

16Mn（）

3

HG/T20592-2009

垫片

1

石棉橡胶板

δ=3（代号A•G）

4

HG/T20592-2009

法兰盖

1

Q345R

b1=39，b2=44

5

GB/T5782-2000

螺柱

20

35

M33×2×175

6

GB/T6170-2000

螺母

40

25

M33

7

吊环

1

Q235-A.F

8

转臂

1

Q235-A.F

d0=36

9

垫圈20

1

100HV

10

GB/T6170-2000

螺母M20

2

4级

11

吊钩

1

Q235-A.F

12

环

1

Q235-A.F

13

无缝钢管

1

20

14

支承板

1

Q345R

6人孔补强设计

人孔开孔补强采用补强圈结构，材质为Q345R，根据JB/T4736－2002，确定补强圈内径D1=484mm，外径D2=760mm，补强圈厚度为20mm。

7选配工艺接管

7.1碱液进料管

进料管伸进设备内部并将管的一端切成45℃，为的是避免物料沿设备内壁流动以减少磨蚀和腐蚀。

为了在短时间内将物料注满容器。

采用

的无缝钢管。

配用具有突面密封的带颈对焊管法兰，法兰标记：

HG20595法兰WN50-2.5RF20。

接管长500mm，不需补强[6]。

7.2碱液出料管

在化工生产中，需要将液体介质运送到与容器平行的或较高的设备中去，并且获得纯净无杂质的物料。

故采用可拆的压出管

，将它用法兰固定在接口管

。

罐体的接口管法兰采用HG20595法兰WN32-2.5RF20。

与该法兰相配并焊接在压出管的法兰上，其连接尺寸和厚度与HG20595法兰WN32-2.5RF20相同，但其内径为25mm。

液氨压出管的端部法兰采用HG20595法兰WN20-2.5RF20。

这些小管都不必补强。

压出管伸入贮罐2.6m。

7.3排污管

贮罐右端最底部安设一个排污管，管子规格：

，管端焊有一与截止阀J41W-16相配的管法兰HG20595法兰WN50-2.5RF20。

7.4液面计接管

本贮罐采用透光式玻璃板液面计AT2.5-W-1450V两支。

与液面计相配的接管尺寸为

，管法兰为HG20595法兰WN10-2.5RF20。

7.5放空管接口管

为了在注入液体时，将容器内的空气排到罐体外以便能顺利快速地注入，需安设一放空管。

采用

无缝钢管，法兰为HG20595法兰WN32-2.5RF20。

7.6安全阀接口管

安全阀接管尺寸由安全阀泄放量决定。

本贮罐选用

的无缝钢管，法兰为HG20595法兰WN32-2.5RF20。

各接管的长度都是200mm。

8总装置配图

贮罐的总装配图见附页[7]，各零部件的名称，规格、尺寸、材料等见明细表。

贮罐技术要求：

本设计按GB150-1998《钢制压力容器》进行制造，试验和验收；焊接材料、对接焊接接头形式及尺寸可按GB985-80中规定（设计焊接接头系数取1.0）；焊接采用电弧焊，焊条牌号E4303；壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100%；设备制造完毕后，进行水压试验；管口安装位置见图。

参考文献

[1]陈钟秀，顾飞燕，胡望明.化工热力学.：

化学工业出版社，2001.

[2]董大勤.化工设备机械基础.：

化学工业出版社，2009.

[3]丁伯民，黄正林.化工容器.：

化学工业出版社，2003.

[4]刁玉玮，王立业.化工设备机械基础.：

大连理工大学出版社，2003.

[5]谭蔚.化工设备设计基础.天津：

天津大学出版社，2008.

[6]赵军，张有忱，段成红.化工设备机械基础.：

化学工业出版社，2007.

[7]林大钧.简明化工制图.：

化学工业出版社，2005.