《化工机械基础》课程设计任务书液氨储罐机械设计3毕业论文Word文件下载.docx
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设计任务主要分两个阶段
①准备阶段
A准备好设计资料手册图纸说明书的报告纸
B认真研究分析设计任务及有关设计数据明确设计要求及设计内容
C认真复习有关教科书内容熟悉有关资料及步骤
D结合有关图纸了解设备结构及作用
②机械设计阶段
A根据设计参数论证选材论证物料的腐蚀性及对环境的污染情况
B根据计算有关壳体的尺寸根据压力计算壳体壁厚校核壳体的强度确定合理尺寸
C选用零部件查标准及手册确定尺寸和结构
D计算设备重量列表有关附件的重量
E绘制设备总装图进行缩小或放大绘图比例
F提出技术要求对设备制造检验安装提出技术地求并在总图上标注清楚
G编写设计说明书
2设计思想
各种石油化工设备虽然大小不一形状不同但都有一个受到内压或外压作用的称之为压力容器的外壳压力容器是化工生产所用的各种各样化工设备外部壳体的总称所以容器设计是所有化工设备设计的基础
3设计特点
对化工压力容器的基本要求
①安全可靠性的要求
要求所使用的设备具有足够的强度韧性和刚度以及良好的密封性和腐蚀性
②工艺条件的要求
化工设备是为工艺过程服务的应保证在指定的生产工艺条件下完成指定的生产任务即满足相应的工艺条件要求
③经济合理性要求
在满足设备的安全运行和工艺条件的前提下结构要合理制造要简单尽量减少加工量降低制造成本
④便于操作和维护
例如所设置的阀门平台人孔形位置要合适易损件便于更换等
⑤环境保护要求
所谓化工设备失效的一个新概念是环境失败即有害物质泄露到环境中生产过程残留无法消除的有害物质及噪音等化工容器在设计时包括化工工厂的选址均应考虑这些因素的影响
第二章设计参数确定
21设计温度
通过查阅资料可知芜湖市最高气温为40所以设计温度取40
22设计压力
设计压力给定为
23腐蚀余量
查《腐蚀数据手册》16MnR耐氨腐蚀其若设计寿命为20年则
24焊缝系数
该容器属中压贮存容器技《压力容器安全技术监察规程》规定氨属中度
毒性介质容器筒体的纵向焊接接头和封头基本上都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头所以取或常见得选取按下表选择
表21焊接接头系数
序号焊接接头形式无损检查的长度比例100局部1双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊接接头
10
0852单面焊的对接焊接接头在焊接过程中沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板
09
08此储罐采用100无损探伤故
25容器直径
考虑到压制封头胎具的规格及标准件配套选用的需要容器的筒体和封头的直径都有规定此储罐设计的公称直径假设内径选择下面再验算内径的选择是否合适
表22公称直径
公称直径3004005006007008009001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000
26许用应力
温度查表设定
第二节设计依据和有关说明
121工艺参数
技术特性公称容积m315公称直径DNmm1800介质液氨筒体长度L0mm5900工作压力MPa16工作温度0C≤40厂址芜湖市推荐材料16MnR
122设计依据
GB1501998《钢制压力容器标准》
123有关符合单位说明
英文字母
Di贮罐内径mm
[]t钢板的许用应力MPa
P液氨的饱和蒸汽压MPa
C1钢板厚度负偏差mm
C2介质的腐蚀裕量mm
希腊字母
δ罐体计算厚度mm
δd罐体设计厚度mm
δn罐体的名义厚度mm
δe罐体的有效厚度mm
焊接接头系数
第二章贮罐的设计
第一节圆筒体和封头材料的选择
选择容器用钢必须综合考虑
容器的操作条件如设计压力设计温度介质特性和操作压力等
材料的使用性能如力学性能物理性能化学性能主要是耐腐蚀性能
材料的加工工艺性能如焊接性能热处理性能等经济合理性及容器结构如材料价格制造费用和使用寿命等
纯液氨腐蚀性小贮罐可选用一般碳素钢压力容器专用钢板为20R另外还有一些合金钢如16MnR15MnVR等也适合作为压力容器的钢板
16MnR是345MPa级的低合金钢具有良好的机械性能焊接性能工艺性能及低温冲击韧性中温及低温的机械性能均优于Q235-A1520等碳素钢是使用十分成熟的钢种质量稳定可使用-40～15MnVR是屈服极限为390MPa级的低合金结构钢其塑性和冲击韧性较16MnR低其波动较大另外从经济的角度考虑16MnR也较20R制造费用低所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体的材料16MnR的含碳量为012～020钢板厚度10141600201750339755618002545566446627220038016815457142400452475559683426005309817644903
表42封头常量
公称直径DN曲面高度h1直边高度h0内表面积
F
容积V
厚度
质量G
1600
400
25
289
05871228514334163831843120488
1800
450
364
082610297123581441922005504055015416588
试选用公称直径为由表知筒体1米高容器体积封头的容积为利用公式代入
得
由于液氨筒体的长径比值为为合适值所选的长径比
所以选用公称直径为的筒体合适
圆筒体的设计
根据公式
式中圆筒的计算压力MPa
圆筒的内径mm
[]t钢板在设计温度t下的许用应力MPa
焊接接头系数≤1
在本设计中经初步计算设计体积较小约为3035m3且工作压力较小p1932MPa因此可采用卧式圆筒形容器因为作为容器主体的圆柱形筒体制造容易安装内件方便而且承压能力较好方形和矩形容器大多只在很小设计体积时采用因其承压能力较小且使用材料较多而球形容器虽承压能力较强且节省材料但制造较难和安装内件不方便一般不使用立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱综合上诉考虑本设计选用圆筒形卧式容器
16MnR在40℃的时候许用压力为MPa见表21罐体直径Di1800mm罐体长度L05900mm
双面对接焊缝100探伤见表22
表21压力容器用16MnR钢板的许用应力
钢号钢板标准使用状态厚度
mm常温强度指标在下列温度℃下的需用应力MPaσb
MPaσs
MPa≤2010015016MnRGB6654热轧正火6～16510345170170170＞16～36490325163163163＞36～60470305157157157
表焊接接头系数焊接接头形式对接接头100无损检测局部无损检测焊接工艺特点双面焊相当于双面焊的全焊透接头10085单面焊沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板0908
则筒体的设计壁厚
圆筒的名义厚度为
因此采用的16MnR钢制作罐体
第三节封头的设计
封头有多种形式半球形封头就单位容积的表面积来说为最小需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一从受力来看球形封头是最理想的结构形式但缺点是深度大直径小时整体冲压困难大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时可以达到与筒体等强度它吸取了蝶形封头深度浅的优点用冲压法易于成形制造比球形封头容易所以选择标准椭圆形封头结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成封头取与筒体相同材16MnR钢板查椭圆形封头标准JBT4737-95
表23椭圆封头标准
公称直径DNmm曲面高度h1mm直边高度h2mm内表面积Am2容积
Vm31800450253640826本设计采用标准椭圆封头21即K形状系数10
根据公式
22
得封头的设计壁厚为
查附录取钢板的负偏差
则筒体的名义壁厚为
考虑冲压减薄量圆整后取名义厚度的16MnR钢制作封头
第四节圆筒体和封头的压力试验强度校核
压力试验的目的是检验压力容器承压部件的强度和严密性在试验过程中通过观察承压部件有无明显变形或破裂来验证压力容器是否具有设计压力下安全运行所必需的承压能力同时通过观察焊缝法兰等连接处有无渗漏检验压力容器的严密性
由于压力试验的试验压力要比最高工作压力高所以应该考虑到压力容器在压力试验时有破裂的可能性由于相同体积相同压力的气体爆炸时所释放出的能量要比液体大得多为减轻锅炉压力容器在耐压试验时破裂所造成的危害所以通常情况下试验介质选用液体因为水的来源和使用都比较方便又具有作耐压试验所需的各种性能所以常用水作为耐压试验的介质故耐压试验也常称为水压试验GB150-1998《钢制压力容器》规定内压容器液压试验压力如下
23
式中PT试验压力MPa
p设计压力MPa
[σ][σ]t[σ][σ]t163MPa代入式23得液压试验的试验压力为
试验时器壁的应力为
其中有效厚度故
查表31可知22mm的16MnR钢板的常温强度指标σs325MPa
所以
则故所设计的器壁厚度满足水压试验要求
第三章支座人孔接管的标准的选择
第一节选择标准支座并校核其承载能力
311支座的选取
支座用来支撑容器的重量固定容器的位置并使容器在操作中保持稳定卧式圆筒形容器的支座分为鞍座圈座和支腿三类常见的卧式容器和大型卧式储罐大多采用鞍座鞍座标准是JBT4712-92主要由于鞍座的承压能力较好且对筒体的局部阻力较小故采用鞍座
鞍座又分为轻型ABFSF型与S型总是配对使用
鞍座的尺寸是由公称直径确定的本设计公称直径DN2800mm1000mm则选用轻型A双鞍座焊制120°
包脚带垫板一为固定式F型一为滑动式支座S型
312鞍座承载能力的核算
本设计选用的是轻型A双鞍座焊制120°
首先粗略计算鞍座负荷贮罐总质量为
式中m1罐体质量kg
m2封头质量kg
m3质量kg
m4附件质量kg罐体质量m1
公称直径DNmm壁厚δ22mm的筒体得每米质量是q1987kgm
2封头质量m2
查表《化工设备设计基础》天津大学出版社附表6公称直径DN00mm壁厚δ2mm直边高度h025mm的标准椭圆形封头得其质量所以
3液氨质量
式中装量系数取0《压力容器安全技术监察规程》规定介质为液化气体的固定式压力容器装量系数一般取09
V贮罐积m3ρ水的密度kgm3公称直径DNmm筒体长度L047m封头容积为Vh0587m3则贮罐总容积为
于是
4附件质量m4
人孔约重200kg其它接口管的总重约300kg于是m4500kg
故设备总质量为
每个鞍座承受的负荷为
5位置计算
筒体长度
式中A鞍座与封头切线之间的距离mm
L1两鞍座间距mm
根据鞍座承受的负荷查表《化工设备机械基础》大连理工大学出版社附录16可知选择轻型A带垫板包角为120°
的鞍座即JBT4712-92鞍座A2800-FJBT4712-92鞍座A2800-S表1A型鞍座标准尺寸公称直径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l3b3Δ3c间距l2螺孔
d螺纹M孔长l1112-34383436螺栓或螺柱总质量回转盖规格数量M2720171181
432人孔开孔补强
由于人孔的筒节不是采用无缝钢管故不能直接选用补强圈标准本设计所选用的人孔筒节内径壁厚故补强圈尺寸确定如下补强圈内径外径根据补强圈的金属表面积应大于或等于开孔减少的截面积补强圈的厚度按下式计算
故补强圈取厚
该水平吊盖带颈对焊法兰人孔的标记为HG21523-95人孔RFⅤAG-16其中RF指突面密封Ⅴ指接管与法兰的材料为20RAG是指用普通石棉橡胶板垫片450-16是指公称直径为450mm公称压力为16MPa33人孔PN25DN500HG21524-95明细表
件号标准号名称数量材料尺寸mm1筒节116MnRdW×
S×
12H1302HGJ52-91法兰116Mn锻件3HGJ69-91垫片1石棉橡胶板δ3代号AG4HGJ63-91法兰盖116MnRb1b25HGJ75-91P螺柱2035M33×
2×
176螺母4025M337吊环1Q235-AF8转臂1Q235-AFd09GB95-85垫圈201100HV10GB41-88螺母M2024级11吊钩1Q235-AF12环1Q235-AF13无缝钢管12014支承板116MnRmm编号名称公称直径mma1-2液位计15e安全阀25b进料管40f放空管25c出料管20g人孔450d压力表25h排污管40
331液氨进料管
进料管伸进设备内部并将管口的一端切成450为了是避免物料沿设备内壁流动一减少磨蚀和腐蚀进料管长500mm伸入筒体内300mm
取用38mm×
35mm的低合金无缝钢管配用具有凸面密封的平焊管法兰法兰标记HG20592法兰-16RF16MnR
因为该管采用38mm×
35mm厚度＜5mm故该接管开孔需要补强接管开孔补强参见GB1501998《钢制压力容器》
332液氨出料管
在化工生产中有时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
故采用可拆的压料管排料方式取压出管将它用法兰固定接口管内
筒体的接口管法兰采用HG20592法兰SO32-16RF16MnR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HG20592法兰SO32-16RF16MnR内径为25mm
液氨压出管的端部法兰采用HG20592法兰SO20-16RF16MnR这些小管都不必补强压料管伸入贮罐25m
333排污管
在清洗储罐时候为了能将废液完全排除储罐外液氨介质会腐蚀管壁而出现沉淀故需在离右鞍座的左侧500mm处安装一个排污管
因此管子规格取为管端焊有一与截止阀J41W-16相配的法兰HG20592法兰SO50-16RF16MnR排污管与罐体连接处焊有一厚度10mm的补强管
334液面计接管
液面计是用来观察设备内部液位变化的一种装置通过测量液位来确定容器中物料的数量由于设备不大且压力较小物料洁净
故采用玻璃管防霜液面计BIIWPN16L1000mmHG5-227--80两支
与液面计相配的接口管尺寸为管法兰HG20592法兰SO15-16RF16MnR两个液面计接口管的安装位置如装配图所画
335放空接口管
为了在注入液体时能将容器内的空气排到罐体外以便能顺利快速的注入需要安设一个放空管
采用的无缝钢管管法兰为HG20592法兰SO25-16RF16MnR
336安全阀接口管
安全阀是通过阀的自动开启排出气体来降低容器内过高的压力为了操作的安全因此需设一安全阀安全阀的接口管尺寸由安全阀泄放量决定
因此选用的无缝钢管管法兰HG20592法兰SO25-16RF16MnR
第四章装配图有关部件的位置确定和计算
第一节贮罐外形尺寸计算
411设计参数
公称直径DN1800mm
筒体长度L5900mm
筒体厚度
封头的曲面高度h1450mm
封头的直边高度h0h225mm
鞍座高度h250mm
液面计高度H3200mm
人孔高度HH1H243502184572mm
贮罐总长度
LL2h0h1H325900225450200447094mm
贮罐总高度
H总DiH1H21800250572442666mm
第二节支座人孔接管位置确定和计算
421支座的位置
筒体的公称直径DN1800mm筒体长L5900mmLDN5900180033数值较大且鞍座所在平面无加强圈为了避免鞍座对器壁的应力加强故采取A025D其中D为内径A为鞍座中心线至封头切线间距离当鞍座邻近封头时则封头对支座处筒体有加强刚性的作用筒体长度
422人孔的位置
为了保证筒体的密封安全人孔应在顶部左侧且距筒体中心线1500mm的地点
423接管的位置
根据设计要求及开孔补强条件确定接管的位置如下
出料管顶部中央位置
进料管顶部右侧距出料管600mm处
安全阀接管顶部右侧距出料管1400mm处
放空管接管顶部右侧距出料管2000mm处
排污管底部右侧距封头切线200mm处
液面计接管在罐体左侧封头曲面上位置见装配图
附录
1设计总汇
序号名称指标材料1设计压力MPa2工作温度≤0℃3物料名称液氨4容积5筒体DN00mm×
22mmL00mm16MnR6封头DN00mm×
22mmh225mm16MnR7鞍座JBT4712-92鞍座A2800-FJBT4712-92鞍座A2800-S8人孔HG2152-95人孔RFⅤAG-16组合件9补强圈16MnR10液面计液面计组合件11液面计接管Lmm16MnR12进料管L00mm16MnR13出料管L200mm14压料接管L3000mm15排污管L200mm16放空管L200mm17安全阀接管L200mm18法兰配合以上接管
2负偏差表
钢材厚度δnmm6-78-2526-3032-34负偏差mm06080910
3液氨储罐装配图
附有贮罐的总装配图技术特性表接管表各零部件名称规格尺寸材料等见明细表
本贮罐技术要求
1．本设备按GBl50-1998《钢制压力容器》进行制造试验和验收
2．焊接材料对接焊接接头型式及尺寸可按GB985-80中规定设计焊接接头系数＝10
3．焊接采用电弧焊焊条型号为E4303
4．壳体焊缝应进行无损探伤检查探伤长度为100％
5．设备制造完毕后以2MPa表压进行水压试验
6．管口方位按装配图
技术特性表
名称指标设计压力34工作温度40物料名称液氨公称容积15
接管表
符号联接法兰标准密封面形式用途a1-2HG20592SO15-16RF突面液面计接口管b1-2HG20592SO15-16RF突面液面计接口管cHG20592SO450-16RF突面人孔dHG20592SO32-16RF突面出料口eHG20592SO50-16RF突面进料口fHG20592SO25-16RF突面安全阀接口管gHG20592SO25-16RF突面放空口hHG20592SO50-16RF突面排污口
GB8163-87出料接管×
3L20016MnR105HB20592-95法兰32-16RF16MnR116HB20592-95法兰内径35其它尺寸按32-1616MnR1186GB8163-87压料接管25×
3L16MnR145HB20592-95法兰20-16RF16MnR1094GB8163-87排污接管×
5L20016MnR110HB20592-95法兰50-16RF16MnR1277JBT4712-92JB／T4712-92鞍座A00一F
JB／T4712-92鞍座A00一S16MnR2HB20592-95法兰25-16RF16MnR1112GB8163-87放空管接管×
35L2016MnR1058HB20592-95法兰25-16RF16MnR1112GB8163-87安全阀接管×
5L20016MnR1058HB20592-95法兰50-16RF16MnR1227GB8163-87进料接管×
5L50016MnR1185JBT4736-95补强圈16MnR1339HG21523-95人孔RFA·
G-16组合件1178GB9019-88罐体DN×
22L590016MnR17655JB4737-95封头DN00×
22h2516MnR215703140HG5-227-80玻璃管液面计组合件2126252GB8163-87液面计接管1×
3L200mm102023046HB20592-95法兰15-16RF16MnR4068273GB8163-87液面计接管18×
3L102044088图号或标准号
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