化工机械课程设计.docx

化工机械课程设计.docx

《化工机械课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工机械课程设计.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

化工机械课程设计

课程设计说明书

设计题目：

化工机械设计

卧式容器设计

学院、系：

专业班级：

学生姓名：

指导教师：

成绩：

2014年6月30日

目录

一、设计要求3

二、容器设计3

⒈罐体壁厚的设计3

（1）按爆破膜计算3

（2）校核罐体水压试验强度3

⒉封头厚度设计4

⒊鞍座4

（1）鞍座负荷粗略计算：

4

（2）罐体质量4

（3）封头质量4

（4）物料质量4

（5）附件质量5

（6）贮罐总质量:

5

⒋手孔选择5

5.手孔补强6

6.接管6

（1）进料管6

（2）出料管7

（3）排污管7

（4）放空管接管7

7.安全阀的选择7

8.设备总装制图见附图7

一、设计要求

设计一卧式储罐，材质为Q245R，罐体长度（不包括封头）L＝1420mm，要求安装安全阀或防暴膜。

具体参数：

Pw＝0.6MPaDi＝700mm

二、容器设计

⒈罐体壁厚的设计

（1）罐体壁厚的设计

壁厚δ计算：

取Pc=1.1Pw=1.1×0.6=0.66MPa,设计温度为20℃，Di＝700mm，

MPa，

MPa，φ＝1.0（双面焊对接接头，100％无损检测）。

取C2＝2mm，

所以：

δd=δ+C2=1.56+2=3.56mm

取C1＝0.3mm，则

δn=δd+C1=3.86mm，圆整后得4mm

确定选用δn=4mm厚的Q245R钢板制作罐体。

（2）校核罐体水压试验强度

（式中PT＝1.25P＝1.25×0.66＝0.825MPa，δe＝δn－C＝4－2.3＝1.7mm，σs＝245MPa）

则σt=0.825×（700+1.7）/（2×1.7）=170.27MPa

而

MPa

因为

所以水压试验强度足够。

⒉封头厚度设计

采用标准椭圆形封头:

封头厚度δ计算：

δ=0.66×700/（2×148×1.0-0.5×0.66）=1.56mm

C＝C1＋C2＝0.3+2＝2.3mm

δn=δ+C＝1.56+2.3＝3.86mm

圆整厚取δn=4mm

选用δn=4mm厚的Q245R钢板制作封头

所以筒体和封头厚度均取4mm

⒊鞍座

（1）鞍座负荷粗略计算：

储罐总质量m＝m1＋m2＋m3＋m4

（式中m1——罐体质量，m2——封头质量，m3——物料质量，m4——附件质量）

（2）罐体质量

Q245R钢的密度为7850

m1=3.14DLδnρ=3.14×0.7×1.42×0.006×7850=147.01kg

（3）封头质量

DN＝700mm，δn＝4mm，曲面高度175mm，直边高度25mm的标准椭圆形封头，其质量

18.5kg（查《钢制压力容器设计》7页，JB1154－73，Di＝700mm）

则：

（4）物料质量

m3＝

Vρ

其中装填系数取0.52，V封＝0.0545m3（查《钢制压力容器设计》7页，JB1154－73，δn＝6mm，Di＝700mm）,

V＝2V封+V筒＝2×0.0545+0.5462＝0.6552m3

盛装液体ρ＜2000

，所以

＝

Vρ=0.52

0.6552

2000＝681.408kg

（5）附件质量

手孔质量约31.5kg，其他接管等质量总和按150kg计

所以

=233kg，

（6）贮罐总质量:

=

+

+

+

=147.01+37+681.408+233=1098.418kg

=

=5.39KN

每个鞍座要承受5.39KN负荷，根据附录10，可以选用重型带垫板，包角为120°的鞍座。

即鞍座BI700－F

鞍座BI700－S

5、安装位置

为了充分利用封头对筒体邻近部分的加强作用，应尽可能将鞍座安放在靠近封头的位置，即A应小于或等于0.5R（

是容器半径）。

贮罐长度（不含封头）L=1420mm

式中A——鞍座离罐体一端的距离；

取R=

A=0.5

354=177mm

所以两鞍座之间距离为1062mm

⒋人孔选择

为了检查设备使用过程中是否产生裂纹，变形，腐蚀等缺陷，应开设检查孔，由于设备内径在450~900mm，开设两个直径150mm的手孔，根据贮罐的设计温度，最高工作压力，材质，介质及使用要求等条件，选用公称压力为1.0MPa的带颈对焊法兰式平盖手孔（HG21531-95），手孔公称直径选定为150mm。

采用采用环连接面（RJ型）和石棉橡胶板垫片。

该带颈对焊法兰式平盖手孔的标记为

表:

手孔PN=1.0MpaDN=159明细表

件号

标准号

名称

数量

材料

尺寸/mm

1

筒节

1

Q245R

=159

4.5，

＝160

2

GB/T4707-2000

螺柱

8

35CrMoA

M20

105

3

GB/T4707-2000

螺母

16

35

M20

4

HGJ63-91

法兰盖

1

16MnR

=21，

＝24

5

HGJ69-91

垫片

1

石棉橡胶板

＝3（代号A·G）

6

HGJ52-91

法兰

1

16Mn（锻件）

7

把手

1

A3F

8

无缝钢管

1

20

5.手孔补强

开孔补强的设计准则

等面积设计法:

起补强作用的金属面积不小于被削弱金属的面积。

5.1、开孔补强的计算

为了满足各种工艺和结构上的要求，不可避免的要在容器的筒体或封头上开孔并安装接管。

开孔后，壳壁因除去了一部分承载的金属材料而被削弱，而出现应力集中现象。

为保证容器安全运行，对开孔必须采取适当的措施加以补强，以降低峰值应力。

这里采用补强圈补强，因其结构简单、制造方便、使用经验丰富。

采用等面积补强法。

本设计取手孔筒节内径di=150mm，壁厚δm=20mm。

。

5.2、开孔补强的有关计算参数

（1）开孔所需补强的面积A

开孔直径：

d=d1+2C=150+2×2.3mm=154.6mm

开孔所需补强面积：

A=d·δd=154.6×1.34=207.164mm2

（2）补强有效区的范围

（1）有效宽度:

B=2d=2×154.6mm=309.2mm

（2外侧有效高度：

h1=（dδm）1/2=（154.6×4）1/2mm=309.2mm

（3）有效补强面积A=A1+A2+A3

其中A1=（B-d）（δe-δ）-2δm（δe-δ）（1-fr）

筒体有效厚度δe=δn–C=4—2.3=1.7mm

接管材料选择与筒体相同的材料（16MnR）进行补偿,故fr=1，代入上式得，

A1=（310-154.6）×（1.7-1.33）=59.052mm2

A2=2h1（δnt—δt）fr+2h2（δnt—C2）fr=2×200×（4-1.33）+0=1068mm2

Ae=A1+A2=59.052+1068=1127.052mm2

5.3补强圈的设计

因为Ae

所以取20mm，同时计及接管与壳体焊缝面积A

之后，该孔足仍不满足强度要求。

所以补强材料与壳体材料相同，手孔开孔补强采用补强圈结构，材质为16MnR。

根据J1207-73，由标准查得确定补强圈尺寸为：

外径D2=300mm，内径D1=163mm。

补强圈

Φ163mm/φ300mm，δ=10mm

16MnR

6.接管

本贮罐设有以下接管：

6.1进出料接管的选择

材料：

容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选择无缝钢管，材料为16MnR。

结构：

接管伸进设备内切成45度，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对壁的磨损与腐蚀。

接管的壁厚要求：

接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。

一般情况下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。

不需另行补强的条件：

当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。

1设计压力小于或等于2.5Mpa。

2两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。

3接管公称外径小于或等于89㎜。

4接管最小壁厚满足以下要求。

表4.2接管最小壁厚要求

接管公称直径/mm

32

40

57

最小壁厚/mm

3.5

采用

57mm

3mm无缝钢管。

管的一端切成

《化工容器设计》p408，伸入贮罐内为170mm（《化工容器设计》p409）。

配用凹凸面带颈对焊法兰：

HG20592法兰WN45-16FM16Mn。

为该接管为

57mm

3mm，厚度小于5

，故该接管开孔需要补强。

6.2.料液出料管

采用可拆的压出管

57

3.5

将它套入罐体的固定接口管

65mm

5.5mm内，并用带颈对焊法兰固定在接口管法兰上。

罐体的接口法兰采用“HG20592法兰WN57-16FM16Mn，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法兰“HG20592法兰WN57-16FM16Mn”相同，但其内径为40mm。

料液压出管的端部法兰（与料液输出管相连）采用“HG20592法兰WN57-16FM16Mn”。

料液出料管也不必补强。

6.3液面计的设计

液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、磁性液位计和用于低温设备的防霜液面计。

选取玻璃板液面计。

考虑到本设备工作压力较大，选用T型即透光式玻璃板液面计。

本贮罐采用透光式玻璃板液面“A

16-360--100

21500-1995”两支。

透光式、碳钢材料、保温型、排污口配阀门、带颈对焊法兰：

HG20592法兰WN57-16FM16Mn。

6.4安全阀的选择

安装位置：

在离右封头切线处435mm处安装一安全阀。

与安全阀和接管连接的法兰选择突面板式带颈对焊管法兰GT/T20592-2009法兰WN20-16RF（A）16Mn，与壳体连接的接管为无缝钢管GB8163-87热轧钢管，尺寸为φ20×2.5㎜。

法兰盖为GT/T9123.1（化工管路设计手设p416）

6.5排污管的选择

安装位置：

在离右鞍座的左侧378mm处安装一个排污管。

贮罐右端最底部安设一个排污管，管子的规格是

40

2.5

，管端装有一与截止阀J41W

16相配的管法兰：

“HG20592法兰WN45-16FM16Mn”。

排污阀的结构是利用装在阀杆下面的阀盘与阀体的突缘部分相配合，一控制阀的启闭。

结构较闸阀简单，制造、维修方便。

可以调节流量，应用广泛。

6.6放空管接管

采用

25mm

3mm无缝钢管，管法兰为带颈对焊法兰：

HG20592法兰WN20-16FM16Mn。

放空管接管安排在离左封头切线处100mm。

6.7爆破片

当压力敏感元件呈正拱形。

安装后拱的凹面处于压力系统的高压侧，动作时该元件发生拉伸破裂。

根据工程设计压力，应该选择正拱型爆破片，工程最大压力为100Mpa。

工作压力为3.8Mpa,爆破压力为4.18Mpa。

厚度一般为10mm。

五、参考资料

[1]陈中编.化工设备设计手册.上海科学技术出版社.1978

[2]广西大学《实用机械零部件手册》编写组.实用机械零件手册.广西科学技术出版社

[3]徐宝东编.《化工管路设备手册》[M].化学工业出版社.2011

[4]蔡继宁编.《化工设备机械基础课程设计指导书》[M].化学工业出版社.2000

附、设计结果一览表1

序号

名称

指标

材料

1

设计压力

0.6MPa

_

2

工作温度

20℃

_

3

物料密度

不大于2000

_

4

筒体

DN708mm×4mm，L=1416mm

Q245R

5

封头

DN708mm×4mm，

Q245R

6

鞍座

鞍座BI700－F

鞍座BI700－S

Q235A·F

7

手孔（带颈平焊法兰手孔）

HG21530-95

组合件

8

补强圈

Φ163mm/φ300mm，δ=10mm

16MnR

9

液面计接管

Φ57mm×3.5，L=200mm

20

10

玻璃管液面计

A

16-360--100

21500-1995，L=200mm

组合件

11

进料管

φ57mm×3.5，L=170mm

20

12

出料管

φ57mm×3.5，L=685mm

20

13

排污管

φ45mm×2.5，L=175mm

20

14

放空管

φ25mm×3，L=50mm

20

15

安全阀接管

φ25mm×3，L=50mm

20

16

防爆片

φ25mm×3,厚10mm

Cu

17

法兰

配合以上各接管

Q235-A

设计结果一览表2

序号

名称

标号

书籍

1

筒体

JB1154-73

化工机械手册

2

封头

JB1154-73

化工机械手册

3

鞍座

鞍座BI700-F

鞍座BI700-S

化工设备设计基础

4

手孔（瓶盖对焊法兰手孔）

JB591-79组合件

化工容器设计

5

补强圈

JB1207-73

化工容器设计

6

液面计接管

JC/T435-1997

化工管路设计手册

7

玻璃管液面计

JC/T225-1997

化工管路设计手册

8

进料管

HG20595-97

化工管路设计手册

9

出料管

HG20595-97

化工容器设计

10

压料接管

HG20595-97

化工管路设计手册

11

排污管

HG20595-97

化工管路设计手册

12

放空管

GB/T3146.2-2000

化工管路设计手册

13

安全阀接管

A42-H-160

压力容器设计手册

14

手孔法兰

GB/T9116.2-2000

国标法兰手册与三维图

15

手孔法兰盖

GB/T9123.2-2000

国标法兰手册与三维图

16

管法兰为带颈对焊法兰

HG20592-97

HG20592-97

化工设备设计基础

17

垫片

HG/T20614

化工管路设计手册

P276

18

筒节

GB/T3116.2-2000

国标法兰手册与三维图

19

螺柱

GB/T11232.2-2000

国标法兰手册与三维图

20

防冻液面计

AL16-1260-50

化工容器设计

21

螺母

GB/T11233.2-2000

国标法兰手册与三