1、80M3液氨储罐设计说明书液氨储罐设计说明书前言本说明书为80m3 液氨储罐设计说明书。本文采用分析设 计方法,综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准, 按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序,分别对 储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管进行设计,然后采用1SW6-1998 对其进行强度校核,最后形成合理的设计方案。目录附:设计任务书 .2第一章 绪 论 .3(一)设计任务 .3(二)设计思想 .3(三)设计特点 .3第二章 材料及结构的选择与论证 3(一)材料选择 .3(二)结构选择与论证 .3第三章 设计计算 5(一)计算筒体的壁厚 .5(二)计算封头的壁厚 .6(三)水压
2、试验及强度校核 .6(四)选择人孔并核算开孔补强 .7(五)核算承载能力并选择鞍座 .9(六)选择液面计 .9(七)选择压力计 .10(八)选配工艺接管 .10 第五章 结束语 .11 第六章 参考文献.12 第一章 绪论(一)设计任务:针对化工厂中常见的液氨储罐,完成主体设备的工艺设计和附属 设备的选型设计,绘制总装配图和零件图,并编写设计说明书。(二)设计思想:综合运用所学的机械基础课程知识,本着认真负责的态度,对储 罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性,实用性,安全可靠性。 各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准,这样让设计有 章可循,并考虑到结构方面的要求,合理地进行设计。
3、(三)设计特点:容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组 成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准,设计时可直接选用。 本设计书主要介绍了液罐的的筒体、封头的设计计算,低压通用零部件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准,这样让设计有 章可循,并考虑到结构方面的要求,合理地进行设计。第二章 材料及结构的选择与论证(一)材料选择:纯液氨腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考 虑 20R、16MnR 这两种钢种。如果纯粹从技术角度看,建议选用 20R 类的低碳钢板, 16MnR 钢板的价格虽比 20R 贵,但在制造费用方面, 同等重量设备的计价,16M
4、nR 钢板为比较经济,且 16MnR 机械加工性 能、强度和塑性指标都比较号,所以在此选择 16MnR 钢板作为制造筒 体和封头材料。(二)结构选择与论证: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得多, 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 因直径各厚度都较大,加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年:球形封头用材最少,比椭圆开封头节约,平板封头用材最多。因此,从强度、结构和制造方面综合考虑,采用椭圆形封头最为 合理。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
5、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(人、手孔的公称 压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直径)、 工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很 多,选择使用上有较大的灵活性,其尺寸大小及位置以设备内件安装 和工人进出方便为原则。通常可以根据操作需要,在这考虑到人孔盖 直径较大较重, 可选择回转盖对焊法兰人孔。3.法兰的选择:法兰连接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。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。 平焊法兰又分为甲型与乙型两种。甲型
6、平焊法兰有 PN0.25 MPa 0.6MPa 1.0 MPa1.6 MPa,在较小范围内(DN300 mm 2000 mm)适用温 度范围为-20300。乙型平焊法兰用于 PN0.25 MPa1.6 MPa 压 力等级中较大的直径范围,适用的全部直径范围为 DN300 mm 3000 mm,适用温度范围为-20350。 对焊法兰具有厚度更大的颈, 进一步增大了刚性。用于更高压力的范围(PN0.6 MPa6.4MPa)适 用温度范围为-2045。法兰设计优化原则:法兰设计应使各项 应力分别接近材料许用应力值,即结构材料在各个方向的强度都得到 较充分的发挥。法兰设计时,须注意以下二点:管法兰、钢
7、制管法兰、垫片、紧 固件设计参照原化学工业部于 1997 年颁布的钢制管法兰、垫片、 紧固件标准(HG20592HG20635-1997)的规定。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,其类型很多,大体上 可分为四类,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,其适用温度一般在 0250。但透光式适用工作压力较 反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于 1.6MPa,介质温度在 0250的范围。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接,分别用于不同型式的液面计。液面计的选用:(1)玻璃板液面
8、计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵 塞固体的场合。板式液面计承压能力强,但是比较笨重、成本较高。(2)玻璃板液面计一般选易观察的透光式,只有当物料很干净时 才选反射式。(3)当容器高度大于 3m 时,玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受到限制,应改用其它适用的液面计液氨为较干净的物料,易透光,不会出现严重的堵塞现象,所以在此选用玻璃管液面计。4.鞍座的选择:鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看,承受同 样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个 支承优越,因为多支承在粱内产生的应力较小。所以,从理论上说卧 式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器
9、应尽可能设计成 双支座,这是因为当支点多于两个时,各支承平面的影响如容器简体 的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、 容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等,均会影响支座反力的分 布。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受 力不均匀程度的增加,给容器的运行安全带来不利的影响。所以一台 卧式容器支座一般情况不宜多于二个。在此选择鞍式双支座,一个 S 型,一个 F 型。第三章 设计计算(一)计算筒体的壁厚:因为液氨的储量为 80m3,按原化工部 1985 年颁布实施的有关贮 罐尺寸和质量的行业标准(卧式椭圆形封头贮罐系列HG5-1580-85), 取 Di=
10、3200mmPc 设计压力 储罐的最高工作温度为 48,此时氨的饱和蒸汽压为 1.93MPa ,取此压强的 1.10 倍作为设计压力,故Pc = 1.10 *1.93 = 2.123MPa在操作温度-540的范围内,估计筒体壁厚大约为 22mm,在常用容器钢板(管)许用应力表中按设计温度 48,板厚 1636mma间插值取得o t = 320.45 MP焊接接头采用 V 坡口双面焊接,采用全部无损检测,其焊接接头系数由焊接接头系数表查得$ =1.00钢板负偏差由钢板厚度负偏差表查得 C1=0.8 mm;液氨为轻 微腐蚀,腐蚀裕量由(壳体、封头腐蚀裕量表)查得 C2=2 mm。液氨储罐是内压薄壁
11、容器,按公式计算筒体的设计厚度为:6 d =Pc Dic2o t j P+C2 = 23.19考虑到钢板负偏差,所以筒体厚度应再加上 C1,即23.19+0.8=24根据钢板的厚度规格,查钢板的常用厚度表,圆整为n=24mm(二)计算封头的壁厚:采用标准椭圆形封头,各参数与筒体相同6 d =Pc Dic2o t j P+C2 = 23.19考虑到钢板负偏差,所以封头厚度应再加上 C1,即 23.19+0.8+2=24 mm根据钢板的厚度规格,查钢板的常用厚度表,圆整为n=24mm,可见跟筒体等厚。(三)水压试验及强度校核:先按公式确定水压试验时的压力 Pt 为: 选取两者中压力较大值作为水压试
12、验压力,即取Pt 2.66MPa ,水压试验时的应力为o t Pt (Di 6 e )26 ej2.66*3200+(24-0.8-2)2*(24- 0.8- 2)*1 202.08MPas查表得厚度为 36mm 的 16MnR 钢板的钢材屈服极限o故在常温水压试验时的许用应力为= 325MPa0.9o s = 0.9* 325= 292.5MPat故o 0.9o s因此满足水压试验要求(四)选择人孔并核算开孔补强:根据储罐是在常温下及最高工作压力为 2.123 MPa 的条件下工作, 人孔的标准按公称压力为 2.5 MPa 等级选取,考虑到人孔盖直径较大 较重,故选用水平吊盖人孔(GH215
13、18-2005),公称直径 500mm,突面 法兰密封面。该人孔标记为:MFM S-35CM(W.B-0222)B500-2.5 GH21524-2004 另外,还要考虑人孔补强,确定补强圈尺寸,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 内径为di =500mm ,壁厚6m =10mm查表得人孔的筒体尺寸为 55028,由标准查得补强圈尺寸为:内径 Di=484 外径 Do=760 开孔补强的有关计算参数如下:1. 筒体的计算壁厚: 2. 计算开孔所需补强的面积 A:开孔直径:补强的面积:3. 有效宽度:4. 有效高度:外侧高度h1 或h1 =接管实际外
14、伸高=250mm两者取较小值h1 =内侧高度h2 或h2 两者取较小值h2 =0mm5. 筒体多余面积 A1:e筒体有效厚度:选择与筒体相同的材料(16MnR)进行补偿,故 fr =1,所以 6. 接管多余金属的截面积 A2:接管计算厚度 7. 补强区内焊缝截面积 A3:8. 有效补强面积 Ae:2 因为 Ae A ,所以需要补强9. 所需补强截面积 A4: 10. 补强圈厚度6 :(补强圈内径Di 484 ,外径Do 760 ) 考虑钢板负偏差并圆整,实取补强厚度 mm,补强材料与壳体 材料相同,制造时为便于备材,且补强圈耗材也不多,设计时可采 用与壳体相同的板厚,即取6 = 24mm(五)
15、核算承载能力并选择鞍座:首先粗略计算鞍座负荷储罐总质量:W=W1 +W2 + W3W1 罐体的质量,Kg,式中W2 水压试验时水的质量,KgW3 附件的质量,Kg1. 罐体质量 W1:N储罐公称容积为 80m 3 ,筒体公称直径D =3200 mm, V=80 m 3罐体的自重由压力容器设计手册可查得,公称直径 DN=3200,n壁厚6 = 24 的筒体的重量为16792Kg,封头自重为 2316.1Kg,故罐体自 重W1 =16792 +2*2316.1=21424.2Kg2. 水压试验时水的质量 W2:储罐的总容80.396m 3故水压试验时罐内水重W2 =80396Kg3. 其他附件质量
16、 W3:人孔质量约为 400Kg,其他接管总和按 350Kg 计4. 设备总质量 W:W =W1 + W2 +W3=21424.2+80000+ 750=102174.2Kg查压力容器设计手册得,公称直径为 3200,高度 H=250 的 A型鞍座单个允许载荷 2853kN1021.742Kn,故其承载能力足够。标记 为:支座 BI3200-F(S) JB/T 4712-92(六)选择液面计:液氨储罐常用玻璃液面计,由储罐公称直径 3200 选择长度为3550mm 液面计二支,体材料(针形阀)为碳钢,体温型, 液面计接管为 无缝钢管,液面计相配的接口管尺寸为:20mm 平焊管法兰 HG2059
17、2-97液面计标记为 :玻璃管液面计 HG21589.1-95-5(七)选择压力计:量程装在锅炉、压力容器上的压力表,其最大量程(表盘上刻度 极限值)应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作 压力的 1.53 倍,最好取 2 倍。若选用的压力表量程过大,由于同 样精度的压力表,量程越大,允许误差的绝对值和肉眼观察的偏差就 越大,则会影响压力读数的准确性;反之,若选用的压力表量程过小, 设备的工作压力等于或接近压力表的刻度极限,则会使压力表中的弹 性元件长期处于最大的变形状态,易产生永久变形,引起压力表的误 差增大和使用寿命降低。另外,压力表的量程过小,万一超压运行, 指针越过最大量
18、程接近零位,而使操作人员产生错觉,造成更大的事 故。因此,压力表的使用压力范围,应不超过刻度极限的 6070。测量精度压力表的精度是以允许误差占表盘刻度极限值的百分 数来表示的。精度等级一般都标在表盘上,选用压力表时,应根据设备的压力等级和实际工作需要来确定精度。额定蒸汽压力小于2.45MPa 的锅炉和低压容器所用的压力表,其精度不应低于 2.5 级; 额定蒸汽压力大于 2.45MPa 的锅炉和中、高压容器的压力表,精度不 应低于 1.5 级。表盘直径为了使操作人员能准确地看清压力值,压力表的表盘直 径不应过小。在一般情况下,锅炉和压力容器所用压力表的表盘直径 不应小于 100mm,如果压力表
19、装得较高或离岗位较远,表盘直径还应 增大。考虑到液氨有一定腐蚀性,所以综合考虑选用隔膜压力表, 技术 指标为:精度等级:(1.6) 公称直径:$ 20测量范围:0 2.4MPa(八)选配工艺接管:本储罐设有如下接口管1.液氨进料管接头螺纹:1.5G1采用无缝钢管GB/T8163-1999 $ 575mm ,管的一端伸入罐切成 45,管长 400 mm。配用凹凸面式平焊管法兰 HG20592-97 WN50-2.52.液氨出料管采用可拆的压出管$ 585mm,伸入到罐内离罐底约 100 mm,外套 无缝钢管$ 8720mm(管壁加厚,具有补强作用),都配用HG20592-97 WN50-2.5凹
20、凸面管法兰和石墨复合垫片(HG20608-97)。3.排污管在罐的右端最底部设个排污管,规格是$ 12524mm,管端焊有与 截止阀相配的管法兰 HG20592-97 WN80-2.5。排污管与罐体连接处焊 有一厚度为 10mm 的补强圈.4.安全阀接口管安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用$ 12524mm 的无缝钢管, 管法兰HG20592-97 WN80-2.55.压力表接口管压力表接口管由最大工作压力决定, ,因此选用采用$ 47315mm无缝钢管,管法兰采用HG20592-97 WN20-2.5。各接管外伸高度都是150mm。第四章 结束语经过两周的紧张忙碌终于把这次设计做
21、完了。两周以来虽然很累, 尤其是画图,因为很久没有用 AUTO CAD 画图,所以感到特别生疏, 但是在使用了一段时间后还是熟悉了,又整天对着电脑,眼睛感到特 别的难受,不过凡事只要坚持就好了。在这次设计中我要感谢我们的张永强老师,他总是在我们感到困 惑的时候给我们进行耐心的讲解,正是因为他的耐心与细心,才能够 使我们的设计能够顺利的进行下去。还有要感谢我的同学,是他们一 次次的帮我发现问题,并且耐心的给我指正,谢谢你们了。第五章 参考文献1 国家质量技术监督局,GB150-1998钢制压力容器,中国标准出版社,19982 国家质量技术监督局,压力容器安全技术监察规程,中国劳动社会保障出版社,19993 全国化工设备设计技术中心站,化工设备图样技术要求,2000,114 郑津洋、董其伍、桑芝富,过程设备设计,化学工业出版社,20015 黄振仁、魏新利,过程装备成套技术设计指南,化学工业出版社,20026 国家医药管理局上海医药设计院,化工工艺设计手册,化学工业出版社,19967 蔡纪宁主编,化工设备机械基础课程设计指导书,化学工业出版社,2003年
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