回流卧式储罐课程设计

过程 设备设计 课程 设计说明书 设计题目：回流 卧式储罐 学 生 姓 名 陈光宇 专 业 过程装备与控制工程 学 号 1053146 指 导 教 师 李晶 郭士茹 分 院 机电工程分院 过程设备设计课程设计任务书 设计题目：回流卧式储罐 技术特性指标 设计压力： 工作压力： 计温度： 52 操作温度： 40 安全阀开启压力： 液压实验（卧式）： 密性实验： 介质名称及特性（毒性，易燃）：、 设备净重： 923 其中不锈钢中 充水后总重量： 3423蚀裕量： 2 焊缝系数： 1 全容积： 装料系数： 计内容 1、 回流罐的强度计算及校核 2、 选择合适的零部件材料 3、 焊接结构选择及设计 4、 安全阀和主要零部件的选型 5、 绘制装配图和主要零部件图 设计说明书要求 1、字数不少于 5000 字。 2、内容包括：设计参数的确定、结构分析、材料选择、强度计算及校核、焊接 结构设计、标准零部件的选型、制造工艺及制造过程中的检验、设计体会、 参考书目等。 3、设计说明书（封面自行设计，全班统一；计算机打印），要求有设计题目、班 级、学生姓名、指导教师姓名、设计时间。（全班统一） 4、设计说明书 用 横订成册，封面和任务书在前。 目 录 过程设备设计课程设计任务书 . 2 设计题目：回流卧式储罐 . 2 技术特性指标 . 2 设计内容 . 2 设计说明书要求 . 2 第一章 绪论 . 1 计目的及意义 . 1 化石油气储罐分类 . 1 卧式储罐设计特点 . 1 化石油气特点 . 1 计思想 . 2 计特点 . 2 计要求和参数选择 . 2 第二章 回流卧式储罐结构设计 . 3 料及结构选择 . 3 料选择 . 3 结构选择与认证 . 3 头的选择 . 3 孔的选择 . 3 法兰的选择 . 3 面计的选择 . 4 座的选择 . 4 筒封头厚度的设计 . 4 体和封头的设计 . 5 体和封头的选形 . 5 体与封头的结构设计 . 6 器主元件的设计 . 7 孔的选择 . 7 管、法兰、垫片和螺栓（柱） . 7 管 . 8 兰 . 9 片 . 10 栓（螺柱）的选择 . 11 座选型和结构设计 . 11 座选型 . 11 座的安装位置 . 13 座的开孔补强设计 . 13 强设计方法判别 . 13 效补强范围 . 14 效宽度 B . 14 侧有效高度 . 14 侧有效高度 . 14 效补强面积 . 15 强圈面积 . 15 强圈 设计 . 15 接结构设计 . 16 接接头形式 . 16 口形式 . 16 力容器焊接接头分类 . 17 第三章 强度计算 . 18 压试验应力校核 . 18 筒轴向弯矩计算 . 18 筒中间截面上的轴向弯矩 . 18 座平面上的轴向弯矩 . 19 筒轴向应力计算及校核 . 19 筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力 . 19 压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核 . 20 筒轴向应力校核 . 20 向剪应力的计算及校核 . 21 筒切向剪应力的计算 . 21 筒被封头加强（ 2时，其最大剪应力h. 21 向剪应力的校核 . 21 筒周向应力的计算和校核 . 22 横截面的最低点处 . 22 鞍座边角处 . 22 座垫板边缘处圆筒中的周向应力 . 22 向应力校核 . 23 第四章 总结 . 24 参考文献 . 25 长春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 1 第一章 绪论 计目的及意义 液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到人们的重视。由于该气体具有易燃易爆的特点 , 因此在设计这种贮罐时 , 要注意与一般气体贮罐的不同点 , 尤其要注意安全 , 还要注意在制造、安装等方面的特点。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。 所以 对液化石油气的储罐要求也很严格。 化石油气储罐分类 目前我国普遍采用常温压力贮罐 ,常温贮罐一般有两种形式 : 球形贮罐和圆筒形贮罐。球形贮罐和圆筒形贮罐相比 :前者具有投资少 ,金属耗量少 ,占地面积少等优点 ,但加工制造及安装复杂 ,焊接工作量大 ,故安装费用较高。一般贮存总量大于 500m时选用球形贮罐比较经济 ; 而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单 ,安装费用少等优点 ,但金属耗量大占地面积大 ,所以在总贮量小于 500m,单罐容积小于 100m时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般 中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形贮罐 , 只有某些特殊情况下 (站内地方受限制等 ) 才选用立式。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。 卧式储罐设计特点 卧式液化石油气贮罐是一个储存压力容器 , 也应按 制压力容器进行制造、试验和验收，并接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程 (简称容规 ) 的监督。液化石油气贮罐 , 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、 温度计、液面计等。 化石油气特点 液化石油气呈液态时的特点。 (1)容积膨胀系数比汽油、煤油以及水等都大 , 约为水的 16倍 , 因此 ,往槽车、贮罐以及钢瓶充灌时要严格控制灌装量 ,以确保安全 ;(2)容重约为水的一半。因为液化石油气是由多种碳氢化合物组成的 ,所以液化石油气的液态 比重即为各组成成份的平均比重 ,如在常温 20时 ,液态丙烷的比重为 态丁烷的 比重为 因此 ,液化石油气的液态比重大体可认为在 即为水的一半。 长春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 2 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。 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、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。 计要求和参数选择 针对化工厂中常见的液化石油气储罐，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。 设计的原始数据 见 表 2 2序 号 项目 数值 单位 1名称 回流卧 式 储 罐 2用途 液化石油气 储 藏 3设计压 力 4设计温 度 52 5 全容积 M 6 装料系 数 7 工作介 质 名称及特 性 液化石油气： 毒性、易燃 ） 长春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 3 第二章 回流卧式储罐结构设计 料及结构选择 料选择 液化石油气腐蚀性小 ,贮罐可选用一般钢材 ,但由于压力较大 ,可以考虑 20R、 16两种钢种。如果纯粹从技术角度看 ,建议选用 20R 类的低碳钢板 , 16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， 16 16械加工性能、强度和塑性指标都比较号，所以在此选择 16 结构 选择与认证 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。 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 (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。 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。较小范围内（ 2000 用温度范围为 300。乙型平焊法兰用于 力等级中较大的直径范围，适用的长春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 4 全部直径范围为 3000 用温度范围为 350。 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（ 用温度范围为 45。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、钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照 2009年颁布的中华人民共和国化工行业标准（ 制管法兰、垫片、紧固件的规定。 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 0 250。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 质温度在 0 250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 3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。 液化石油气为较干净的物料，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。 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 个 筒封头厚度的设计 由于该容器储存介质易燃，所以该容器的焊缝都要采用全焊透结构，需要对该储罐进行 100%长春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 5 探伤，焊缝系数为 。 体和封头的设计 对于承受内压，且设计压力 3m 且比较接近，所以结构设计合理。 假设圆筒的厚度在 616围内，查 常用压力容器设计手册 表 1得： 疲劳极限强度 =510服极限强度 = 34525 C 下的许用应力为 t = 170 利用中径公式得： 0 . 7 2 1 1 0 0 2 . 9 82 1 7 0 1 0 . 9 22 选用标准椭圆形封头，长短轴比值为 2，根据 椭圆形封头计 算中式（ 7- 长春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 6 ct (2查标准 表 7板厚度负偏差为 有 中 钢材的厚度负偏差不大于 不超过名义厚度的 6%时，负偏差可以忽略不计， 故取 ，腐蚀裕量 则封头的名义厚度为 。 圆整后取为 。 体与封头的结构设计 由封头长短轴之比为 2，即 22 得 1100 27544h m m m m 查标准 4746中表 椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表 2图 2 封i 24 0 取装料系数为 封i 即 205 . 5 1 . 1 2 0 . 2 1 2 20 . 9 4 L 圆整后取为0 春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 7 器主元件的设计 孔的选择 根据常用压力容器设计手册 回 转盖 带 颈平 焊 法兰 人 孔 ， 查表 3用凹凸面的法兰，其明细尺寸见表 3 表 3人孔尺寸表 单位： 封面型式 凹凸面 670 1称压力 柱数量 20 公称直径 00 1 280 螺母数量 40 175 螺柱尺寸 d b 28 L 250 总质量 60 管、法兰、垫片和螺栓（柱） 该液化石油气储罐应 设置物料入口、物料出口、温度计口、压力表口、安全阀口、液面计口、排污口和人孔。初步确定各口方位如图 3 长春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 8 管 进料管 采用无缝钢管 80 4管的一端伸入罐切成 45 ,管长 1500 出料管 采用可拆的压出管 80 4入到罐内离罐底约 100 套无缝钢管 100 6壁加厚，具有补强作用 )。 排污管 在罐的左端最底部设个排污管，规格是 80 4 液位计接口管 在左封头设 2 个液位计接口，规格是 32 4度计接口管 采用 20 4缝钢 管 安全阀接口 安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用 80 4无缝钢管。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 50 缝钢管。 排污口接口管 本贮罐选用 80 4无缝钢管 。 长春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 9 兰 查 20592 中表 N 带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。 查 20592 中附录 D 中表 各法兰的质量。 查 20592 中表 兰的密封面均采用 凸面密封） 。 将查得的各参数整理如表 3称 公称直径管外径法 兰焊端外径1 螺栓孔中心圆直径K 螺栓孔直径L 螺栓孔数量 N 个 螺栓兰厚度C 法兰颈 法兰高度 法兰质量 N S 1HR 进料口 80 89B 200 160 18 8 0 105 0 6 50 料口 80 89B 200 160 18 8 0 105 0 6 50 污口 80 89B 200 160 18 8 0 105 0 6 50 孔 500 液位计口 32 38B 140 100 18 4 8 56 6 42 度计口 20 25B 105 75 14 4 8 40 4 40 力表口 20 25B 105 75 14 4 8 40 4 40 全阀口 80 89B 200 160 18 8 0 105 0 6 50 空口 50 57B 165 125 18 4 8 74 5 45 春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 10 表 3 各管口法兰尺寸表 片 查 20609，得各管口的垫片尺寸如表 3 表 3垫片尺寸表 管口名称 公称直径 内径 径 料口 80 42 出料口 80 42 排污口 80 42 人孔 500 561 624 液位计口 32 2 温度计口 20 1 压力表口 20 1 安全阀口 80 42 排空口 50 07 注： 1：包覆金属材料为纯铝板，标准为 3880，代号为 2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。 3：垫片厚度均为 3 长春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 11 栓（螺柱）的选择 查 20613中表 附录中表 螺柱的长度和平垫圈尺寸如表 3 表 3螺栓及垫片 名称 紧固件用平垫圈 称直径 螺纹 螺柱长 d2 进料口 80 2 17 30 3 出料口 80 2 17 30 3 排污口 80 2 17 30 3 人孔 500 液位计口 32 5 17 30 3 温度计口 20 5 13 24 力表口 20 5 13 24 全阀口 80 2 17 30 3 排空口 50 0 17 30 3 座选型和结构设计 座选型 该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用 估算鞍座的负荷： 储罐总质量4321 2 （ 3 1m 筒体质量： 310 3 . 1 4 1 . 1 5 . 4 0 . 0 0 6 7 . 8 5 1 0 8 7 8 . 9 4m D L k g 2m 单个封头的质量， 3m 充液质量：液化石油气水 ， 水 压 试 验 充 满 水 ， 故 取 介 质 密 度 为 3/1000 ， 3 3202 i 封封筒 则 5 5 45 5 0 03 水4m 附件质量：人孔质量为 其他接管总和为 200 604 长春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 12 综上所述，1 2 3 42 8 7 8 . 9 4 2 6 4 . 5 8 5 5 5 4 3 6 0 6 9 2 2 . 0 9m m m m m k g 则每个鞍座承受的质量为 即为 查 表 1，优先选择轻型支座。 查 表 2，得出鞍座尺寸如表 3 表 3鞍座尺寸表 公称直径 100 腹板 26 垫板 4许载荷 Q(145 筋板 36 鞍座高度 h 200 2b 140 e 55 底板 1 长 1290 16 鞍座质量 1 110 螺栓间距 2加100 长春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 13 座的安装位置 根据 4731中 定，应尽量使支座中心到封头切线的距离 A 小于等于0.5 当无法满足 A 小于等于 0.5 ， A 值 不宜大于 圆筒的平均内径。 由标准椭圆封头 2 ）（ HD 6有 A L+2h） = 5400+2*46） =有 65 5 取 鞍座的安装位置如图 3示： 座的开孔补强设计 根据 50中式 该储罐中只有人孔需要补强。 强设计方法判 别 当 1500iD 时，开孔最大直 径其中 1100i D 则开孔直径 dD 着人孔需要进行补强 故可采用等面积法进行补强计算 接管材料选用 16许用应力 170t M 根据 过程设备设计 中式 4 长春理工大学光电信息学院 过程设备设计课程设计 14 )1(2 （ 4 式中： 壳体开孔处的计算厚度 接管的有效厚度 26 强度削弱系数 1所以 29 3 0 39 8 4)1(2 效补强范围 效宽度 B 按 过程设备设计 中式 4： 0 0 85 0 4221 2 442625 0 4222 0 0 8