过程设备设计卧式压力容器说明书.doc

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成绩： 河北工程大学装备制造学院课程设计说明书（2013/2014学年第二学期）课程名称 ： 过程装备课程设计 题 目 ： 10M3液氨储罐设计 专业班级 ： 过程装备与控制工程 1102 班 学生姓名 ： 陈欣元 学 号 ： 110640225 指导教师 ： 段滋华、张喜亮、崔好选、付全荣、刘 涛 设计时间 ： 2014年6月23日2014年7月4日 课 程 设 计 任 务 书1课程设计要求：1) 使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2) 广泛查阅综合分析文献资料的能力，进行设计方法和方案的可行性研究和论证。3) 设计计算尽量采用电算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。4) 工程图纸要求尽量采用手工绘图。5) 课程设计全部工作由学生本人独立完成。6) 按照标准格式编写说明书并装订成册。2原始数据：设计条件表序号项 目数 值单 位备 注1名 称液氨储罐2用 途储存3最高工作压力2.019MPa由介质温度确定4工作温度-20485公称容积（Vg）10M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)0.858工作介质液氨（有毒）9使用地点邯郸市，室外10安装与地基要求储罐底壁坡度0.010.0211其它要求管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称A57HG20592-1997MFM放气管B450HG20592-1997MFM人 孔C25HG20592-1997MFM压力表接D57HG20592-1997MFM进料口E57HG20592-1997MFM安全阀F25HG20592-1997MFM测温口G1，225HG20592-1997MFM液位计接H25HG20592-1997MFM出料口I57HG/T21514-2005MFM排污口3课程设计主要内容：1） 设备工艺设计2） 设备结构设计3） 设备强度计算4） 技术条件编制5） 绘制设备总装配图6） 编制设计说明书4学生应交出的设计文件（论文）：1）设计说明书一份； 2）总装配图一张 (A1图纸一张)； 5主要参考文献：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 闫康平，陈匡民，过程装备腐蚀与防护M第二版，北京：化学工业出版社8 HG205920635-97.钢制法兰、垫片、紧固件S.摘要过程装备与控制工程专业设有两个专业方向:化工设备与机械、环保机械,具有良好的就业市场。 培养目标:培养具备机械工程及自动化控制、化学工程和管理工程等方面的知识,能在石油化工、环保、能源、轻工、机械、食品及劳动安全等部门从事工程设计、技术开发、生产技术、经营管理、以及工程科学研究等方面工作的高级工程技术人才。本专业设有两个专业方向:化工设备与机械、环保机械,具有良好的就业市场。 培养目标:培养具备机械工程及自动化控制、化学工程和管理工程等方面的知识,能在石油化工、环保、能源、轻工、机械、食品及劳动安全等部门从事工程设计、技术开发、生产技术、经营管理、以及工程科学。目录第一章 工艺设计 1.1储量* 81.2备的选型及轮廓尺寸* 8第二章 机械设计2.1结构设计2.1.1筒体及封头设计 材料的选择* 9 筒体壁厚的设计计算* 9 封头壁厚的设计计算* 92.1.2接管及接管法兰设计 接管尺寸选择* 11 管口表及连接标准* 13 接管法兰的选择 * 13 紧固件的选择 * 142.1.3人孔的结构设计 密封面的选择* 21 人孔的设计* 21 2.1.4 核算开孔补强* 24 2.1.5支座的设计 支座的选择* 27 支座的位置* 292.1.6液面计及安全阀选择* 302.1.7总体布局* 302.1.8焊接接头设计* 302.2强度校核* 32小结* 38 1.设备工艺设计1.1存储量盛装液化气体的压力容器设计存储量式中：W储存量，t；装载系数；V压力容器容积； 设计温度下的饱和溶液的密度，；根据设计条件=0.85100.56631000=4813.5设计压力P设计=1.1P=2.019，属于中压容器5。1.2设备的选型及轮廓尺寸粗略计算内径： 一般 ，取得，圆整得： 查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表1表1：EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN /m总深度H /mm内表面积A/容积/16004002.55680.4860选用EHA椭圆封头，那么 L=4800mm. 封头公称直径选取1600mm，那么此时的总体积为10.82m。由于误差较大，所以将筒体长调整为L=4500mm，体积变为了与封头10.2m。故，筒体公称直径与封头的工程直径选定为筒体长选定为. 所以计算容积为10.2m，工作容积：10.20.85=8.67m。2. 机械设计2.1 结构设计2.11筒体及封头设计.材料的选择纯液氨是中度危害性的介质，具有腐蚀性,又因为使用温度为，根据课程设计指导书中钢板的使用条件，选用Q345R。.筒体壁厚设计计算I.设计压力 液氨储罐的工作温度-2048，故选取设计温度t=48，由课程设计指导书查的，该温度下的绝对饱和蒸汽压为1.925MPa。在本次设计中的液氨储罐上装有安全阀，通常认为设计压力为工作压力的1.050倍，所以设计压力为2.019MPa,工程压力取2.5MPa。压力容器类别确定一、划分总原则综合考虑压力容器中介质的危害程度、容器所受的压力的高低和容器容积的大小来确定容器的危险程度。二、介质的危险程度及分组压力容器的介质分为以下两组，包括气体、液化气体以及最高温度高于或等于标准沸点的液体：（1）第一组介质，毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。（2）第二组介质，除第一组以外的介质由于该储罐为中压（1.6MPaP 1000时至少设一个人孔，压力容器上的开孔最好是圆形的，人孔公称直径最小尺寸为400。综合考虑选择回转盖带颈对焊法兰人孔（HG/T21518-2005）, 48012公称压力PN2.5、公称直径DN450、H1=250、MFM型密封面、采用16MnR材料。其尺寸下表表4.1 人孔标准尺寸表密封面型式凹凸面MFMD6704124公称压力PN MPa2.560046螺柱数量20公称直径DN450250A375螺母数量404812121B175螺柱尺寸M332165d456b42L250总质量kg2452.1.4 核算开孔补强在设计中,只有人孔需要补强,去补强圈的公称直径为人孔直径的二倍,厚度与筒体厚度相同.压力容器开孔补强的计算方法有多种，为了计算方便，采用等面积补强法，即壳体截面因开孔被削弱的承载面积，必须由补强材料予以等面积的补偿。当补强材料与被削弱壳体的材料相同时，则补强面积等于削弱的面积。补强材料采用16Mn煅。根据GB150中8.3，当设计压力小于或等于2.5MPa时，在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于89mm时，接管厚度满足表4.2要求时，不另行补强。不另外补强的接管最小厚度接管公称外径2532384548 57657689最小厚度3.5 4.05.06.01补强设计方法判别按HG/T2158-2005，选用回转盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径D=1600mm，在筒体上开孔，可用等面积进行开孔补强计算。内压容器开孔后所需的补强面积 式中 开孔直径：；2强度削弱系数：Fr=1壳体开孔处的计算厚度接管有效厚度：则 22有效补强范围壳体开孔后，在有效补强范围内，可作为补强的截面积（包括来自壳体、接管、焊缝金属、补强元件）根据GB/150式8-7得有效宽度：B=Max有效高度：根据GB/150式8-8，（实际外伸高度）故=Max（实际内伸高度）3 有效补强面积有效补强宽度B=2d筒体的有效厚度 筒体上多余金属面积： =（923.2-461.6）（13.2-11.35）=853.96 人孔接管上多余金属面积： 接管计算厚度：所以焊缝金属截面积：按照GB985-80中角焊缝角尺寸的选择规定当材料厚度为1216mm时焊脚取6mm所以2则有效补强面积： 2比较的 满足以下条件的可选用补强圈补强：刚材的标准常温抗拉强度Mpa；补强圈厚度应小于或等于壳体壁厚的1.5倍；壳体名义厚度；设计压力；设计温度。可知本设计满足要求，则采用补强圈补强。所需另行补强的面积为：24补强圈的设计为检验焊缝的紧密型，补强圈上钻M10的螺孔一个，以通入压缩空气检验焊缝质量。按照根据焊接接头分类，接管、人孔等与壳体连接的接头，补强圈与壳体连接的接头取D类焊缝。根据补强圈焊缝要求，并查得结构图为带补强圈焊缝T型接头，补强圈坡口取D型（查化工容器及设备简明设计手册）。查标准JB/T4736-2002得补强圈外径,内径则取490。计算补强圈厚度：mm 查标准补强圈厚度取14，由JB/T4736-2002查得补强圈质量为29.6kg。2.1.5支座的设计 .支座的选择 鞍座结构该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q245-AF。估算鞍座的负荷： 储罐总质量筒体质量：单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.2 EHA椭圆形封头质量，可知，充液质量： =5742.6Kg附件质量：人孔质量为302kg，其他接管质量总和估100kg，即综上所述， G=mg=93,4kN,每个鞍座承受的重量为46.7kN由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为A,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表4：鞍式支座结构尺寸 单位：mm公称直径DN允许载荷Q /kN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1l3b2b3160027525011202001282551702408垫板螺栓配置鞍座质量kg增加100mm高度增加的质量/kg弧长b4e间距l2螺孔d螺纹孔长l187039087096024M204011612.鞍座位置的确定通常取尺寸A不超过0.2L值，中国现行标准JB 4731钢制卧式容器规定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。故由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB 4731还规定当满足A0.2L时，最好使A0.5R m（）,即 ，取A=400mm综上有：A=400mm。鞍座标记为： 2.1.6液位计选择本次设计采用磁性液位计，普通型，压力等级为2.5 MPa。根据实际要求，选用液位计的长度为795mm。标记 HG/T 21584-95 UZ 2.5M-1100-0.4563 BF 321C。2.1.7总体布局 进料管外伸度200mm，内伸高度1500mm。出料管外伸高度200mm，内伸高度0mm。 安全阀外伸高度200mm，内伸高度0mm。压力表外伸高度200mm,内伸高度0mm.出气管外伸高度200mm,内伸高度0mm。人孔外伸280mm，内伸0mm。 接管与接管间距450mm，接管与封头间距600mm,与焊缝距离不小于150mm,鞍座距封头切线400mm。2.1.8焊接结构设计及焊条的选择1）、壳体A，B类焊接接头的设计该容器上的A,B类接头必须采用对接焊，不允许采用搭接焊。对接焊易于焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。该容器上的接管与壳体以及补强圈之间的焊接一般只能采用角接和搭接。2）、壳体C，D类焊接接头的设计 平盖，管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体，接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头，但已规定为A，B类的焊接接头除外。接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头均属于D类焊接接头，但已规定为A，B类的除外。3）、焊接接头坡口设计容器筒体，封头与接管法兰的厚度均在=326mm的范围，为了减小焊接变形和残余应力，因此可取接头坡口形式为X形。4、常用焊接方法与焊条的选择采用手工电弧焊，该方法设备简单，便于操作，使用于各种焊接，在压力容器制造中应用十分广泛，钢板对接，接管与筒体、封头的连接等都可以采用。考虑母材力学性能与化学成分，对低碳钢和低合金钢构件，要求等强度原则选择焊条，即要求焊缝与母材的强度相等或基本相等，而不要求焊缝的化学成分与木材相同。不同类型的低合金钢之间进行异种钢焊接时，应选与其中强度较低的钢材等强度的焊条进行焊接，再综合考虑金属进行热处理后，对其力学性能的影响构件的结构与刚性和经济性，该容器所用焊条使用型号如下表： 接头母材焊条型号焊条牌号Q345R+Q345RE5016(GB/T5117)J506Q235-A+Q235-AE4316(GB/T5117)J426Q235-A+Q345RE4303(GB/T5117)J4229 强度校核钢制卧式容器计算单位计 算 条 件 简 图设计压力 p2.21MPa设计温度 t48筒体材料名称Q345R(热轧)封头材料名称Q345R封头型式标准椭圆形封头筒体内直径Di1600mm筒体长度 L4500mm筒体名义厚度 dn14mm支座垫板名义厚度 drn8mm筒体厚度附加量 C2.3mm腐蚀裕量 C12mm筒体焊接接头系数 F0.85封头名义厚度 dhn14mm封头厚度附加量 Ch2.3mm鞍座材料名称Q235AF鞍座宽度 b200mm鞍座包角 120支座形心至封头切线距离 A400mm鞍座高度 H250mm地震烈度 度2.1.7内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图 计算压力 Pc2.21MPa设计温度 t 48.00 C内径 Di 1600mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st189.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕