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化工设备设计乙烯储罐适用说明书化工设备课程设计乙烯贮罐设计说明书学 生：杨 灵指导教师：张 燕院 系: 生 工 院学 号：090604019班 级：09级 4班目录第一章 前言2第二章 设计方案3第三章 材料及结构的选择与论证4（一）材料的选择4（二）封头的选择4（三）人孔的选择4（四）法兰的选择5（五）液面计的选择5（六）鞍座的选择6第四章 结构设计计算7（一）筒体及封头的壁厚计算7（二）水压试验及强度校核8（三）选择人孔及核算开孔补强8（四）核算承载能力并选择鞍座10（五）法兰选用11（六）接管的选择12设计汇总13参考文献14结束语15第一章 前言提高我国乙烯工业的国际竞争力是当务之急，其涉及石化工业的体制机制、技术开发和创新能力，产业结构调整、市场营销服务等方方面面的问题，非短期内能凑效，但是提高竞争力的关键是要加快技术进步，增强安全环保意识，从本质上促进生产力的增长。随着储罐的大型化，相应的安全要求更高。因而保证乙烯的储存的安全就显得有为的重要，发展和安全都在细节的把握，乙烯储罐的安全和环保是我国乙烯工业发展的强大的后盾。本说明书是设计一个容积为7. 32m的乙烯储罐，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ISW6-1998对其进行强度校核，最后形成设计方案。 第二章 设计方案首先储罐选用钢制卧式圆筒，筒体由钢板卷制而成。卧式圆筒受力均匀，对容器的底部压力较小不易泄漏，占地空间较小。其次选择封头为椭圆形（下文有详细论证说明）。再计算筒体以及封头的壁厚，对水压及强度进行实验校核，核算开孔补强和承载能力。最后根据生产工艺，安装检修等需要，在筒体、封头上选择安装人孔、进料管、排污管、压力计等等第三章 材料及结构的选择与论证（一）材料的选择乙烯腐蚀性小,可选用一般钢材,由于压力较大,可以考虑20R、16MnR这两种钢种。虽然16MnR比20R贵，但综合来看16MnR钢板还是比较经济，且16MnR机械加工性能、强度和塑性都比较好，所以选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。（二）封头的选择从受力与制造方面分析来看，球形封头较为理想。但缺点是深度大，冲压困难；椭圆封头深度比半球形封头小得多，易于冲压成型；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，而且耗用量大，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。（三）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装和拆卸设备的内部构件而设计的。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。选用时综合考虑公称压力、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，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。通常都是根据操作的需要。在这考虑到人孔盖直径较大较重, 因而选择水平吊盖人孔。该人孔中有吊钩和销轴，检修时只须松开螺栓将盖板绕销轴旋转一个角度，由吊钩钩住，不必将盖板取下。（四）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。压力容器法兰分平焊法兰和对焊法兰。平焊法兰分为甲型和乙型两种。甲型平焊法兰有PN0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa，在较小范围内（DN300mm2000mm）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。因此选择对焊法兰。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。 （五）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。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。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。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。乙烯为较干净的物料，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。 （六）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。因此选择鞍式双支座，一个S型，一个F型。第四章 结构设计计算（一）筒体及封头的壁厚计算1.筒体的壁厚计算 根据所学知识对材料作分析可知，本设计贮罐选用16MnR制作罐体和封头。设计壁厚：式中：p为表压（设计压力）：. t=170MPa=1.0(双面对接焊缝，100%探伤)，取C1=0.8mm,C2=1.0mm 代入公式为圆整后，取厚的16MnR钢板制作罐体。 2.封头的壁厚计算设计壁厚，按式 式中：（钢板最大宽度为3m，该储罐直径为1.6m，故封头需将钢板并焊后冲压）；因钢板自身的性质决定，封头需并焊后冲压，考虑冲压减薄量，圆整后取厚的16MnR钢板制作封头。（二）水压试验及强度校核校核罐体与封头液压试验强度，由公式有： 所以液压试验满足强度要求。（三）选择人孔及核算开孔补强根据贮罐是在最大设计压力为2.42MPa的条件下工作，人孔标准应按公称压力为2.5MPa的等级选取，本设计考虑人孔盖直径较大较重，故选用水平吊盖人孔，该人孔结构有吊钩和销轴，检修时只须松开螺栓将盖板绕销轴旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖板取下。该人孔标记为：HG 21524-95 人孔TG V(AG)500-2.42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,壁厚，由标准查得补强圈尺寸为：内径,外径，补强圈的厚度按下式估算： mm考虑到罐体与人孔筒节均有一定的壁厚裕量，故补强圈取20mm厚。（四）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 ，式中为罐体的质量，单位Kg，为封头的质量，为水压试验时水的质量，单位Kg，为附件的质量，单位Kg。（1）罐体的质量 的筒节，每米质量为 故（2）封头的质量 ，直边高度h=40mm的椭圆形封头，其质量为 故（3）水压试验时水的质量 式中：为装料系数，取0.9V为储罐容积，；为水的密度为，所以 （4）附件的质量人孔约重200kg，其他接口管的总和按300kg计，故 设备总质量： 每个鞍座只承受约46KN负荷，所以选用轻型带垫板、包角为120的鞍座，即JB/T 417292 鞍座A1600F，JB/T 417292 鞍座A1600S。（五）法兰选用由于压力容器的最大设计压力为2.42MPa，故可选用乙型平焊法兰或长颈对焊法兰，但该容器的接口法兰直径均在DN=1600mm以下，故乙型平焊法兰可以用轧制的长颈平焊法兰代替，以降低法兰的生产成本。（六）接管的选择本贮罐设有以下接口管（1）进料管采用无缝钢管。管的一端切成45，伸入贮罐内少许。配用具有凸面密封的平焊管法兰，法兰标记：HG 20592 法兰SO502.42 RF16MnR.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，接管厚度满足要求，不另行补强，因此接管公称直径小于80mm，故不用补强。（2）出料管采用可拆的压出管将它用法兰固定在接口管内。罐体的接口管法兰用HG 20594法兰SO312.42 RF16MnR。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HG 20594 法兰SO312.2 RF16MnR相同，但其内径为25mm（见局部放大图），乙烯压出管的端部法兰（与液化乙烯输送管相连）采用HG 20594 法兰SO202.42 RF16MnR.这些小管都不必补强，压出管伸入贮罐1.5m.（3）排污管贮罐在左端最底部安设排污管，管子规格：，管端焊有一与截止阀J41W16相配的管法兰HG 20594 法兰SO502.42 RF16MnR，排污管与罐体连接处焊有一厚度为10mm的补强圈。（4）液面计接管本贮罐采用玻璃管液面计BIW PN2.42， L=500mm，HG522780两支。与液面计相配的接口管尺寸为：，管法兰 HG 20594 法兰SO152.42 RF16MnR。（5）放空管接口管采用无缝钢管，管法兰 HG 20594 法兰SO252.42 RF16MnR。（6）安全阀接口管安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用的无缝钢管，管法兰 HG 20594 法兰SO252.42 RF16MnR。设计汇总技术特性表序号项目数值单位备注1名称液化乙烯储罐2最大工作压力2.2MPa3工作温度404公称直径1600mm5筒体长度3019mm6容积7.327贮存介质液化乙烯8其他要求100%无损检测接管表符号连接法兰标准密封面形式用途a1-2HG 20594 法兰SO152.42RF16MnR。凸面液面计接口管 b1-2HG 20594 法兰SO152.42 RF16MnR。凸面液面计接口管cHG 20594 法兰SO4502.42TG16MnR樵面人孔dHG 20594 法兰SO502.42 RF16MnR.凸面进料口eHG 205942法兰SO252.42 RF16MnR。凸面安全阀接口管fHG 20594 法兰SO252.42 RF16MnR。凸面放空口gHG 20594 法兰SO502.42 RF16MnR凸面排污口hHG 20594 法兰SO312.42RF16MnR凸面出料口 参考文献1压力容器设计手册 董大勤 袁凤隐 2005.72化工设备设计全书 王 非 林 英 2003.123化工设备机械基础（第二版） 潘永亮 20074化工制图 熊洁羽 2007.1 化学工业出版社5钢制压力容器 GB150-896化工机械基础课程设计 韩叶象 北京化工学院出版社7 中华人民共和国行业标准 JB/T 4746-20028金属化工设备零部件9材料与零部件10化工设备设计基础 天津出版社11过程设备设计与造型基础浙江大学出版社12化工安全设计13化工容器设计结束语经过一个学期的理论学习和近两个星期的课程设计，我