液氨贮罐的课程设计.doc

巢巢 湖湖 学学 院院 化工设备机械基础化工设备机械基础 课程设计课程设计 设计题目设计题目 液液 氨氨 贮贮 罐罐 设设 计计 姓姓 名 名 鲁小乐 学学 号 号 09007026 专专 业 业 2009 级化学工程与工艺 指导教师 指导教师 吴凤义 2011 年年 12 月制月制 附 设计任务书附 设计任务书 专业 专业 化学工程与工艺 班级 班级 2009 级 姓名 姓名 鲁小乐 学号 学号 09007026 指导教师 指导教师 吴凤义 设计日期 设计日期 2011 年 12 月 一 设计题目一 设计题目 10 0m3 液氨贮罐的设计 二 设计参数及要求二 设计参数及要求 1 设计参数 设计参数 液氨压力液氨压力 16Kg cm 温度温度 40 公称容积公称容积 10 0m 操作容积操作容积 9 0m 介质介质 液氨 设计使用年限设计使用年限 10 年 建议使用材料建议使用材料 16MnR 2 设计要求 设计要求 根据设计参数 对液氨贮罐的主要元件 筒体 封头 进行正确的强度 刚度和稳 定性计算和结构设计 对贮罐的附件进行选型 熟悉贮罐质量的检验方法 绘 制出贮罐的装配图 三 设计内容三 设计内容 1 概述 概述 2 罐体的设计 罐体的设计 1 罐体的 PN DN 确定 2 筒体壁厚的设计 3 封头壁厚的设计 4 筒体长度的设计 3 罐体的压力试验 罐体的压力试验 1 罐体的水压试验 2 罐体的气压试验 4 罐体附件的选型及尺寸设计 罐体附件的选型及尺寸设计 1 工艺接管的设计 2 支座的设计 3 人孔的设计 4 液面计的设计 5 罐体的开孔及补强的计算 罐体的开孔及补强的计算 1 容许开孔的范围 2 开孔补强的设计计算 3 补强圈的设计 5 设计结果汇总 设计结果汇总 6 10 0m3 液氨贮罐装配图液氨贮罐装配图 7 设计评述 设计评述 四 图纸要求四 图纸要求 10 0m3 液氨贮罐装配图 A1 号图纸 五 参考资料五 参考资料 1 汤善甫 朱思明等编 化工设备机械基础 M 上海 华东理工大学出版 社 1991 12 2 化工设备设计手册 材料与零部件 上 上海科学技术出版社 1981 3 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 附附 目目 录录 一 液氨储罐的工艺设计计算一 液氨储罐的工艺设计计算 1 1 罐体的设计 罐体的设计 1 1 1 罐体的 PN DN 确定 1 1 1 1 罐体 DN 的确定 1 1 1 2 釜体 PN 的确定 1 1 2 筒体壁厚的设计 1 1 2 1 设计参数的确定 1 1 2 2 筒体壁厚的设计 1 1 2 3 刚度条件设计筒体的最小壁厚 1 1 3 罐体封头壁厚的设计 2 2 3 1 设计参数的确定 2 2 3 2 封头的壁厚设计 2 2 3 3 封头的直边 体积及重量的确定 2 1 4 筒体的长度设计及重量的确定 2 1 5 贮罐的压力试验 3 1 6 罐体的水压试验 3 1 6 1 液压试验压力的确定 3 1 6 2 液压试验的强度校核 3 1 6 3 压力表的量程 水温的要求 3 1 6 4 液压试验的操作过程 3 1 7 罐体的气压试验 3 1 7 1 气压试验压力的确定 3 1 7 2 气压试验的强度校核 3 1 7 3 压力表的量程 气温的要求 4 1 7 4 气压试验的操作过程 4 2 罐体的开孔与补强 罐体的开孔与补强 4 2 1 开孔补强的设计准则 4 2 2 开孔补强的计算 4 2 2 1 开孔补强的有关计算参数 4 2 2 2 补强圈的设计 5 3 3 罐体附件的选型及尺寸设计 罐体附件的选型及尺寸设计 5 3 1 工艺接管的设计 5 3 1 1 液氨进料管 5 3 1 2 液氨出料管 5 3 1 3 排污管 6 3 1 4 安全阀接口管 6 3 1 5 压力表接口管 6 3 2 支座的设计 6 3 3 鞍座的计算 6 3 4 安装位置 7 3 5 人孔的设计 7 3 6 液面计的设计 7 二 设计结果一览表二 设计结果一览表 9 三 课程设计总结三 课程设计总结 10 四 参考资料四 参考资料 11 化工设备机械基础 课程设计 1 一 液氨储罐的工艺设计计算一 液氨储罐的工艺设计计算 1 罐体的设计 罐体的设计 1 1 罐体的 罐体的 PN DN 确定确定 1 1 1 罐体 罐体 DN 的确定的确定 液氨贮罐的长径比 L Di一般取 3 3 5 本设计取 L Di 3 3 由 V Di2 4 L 10 和 L Di 3 3 得 Di 1 569m 1569mm 因圆筒的内径已系列化 由 Di 1569mm 圆整后可知 DN 1600mm 1 1 2 釜体 釜体 PN 的确定的确定 因操作压力 P 16Kgf cm2 由文献 1 可知 PN 1 6MPa 1 2 筒体壁厚的设计 筒体壁厚的设计 1 2 1 设计参数的确定 设计参数的确定 由文献 1 表 14 1 装有安全阀 查得 Pc 1 6 1 1MPa 1 76 MPa P液 液 5 Pc 可以忽略 P液 液 T 40 文献 1 表 14 5 查得 焊接接头系数 1 0 双面焊对 接接头 100 无损探伤检查 由文献 1 表 14 7 查得 腐蚀裕量 C2 2mm 微弱腐蚀 1 2 2 筒体壁厚的设计 筒体壁厚的设计 假设筒体壁厚 d 12mm 则由文献 1 表 14 1 14 6 查得 t 170MPa 钢板负 偏差 C1 0 8mm 由公式 n Pc Di 2 t Pc C 代入数据 d 1 76 1600 2 170 1 1 76 2 0 8 11 12 经圆整后 d 12mm 所以假设 d 12mm 是合理的 故筒体名义壁厚取 n 12mm 1 2 3 刚度条件设计筒体的最小壁厚 刚度条件设计筒体的最小壁厚 因为 Di 1600mm 3800mm 所以 min 2Di 1000 3 2mm 另加 C2 2mm 所以 化工设备机械基础 课程设计 2 d 5 2mm 按强度条件设计的筒体壁厚 d 12mm d 5 2mm 满足刚度条件的要求 1 3 罐体封头壁厚的设计 罐体封头壁厚的设计 2 3 1 设计参数的确定 设计参数的确定 由文献 1 表 14 1 装有安全阀 查得 Pc 1 6 1 1MPa 1 76 MPa P液 液 5 Pc 可以忽略 P液 液 T 40 文献 1 表 14 5 查得 焊接接头系数 1 0 双面焊对接接头 100 无损探伤检查 由文献 1 表 14 7 查得 腐蚀裕量 C2 2mm 微弱腐蚀 2 3 2 封头的壁厚设计 封头的壁厚设计 采用标准椭圆形封头 假设筒体壁厚 d 12mm 则由文献 1 表 14 1 14 6 查得 t 170MPa 钢板负偏差 C1 0 8mm 由公式 n Pc Di 2 t Pc C 代入数据 d 1 76 1600 2 170 1 0 5 1 76 2 0 8 11 12 经圆整后 d 12mm 所以假设 d 12mm 是合理的 故筒体名义壁厚取 n 12mm 2 3 3 封头的直边 体积及重量的确定 封头的直边 体积及重量的确定 采用标准椭球形封头 a b 2 1 封头的壁厚 d 12mm 由文献 2 可知 直边高度 h 40mm 由 Di 1600 mm d 12mm 由文献 2 可知 封头的体积 V封 封 0 854m3 封 头的深度 h1 400mm 由文献 2 表 1 9 查得 Di 1600 mm d 12mm 直边高度 h0 40mm 的封头重量为 285 2 570Kg 1 4 筒体的长度设计及重量的确定 筒体的长度设计及重量的确定 由 V 2V封 封 V筒 筒 可得 V筒筒 10 2 0 854 8 292 m3 V筒 筒 Di2L 4 8 292m3 可 得 L 4124mm 经圆整后 L 4120mm 由文献 2 表 1 6 查得 Di 1600 mm d 12mm 的筒体筒节单位重量为 476Kg m 所以筒体重量 4 12 476 1961 12 Kg 化工设备机械基础 课程设计 3 1 5 贮罐的压力试验 贮罐的压力试验 1 6 罐体的水压试验 罐体的水压试验 1 6 1 液压试验压力的确定 液压试验压力的确定 根据公式 PT 1 25P t 当设计温度小于 200 时 与 t接近 所以 PT 1 25 1 76 1MPa 2 2MPa 1 6 2 液压试验的强度校核 液压试验的强度校核 根据公式 T PT Di e 2 e 代入数据 T 2 2 1600 12 2 8 2 12 2 8 MPa 192 4MPa 由文献 1 表 14 4 查得 s 345MPa 因为 max 192 4 MPa 0 9 s 0 9 345 1 310 5 MPa 所以 液压强度足够 1 6 3 压力表的量程 水温的要求 压力表的量程 水温的要求 压力表的量程 2PT 2 2 2 4 4 MPa 或 3 3MPa 8 8MPa 水温水温 15 1 6 4 液压试验的操作过程 液压试验的操作过程 在保持罐体表面干燥的条件下 首先用液体将罐体内的空气排空 再将液体的压力 缓慢升至 22Kgf cm2 保压 10 30 分钟 然后将压力缓慢降至 17 6Kgf cm2 保压足够长时 间 不低于 30 分钟 检查所有焊缝和连接部位 若无泄漏和明显的残留变形 则质 量合格 缓慢降压将罐体内的液体排净 用压缩空气吹干罐体 若质量不合格 修补 后重新试压直至合格为止 1 7 罐体的气压试验 罐体的气压试验 1 7 1 气压试验压力的确定 气压试验压力的确定 根据公式 PT 1 15P t 当设计温度小于 200 时 与 t接近 所以 PT 1 15 1 76 1 MPa 2 024 MPa 1 7 2 气压试验的强度校核 气压试验的强度校核 根据公式 T PT Di e 2 e 代入数据 T 2 024 1600 12 2 8 2 12 化工设备机械基础 课程设计 4 2 8 MPa 177 0 MPa 由文献 1 表 14 4 查得 s 345MPa 因为 max 172 0 MPa 0 8 s 0 8 345 1 276 0 MPa 所以 气压强度足够 1 7 3 压力表的量程 气温的要求 压力表的量程 气温的要求 压力表的量程 2PT 2 2 024 4 048 MPa 或 3 306MPa 8 096MPa 气温气温 15 1 7 4 气压试验的操作过程 气压试验的操作过程 气压试验时缓慢升压至 0 5Kgf cm2 保持 10 分钟并进行初检 合格后继续升压至 10 12 Kgf cm2 然后按级差为 2 024 Kgf cm2 逐级升至 20 24 Kgf cm2 保持 10 30 分 钟 然后再降至 17 6 Kgf cm2 至少保压 30 分钟 同时进行检查 若无泄露和明显的残 留变形 则质量合格 若质量不合格 修补后重新试压直至合格为止 2 罐体的开孔与补强 罐体的开孔与补强 2 1 开孔补强的设计准则 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 2 2 开孔补强的计算 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 本设计取人孔筒节内径 di 450mm 壁厚 m 12mm 由标准查 得补强圈尺寸为 外径 D2 760mm 内径 D1 484mm 2 2 1 开孔补强的有关计算参数 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 di 2C 450 2 2 8mm 455 6 mm 开孔所需补强面积 A d d 455 6 8 32 mm2 3750 592 mm2 2 2 补强有效区的范围 有效宽度 B 2d 2 455 6mm 911 2mm B 2d 2 n 2 m 455 6 2 12 2 12mm 503 6mm 取两者之中的最大值 B 911 2mmB 911 2mm 外侧有效高度 h1 d m 1 2 455 6 12 1 2mm 73 94mm 化工设备机械基础 课程设计 5 h1 接管实际外伸长度 250mm 取两者之中的最小值 B 73 94mm 内侧有效高度 h2 0mm 3 有效补强面积 A A1 A2 A3 其中 A1 B d e 2 m e 1 fr 筒体有效厚度 e n C 12 2 8 9 2mm 接管材料选择与筒体相同的材料 16MnR 进行补偿 故 f fr r 1 1 代入上式得 A1 911 2 455 6 9 2 8 3 410 04mm2 接管计算厚度 t Pc d 2 t Pc 1 76 455 6 2 170 1 1 76 2 37mm A2 2h1 nt t fr 2h2 nt C2 fr 2 73 94 12 2 8 2 37 0 1010 02mm2 A3 2 1 2 12 12 144mm2 Ae A1 A2 A3 410 04mm2 1010 02mm2 144mm2 1564 06mm2 2 2 2 补强圈的设计 补强圈的设计 因为 Ae垂直吊盖 回转盖 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 根据贮罐是在常温及最高压力 1 6MPa 下工作 考虑到人孔盖直径较大较重 故选用 水平吊盖带颈对焊法兰人孔 公称直径 450mm 凸面法兰密封面 该人孔标记为 人孔 A Pg16 Dg450 化工设备机械基础 课程设计 8 3 6 液面计的设计 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 考虑到本设备不大且设计压力为 1 6MPa 选用 T 型即透光式玻璃板液面计 透光式 公称压力 PN1 6MPa 碳钢材料 保温型 排污口配阀门 长颈对焊突面法 兰连接 按 HG 20595 97 公称长度 L 1150 mm 的液面计 标记为 液面计 AT 2 5 W 1150V 化工设备机械基础 课程设计 9 二 设计结果一览表二 设计结果一览表 序号名称指标材料 1设计压力1 6 MPa 2工作温度 40 3物料名称液氨 4容积9 0m3 5筒体 DN1600mm 12mm L 4120m m 16MnR 6封头 DN1600mm 12mm h 40mm 16MnR 7鞍座 JB T4712 92 鞍座 A2200 F JB T4712 92 鞍座 A2200 S Q235A F 8人孔 RF A G 450 2 5 组合件 9补强圈 760mm 484mm 8mm 16MnR 10液面计接管 20mm 2 L 300mm 10 11玻璃管液面计AT 2 5 W 1150V L 1150mm 组合件 12进料管 80mm 4 L 500mm 10 13出料管 57mm 4 L 200mm 10 14压料接管 25mm 3 L 2500mm 10 15排污管 57mm 3 5 L 200mm 10 16放空管 32m