化工设备设计

1 Hefei University 化工机械与设备化工机械与设备 过程考核之三过程考核之三 典型化工设备机械设计典型化工设备机械设计 题 目 卧室天然气储罐设计卧室天然气储罐设计 系 别 化学材料与工程系化学材料与工程系 班 级 10 化工 化工 1 姓 名 汪旭东汪旭东 学 号 1003021041 队 别 Team 13 队 员 汪旭东 队长 汪旭东 队长 韩朝飞 陈国庆 韩朝飞 陈国庆 教 师 胡胡 科科 研研 日 期 2011 12 02 2 卧式天然气储罐的设计卧式天然气储罐的设计 目录目录 Hefei University 1 化工机械与设备化工机械与设备 过程考核之三过程考核之三 1 典型化工设备机械设计典型化工设备机械设计 1 1 前言 3 1 1 研究的背景及意义 3 1 2 设计的主要内容 3 2 设计参数的选择 4 3 容器的结构设计 4 3 1 圆筒厚度的设计 4 3 2 封头厚度的计算 5 3 3 筒体和封头的结构设计 5 4 容器零部件的选择 6 4 1 人孔的选择 6 4 2 接管 法兰 垫片和螺栓 柱 6 4 2 1 接管和法兰 6 4 2 2 垫片 7 4 2 3 螺栓 螺柱 的选择 7 4 3 鞍座选型和结构设计 8 鞍座选型 8 4 3 1 鞍座的安装位置 9 4 总结 10 5 参考文献 10 3 1 1 前言前言 1 1 1 1 研究的背景及意义研究的背景及意义 本设计是针对 化工设备机械基础 这门课程所安排的一次课程设计 是对 这门课程的一次总结 需要按照老师所给要求完成设计以及了解设计格式 熟练 运用 word 文档 本设计的原料为天然气 可分为伴生气和非伴生气两种 天然气是一种多组 分的混合气态化石燃料 主要成分是烷烃 其中甲烷占绝大多数 另有少量的乙 烷 丙烷和丁烷 它主要存在于油田和天然气田 也有少量出于煤层 天然气燃 烧后无废渣 废水产生 相较煤炭 石油等能源有使用安全 热值高 洁净等优 势 而储罐是一种用于储存液体或气体的密封容器 主要用于存储或盛装气体 液 体 液化气体等介质的设备 在化工 石油 城市燃气等行业得到了广泛的应用 卧式储罐的容积一般都小于 100m3 通常用于生产环节或加油站 年来随着制造 工艺的提高其容积有逐渐增大的趋势 随着容积的增大 储罐在设计和使用中的 安全可靠性就变得极为重要 然而我国卧式储罐设计制造技术的还远落后于世界 先进水平 制造较困难 加工费用高 且焊接 检验技术要求高 所以研究卧式 储罐设计及其焊接工艺对我国石油化工等行业有着极其重要的意义 设计基本思路 根据设计思路 综合目录等要求 选择合理的工艺参数 机 械按容器的选材 壁厚计算 强度核算 零部件的选择 焊缝标准的设计顺序 分别对储罐的筒体 封头 人孔接管 人孔补强 接管 管法兰 液位计 鞍座 等进行了设计和选择 设备的选择大都有相应的执行标准 设计时可以直接选用 符合设计条件的标准设备零部件 也有一些设备没有相应标准 则选择合适的非 标设备 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 1 2 1 2 设计的主要内容设计的主要内容 本设计综合给定的工艺参数机械按容器的选材 壁厚计算 强度核算 附件 选择 焊缝标准的设计顺序 分别对储罐的筒体 封头 人孔接管 接管 管法 兰 鞍座进行了设计和选择 设备的选择大都有相应的执行标准 设计时可以直接 4 选用符合设计条件的标准设备零部件 也有一些设备没有相应标准 则选择合适的 非标设备 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 2 设计参数的选择 1 设计题目 卧式天然气储罐 2 原始数据 工作压力 5 0MPa 3 操作温度 50C 4 介质名称及特性 无毒 易燃 天然气 5 全容积 6 设计压力 设计压力取工作压力的 1 1 倍 即 Mpapp5 70 55 15 1 0 7 公称直径 根据筒体全容积 粗定筒体公称直径为 1600mm 8 主要元件材料的选择 根据 GB150 1998 1 表 4 1 选用筒体材料为 16MnR 钢材标准为 GB6654 根据 JB T4731 2 鞍座选用材料为 Q235 B 其许用 应力 地脚螺栓选用符合 GB T 700 规定的 Q235 Q235 的许用应力 MPa sa 147 MPa bt 147 3 容器的结构设计 3 13 1 圆筒厚度的设计圆筒厚度的设计 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 探伤 所以取焊缝系数为 0 1 假设圆筒的厚度在 6 16mm 范围 内 查 GB150 1998 可得 疲劳极限强度 MPa b 510 屈服极限强度 MPa s 345 C 25 下的许用应力为 MPa t 170 利用中径公式 3 9m mmmm p pD t i 09 36 5 717012 16005 7 2 5 查标准 HG20580 1998 3 钢板厚度负偏差为 0 25mm 而由 1 中 3 5 5 1 知 当钢材的厚度负偏差不大于 0 25mm 且不超过名义厚度的 6 时 负偏差可以忽 略不计 故取 对于有轻微腐蚀的介质 腐蚀裕量 mmC1 2 则筒体的名义厚度mmmmmm n 09 371009 36 圆整后取为mm n 37 3 23 2 封头厚度的计算封头厚度的计算 查标准 JB T4746 2002 4 中表 1 得公称直径mmDDN i 1600 选用标准椭圆形封头 长短轴比值为 2 根据 1 中椭圆形封头计算中式 mm p Dp c t ic 69 35 5 75 011702 16005 7 5 02 同上 取 0 1 CmmC1 2 则封头的名义厚度为mmmmmm n 69 361069 35 圆整后取为mm n 37 3 33 3 筒体和封头的结构设计筒体和封头的结构设计 由封头长短轴之比为 2 即 得2 2 i i h D mmmm D h i i 400 4 1600 4 查标准 4 中表 B 1 EHA 和 B 2 EHA 表椭圆形封头内表面积 容积 质量 见 表 3 1 和图 3 1 封 VLDV i 2 4 0 取装料系数为 0 9 则 封 VLD V i 2 49 0 0 即5864 0 26 1 49 0 9 0 2 L 算得mL39 4 0 圆整后取为mL4 4 0 封头尺寸表封头尺寸表 公称直径 DN mm 总深度 H mm 内表面积 A 2 m 容积 3 m 质量 Kg 6 16004252 90070 5864133 4 4 容器零部件的选择 4 14 1 人孔的选择人孔的选择 根据 HG T 21517 2005 5 查 表 3 3 选用凹凸面的法兰 其明 细尺寸见表 3 2 表表 3 2 人孔尺寸表人孔尺寸表 单位 mm 密封面型式凹凸面 MFM D670 1 b23 0 d24 公称压力 PN MPa 1 0 1 D620 2 b28螺柱数 量 20 公称直径 DN 500 1 H250A365螺母数 量 40 w ds 2 H103B175螺柱尺 寸 db28L250总质量 kg 153 4 2 接管 法兰 垫片和螺栓 柱 4 2 14 2 1 接管和法兰接管和法兰 查 HG T 20592 2009 6 中表 8 2 3 1 PN 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 7 查附录 D 中表 D 3 得各法兰的质量 查表 法兰的密封面均采用 MFM 凹凸 面密封 4 2 24 2 2 垫片垫片 查 HG T 20609 2009 7 得各管口的垫片尺寸如表 垫片尺寸表垫片尺寸表 注 1 包覆金属材料为纯铝板 标准为 GB T 3880 代号为 L3 2 填充材料为有机非石棉纤维橡胶板 管口名称公称直径内径 D1外径 D2 进料口80109 5142 出料口80109 5142 排污口80109 5142 人孔500561624 液位计口3261 582 温度计口2045 561 压力表口2045 561 安全阀口80109 5142 排空口5077 5107 8 3 垫片厚度均为 3mm 4 2 34 2 3 螺栓 螺柱 的选择螺栓 螺柱 的选择 查 HG T 20613 2009 8 中表和附录中表 A 0 1 得螺柱的长度和平垫圈尺寸如表 螺栓及垫片螺栓及垫片 紧固件用平垫圈 mm名称 公称直径螺纹螺柱长 1 d 2 dH 进料口80M169217303 出料口80M169217303 排污口80M169217303 人孔500 液位计口32M168517303 温度计口20M127513242 5 压力表口20M127513242 5 安全阀口80M169217303 排空口50M169017303 4 34 3 鞍座选型和结构设计鞍座选型和结构设计 鞍座选型 该卧式容器采用双鞍式支座 初步选用轻型鞍座 材料选用 Q235 B 估算鞍座的负荷 储罐总质量 3 4321 2mmmmm 3 筒体质量 1 mkgDLm64211085 7 037 0 4 46 114 3 3 01 单个封头的质量 2 mkgm 4 133 2 充液质量 水压试验充满水 故取介质密度为 3 m 天然气水 3 1000mkg 水 Vm 水 3 32 0 2 02 105864 0 24 46 1 4 2 4 2mVLDVVV i 封封筒 9 则kgkgVm1002002 101000 3 水 附件质量 人孔质量为 其他接管总和为 200kg 即 4 mkg153kgm353 4 综上所述 kgmmmmm 8 1706035310020 4 133264212 4321 则每个鞍座承受的质量为 即为 kg 4 8530kN04 853 查 JB4712 1 2007 9 表 1 优先选择轻型支座 查 9 中表 2 得出鞍座尺寸如表 3 6 表表 3 6 鞍座尺寸表鞍座尺寸表 公称直 径 DN 16 00 腹板 2 8 4 b 39 0 允许载 荷 Q kN 27 5 3 l 25 5 4 8 鞍座高 度 h 25 0 2 b 17 0 垫板 e70 1 l 11 20 3 b 24 0 螺栓间 距 2 l 96 0 1 b 20 0 筋板 3 8 鞍座质 量 K g 11 6 底板 1 12垫板 弧 长 18 70 增加 100mm 增加的 高度 K g 12 4 3 14 3 1 鞍座的安装位置鞍座的安装位置 根据 2 中 6 1 1 规定 应尽量使支座中心到封头切线的距离 A 小于等于 0 5 a R 当无法满足 A 小于等于时 A 值不宜大于 为圆筒的平均内径 0 5 a RL2 0 a R mm D R ni a 5 818 2 37 2 1600 22 mmhHLhLL i 4450 400425 24400 22 00 即mmRA a 25 4095 8185 05 0 10 取mA4 0 鞍座的安装位置如图 3 3 所示 图 3 3 鞍座安装位置 4 4 总结总结 通过对该课程设计的学习以及设计 我了解了天然气以及储罐等许多的内容 知道了设计的一般格式 设计的步骤 由于本人知识有限 设计中还有许多错误 所做出的设计存在许多缺点和不足 请老师做出批评和指正 有待改进 但从中 真的学到了很多 资料上网百度了许多 从中选取 摘选 感谢老师对我们的指 导 我相信大家都有许多的收获吧 设备设计分为许多的类型 其中不乏计算额查阅资料选型等 要从庞大的书海 中选择出来资料实属不易 希望设计经过改进后具有可行性 5 5 参考文献参考文献 1 GB1