硫酸储罐化工设备课程设计

化工设备机械基础课程设计题目贮存槽罐教学院化学与材料工程学院专业应用化工技术（专）2011（1）学号14081709学生姓名薛振东谌磊万晓慕叶渊指导教师夏贤友2013年07月01日湖北理工学院课程设计2大型作业任务书120122013学年第2学期学生姓名薛振东专业班级应用化工技术（专）2011（1）指导教师夏贤友胡燕辉工作部门化工教研室一、大型作业题目贮存槽罐二、大型作业内容（含技术指标）1贮存介质50吨30的硫酸；2贮存地点黄石某地区；3作业成果计算书1份，设备图1张（A2图纸手工绘制）。三、进度安排16月24日分配任务；26月24日6月30日查询资料、初步设计；37月01日7月07日设计计算，完成报告。四、基本要求1设计方案根据给定的条件合理选择设备的结构以及合适的材料，立式容器或卧式容器的筒体和封头、钢板卷制焊接结构接头、钢板材料的型号及热处理条件等；2设计计算依据材料的性能，对选用设备的壁厚进行计算、稳定性进行校核；3辅助设备的选型包括典型辅助设备的主要尺寸计算及型号规格人孔或手孔设计、法兰的型号规格、接管开孔结构、视镜或液面镜以及容器的支座选型等。教研室主任签名2013年月日湖北理工学院课程设计3目录绪论11设计参数的选择211筒体材料的选择212公称直径的确定213设计压力214设计温度215焊接接头系数32设备的结构设计421圆筒厚度的设计422封头的设计4221封头厚度的设计5222封头的结构尺寸523鞍座选型和结构设计5231鞍座选型5232鞍座位置的确定624卧式贮罐的附件及其选用7241接管和法兰8242垫片的选用9243螺栓的选择1025人孔的选择10湖北理工学院课程设计426液面计的选择103容器强度的校核1131水压试验应力校核1132开孔补强设计11321补强设计方法判断11322有效补强范围1233有效补强面积1234补强面积134卧式贮罐的焊接1441焊缝布置14411接头的分类及其选择14412焊缝的布置1442焊接方法1543焊接顺序16431焊前清理16432焊接过程和顺序16433焊接处理16致谢18参考文献19绪论近年，压力容器被广泛应用于现代的工业、民用及军用等部门。压力容器在社会各行各业的生产、储存、运输等方面具有不可取代的地位，在发展国民经济、巩固国防、解决人们衣食住行等方面起着极为重要的作用。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5003M或单罐容积大于200M3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500M3,单罐容积小于1003M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。一般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浓硫酸贮罐的设计。本储罐的焊接结构主要设计了筒体壁厚，支座，封头，法兰，加强圈等。根据储存介质的要求来进行储罐的选材，本次设计的介质为硫酸，储体选用Q235C。根据施工现场的环境要求及罐体厚度等选择合适的焊接方法。设计的封头为标准椭圆形封头，设计的支座为鞍式支座。卧式硫酸贮罐设计的特点，应按GB150钢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。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。湖北理工学院大型作业21设计参数的选择11筒体材料的选择根据文献1表41并结合实际情况，选用筒体材料为碳素合金钢Q235C（钢材标准为文献1。Q235C适用范围规定如下容器设计压力P25MPA；钢板使用温度为0400用于壳体时，钢板厚度不大于30MM。由于容器大多都是金属，所以要考虑到容器的腐蚀效应。容器与稀硫酸发生的是均匀腐蚀，这类腐蚀的危害性比较小，故可以在反映的界面上渡漆，防止容器腐蚀。12公称直径的确定设筒体直径为D，筒体长度为L2D，选用标准椭圆封头，则其体积可表示为90432424321DV由此可求得D2971MM所以粗定D3000MM。13设计压力设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷，其值不得低于工作压力。液柱静压力MPA541038910431GHP查饱和蒸汽压PC00118MPA工作压力MPA280CW设计压力MPA140281计算压力P012410054101782MPA14设计温度设计温度指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的湖北理工学院大型作业3温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。设计温度取50。15焊接接头系数焊接接头系数是以焊接强度与母材强度之比值表示的。它与焊缝位置焊接方法以及检验等因素有关。文献12中要求受压元件焊缝必须100无损检测，取焊缝系数100。设计参数总结如下表11。表11设计数据序号项目数值单位备注1名称50吨硫酸卧式贮存槽罐2筒体材料Q235C3设计压力01241MPA4设计温度50C5公称直径3000MM6公称容积483M7充装系数098工作介质30硫酸9其他要求100无损检测湖北理工学院大型作业42设备的结构设计21圆筒厚度的设计查文献4中表41，可得在设计温度50下，屈服极限强度，MPA235T许用应力MPA235T利用中径公式计算厚度MM1478012532PCTD查文献4表71知，钢板厚度负偏差为025MM，而文献43551知，当钢材的厚度负偏差不大于025MM，且不超过名义厚度的6时，负偏差可以忽略不计，故取10C。查文献4表75知,在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量2C不小于1MM,本例取2C2MM则筒体的设计厚度MM4121CI圆整后，取名义厚度MM8N筒体的有效厚度MM621E22封头的设计221封头厚度的设计查文献2中表1，得公称直径MM03NID选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，则2IH，根据GB1501998中椭圆形封头计算中式71计算MM1427805105P2TI同上，取2C2MM，1。封头的设计厚度MM42CD圆整后，取封头的名义厚度MM，8N有效厚度MM621NE湖北理工学院大型作业5222封头的结构尺寸（封头结构如下图1）由2IDHH，得MM407594IDH查文献2中表B1EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表21表21EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN/MM曲面高度HI/MM直边高度H/MM总深度H/MM内表面积A/2M容积V封/3300075040790101382图21封头的示意图23鞍座选型和结构设计231鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235C。82342904321LDVL118496M储罐总质量12341M筒体质量KG2534108760512单个封头的质量查文献4中表B2EHA椭圆形封头质量，可知，M872湖北理工学院大型作业6充液质量KG，3M31054附件质量人孔质量为302KG，其他接管质量总和估为400KG，即4702KGM综上所述，KGM542092311N85409GG则每个鞍座承受的重量为4167695KN由此查JB471212007容器支座，选取轻型，焊制为A,包角为120，有垫板的鞍座。查文献1表8设计鞍座结构尺寸如下表22。表22鞍式支座结构尺寸单位MM公称直径DN3000腹板2104B550允许载荷Q/KN7853L34110鞍座高度H2502B316垫板E651L218034062L1940B360筋板10螺孔/孔长D/L28/60底板114垫板弧长3490KG405232鞍座位置的确定因为当外伸长度A0207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过02L值，为此中国现行标准JB4731钢制卧式容器规定A02L02（L2H），A最大不超过025L否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头，有20DHLI故MM15840572A鞍座的安装位置如图22所示湖北理工学院大型作业7图22鞍座的安装示意图此外，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，JB4731还规定当满足A02L时，最好使A05RA，即MDA15042RNMM，取A750MM7520ARA综上有A750MMA为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头的总长24卧式贮罐的附件及其选用液化石油气储罐应设置出料口，进料口，人孔，液位计口，压力表口，温度计口，排污口，排空口等。图24储罐接管设置示意图湖北理工学院大型作业8241接管和法兰查文献5表8222PN10带颈对焊焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。查文献5附录D中表D3,得各法兰的质量。查文献5表322，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。图23带颈对焊钢制管法兰示意图表23接管和法兰尺寸单位MM法兰颈法兰高度法兰质量管口名称公称直径DN钢管外径法兰焊端外径法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量N（个）螺栓TH法兰厚度CNSH1RH出料口8089B200160188M162010532106504进料口8089B200160188M162011832106504液位计口3238B140100184M1618562666422温度计口2025B10575144M1218402364401压力表口2025B10575144M1218402364401排污口8089B200160188M162010532106504排空口6576B185145188M161892291064525湖北理工学院大型作业9242垫片的选用查文献6，垫片尺寸如表24所示表24垫片尺寸表单位MM管口名称公称直径内径D1外径D2出液口8089120进液口8089120人孔500530575液位计口324365温度计口202750压力表口202750排污口8089120排空口6577109注1选耐酸石棉橡胶板2垫片厚度均为15MM，人孔选3MM。243螺栓（螺柱）的选择查文献7表5079和附录中表A01,得螺柱的长度和平垫圈尺寸表25螺栓及垫片单位MM紧固件用平垫圈管口名称公称直径螺纹螺柱长1D2H出液口80M169017303进液口80M169017303液位计口32M168517303温度计口20M1275132425压力表口20M1275132425排空口65M168517303排污口80M169017303湖北理工学院大型作业1025人孔的选择查文献3表33，选用凹凸面型，其明细尺寸见表26表26人孔尺寸表单位MM密封面型式公称压力PN/MPA公称直径DN总质量KG螺栓尺寸螺母数量螺栓数量凹凸面165002223021M20201B2BB0D1DDWDS31362002465071553011H2ADBL260111390243430026液面计的选择查文献8，选磁性液面计。3容器强度的校核31水压试验应力校核试验压力12501958247TPMPA圆筒的薄膜应力0681705TERDPA故合格RS3932开孔补强设计根据文献13规定，当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。1设计压力小于或等于25MPA。湖北理工学院大型作业112两相邻开孔中心的距离（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的2倍。3接管公称外径小于或等于89MM。故该储罐中只有DN500MM的人孔需要补强。321补强设计方法判别按文献3选用回转盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径MM5042C2DIMM130ID故可以采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用Q235C钢，其许用应力T125MPA根据GB1501998中式81，ADREF其中壳体开孔处的计算厚度MM4接管的有效厚度1286ETNTCM强度削弱系数RF所以开孔所需补强面积为MM56107842512DARETF322有效补强范围有效宽度B的确定按GB150中式87，得12NT12D5048M21054MMAXB（，）有效高度的确定1）外侧有效高度1H的确定根据GB150中式88，得NTD504179M128H1HMIH（，）湖北理工学院大型作业122）内侧有效高度2H的确定根据文献13中式89，得2NTD504879M2H22I（，）33有效补强面积根据文献8中式810式813，分别计算如下123EA筒体多余面积1A2R9534M218504F2DBETE接管厚度MM712805PDTI接管的多余面积2R2ET1283172409FCFHA）（HRTE焊角取60MM，236M34补强面积2321E384M62954A因为所以开孔不需另加补强E8M07856MA湖北理工学院大型作业134卧式贮罐的焊接41焊缝布置411接头的分类及其选择压力容器受部分的焊接接头分为A，B，C，D四类A类焊缝受压部分的纵向接头（多层包扎压力容器层板层纵向接头除外）球形封头与圆筒联接的环向接头，各类凸形封头中所有拼焊接头以及嵌入式接管与圆筒，封头联接的对接接头等。B类焊缝受压部分的环向接头，椭圆形封头小端与接管连接的接头。长颈法兰与接管连接的接头。但已规定的A，C，D类焊缝除外。C类焊缝平盖，管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体接管的接头，内封头与圆筒的搭接填角接头以及多层包扎压力容器层板层纵向接头。D类焊缝接管孔与壳体非对接连接的接头凸缘，补强圈与壳体连接的接头。但已规定的A，B类的焊接接头除外。由上述四类接头的说明设计如下椭圆形封头与圆筒连接的环向接头A类受压部分的环向接头（筒节与筒节的对接）B类接管与人孔等与壳体非对接的接头D类412焊缝的布置焊接是压力容器设计、制造过程中不可避免的连接方式。压力容器筒体的周向应力是轴向应力的2倍,因此,在制造过程中,对纵向焊缝的质量要求要比环向焊缝要高。对于容器,焊缝是一个薄弱区域。因此,对焊缝的布置从设计上有一定的要求。焊缝的交叉、湖北理工学院大型作业14重叠或距离太近都将增加焊接应力,恶化焊缝区域的组织和性能,从而容易形成裂纹等缺陷。所以,在容器组焊时,应尽量避免十字焊缝相邻两筒节纵缝、封头拼缝与相邻筒节的纵缝应错开,其焊缝中心间距应大于筒壁厚度的3倍,且不小于100MM封头各种不相交的拼接焊缝中心线间距至少应为钢板厚度的3倍,且不小于100MM封头由成形瓣片和顶圆板拼成时,焊缝方向只允许是径向和环向的。受压元件主要焊缝及其邻近区域，应避免焊接零件。如不能避免时，焊接零件的焊缝可穿过主要焊缝，而不要在焊缝及其邻近区域中止。开孔、焊缝和转角要错开。开孔边缘与焊缝的距离应不小于开孔处实际壁厚的3倍，且不小于100MM。在凸形封头上开孔时，孔的边缘与封头周边间的投影距离应不小于封头外径的10。开孔及焊缝不允许布置在部件转角处或扳边圆弧上，并应离开一定距离。42焊接方法A，B类焊缝，查焊接手册第三卷由于壁厚8MM，所以选择3至26MM的Y形坡口如图图41A,B类焊缝的坡口形式,及焊后效果坡口尺寸4060（）0B3（MM）1P4（M）C类焊缝，查表由于壁厚8MM，所以选择340MM的V形坡口如图坡口尺/MM3550（）B04MMP0（MM）湖北理工学院大型作业15图42C类焊缝的坡口形式,及焊后效果43焊接顺序431焊前清理工件焊接前必须进行清理，除去工件表面的锈渍，油污和工件表面的毛刺。焊前处理能够有效防止焊接过程中产生气孔、夹杂等焊接缺陷的形成。432焊接过程和顺序焊接过程至关重要，施工人员必须严格按照合理的结构顺序，选择合理的焊接工艺参数，严格施工。首先将两侧的半圆点焊在一起，然后将点固好的两侧拼接在一起。焊接过程应该保持结构的对称性，以减少变形和焊接残余应力。A钢板气割下料和卷制。B单个筒节的纵向对接焊接C筒节间的环向对接焊接。D筒体与封头的环向对接焊接。E开人孔和各种接管口。F接管和各种法兰的焊接。湖北理工学院大型作业16G支座的组焊。433焊后处理工件焊接后必须进行焊后处理。工件的焊后处理主要包括热处理和焊接检测。由于工件承受一定的压力，必须对其进行焊接后局部的跟踪回火处理，以消除残余应力和达到细化结合处材料的晶粒。对工件的局部薄弱处应该进行无损探伤。另外容器的压力试验和气密性试验是热处