69m3浓硫酸储罐化工设备课程设计任务书

化工设备课程设计说明书学生马维指导教师梅丽班级2013级6班专业应用化学化工原理与化工设备课程设计任务书专业应用化学班级2013级6班设计人一设计题目69M3浓硫酸储罐二设计要求编制一份设计说明书，主要内容包括1标题页；2设计任务书；3目录；4设计方案简介；5储罐设备设计；6储罐设备强度设计和结构设计；7设计结果概要或设计一览表；8对本设计的评述；9附图（储罐设备装配图）；10参考文献；11主要符号说明。三设计时间1周设计基本要求化工设备课程设计是化工设备与机械课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，应该训练学生提高如下几个方面的能力1熟悉查阅文献资料、搜集有关数据、正确选用公式。2在兼顾技术上先进性、可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设计任务要求，确定储罐设备附件的选择。3准确而迅速地进行设备的机械设计计算。4用精练的语言、简洁的文字、清晰的图表来表达自己的设计思想和计算结果。设计基本内容课程设计包括如下内容1设计方案简介根据设计任务书所提供的条件和要求，通过对现有生产现场调查或对现有资料的分析对比，选定适宜的设备附件类型。2设备的机械设计计算包括强度设计和结构设计。3设备结构装配详图，按化工设备装配图的要求绘制完成。完整的课程设计报告由说明书和图纸两部分组成。目录第一部分设计方案简介V第二部分储罐设备设计VI22设计参数的选择VI221筒体材料的选择VI222公称直径的确定VI213设计压力VI214设计温度VII215焊接接头系数VII21设备的初步选型及轮廓尺寸的确定VIII211设备的初步选型VIII212设备的轮廓尺寸的确定VIII第三部分储罐设备强度设计和结构设计X31储罐的结构设计X311封头设计X312接管与法兰设计XI313液面计的选择XII314人孔的结构设计XIII315螺栓（螺柱）的选择XIII316垫片的选用XIV317鞍座设计XIV318焊接结构设计XVII32设备强度设计XIX321壁厚设计XIX322设备的应力校核XIX第四部分设计结果概要或设计一览表XXIII41设计材料XXIII42设计附件选择XXIII43设计尺寸XXIII对本设计的评述XXVI附图（储罐设备装配图）XXVII参考文献XXVIII主要符号说明XXIX第一部分设计方案简介本设计是针对化工设备设计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，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。本设计的液料为浓硫酸。浓硫酸，俗称坏水，化学分子式为H2SO4，是一种具有高腐蚀性的强矿物酸。常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为98，其密度为184GCM3，其物质的量浓度为184MOLL1。98时，熔点10；沸点338。硫酸是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。浓硫酸溶解时放出大量的热，因此浓硫酸稀释时应该“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不断搅”。浓硫酸在浓度高时具有强氧化性，这是它与普通硫酸或普通浓硫酸最大的区别之一。同时它还具有脱水性，强氧化性，强腐蚀性，难挥发性，酸性，稳定性，吸水性等。设计基本思路本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，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、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。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。第二部分储罐设备设计22设计参数的选择221筒体材料的选择根据文献1表11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；25PMA钢板使用温度为0400；用于壳体时钢板厚度不大于30MM。222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32126940VD由此可求得，查文献12得标准封头里面没有直径706DM所以粗定。350213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318410940613PGHMPA根据化学化工物性分析手册表365查饱和蒸汽压018CPMA工作压力01082WCP设计压力24A计算压力24635P214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。设计温度去50215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9中要求受压元件焊缝必须100无损检测，取系数100。设计参数总结如下表11表21设计数据序号项目数值单位1名称69M3浓硫酸卧式储存槽罐2筒体材料Q235C3设计压力01241MPA4设计温度505公称直径3400MM6充装系数097工作介质98浓硫酸8其他要求100无损检测21设备的初步选型及轮廓尺寸的确定211设备的初步选型主体结构采用卧式圆柱形储罐筒体采用圆柱形筒体封头采用标准椭圆形封头212设备的轮廓尺寸的确定设备容积计算12V4DL封试算取D3400MM，封头的结构尺寸（封头结构如下图1）由，得HHDI490085050MM2IHH查文献2中表B1EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表1查得封头尺寸为表22EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN/MM总深度H/MM内表面积A/2M容积/V封3M340090013056表1查得封头56由得L72143MM236940VDLV筒封封圆整得L7300MM则2233147356744M筒封封误差计算，符合要求105GV计工作容积为，3740967VM最终，取液氨储罐的公称直径DN3400MM，筒体长度L7300MM；选取EHA椭圆形封头封头EHA340020第三部分储罐设备强度设计和结构设计31储罐的结构设计311封头设计1封头的厚度设计查文献10中表1，得公称直径340INDM选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，则2，根据GB1501998中2IIH椭圆形封头计算中式71计算01854325CTMP同上，取，。2210封头的设计厚度245DCM圆整后，取封头的名义厚度，N8有效厚度NE6212封头的结构尺寸（封头结构如下图1）由，得2IDHH90854IDHM查文献10中表B1EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表21表31EHA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2/AM容积3/封V34008505090013056图31封头的示意图312接管与法兰设计查文献5表8222PN10带颈对焊焊钢制法兰，选取各管口公称直径，查得个法兰的尺寸。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32带颈对焊钢制管法兰示意图体积为71M3的浓硫酸需要在3小时内全部装满，体积流量3690725VMQST查表可知浓硫酸的管内流速范围为0812，此处流速取1管径横截面积2071VAV接管直径4934IDM圆整后直径0M计算验证管径横截面积2223140785计A流速07985V计计QVS计算流速符合0812，所以选用进出管直径10DM表32接管和法兰尺寸单位MM313液面计的选择液面计的种类很多，常用玻璃板液面计。它们都是外购的标准件，只需要选用。玻璃板液面计有三种透光式玻璃板液面计、反射式玻璃板液面计、视镜式玻璃板液面计。利用连通器原理，通过液面计的玻璃板视窗可以观察容器内部液面位置的变动情况。根据设计要求选用查文献6中选用磁性液面计，型号T,使用压力为PN25MPA,液面计采用普通型；结构形式保温型W,钢板Q345R标准选用HG/T2158495AT25W1450中心距为L2000MM,采用带颈法兰DN32。314人孔的结构设计密封面的选择法兰颈管口名称公称直径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CNSH1R法兰高度H法兰质量出料口100114B200160188M16201286106504进料口100114B200160188M16201286106504液位计口3238B140100184M1618562666422温度计口2025B10575144M1218402364401压力表口2025B10575144M1218402364401排污口8089B200160188M162010532106504排空口6576B185145188M161892291064525由于本次设计的介质是高度危害的，查文献7中表31，选用凹凸法兰密封面（MFM）法兰。人孔的设计本次设计的储罐设计压力为01241MPA，查文献7中，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。其明细尺寸见下表表33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16700222M3021102020B1B2BD0D1DWDS313620024650715530112ABL2601113902434300315螺栓（螺柱）的选择查文献11中表5079和附录中表A01,得螺柱的长度和平垫圈尺寸7表34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100M169017303进液口100M169017303液位计口32M168517303温度计口20M1275132425压力表口20M1275132425排空口65M168517303排污口80M169017303316垫片的选用查文献6垫片尺寸如表24所示表35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100110120进液口100110120人孔500580700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。317鞍座设计（1）鞍座的选取该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235C。引用2121695640DVLL72142M圆取整L73M储罐总质量1234MM筒体质131706851067DLKG单个封头的质量查标准JB/T47462002钢制压力容器用封头2中表B2EHA椭圆形封头质量，可知，254MKG充液质量3M24331807160HSOV附件质量人孔质量为302KG，其他接管质量总和估为400KG，即44702MKG综上所述，12341925MKG3958607GN则每个鞍座承受的重量为68169KN由此查JB471212007容器支座，选取重型，焊制为B,包角为120，有垫板的鞍座。查JB471212007表8设计鞍座结构尺寸如下表32表36鞍式支座结构尺寸单位MM底板腹板公称直径DN允许载荷QKN鞍座高度H11123400297925024803802222筋板垫板3233弧长44鞍座质量KG3913354301639506001480795图33鞍式支座结构（2）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2504II有DDHHMH故020735018ALH鞍座的安装位置如图22所示图34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17042NDRM，取A852MM5AA综上有A852MMA为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头的总长318焊接结构设计1压力容器焊接结构设计要求根据文献3焊缝分散原则；避免焊缝多条相交原则；对称质心布置原则；避开应力复杂区或应力峰值去原则；对接钢板的等厚连接原则；接头设计的开敞性原则；焊接坡口的设计原则（焊缝填充金属尽量少；避免产生缺陷；焊缝坡口对称；有利于焊接防护；焊工操作方便；复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率）。（2）筒体焊接接头筒体连接的环向接头采用A类焊缝。焊接方法采用手工电弧焊，球体采用对接焊接。平行长度任取。坡口形式为Y型坡口。根据Q235C的抗拉强度B5000MPA和屈服点S325MPA选择E50系列（强度要求B500MPA；S400MPA）的焊条，型号为E5018该型号的焊条是铁粉钛型药皮（药皮成分氧化钛30，加铁粉），适用于全位置焊接，熔敷效率较高，其结构如下图Y型坡口筒体和封头的焊接6206070B02P233管法兰与接管的焊接接头管法兰与接管焊接接头形式和尺寸参照文献3,根据公称通经选择相应的坡口宽度结构如附图中为几种常用的管法兰与结接管焊接形式的局部放大图。4接管与壳体的焊接接头本设计除人孔接管带补强圈外其它接管都是不带补强圈的插入式接管，接管插入壳体，接管与壳体间的焊接有全焊透和部分焊头两种，它们的焊接接头均属T形或角接接头。标准中代号为G2的接头形式，基本尺寸为50；502B；501P；TK31，且6K，它适用于4S，ST1，因为所选接管的厚度都为壳体厚度的一半，壳体的厚度为16MM，所以符合要求。选择全焊透工艺，可用于交变载荷，低温及有较大温度梯度工况。如附图中的局部放大图所示。带补强圈焊接接头结构15052302B1205,2B51,1KT,KC8K07C32设备强度设计321壁厚设计查GB1501998中表41，可得在设计温度50下，屈服极限强度，许用应力T125MPA利用中径公式计算厚度018543252CTDM查标准HG205801998钢制化工容器设计基础规定表71知，钢板厚度负偏差为025MM，而有GB1501998中3551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。查标准HG205801998钢制化工容器设计基础规定表75知,在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量2C不小于1MM,本例取2MM42C则筒体的设计厚度1245DM圆整后，取名义厚度N8筒体的有效厚度E621322设备的应力校核1压力试验类型耐压试验是在设计压力下对压力容器的检验，在本设计中采用水压试验进行验证。2压力试验校核筒体耐压试验校核1耐压试验压力根据TTP其中，为耐压试验压力系数，对于钢和有色金属，液压试验是，251所以水压试验压力1，18512504MPA023T235SMPA筒体的薄膜应力102346528TIGPDMPA液压试验时1，应满足以下公式的要求，T9TELR其中09123509ELR25MPA符合要求。65285MPA最终筒体选用材料为Q235C的钢板，且厚度为8MM。封头耐压试验校核水压试验压力18512504MPA023TP封头的薄膜应力46528TIGDMPA液压试验时，应满足以下公式的要求，T09TELR其中09123509ELR25MPA，符合要求。65285MPA最终封头选用材料为Q345R的钢板，且厚度为20MM。开孔补强开孔补强设计根据文献3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。2两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。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5042C2DIMM3401IDDM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，ETRADF其中壳体开孔处的计算厚度M接管的有效厚度1286ETNTC强度削弱系数RF所以开孔所需补强面积为2AD50421708ETRFM有效补强范围有效宽度B的确定按GB150中式87，得12NT12D5048M21054MMAX（，）1）外侧有效高度H的确定根据GB150中式88，得1NTD504179MH28H11MIH（，）2）内侧有效高度2的确定根据文献13中式89，得2NTHD504879M2H22I（，）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121RABD2F085427619MEET接管厚度05184ITPD接管的多余面积2212ETRHFCF270925170ETRH焊角取60MM，3A6M补强面积2E1237198053679M因为所以开孔不需另加补强2E70855第四部分设计结果概要或设计一览表41设计材料筒体封头接管法兰碳素合金钢Q235C低合金钢Q345R碳素合金钢Q235A碳素合金钢Q235A人孔鞍座垫片焊条类型碳素合金钢Q235C碳素合金钢Q235C石棉橡胶板铁粉钛型药皮E501842设计附件选择人孔鞍座封头HG21518MFMDN500PN06JB/T471212007鞍座B3400FJB/T471212007鞍座B3400SEHB340020Q345RJB/T474643设计尺寸附件定位单位MM进料口距筒体焊接面排空口距进料口温度计口距排空口压力表口距温度计口人孔距右侧筒体焊接面8023503003001200鞍座距筒体焊接面出料口距鞍座两鞍座距离鞍座垫片总长液位计距筒体中心线8021600569624801300筒体主要尺寸单位MM筒体长度筒体直径筒体厚度封头厚度封头直边高度7300340082050伸出筒体长度单位MM液位口进料口温度计口压力表口200150150150人孔排污口出料口鞍座400150150250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12出液口100M169017303进液口100M169017303液位计口32M168517303温度计口20M1275132425压力表口20M1275132425排空口65M168517303排污口80M169017303法兰颈管口名称公称直径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CNSH1R法兰高度H法兰质量出料口100114B200160188M16201286106504进料口100114B200160188M16201286106504液位计口3238B140100184M1618562666422温度计口2025B10575144M1218402364401压力表口2025B10575144M1218402364401排污口8089B200160188M162010532106504接管和法兰尺寸单位MM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100110120进液口100110120人孔500580700液位计口324365温度计口202750压力表口202750排污口8089120排空口6577109排空口6576B185145188M161892291064525第五部分对本设计的评述压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。近一个星期的浓硫酸储罐设计，可以说是对自己综合知识、能力的挑战。从刚开始设计时的不知所措，到如今的灵活运用。在设计期间我锻炼了很多，也收获了很多首先，通过浓硫酸储罐的设计，我全面综合的增加及巩固了知识，其次，我对浓硫酸储罐的设计过程有了初步的了解，开始设计的那段时间确实比较痛苦，感觉无从下手。正所谓万事开头难，通过与同学们的讨论合作，我们找到了一种绝处逢生的感觉，有了头绪