过控专业课程设计说明书分析

1、成绩：中 国 矿 业 大 学课程设计说明书姓 名： 尤瑛 学 号： 06122718 学 院： 化工学院 专业班级： 过程装备与控制工程 课 程： 过程装备与控制专题设计机械部分 指导教师： 陈英华 2016 年 1 月 目录第一章 绪论11.1设计任务11.2设计要求及成果11.3技术要求1第二章 设计参数确定22.1 设计温度22.2 设计压力22.3材料选择22.4腐蚀余量22.5焊缝系数32.6 许用应力3第三章 设计计算33.1储罐高度确定33.2人孔设计与人孔补强确定43.2.1 人孔的尺寸选择53.2.2 人孔开孔补强53.3壁厚计算7第四章 管口选择74.1进料管及管口74.2

2、出料口84.3排污管84.4液面计接口管84.5放空管接口管84.6鞍座设计84.6.1 罐体质量的计算:94.6.2 封头质量的计算：94.6.3充液质量94.6.4附件质量：94.6.5设备总质量104.6.6鞍座安放位置104.7阀门选型104.7.1 止回阀104.7.2 闸阀114.7.3截止阀11第五章 设计结果13参考文献13第一章 绪论1.1设计任务结合管道仪表流程图及设备布置图设计煤焦化脱硫工段卸碱槽。表1-1 设计数据序号项目1设备名称卸碱槽2设备容积：10m33最大工作压力0.3MPa4贮存介质氨水5物料重度：890Kg/m36工作温度常温7其他要求100%无损检测8管道

3、压力0.2MPa1.2设计要求及成果（1） 根据工艺要求，确定基本设计参数；（2）根据控制仪表及工艺要求，完成设备管口的设计；（3）根据给定设计参数，完成设备结构设计，包括：确定容器材质；确定罐体、封头形状尺寸、壁厚；确定支座，人孔以及开孔补强情况；（4）完成相关管路上阀门型号的确定（5）完成设备施工图纸及设计说明书。1.3技术要求（1） 设备按GBl50-2010钢制压力容器进行制造、试验和验收 ；（2） 焊接材料，对接焊接接头型式及尺寸可按GB985-88中规定(设计焊接接头系 数) （3） 焊接采用电弧焊，焊条型号为E4303 ；（三）壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100 。第二

4、章 设计参数确定2.1 设计温度 设计温度为压力容器的设计载荷条件之一，它是指压力容器在正常的工作条件下，设定元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。 由设计条件知，该卸碱槽的的工作温度为常温，故设计温度为25。2.2 设计压力 设计压力P：容器工作时，由于操作参数（如温度、给、排料量等）的波动，其内部压力也相应波动，即使操作参数不变，由于介质的流态和形态不同，容器内不同部位的压力也不相同。与容器强度有关的是最高工作压力。由于压力表通常装在容器的顶部，因此规定在正常操作情况下，容器顶部可能出现的最高工作压力称为工作压力、以pw表示。设计压力P是用于设计压力容器的压力，规定P Pw。当内压

5、容器装有安全泄放装置时，其设计压力应根据不同形式的安全泄放装置确定，装有安全阀的容器，考虑安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不应低于安全阀的开启压力。设计压力应采用最大工作压力Pw的1.051.1倍，此次设计取设计压力P=1.05Pw=1.05x0.3=0.315MPa。2.3材料选择根据液氨贮罐的工作压力、工作温度和介质的性质可知该设备为一低压常温设备，介质对碳钢有弱腐蚀作用,从耐蚀角度考虑采用含镍不锈钢，但考虑到该设备不属于重要设备，介质对碳钢的腐蚀作用很小，可选用碳钢材料。考虑的强度指标（指和）和塑性指标适合的材料有：A3R、20g、Q345R、15MnVR、20R。为了节

6、省金属，高压设备应优先选取普通低合金钢、中强度。凡属强度计算为主要的中压设备亦以采用普通低合金钢为宜。因为屈服强度分别为 和 的普通低合金钢，其材料价格与碳素钢差不多，但强度比碳素钢约高 ，采用该类钢材制造压力容器，可以有效地减少设备质量，降低成本，给设备的制造、运输、安装带来很大的方便。所以主要考虑Q345R和20R这两种。 如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板，Q345R钢板的价格比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，Q345R钢板为比较经济。因此，此设计的卸碱槽采用Q345R钢板作为制造筒体和封头材料。2.4腐蚀余量 腐蚀余量主要是防止容器受压元件由于均匀腐蚀、机

7、械磨损而导致的厚度削弱减薄。与腐蚀介质直接接触的筒体、封头、接管等受压元件，均应考虑材料的腐蚀余量。腐蚀余量一般可根据钢材在介质中的均匀腐蚀速率和容器的设计寿命确定。查阅相关资料得a=0.1 mm/ y,若该卸碱槽的设计寿命为20年，则腐蚀余量C2=0.1×20=2mm。2.5焊缝系数 卸碱槽属于中压贮存容器，根据中国固定式压力容器安全技术监察规程规定，氨水属中度毒性介质，容器筒体的纵向焊接接头和封头基本上都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，所以取1.0或0.85常见。 表2-1 钢制压力容器的焊接接头系数值焊接接头形式无损检测比例值焊接接头形式无损检测比例值双面焊对接接头

8、和相当于双面焊的全熔透对接接头100%1.00单面焊对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴金属的垫板）100%0.90局部0.85局部0.80此卸碱槽采用100无损探伤，故焊接接头系数取1.0。2.6 许用应力 查过程设备设计附录表D-1,得25时，Q345R钢材的许用应力表如下：表2-2 Q345R钢材的许用应力表钢号厚度/mm许用应力/MPaQ345R616mm510345189>1636mm500325185>3660mm490315181 即可得25时，Q345R钢材的许用应力为=189 MPa第三章 设计计算3.1储罐高度确定根据布置要求，储罐长度不超过7m查表：表3-1 筒身常

9、量公称直径DN1米高容器体积V1米高容器内表面积Fi1米高容器钢板质量Kg钢板厚度101416002.0175.0339755720003.1426.2842269522003.8016.8144676424004.5247.5547183326005.3098.17496902表3-2 封头常量公称直径DN曲面高度h1直边高度h0内表面积F容积V厚度质量G1600400252.9010.58610224122701431516362184082000500254.4931.1261034612416144862200590405.52291.545914616筒的内径D1i按下式估算 m (

10、2-2) 式中 V全容积，m3； I 长（高）径比（29合理）V=10，I 取3.25带入计算D=1576mm，取内径为1600mm由表知，筒体1米高容器体积，封头的容积为。利用公式+2V2 代入，得： 则总长为L=2 x(400+25)+4400mm=5250mm 由于液氨筒体的长径比值为为合适值，所选的长径比 所以，选用公称直径为的筒体合适。3.2人孔设计与人孔补强确定3.2.1 人孔的尺寸选择查参考文献2得，人孔的尺寸如下表： 表3-3 人孔尺寸选择表 本设计选用，公称压力PN=1.0MPa,公称直径DN=450，H1=230mm,RF型密封面，采用第材料，其中的垫片采用石棉橡胶，垫片的

11、回转盖带颈法兰人孔。3.2.2 人孔开孔补强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。本设计所选的人孔筒节外径Do=480mm,壁厚8mm,故补强计算如下：1.补强计算方法判别开孔直径：人孔开孔直径d=468mm<=800mm，满足等面积补强计算的适用条件，故可以用等面积法进行开孔补强。2.开孔所需补强面积（1）筒体计算厚度（2）开孔所需补强面积强度削弱系数 人孔有效厚度 开孔所需补强面积3.有效补强范围（1）有效宽度B取二者较大值，故B=936mm（2）有效高度外侧有效高度取二者较小值，故=61.19mm内侧有效高度取二者较小值，故=04.有效补强面积筒体有效厚度 筒体

12、多余金属面积人孔计算厚度 人孔多余金属面积人孔区焊缝面积 有效补强面积 由于有效补强面积大于所需补强面积A，因此不需要补强。3.3壁厚计算计算壁厚公式如下：=1.27mmd=+c2=1.27+2=3.27mm对于Q345R，钢板的负偏差是C1=0.3mm,n=d+c1+=3.27+0.3+0=3.57mm, 因而可取名义厚为4mm。低合金钢板不包括腐蚀裕量的最小壁厚min=3mm，则：n=min+C2=3+2=5mm由钢材标准规格，名义厚度取为n=6mm第四章 管口选择管子尺寸根据公称直径按下表选择：4.1进料管及管口根据PID图可知，进料管为DN80管，选用无缝钢管(强度验算略)。一端切成4

13、5°。配用具有突面密封的平焊管法兰。 法兰标记：HG20598 法兰SO80-0.6 RF Q345R。 伸出长度查设计指导书表1-1为150mm。4.2出料口根据PID图可知，出料管为DN32管，用 38x3mm的无缝钢管。法兰标记：HG20598 法兰S032-0.6 RF Q345R。伸出长度查设计指导书表1-1为150mm。4.3排污管 根据PID图可知，排污管为DN50管，贮罐左端最底部安设排污管1个，选用的管子规格为57*3.5 mm，管端焊有一与截止阀J41W-16相配的管法兰。 法兰标记: HG24598法兰 S050-0.6 RF Q345R。伸出长度查指导书表1-

14、1为150mm。4.4液面计接口管本贮罐采用两支玻璃管液面计BIWPN=1.6，L=1400，HG-5227-80一支。与液面计相配的接管25mm x 2.5mm的无缝钢管。法兰标记：HG20595 法兰WN32-0.6 RF Q345R。4.5放空管接口管根据PID图可知，管为DN50管，选用57 x 3.5 mm的无缝钢管。法兰标记：HG20598 法兰S050-0.6 RF Q345R。伸出长度查指导书表1-1为150mm 。4.6鞍座设计支座的选用注意事项：1、支座的承重 ：支座设计时必须考虑它可能承受的最大荷重。因此，对用于盛装气体或密度比水小的液体的卧式容器支座，由于进行水压试验的

15、需要，应按支承装满水的容器来设计。2、支座型式的选择：在一般情况下建议采用鞍式支座支承卧式容器。3、鞍式支座型式选择：（1） 重型鞍座可满足卧式换热器，介质比重较大或L/D较大卧式容器的要求；轻型鞍座则满足一般卧式容器的使用要求。但容器直径小于1 米鞍座未设轻型结构，原因容器直径太小其重量差别不大。（2） 当容器直径小于1米时，分带垫板和不带垫板两种。当容器直径小时，有些容器的壁厚裕量较大，可不带垫板；但有些容器壁厚裕量较小或筒体材质与鞍座材质差别较大或容器需热处理等，此时须加垫板；当容器直径大时，一般壁厚裕量较小，需加设垫板，以改善支座处受力状况。（3） 容器因温度变化，固定侧应采用固定鞍座

16、；滑动侧采用滑动鞍座。固定鞍座一般设在接管较多的一侧。采用三个鞍座时，中间鞍座宜选固定鞍座，两侧鞍座可选滑动鞍座。安装位置 :鞍座应尽可能靠近封头，鞍座距封头切线距离应小于或等于D0/4 且不宜大于0.2倍的筒体长度。 储罐总质量：式中：罐体质量 封头质量充液质量 附件质量 罐体质量的计算:罐体质量，筒节 ，n=6mm 。查指导书表6得：每米质量为q1=238Kg/m，;故 m1= q1 L=238 4.4=1047.2 Kg 封头质量的计算：封头质量：，n=6mm查指导书表5得：其质量为，故： 充液质量式中：储罐容积 水的密度为故：附件质量：人孔质量为，其他接管总和按计，故： 设备总质量。M

17、=m1+m2+m3+m4=1047.2+459.26+10000+500=12006.46 Kg每个鞍座只约承受负荷60.03KN负荷，所以选用轻型垫板，包角120度的鞍座，即：JB/T74712-92鞍座A1600-F；JB/T74712-92鞍座A1600-S。鞍座安放位置筒体长度：。式中：两鞍座间距离鞍座与封头切线之间距离由于筒体L/D较大，且鞍座所在平面又无加强圈，取 4.7阀门选型 从工艺流程图可以知道需用阀门的设计压力、设计温度和所接触介质的性质。由工艺图可知，出料管b设一个止回阀和一个切断闸阀；旁通管线c设一个切断闸阀；排污管设一个截止阀，共计四个阀门。本系统所选的阀门的压力等级

18、大都偏高，这是因为压力等级在1.0MPa以下的阀门规格很少。所以，当管道工作压力较低时，实际选用的阀门公称压力往往高于需要的公称压力等级。在管道设计中选用法兰时要特别注意使之与阀门上的法兰连接尺寸一致。 止回阀止回阀按结构可分为升降式和旋启式两种 。升降式止回阀较旋启式止回阀的密封性好，流体阻力大，卧式的宜装在水平管线上，立式的应装在垂直管线上；旋启式止回阀不宜制成小口径阀门。它可装在水平、垂直或倾斜的管线上。如装在垂直管线上，介质流向应由下向上，分析本系统的工艺流程，选用旋启式止回阀，阀门型号为：H44J-0.6。表4-1 止回阀选型表 闸阀闸阀的密封性能较截止阀好，流体阻力小，具有一定的调节性能 。闸阀可按阀杆上螺纹位置分为明杆式和暗杆式两类。从闸板的结构特点又可分为楔式与平行式两类 。分析本系统的工艺流程，选用明杆楔式双闸板闸阀：Z42W-16A表4-2 闸阀选型表截止阀 截止阀与闸阀相比，其调节性能好，密封性能差，结构简单，制造维修方便，流体阻力较大，价格便宜。适用于蒸汽等介质，不宜用于粘度大、含有颗粒易沉淀的介质，也不宜作放空阀及低真空系统的阀门 ，分析本系统的工艺流程，选用截止阀：J41W-16表4-3 截止阀选型表所选的