卧式储罐设计

1、安徽工程大学课程设计说明书题目名称：卧式储罐设计专业班级：食品122班学生姓名：王飞腾指导教师：季长路完成日期： 2015-09-24目录摘要3第一章绪论41.1 设计任务： 41.2设计思想： 41.3设计特点： 4第二章材料及结构的选择与论证 52.1材料选择 52.2结构选择与论证 52.2.1 封头的选择 5容器支座的选择 52.3法兰型式 62.4液面计的选择 6第三章结构设计73.1壁厚的确定 73.2封头厚度设计 7计算封头厚度 7水压试验及强度校核 83.3储罐零部件的选取 8储罐支座 8罐体质量 8封头质量 9液氨质量 9附件质量 9第四章接管的选取104.1 液氨进料管 1

2、04.2平衡口管 104.3液位指示口管 104.4放空口管 104.5液体进口管 114.6液体岀口管 11第五章压力计选择12符号说明13总结14摘要本说明书为1.2m3液氨储罐设计说明书。扼要介绍了卧式储罐的特点及在工业中的广泛应用，详细的阐述了卧式储罐的结构及强度设计计算及制造、检修和维护。本文采用分析设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标 准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、 封头、鞍座、接管进行设计，然后采用1SW6-1998寸其进行强度校核，最后形成 合理的设计方案。设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求均合格。关键词：

3、压力容器、卧式储罐、结构设计、强度校核、开孔补强第一章绪论1.1设计任务：针对化工厂中常见的液氨储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设 计，绘制总装配图，并便携设计说明书。1.2设计思想：综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参 考了行业使用标准或国家标准，这样设计有章可循，并考虑到结构方面的要求， 综合的进行设计。1.3设计特点：容器的设计一般由筒体，封头，法兰，支座，接管等组成。常，低压化工设备 通用零部件大都有标准，设计师可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的筒体， 封头的设计计算，低

4、压通用零部件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家使用标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理的进行设计。第二章材料及结构的选择与论证2.1材料选择纯液氨腐蚀性小，贮罐可选用一般钢材，但由于压力较大，可以考虑20R 16MnR这两种钢种。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板，16MnR 钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnF钢板 为比较经济。所以在此选择16MnF钢板作为制造筒体和封头材料。2.2结构选择与论证2.2.1 封头的选择从受力与制造方面分析来看，球形圭寸头是最理想的结构形式。但缺点是深度 大，冲压较为困难；椭圆

5、封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是 目前中低压容器中应用较多的封头之一。 平板封头因直径各厚度都较大，加 工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少， 比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综 合考虑，采用椭圆形封头最为合理。容器支座的选择容器支座有鞍座，圈座和支腿三种，用来支撑容器的重量。鞍式支座是 应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面 几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱 内产生的应力较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但 在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，

6、这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各 支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均 会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反 而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。 所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。圈座一般对于大直径薄壁 容器和真空操作的容器。腿式支座简称支腿，因这种支座在与容器壳壁连 接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备(DN 1600, LW 5m)。综上考虑在此选择双个鞍式支座作为储罐的支座。2.3法兰型式法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及

7、应用广泛。缺点是不能快速拆卸、 制造成本较高。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。 平焊法兰又分为甲型与乙 型两种。甲型平焊法兰有 PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在较小范围内(DN300mm2000 mm适用温度范围为-20 °C-30 °C。乙型平焊法兰用于 PN0.25MPa-1.6 MPd±力等级中较大的直径范围，适用的全部直径范围为 DN300mm3000 mm适用温度范围为-20 °C -350 °C。对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大 了刚性。用于更高压力的范围(PN0.6 MPa-6.4MPa

8、适用温度范围为-20 °C -45 °C。 法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材 料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。法兰设计时，须注意以下二点：管法兰钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照 HG20592HG2063的 规定。2.4液面计的选择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、浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常 用前两种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在 0250°C。但透光式适用工作压力较反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于 1.6MP

9、a,介质温度在0250°C的范围。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈 部连接及嵌入连接，分别用于不同型式的液面计。液面计的选用玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场 合。板式液面计承压能力强，但是比较笨重、成本较高。玻璃板液面计一般选易观察的透光式，只有当物料很干净时才选反射式。当容器高度大于3m时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受 到限制，应改用其它适用的液面计。液氨为较干净的物料，易透光，不会出现严 重的堵塞现象所以在此选用玻璃管液面计。第三章结构设计3.1壁厚的确定根据壁厚公式pDDi2P在设计温度下，液氨的饱和压力为0.3Mpa(绝对压力)

10、，因此除灌装有点放空口， 故取设计及计算压力为 Pc=1.3，容器的内径Di=1000mm在设计温度下，材料的 许用应力为t=137通体材料在试验温度下的屈服强度为s 205Mpa，采用双面焊对接接头，100%£损建材焊接接头系数1.0pDi0.3 100tmm 1.1mm2 t p 2 137 1.0 0.3液氨为轻微腐蚀性，腐蚀裕量由筒体封头腐蚀裕量表查取C2=2mm(C21mm)涉及厚度为dC2 1.1 2 3.1mm根据d 3.1mm ,由钢板厚度负偏差得：C1=0.25mm该值小于名义厚度得6%所以钢板厚度负偏差不可省略故取名义厚度 n 3.10.25 3.35mm圆整为5

11、mm确定选用壁厚为5mn得06Gr19Ni10高合金钢板制作罐体3.2封头厚度设计321计算封头厚度根据公式Pc Di2 七0.5pc焊接接头系数取 =1，钢板最大宽度为3m,而此储罐直径为1m,取封头需将钢板 焊接后冲压成型于是封头厚度翠0.3 10001.1mm2 t 0.5pc 2 137 1 0.5 0.3取 C=C1+C2=0.25+2=2.25mm故 +C=1.1+2.25=3.35mm圆整后取n 5mm确定选用n=5mn厚的06Gr19Ni10制作封头水压试验及强度校核先按公式确定水压试验时的压力 Pt为PT=1.25P=1.25 0.3=0.375Mpa52.252.75mm查

12、表得:s 205Mpa根据式;Pt Di0.90.37510002.752 2.7568.4Mpa而 0.9 s 0.9 1.0 205184.5Mpa因为t 0.9 s 所以水压实验强度足够3.3储罐零部件的选取储罐支座此容器为卧式储罐压力容器，可以选用鞍式支座首先粗略计算鞍座的负荷储罐总质量m皿=时m+m+m m 1- 罐体质量 m 2-圭寸头质量R3- 液氨质量 m 4- 附件质量罐体质量=5mm L=120C的筒节m1Di L 3.14 1000 5 5 1200 7850 148kg333封头质量公称直径DN=1000mm壁厚n 5mm,选用直边高度为h=75mm勺标准椭圆封头，深入

13、高度 H=325mm容积 0.2545m3其质量 m2 63.5kg 所以 m=2m2=2 63.5=127kg液氨质量m3V装量系数液氨密度 V容器体积装量系数取 =0.977储罐容积V=2V封+V筒V 2 0.2545D：L4V 0.5091 1.24V 4.277m3液氨-20 0 C的密度为665kg/ m3则容积质量mm3Vm3Vm30.9 4.277 665 m30.9 665 4.277m3 2559.8kgm3 2559.8kg附件质量无人孔 手孔 其它接管质量按100kg则m4 100 kg储罐总质量mm m1 m2 m3 m4m 148 1372559.8 100m 293

14、4.8F mg 2934.8 9.812 2F 14420NF 14.4KN每个鞍座只承受14.4KN的负荷根据鞍座负荷，选择鞍座，可以选择轻型带垫板，包角为120的鞍座鞍座形式为JB/T4712-92 鞍座 BI1020-FJB/T4712-92 鞍座 BI1000-F第四章接管的选取本储罐设有如下接口管4.1液氨进料管采用108 4mm的无缝钢管配以板式平焊管法兰确定接管的计算厚度计开孔直 径有已知条件知壳体的计算厚度5mm按接管计算厚度为PcDott26p0.3 10832.40.11mm2 137 1 0.3274.3开孔直径为dd1 2C 1082 42 2104mm接管的有效补强宽

15、度B 2d 2 104 208mm接管有效补强高度hi.、d ,104 5 22.8mm需补强金属面积A d 104 5520A1B d e208 1045 3.35171.6A22h1ett 2 22.85 0.11223因 A。 AA?171.6 223394.6 A则需另加补强A4 A Ae 520 394.6 125.44.2平衡口管平衡口采用45 2.5mm无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要不强（图原结SD-RF45-1.6HG205944.3液位指示口管液位指示口采用结构）57 3.5mm无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要不强（图原SD-RF57-1.6HG205944.4放空口管

16、放空口采用32 3.5mm无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要不强)SD-RF32-1.6HG20594(图原结4.5液体进口管液体进口采用45 2.5mm无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要不强)SD-RF45-1.6HG20594(图原结4.6液体出口管液体出口采用45 2.5mm无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要不强)SD-RF45-1.6HG20594(图原结第五章压力计选择(1) 量程装在锅炉、压力容器上的压力表，其最大量程(表盘上刻度极限值) 应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力的1. 53倍，最好取2倍。若选用的压力表量程过大，由于同样精度的压力表，量程越大，允

17、许误差的绝对值和肉眼观察的偏差就越大，贝U会影响压力读数的准确性；反之， 若选用的压力表量程过小，设备的工作压力等于或接近压力表的刻度极限，则会使压力表中的弹性元件长期处于最大的变形状态，易产生永久变形，引起压力表的误差增大和使用寿命降低。另外，压力表的量程过小，万一超压运行，指针越 过最大量程接近零位，而使操作人员产生错觉，造成更大的事故。因此，压力表 的使用压力范围，应不超过刻度极限的 6070%。(2) 测量精度压力表的精度是以允许误差占表盘刻度极限值的百分数来表示 的。精度等级一般都标在表盘上，选用压力表时，应根据设备的压力等级和实际 工作需要来确定精度。额定蒸汽压力小于2.45MPa

18、的锅炉和低压容器所用的压力 表，其精度不应低于2. 5级；额定蒸汽压力大于2.45MPa的锅炉和中、高压容 器的压力表，精度不应低于1.5级。(3) 表盘直径为了使操作人员能准确地看清压力值，压力表的表盘直径不应过 小。在一般情况下，锅炉和压力容器所用压力表的表盘直径不应小于100mm如果压力表装得较高或离岗位较远，表盘直径还应增大。又考虑到液氨有一定腐蚀性，所以综合考虑选用隔膜压力表，技术指标为：精度等级：(1.6)公称直径：50接头螺纹：1.5 G1 测量范围：0-2.4Mpa钢板负偏差mm设计压力MpaFW工作压力MpaC2Pc符号说明焊接接头系数体积m3密度g/cm3圆筒材料在试验温度下的屈服强度圆筒材料在试验温度下的许用应力容器元件材料在试验温度下的许用应力筒体计算厚度 mm筒体有效厚度 mm筒体名义厚度 mm腐蚀裕量mm计算压力MpaMpaMpaMpaFT筒体设计厚度mm轴向许用应力Mpa实验压力Mpa设计温度下的许用应力 MPa注：由于部分符号在计算过程之前或者计算过程之后进行了说明，此外在另行说明总结本次食品设备课程设计历时两周，是学习食品以来第三次独立的工业设计。 食品设备课程设计时培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握食品设备机械设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册