原料配浆槽设计

新疆工程学院课程设计6-PAGE26新疆工程学院课程设计说明书题目名称：原料配浆槽设计系部：化学工程系专业班级：石化10-5（3）班学生姓名：指导教师：完成日期：2012-12-20新疆工程学院课程设计评定意见设计题目：原料配浆槽设计学生姓名：评定意见：评定成绩：指导教师（签名）：设备总图新疆工程学院课程设计任务书2011—2012学年第一学期2012年12月25日专业石油化工班级石化10-5（3）班课程名称化工设备机械基础设计题目原料配浆槽设计指导教师起止时间2012年12月5—2012年12月25周数8周设计地点教室设计目的：通过本次化工机械课程设计系统地验证学生本课程的基本专业理论和知识，培养学生具有初步分析与解决本专业课题技术问题的能力，具有化工机械系统与设备设计的初步能力，培养学生的专业意识、协作创新与专业开拓的基本素质。设计任务或主要技术指标：设计一个容积为1.33的维持罐，常压，设计温度为1300C，设备主要材质为16MnR钢，布置强度计算，考虑结构设计，检查强度计算结果和布置出施工图设计进度与要求：1.12月15日完成计算2.12日20日完成电子板3.12月25日核对及交报告答辩主要参考书及参考资料：1.《化工设备机械基础》喻建良主编，大连理工大学2009.72.《压力容器的应力分析及强度计算》北京，原子能出版社，19793.《化工容器设计》——北京，化学工业出版社，1983等指导教师（签名）年月日摘要本文扼要介绍了原料配浆槽的特点以及在工业中的发展，详细的阐述了原料配浆槽的结构以及强度设计计算以及维护。参照参考文献及原料配浆槽的特性，根据设计压力确定壁厚，使原料配浆槽有足够的腐蚀欲度，从而使设计结果达到最优化组合。一个完整的原料配浆槽主要是由圆柱形罐体、气体进出口、排污管、安全阀、压力表口、法兰等部件组成，同时考虑到安装和检修的需要，罐体上还要设置人孔、平台扶梯和吊柱等部件，整个罐体采用立式支撑式。关键词：圆柱罐体、管法兰、人孔、补强目录TOC\o"1-3"\h\u1.材料及结构的选择与论证 61.1材料选择 61.2结构选择与论证 61.2.1封头的选择 61.2.2容器支座的选择 6设备主要技术指标 72.壁厚设计 82.1内筒壁厚设计 82.2内筒封头设计 82.3夹套壁厚设计 103.强度校核 103.1内筒罐体与封头水压实验强度校核 103.2夹套水压实验强度校核 103.3加强圈尺寸设计 114.支座的设计 124.1槽体质量 124.2封头质量 124.3浆体质量 134.4夹套蒸汽质量 135.人孔设计 145.1人孔的选取 145.2人孔补强 145.2.1内筒壁补强计算 155.2.2外筒壁补强计算 166.接管设计 176.1固体加料管a 176.2固体加料管a补强 176.2.1内筒壁补强计算 176.3夹套蒸汽进口c 186.4夹套蒸汽出口d 186.5抽料口e 196.6视镜口、 196.7备用口g 196.8温度计口h 19符号说明 20参考文献 22致谢 23附表1 24附表2人孔标准件 261.材料及结构的选择与论证1.1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，16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。1.2结构选择与论证1.2.1封头的选择从受力与制造方面分析来看，球形封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。1.2.2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，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，L≤5m）。综上考虑在此选择双个鞍式支座作为储罐的支座。设备主要技术指标内筒设计压力MPa常压设计温度℃130最高工作压力常压工作温度℃介质名称苯酚+甲醇设备主要材质16MnR设备容积3.0夹套设计压力MPa0.32设计温度℃143最高工作压力0.3工作温度℃介质名称水蒸汽设备主要材质16MnR2.壁厚设计罐体厚度设计在整个设计中是非常关键的部分，只有根据技术参数设计出合理的壁厚才能保证储罐的安全运行，它包括厚度设计和强度校核。2.1内筒壁厚设计见图表可知，本原料配浆槽选用16MnR制作罐体和封头,已知：假设筒体名义厚度附加裕量则筒体有效厚度则查图13-6外压或轴向受压筒几何参数计算图得系数A=0.0002查图13-9外压圆筒管子和球壳厚度计算图得系数B=160Map则允许工作外压因为则可选用20mm厚16MnR钢制作筒体2.2内筒封头设计容器封头又称端盖，按其形状可分为三类：凸形封头、锥形封头和平板封头。其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头四种。本设计采用标准椭圆形封头（工程上将，即的椭圆形封头，此时形状系数,可参考化工设备机械基础书表12-17）。采用标准椭圆形封头设计底部假设附加裕量则查图13-9得则因则可用厚或厚16MnR钢制作的标准椭圆形封头内筒顶部采用平板封头其厚度计算公式为（100）式中K取0.25取1.0于是最后采用圆整厚度为20mm的16MnR钢制作2.3夹套壁厚设计壁厚计算式确定参数（设计温度为130）（双面焊焊接接头100％无损检测）取腐蚀裕量于是mm根据取则复验故取所以选用厚度为2mm的16MnR钢做夹套材料3.强度校核3.1内筒罐体与封头水压实验强度校核根据式式中则而因为所以水压试验强度足够3.2夹套水压实验强度校核根据式式中则而因所以水压试验强度足够3.3加强圈尺寸设计（1）选择加强圈的尺寸规格为的扁钢，加强圈两侧表面的腐蚀裕量均为，则加强圈的设计尺寸为。（2）计算加强圈横截面积及组合截面的惯性矩：加强圈的横截面积：加强圈的惯性矩：加强圈两侧筒体起加强作用部分的宽度：筒体起加强作用部分的横截面积：筒体起加强作用部分的惯性矩：形心离x-x轴的距离a:计算加强圈与壳体组成段的惯性矩：（3）由书式（13—33）计算B：（4）查图13—10，得系数（5）由式（13—35）计算加强圈与壳体组合截面所需的惯性矩I:（6）比较与，则，故满足要求，最后确定加强圈采用40mm12mm的Q345扁钢。4.支座的设计首先初略的计算支腿的负荷槽体总质量式中：—槽体的自身质量—封头的质量—浆体的质量—夹套蒸汽的质量—附件质量4.1槽体质量（内筒体质量）（夹套筒体质量）4.2封头质量式中：—内筒椭圆封头质量—夹套椭圆封头质量—平盖封头质量=1\*GB3①则=2\*GB3②则eq\o\ac(○,3)则所以4.3浆体质量其中，装量系数（《容规》规定：固液混合物装量系数一般为0.6～0.8）槽容积：在130℃时，苯酚与甲醇固液混合物密度为960，则4.4夹套蒸汽质量夹套体积0.32MPa,143℃时水蒸气密度（5）附件质量查取电机、轴和双层桨板按800kg计算，人孔质量约为200kg，其它接管质量总和200kg计算。每个支腿承受19.6kN负荷，根据支腿选取标准，即：HG5—1579—85—5985.人孔设计5.1人孔的选取根据配浆槽得设计温度、最高工作压力、材质、介质及使用要求等条件，选用工程压力为0.6MPa的垂直吊盖带颈板式平焊法兰人孔，人孔工程直径为450mm，采用榫槽面密封面（TG型）和石棉橡胶垫片。人孔结构如图，人孔各零件名称、材质及尺寸见附表。5.2人孔补强人孔接管选用的无缝钢管，接管在设计温度下的许用应力为。

图5—1开孔补强示意图5.2.1内筒壁补强计算焊接接头系数，确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径：已知，内壳体计算厚度，接管计算厚度为：开孔直径：②确定壳体和接管实际厚度、开孔有效补强宽度B及外侧有效补强高度。已知壳体名义厚度，补强部分厚度。接管有效补强宽度为：接管外侧有效补强高度为：③计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金色的面积。需要补强的金属面积为：式中可以作为补强的金色的面积：④⑤比较与,，同时考虑接管与壳体焊缝面积之后，该开孔接管补强的强度足够。5.2.2外筒壁补强计算焊接接头系数，确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径：已知，内壳体计算厚度，接管计算厚度为：开孔直径：②确定壳体和接管实际厚度、开孔有效补强宽度B及外侧有效补强高度。已知壳体名义厚度，补强部分厚度接管有效补强宽度为：接管外侧有效补强高度为：③计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金色的面积。需要补强的金属面积为：式中可以作为补强的金色的面积：④⑤比较与,，同时考虑接管与壳体焊缝面积之后，该开孔接管补强的强度足够。6.接管设计6.1固体加料管a采用的无缝钢管，配用带颈平焊法兰：HG20592法兰SO200—1.6RF16MnR因为该接管的无缝钢管，外直径大于89mm，故接管开孔需要补强。且伸出长度200mm需要补强。6.2固体加料管a补强壳体开孔满足下述全部条件时，可不另进行补强：设计压力≤2.5MPa两相邻开孔中心距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍。接管外径≤89mm接管最小厚度满足表5—1表5—1最小厚度（mm）接管外径253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0接管为的无缝钢管，接管在设计温度下的许用应力为。6.2.1内筒壁补强计算1.焊接接头系数，（1)确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径：已知，内壳体计算厚度，接管计算厚度为：开孔直径：(2)确定壳体和接管实际厚度、开孔有效补强宽度B及外侧有效补强高度。已知壳体名义厚度，补强部分厚度。接管有效补强宽度为：接管外侧有效补强高度为：(3)计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金色的面积。需要补强的金属面积为：式中可以作为补强的金色的面积：(4)(5)比较与,，同时考虑接管与壳体焊缝面积之后，该开孔接管补强的强度足够。2.放空口b采用的无缝钢管，配用带颈平焊法兰：HG20592法兰SO50—1.6RF16MnR补强同固体加料管a补强。6.3夹套蒸汽进口c采用的无缝钢管，配用带颈平焊法兰：HG20592法兰SO25—1.6RF16MnR补强同固体加料管a补强。6.4夹套蒸汽出口d采用的无缝钢管，配用带颈平焊法兰：HG20592法兰SO20—1.6RF16MnR补强同固体加料管a补强。6.5抽料口e采用的无缝钢管，配用带颈平焊法兰：HG20592法兰SO40—1.6RF16MnR补强同固体加料管a补强。6.6视镜口、采用的无缝钢管，配用带颈平焊法兰：HG20592法兰SO125—1.6RF16MnR6.7备用口g采用的无缝钢管，配用带颈平焊法兰：HG20592法兰SO50—1.6RF16MnR补强同固体加料管a补强。6.8温度计口h采用的无缝钢管，配用带颈平焊法兰：HG20592法兰SO25—1.6RF16MnR符号说明——计算压力——圆筒的内径——圆筒的外径——圆筒的最大容许压力——圆筒的计算厚度——圆筒的设计厚度——圆筒的名义厚度——圆筒的有效厚度其值——圆筒材料在设计温度下的许用应力——圆筒材料在设计温度下的计算应力——钢板厚度的负偏差——腐蚀余量——厚度附加量——圆筒壁在试验压力下的计算应力——圆筒材料在试验温度下的屈服点——封头内壁曲面高度——实验压力——设计压力——每一支座承受的压力——容器的总质量——重力加速度重力加速取9.81——接管有效厚度——补强有效厚度——开孔直径——强度削弱系数——壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积——接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积——焊缝金属减去计算厚度之外的多余面积——接管的计算厚度——补强面积——有效补强范围内另加的补强面积——有效宽度参考文献