化工机械基础化工设备课程设计-液氨储罐机械设计

(1)设计任务、设计思想、设计特点………(2)主要设计参数的确定及说明……………(1)计算筒体的壁厚…………(2)计算封头的壁厚…………(4)选择人孔并核算开孔补强……………(5)选择鞍座并核算承载能力………………(6)选择液位计………………第一部分设计绪论1.设计任务、设计思想、设计特点根据储罐筒体公称直径Di=2600mm,罐体公称容积V=35m³,设计一液通过图书馆和上网查找有关的书籍与资料，获取需要的数据，来完成所要求要设计的部分。液氨储罐是我们平时运输液氨的一个常用设备，在设计液氨储罐时，要有利于成批生产，提高质量，便于互换，降低成本，提高劳动的生产率，要对容器的设计(如封头、法兰、支座、人孔、液面计等)进行标准(1)强度：液氨储罐可以抵抗外力破坏能力，以保证生产安全。(2)刚度：零部件应有抵抗外力使其变形的能力，以防止容器在使用、运输或(3)稳定性：容器或其零部件在外力作用下有维持其原型的能力，防止容器被(4)耐久性：容器有一定的抵抗介质及大气的腐蚀能力，保持一的使用年限。(5)气密性：容器在承受压力或处理有毒介质时有可靠的气密性，提供良好的(6)其他：节约材料、便于制造、运输、安装、操作、维修方便，符合有关的2.主要设计参数的确定及说明芜湖30年来最高气温为40°c2.2设计压力2.4焊缝系数该容器属中压贮存容器，技《压力容器安全技术监察规程》规定，氨属中度毒性介质，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取φ=1.02.5容器直径考虑到压制封头胎具的规格及标准件配套选用的需要，容器的筒体和封头的直径都有规定。此储罐设计的公称直径(内径)选择Di=2600mm。2.6许用应力钢材厚度8(mm许用应力[σ](MPa)屈服极限σ(MPa)根据液氨贮罐的工作压力(P=2.2MPa作为设计压力)、工作温度(最高的腐蚀作用很小，主要考虑的强度指标(指。和。)和塑性指标适合的材料通低合金钢、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与碳素钢差不多，但强度比碳素钢约高30%-60%,采用该类钢材制造压力容大的方便。所以主要考虑16MnR和20R这两种。公称容积(m³)公称直径Dg(mm)液氨筒体长度工作压力工作温度(C)芜湖推荐材料编号名称公称直径(mm)编号名称公称直径(mm)液位计e安全阀b进料管f放空管C出料管g人孔d压力表h排污管第二部分材料及结构的选择与论证式中P—设计压力为2.2MPa;Di=2600mm;[o]=170MPa;φ=1.0(双面对接那么,代入数据得：δ=18.43mm取C,=0.8mm,圆整后取δ=20mm(1)封头形式的确定从应力分布情况考虑：在直径、壁厚、设计压力相同的条件下各种封头应力分布由好到坏的顺序是：半球形、椭圆形、蝶形、锥形、球冠形、平板形。椭圆型封头的最大应力值和与其相连接的圆筒体中的最大应力值相等，便于筒从金属消耗量考虑：在相同设计条件下，各种封头的金属消耗量按下列顺序依次增大：半球形，椭圆形，蝶形，平板形。球形封头用量最少，比椭圆形封头节约25.8%,平板封头的用量最多，是椭圆形封头的4倍多。从制造考虑：椭圆形封头制造方便，平板封头则因直径和厚度较大，坯材的获得、车削加工、焊接等方面都遇到不少困难，且封头与筒体厚度相差悬人孔的结构：既有承受压力的筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受人孔类型：从是否承压来看有常压人孔和承压人孔。从人孔所用法兰类型来看，承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔和带颈对焊法兰人孔，在人孔法兰与人孔盖之间的密封面，根据人孔承压的高低、介质的性质，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或环连接面。从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖的所处位置看，人孔又可分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔孔结构中有吊钩和销轴，检修时只需松开螺栓将盖板绕销轴旋转一个角HG21523-95人孔RFIV(A·G)450-2.2,人孔选择表人孔类型公称压力MPa公称直径mm板式平焊法兰人孔400、450、500、600板式平焊法兰人孔(限用凸面)或带颈平焊法法兰400、450、500、600400、450、500、600带颈对焊法法兰400、450、500、600400、450、500、600第三部分设计计算设计一液氨储罐，工艺尺寸为：储罐的公称直径Di=2600mm,公称容积V=35m³。使用地点：芜湖；工作温度：40℃。1、计算筒体的壁厚制作罐体和封头，查得16MnR材料在t=40℃[o]’=170MPa时，焊缝为双面对接焊，100%无损探伤，故φ=1.00,设备内径D,=2600mm,P=2.2MPa。于是罐体计算厚度为：圆整后取δn=20mm厚的16MnR钢板制作罐体。2、计算封头的壁厚采用标准椭圆形封头，封头厚度计算：校核罐体与封头水压试验强度：其中：aP=1.25P=1.25×2.2=2.75MPa故⁰r<0.9σ,,水压试验时强度足够。3、水压试验压力及其强度校核液压试验时设计温度T=40°C[o]=[o]’=170MPaP=1.25P=1.25×2.2=2.75MPa圆筒的应力σr<0.9σ,所以，水压校验符合要求4、选择人孔并核算开孔补强根据储罐是在常温及最高工作压力为2.2MPa的条件下工作，人孔标准应按公称压力为2.2MPa的等级选取。从人孔类型系列标准可知，公称压力为2.2MPa的人孔类型很多。本设计考虑人孔盖直径较大较重，故选用水平吊盖人孔。该人孔结构中有吊钩和销轴，检修时只需松开螺栓将盖板绕销轴旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖板取下。该人孔标记为HG21523—95人孔RFIV(A·G)450—2.2,其中RF指突面密封，IV指接管与法兰的材料为20R,A·G指用普通石棉橡胶板垫片，450—2.2指公称直径为450mm、公称压力为2.2MPa。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。本设计所选用的人孔筒节内径D,=450mm,壁厚10mm,故补强圈尺寸确定如下：补强圈内径D,=484mm,外径D,=760mm,根据补强圈的金属表面积应大于或等于开孔减少的截面积，补强圈的厚度按下式计算：c=C₁+C₂c,=0.80mmc,=1.50mm5、选择鞍座并核算承载能力首先粗略计算鞍座负荷，储罐总质量：m=m₁+m₂+m₃+m₄(1)罐体质量：根据D=2600mm,8,=20mm的筒节，可得每米质量(2)封头质量：h=50mm,得qz=1230kg,椭圆封头质量为m₂=2q₂=2*1230=2460kg(3)冲液质量：m₃=Vpp——水的密度为1000kg/mV=V+V=2×2.56+0.785×2.6×2.6×5.8=35.9mm₃=1000×35.9=35900kg4)附件质量：附件取m。=500kg,其中人孔质量为200kg,其他接管总和按300kg计，一46342kg选取鞍座为：轻型带垫板，包角为120°的鞍座。即JBT4712-92鞍座A2000-FJBT4712-92鞍座A2000-S6、选择液位计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。1.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。2.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3.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，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。玻璃板液面计有透光式玻璃板液面计(T型)、反射式玻璃板液面计(R型)和试镜式玻璃板液面计(S型)三种结构，其适用温度一般在0~250℃。但透光式适用工作压力较反射式高，试镜式工作压力最小。玻璃管液面计适用工作压力小于4.0MPa,介质温度在0-250°c的范围。对于承压设备，一般都是将液面计通过法兰、活接头或螺纹接头与设备连接在一起，分别用于不同型式的液面计。考虑到本设备的设计压力为2.2MPa,而且液氨为较干净的(R型)。由筒体公称直径为2600mm,选择长度为1400mm的液面计。已知其液氨储罐常用玻璃管液面计，由储罐公称直径D,=2600mm根据HG/T21550-93,选择玻璃管液面计AIWPN4.0,L=1000mm,HG5-227-80本储罐设有以下接口管(1)液氨进料管：采用φ45×2.5mm无缝钢管。管的一端切成45°,伸入储罐少许.配用具有突面密封的平焊管法兰：法兰PN4.0DN40G(2)液氨出料管：液氨压出管的端部法兰(与氨输送管相连)采用法兰PN4.0DN20GB9119.8-88。这些小管都不必补强。压出管伸入贮罐2.5m。(3)排污管(4)放空管接口管(5)液面计接管液氨储罐常用玻璃管液面计，由储罐公称直径D,=2600mm根据HG/T21550-93,选择玻璃管液面计AIWPN4.0,L=1000mm,HG5-227-80与其相配的接管尺寸为φ20×2.5m,管法兰为法兰PN4.0DN15GB9119.8-(6)安全阀接口管管，法兰PN4.0DN25GB9119.8-88。技术要求1)本设备按GB150-1998《钢制压力容器》进行制造、试验和验收2)焊接材料、对焊接接头型式及尺寸可按GB985-80中规定(设计焊缝强度系数φ3)壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100%4)设备制造完毕后，进行水压实验5)管口方位按本图第四部分结束语经过了几天的努力，终于完成了课程设计。在设计的过程中，给自己最大的体会是：办法总比困难多，遇到了问题，不要气，要努力去寻找答案。课程设计刚开始的时候，感觉很陌生，只知道要设计一个贮罐，而且还要画图，至于怎么开始，大家都很惘然。在画图时，因为一开始没有查好资料，只知道筒体的公称直径，至于那些其它的数据，例如封头高度，封头直边都没有查好，所以无从着手，那时候只能一边看书，一边探索画图，以至于浪费了不少的时间。课程设计是另外一种学习课堂，通过我们动手，对掌握的理论知识进行补充与质疑。我们应该在注意书本知识的时候应该也要把所学到的知识应用到实践生产中去，不仅仅满足于书本的知识，大的。不仅仅掌握了卧式储罐的结构以及设计步骤与方法；也不仅解决问题、收集资源的方法与能力。而且，通过此次的课程设计，我们这些学生最最缺少的是经验，没有感性的认识；空有理论知识，参考文献[3]《压力容器优化设计》梁基照2010.03[3]《工程制图新编教程》胡志勇，宇文研2009.07[4]《化工设计》刘荣杰2010.09[5]《管道及储罐强度设计》帅键2006.06[6]《化工机械基础课程设计》韩叶象北京化工学院出版社[7]《化工机械工程手册》余国棕化学工业出版社2010[8]《压力过程设备设计》李福宝，李勤化学工业出版社2010附表GB8163-871HB20592-95法兰S032-4.0RF1HB20592-95法兰内径φ50其它尺寸按1GB8163-87压料接管φ38×3.51HB20592-95法兰S020-4.0RF1GB8163-87排污接管φ45×2.51HB20592-95法兰S050-4.0RF1JB/T4712-92JB/T4712.1-2007鞍座A2400-FJB/T4712.1-2007鞍座Q235-A·F2HB20592-95法兰S025-4.0RF1GB8163-87放空管接φ32×3.51HB20592-95法兰S025-4.0RF1