100302计量罐设计

1、计量罐设备设计hefei university化工机械与设备过程考核之一-典型化工机械设备设计题 目：3.6mpa下计量罐设备机械设计系 别：化学材料与工程系班 级：10化工（2）班姓 名：程龙艳学 号：1003022015队 别：team 10队 员：王曼（队长）、韩金凤、程龙艳、赵真真教 师：胡 科 研日 期：2012-12-04目录第一章 概述31.1计量罐背景31.2计量罐简介31.3主要工作4第二章 工艺设计42.1物料简介42.2、设计参数4第三章 机械设计53.1封头厚度的设计53.1.1椭圆形封头厚度计算公式53.2、圆筒厚度设计63.2.1单层圆筒厚度计算式63.3压力计和液

2、面计的选择63.4开孔补强设计73.5强度校核实验7第四章 零部件设计84.1法兰的设计84.2支座的设计84.3垫片的设计84.4人孔的选择8第五章 总结9第六章 参考文献10第一章 概述1.1计量罐背景所谓容器是指用于储存气体、液化气体、液体和固体原料、中间产品或成品的设备。压力容器是容器的一种，是指最高工作压力p0.1mpa，容积v25l，工作介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点液体的容器。而计量槽也属储罐的一种，其主体是压力容器，计量槽按计量介质分为液体计量、粉末颗粒固体计量两大类。 按计量精度等级分为普通计量、精确计量两个等级。 随着化工和石油化学工业的发展，压力容器

3、的工作温度也越来越宽；新工作介质的出现，还要求压力容器能耐腐蚀。对此，各国均投入了大量的人力物力从事相关的研究工作。目前，压力容器用材料的主要研究成果和技术进步表现在以下几个方面：材料的高纯净度：冶金工业整体技术水平和装备水平的提高，极大地提高了材料的纯净度，提高了压力容器用材料的力学性能指标，提高了压力容器的整体安全性；材料的介质适应性：针对各种腐蚀性介质和操作情况，已研究开发出超级不锈钢、双相钢、特种合金等金属材料，使之适合各种应用条件，给容器设计者以更多选择的空间，为长期安全生产提供了保证；材料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的研究，准确地给出材料的适用范围；更高强度材

4、料的应用。它广泛地用于化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部门，是生产过程中必不可少的设备。1.2计量罐简介采用液位计、超声波检测仪、压力测量仪等检测仪器测量物料在容器中高低差，计算出物料储存量，根据生产工艺和技术要求，取得检测仪器得到的物料高低位差信号、通过信号放大自动控制物料进出口执行部件（如泵、阀等），对物料进行有效的计量和控制。它的特点是结构简单、操作方便、可实现自动化控制。适用于物料储存、计量精度要求不高场合使用。精确计量有定量检测、和称重检测两种计量方式。定量检测计量：它是在普通计量方法和原理基础上、通过对容器结构改进，最大限度地放大最终液体在测量管中的液位高

5、底差而达到对物料高精度0.5%计量，它有两种产品适用不同的场所使用，一种是每只计量罐只能计量一种容量规格。适用检验、检测部门和人员对液体流量装置、设备检验使用准确性，和生产工艺中定量不变的场合使用。另一种为了达到生产过程中需要改变定量数而改进的一种产品，它是通过对计量罐内部结构改造达到一只计量罐有几种定量计量功能，适用于对液体高精度计量。1.3主要工作容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本次设计主要工作介绍计量罐的的筒体、封头的设计计算，以及零部件的选用。第二章 工艺设计 2.1物料简介 hcfc-123，其实是r

6、-123制冷剂，别名r123、氟利昂123、f-123，中文名称三氟二氯乙烷（2,2二氯化1,1,1三氟乙烷），英文名称dichlorotrifluoroethane。r-123主要用途 r-123制冷剂良好的综合性能使之成为在大型中央空调（离心式冷水机组）中成为r-11（r11、氟利昂11、f-11、cfc-11、一氟三氯甲烷、freon 11）制冷剂的最有效和安全的替代制冷剂；三氟二氯乙烷还用于泡沫塑料的发泡、清洗剂、化工溶剂等。虽然r123制冷剂曾经是新装制冷设备上替代氟利昂r11最常见的选择，但是由于r123与r11物化性能、理论循环性能以及压缩机用油等均不相同，因此对于初装为r11制

7、冷剂的制冷设备的售后维修，如果需要再添加或更换制冷剂，仍然只能添加r11，通常不能直接以r123替代r11。2.2、设计参数设计压力：3.6mpa设计温度：60工作温度:2040全容积：3.8m3公称直径：根据筒体全容积，按原化工部1985年颁布实施的有关贮罐尺寸和质量的行业标准文献，取di=1100mm。材料选择：容器用钢：一般中低压设备可采用采用屈服极限为245mpa345mpa级的钢材， 16mnr钢是屈服强度350mpa级的普通低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性。选用筒体材料为16mnr（钢材标准为gb6654）。支座材料：根据jb/t4731,

8、支座选用材料为q235-a。螺栓：选用符合gb/t 5783规定的q235-a。法兰材料：由于法兰必须具有足够大的强度和刚度，以满足连接的条件，使之能够密封良好，故选用q235-a的普通碳素钢。接管材料：由于接管要求焊接性能好且塑性好。故选择10号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。第三章 机械设计3.1封头厚度的设计压力容器封头种类较多，分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口等，其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠形封头。椭圆形封头是由半个椭球面和短圆筒组成，直边段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。由于封头的椭球部分经线曲率

9、变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中，低压容器中应用较多的封头之一。本设计取公称直径dn=di=1100mm，选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2，根据教材化工设备机械基础3.1.1椭圆形封头厚度计算公式 同上取c=0mm ，c=2mm 。则封头的名义厚度为n 13.79mm+0+2mm=15.79mm,圆整后取为n=16mm。 3.2、圆筒厚度设计在操作温度2040的范围内，在圆筒的厚度在616mm范围内，查文献4中表4-1(常用容器钢板（管）许用应力表)按设计温度60，取得。取焊缝系数为=0.85，利用教材化工机械设备基础3.2.1单层

10、圆筒厚度计算式 查文献知，钢板厚度负偏差为0.25mm，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取c=0mm。腐蚀裕量c=2mm。则筒体的名义厚度n13.88+0+2mm=15.88mm。圆整后取n=16mm。3.3压力计和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。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。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1.6mpa，介质温度在0250的范围。液面计的选用：（1）玻璃板液面计

11、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式。（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受 到限制，应改用其它适用的液面计。hcfc-123为较干净的物料，易透光，不会出现严重的堵塞现象，所以在此选用透光式玻璃管板面计。压力计：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 ， 测量范围：0-6.0mpa3.4开孔补强设计本设计采用补强圈补强，这是中低压容器应用最多的补强结构，补强圈贴焊在壳体和

12、接管连接处，结构简单，制造方便，使用经验丰富，但补强圈与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时，二者存在较大的热膨胀差，因而使补强局部区域产生较大的热应力，另外，补强圈与壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，所以抗疲劳性能差。开孔直径： 故补强的面积：补强材料与壳体材料相同，制造时为便于备材，且补强圈耗材也不多，设计时可采用与壳体相同的板厚，即取=16mm。3.5强度校核实验水压试验应力校核：先按公式确定水压试验时的压力pt为： 选取两者中压力较大值作为水压试验压力，即取pt=3.5mpa水压试验时的应力为查表得厚度为16mm的16mnr钢板的钢材屈服极限故在常温水压试验时的许

13、用应力为 故 因此满足水压试验要求。第四章 零部件设计4.1法兰的设计该原料计量罐设置液相入口、液相出口、氮气出口、氮气入口、压力表口进料口和人孔。液相入口和氮气入口管伸进设备内部并将管的一端切成450，为的是避免物料沿设备内壁流动以减少磨蚀和腐蚀且在短时间内将物料注满容器。在化工生产中，需要将液体介质运送到与容器平行的或较高的设备中去，并且获得纯净无杂质的物料。已知设计压力为3.6，选取公称压力pn为6，查文献 pn带颈平焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。4.2支座的设计立式容器有耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座等四种。对于高度不大、安装位置距基础地面较近且具有凸形

14、封头的立式容器，可采用支承式支座。根据零部件设计，每个支座承受的力为16.6kn,故选用b型支座。4.3垫片的设计本次设计我主要设计的是垫片。查文献hg/t 20609-2009，钢制管法兰用金属包覆垫片，压力在4.0mpa左右，密封面为rf（突面），选取柔性石墨复合垫片。rf型垫片可带不锈钢或碳钢内包边（rf-e）。垫片厚度均为1.5mm,包边宽度为3mm。其他相关数据可根据零部件设计图。4.4人孔的选择根据计量罐是在常温下及最高工作压力为3.6mpa的条件下工作,人孔的标准按公称压力为6mpa等级选取。考虑到人孔盖直径较大较重,故选用回转盖对焊法兰人孔，参考文献文献7，取公称直径400mm

15、凹凸面法兰密封。选取iv类材料。iii类(16mn类)材料用于公称压力下限为1.o mpa的人孔和手孔。这是因为更低公称压力(如pn o.6 m pa) 的人孔和手孔筒节材料若采用16mnr材料，其按强度计算的壁厚已经小于gb 150中规定的最小壳体壁厚值，因此没有必要再采用高强度的16mn类材料。该人孔标记为：人孔mfm iii (a·g)400-4.0 gh21518-2005。 第五章 总结本课程设计题目是计量罐设备的设计，我做了以下工作：1、确定设计题目，查找相关资料，明确该设计相关条件与要求，确定设计工艺参数，如设计压力，设计温度，工作温度，全容积等，以及通过分析材料的性能

16、，通过国家标准选用计量罐的筒体，封头，支座等各部分零件的材料。2、按照设计的方法与步骤，根据设计压力及体积查取筒体的公称直径，再根据化工机械设备基础书中单层厚度圆筒壁公式计算得到筒体的厚度，然后考虑腐蚀余量及偏差等得到筒体的设计厚度；再根据书中计算封头厚度的计算公式计算封头厚度以及根据工艺要求得到圆整后封头设计的厚度。3、再根据国家标准及设计要求选择零部件如接管法兰、垫片、支座以及人孔合适的种类及尺寸。4、计量罐结构设计完成后，由于在容器上有开孔和安装接管，而这不仅削弱了器壁的强度，在壳体和接管的连接处，因结构的连接性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此还充分考虑了开孔的补强