化工设备课程设计--液氨储罐概要

1、 化工设备课程设计 3 50m3 液氨储罐设计 学校： ? 专业班级： ? 101 学号： 10412041 指导老师： ? 时间： 2013.09.06 目录 第一章前言 . 4 学生姓名： ? 2 1.1 设计条件 . 4 1.2 设计依据 . 4 1.3 设计结构 . 5 第二章材料的选择 . 5 2.1 筒体和封头材料 . 5 2.2 各零、部件材料 . 5 2.3 焊接材料 . 5 第三章 工艺设计 . 6 3.1 壁厚设计 . 6 3.1.1 筒体壁厚设计 . 6 3.1.2 封头壁厚设计 . 7 3.1.3 筒体及封头的水压强度校核 . 7 3.2 人孔的设计 . 8 3.2.1

2、 人孔的选择 . 8 3.2.2 人孔的补强 . 8 3.3 接口管的设计 . 10 3.3.1 接口管的选用 . 10 1、液氨进料管 . 10 3.3.2 接口管汇总表 . 11 3.4 鞍座的设计 . 11 3.4.1 鞍座的选取 . 11 3.4.2 鞍座的计算 . 11 3.5 SW6 校核 . 12 第四章自我评价 . 18 符号说明 . 18 参考文献 . 18 化工设备课程设计 任务书 一、设计题目 液氨储罐设计 姓名：王亮 二、设计参数及要求 1、设计参数 名称 最高工作压力/MPa 工作温度/ c 装量系数f 公称容积/m3 液氨储罐 2.16 50 0.85 50 介质：

3、液氨 设计使用年限： 15 年 建议使用材料： 3 2、设计要求 1. 计算单位一律采用国际单位； 2. 计算过程及说明应清楚； 3. 所有标准件均要写明标记或代号； 4. 设计计算书目录要有序号、内容、页码； 5. 设计计算书中与装配图中的数据一致。 如果装配图中有修改， 在说明书中要注 明变更； 6. 书写工整，字迹清晰，层次分明； 7. 设计计算书要有封面和封底，均采用 B5纸，横向装订成册； 8. 完成 ppt 汇报。 三、设计内容 1. 符号说明 2. 前言 （1） 设计条件； （2） 设计依据； （3） 设备结构形式概述。 3. 材料选择 （ 1）选择材料的原则； （ 2）确定各零

4、、部件的材质； （3）确定焊接材料。 4. 绘制装配图 （ 1）按照工艺要求，绘制工艺结构草图； （2） 确定支座、接管、人孔及主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示； （3） 标注形位尺寸。 5. 筒体壁厚设计 （1） 筒体、封头壁厚设计； （2） 焊接接头设计； （3） 压力试验验算； 6. 标准化零、部件选择及补强计算： （ 1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号， PN,DN, 法兰密封面形式，法兰标记，用途） 。补强计算。 （2）人孔选择：PN,DN标记或代号。补强计算。 （ 3）其它标准件选择。 7. 结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获 四、

5、图纸要求 液氨贮罐装配图，A1号图纸 五、参考资料 化工设备机械基础第五版 刁与玮 王立业 编著 2003.3 ； 化工单元过程与设备设计匡国柱 史启才 主编； 化工制图华东化工学院制图教研室编 人民教育出版社 1980； 4 化工设备机械基础参考资料； 钢制压力容器 GB150-1998； 压力容器安全技术监察规程国家质量技术监督局 1999 年。 第一章 前言 1.1 设计条件 本次液氨储罐的设计，最高工作压力为2.16Mpa,工作温度为50C,装量系 数为0.85，公称体积为50m3。根据公称体积，设计罐体直径 Dj=2800mm，筒体 长度（不含封头）J=7000mm,封头曲面深度h1

6、=700mm,直边高度h2=50mm, 整体长度 L=7000+2*700+2*50=8500mm 。 1.2 设计依据 液氨储罐的压力为2.16Mpa,是中压容器，属第三类压力容器。设计以“固 定式压力容器”国家标准为依据， 以安全为前提， 综合考虑质量保证的各个环节， 尽可能做到经济合理， 可靠的密封性， 足够的安全寿命。 对设计中要用的各种设 计参数进行计算和选取， 以及根据制造容器的特殊要求选择材料。 利用计算公式 对容器筒体和封头壁厚的设计， 以及封头类型的选择。 根据鞍座承受的载荷而选 用对称布置的双鞍座。从连接的密封性、强度等出发，标准选用各种法兰。根据 以上的容器设计计算，画出

7、总的设备图。 1.3 设计结构 储罐的设计体积为 50m3 ，因此，可采用卧式圆筒形容器。其制造容易，安 装内件方便，且承压能力较好；方形和矩形容器大多只在很小设计体积时使用， 且其承压能力较小， 使用材料较多； 而球形容器虽承压能力较强且节省材料， 但 制造较难和安装内件不方便， 一般不使用。 立式圆筒形容器承受自然原因引起的 应力破坏的能力较弱，综合上述考虑本设计选用圆筒形卧式容器。 压力容器由筒体、封头、法兰、密封材料、开孔个接管、支座等六大部分构 成，筒体一般是由钢板卷制或压制成型后焊接而成， 封头即是容器的端盖， 根据 形状的不同，分为球形封头、椭圆形封头、碟形封头和平板式封头等结构

8、形式。 5 第二章 材料的选择 2.1 筒体和封头材料 储罐的经济性与实用性重要方面就是材料的选择， 由操作条件分析， 该容器 属于中压， 常温范畴。在常温下材料的组织和力学性能没有明显变化。 且液氨腐 蚀性小，储罐可造用一般钢材。根据GB150固定式压力容器的钢材选用表， 从容器的使用条件方面，如温度、压力等，当容器温度低于 0C时，不得选用 Q235系列的钢板，因其塑性变脆。虽然 Q245R满足，但其制造要求较高且强度 低。而Q345R在常温-40E 200C下，具有良好的力学性能和足够的强度。从经 济方面， Q345R 钢板虽比 Q245R 略贵，但在制造费用，同等重量设备的计价， Q3

9、45R 钢板计较经济。 综上所述，本设计选用 Q345R 钢板作为制造筒体和封头的材料。 2.2 各零、部件材料 由于接管要求焊接性能好且塑性较好，所以选择 10号优质低碳钢的普通无 缝钢管制作各型号接管。 由于法兰必须具有足够大的强度和刚度且能耐腐蚀， 成本低廉等， 综合上述 考虑，设计选用 Q235-B 的普通低碳钢为法兰材料。 支座用来支撑容器的重量， 固定容器的位置并使容器在操作中保持稳定。 卧 式圆筒形容器的支座分为鞍座、 圆座和支腿三类。 常见的卧式容器和大型卧式储 罐大多采用鞍座。 主要由于鞍座的承压能力较好且对筒体的局部阻力较小， 故采 用鞍座。材料与筒体一样，选用 Q345R

10、 钢板。 2.3 焊接材料 本设备为中压储存容器， 要保证设备密封性能良好， 故焊接结构采用双面焊 的对接焊缝，且全部无损探伤，所以取焊接系数 =1.0 焊接方法采用手工电弧焊，其原理是利用电弧热量融化焊条和母材， 由融化 的金属结晶凝固而形成接缝。可适用于静止、冲击和振动载荷工作的坚固密实的 焊缝焊接，这种方法灵活方便，适应性强，设备简单，维修方便，生产率低，劳 动强度咼。 根据Q345R的抗拉强度G=500MPa和屈服点二s=325MPa选择E50系列的 焊条。型号为E5016,该型号的焊条是铁粉钛型药皮，适用于双面焊，熔敷效率 较高，脱渣性较好，焊缝表面光滑，焊波整齐，角焊缝略凸，能焊接

11、一般的碳钢 结构。 6 第三章工艺设计 3.1 壁厚设计 3.1.1 筒体壁厚设计 设计采用内径Di=2800mm,筒体长度L=7000mm的工艺尺寸。其长径比 計2.5,满足一般卧式容器长径比在26的范围之内。设计温度为宓 储罐上安装安全阀，故设计压力P=1.1 2.16=2.38MPa，计算压力 pc = p = 2.38MPa。 当钢板厚度在8.025mm时，钢板负偏差C1=0.8mm。 由于钢铁对于液氨有良好的抗腐蚀性， 腐蚀率在0.1mm/a以下，且设计储罐 为单面腐蚀，故去腐蚀裕量 C2=2.0mm。 对于本设计是用钢板就卷焊的筒体以内径作为公称直径 DN= D =2800mm 假

12、设Q345R钢的厚度在1636mm之间，根据GB150固定式容器查得，设 计温度下钢板的许用应力；汀=185MPa。室温强度指标二b =500MPa， ；s =325MPa。 设计壁厚： C2 2.38 2800 2 1 85 1 2.38 = 20.1mm d G= 20.13 0.8 = 20.93mm 圆整后得名义厚度、：n =22mm。 有效厚度 飞=、：n -G -C2 =19.2mm。 3.1.2 封头壁厚设计 由于平板封头四角处在较大边缘应力且厚度较大， 故不采用；半球形封头受 力最好，壁厚最薄，重量轻，但深度大，制造较难，中、低压设备不宜选用；碟 形封头母线曲率不连续，存在局部

13、应力，受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头 已系列化，制造容易，受力比碟形好，故选用标准椭圆形封头。 7 设计厚度 C2 2rW_0.5pc 2.38 2800 -2 185 1 0.5 2.38 = 20. 0mm d G =20.07 0.8 = 20.87mm 圆整后得名义厚度：n =22mm。 有效厚度-e =人n G -C2 - 19.2mmo 3.1.3筒体及封头的水压强度校核 试验压力 PT =1.251.25 2.38 = 2.98MPa， 有效厚度e=19.2mm,强度指标匚s=325MPa， 0.90.9 325=292.5MPa 压力试验时的应力 6 二乩 Q e) 2 二

14、 2.9 8 ( 2 80 0 1 9.2 ) 2汉1 9严2 1 =2 1 8J8Pa8 因为二T ：09亠，所以筒体及封头满足水压试验的强度要求 3.2 人孔的设计 321 人孔的选择 压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。 人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。人孔分为：板式平焊法兰人孔、带颈 平焊法兰人孔、带颈对焊法兰人孔。 考虑到人孔较大较重，故选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔。公称压力 PN=2.5MPa，公称直径 DN=450mm,突面密封(RF)，采用VI类Q245R材料, 垫片采用普通石棉橡胶板垫片(AG)。 人孔标记为：HG20595-97 人孔 R

15、F VI (AG)450-2.5。 3.2.2 人孔的补强 本设计选用di=450mm，壁厚m=10mm的人孔，查表得人孔的筒体尺寸为 480 10，由标准查得补强圈尺寸为外径 D2=760mm，内径D1=484mm。 开孔补强计算如下: (1) 不计焊缝系数的筒体计算壁厚 (2) 开孔所需补强的面积A 开孔直径： d 二 dj 2C = 450 2 (0.8 2) = 455.6 _ 2 开孔所需的补强面积： A二小；=455.6 18.13 = 8260.03mm (3) 有效宽度B B=2d =2 45 5.6 9 11m2 B = d 2、J 2 m = 4 5 5.6 2 22 2

16、10 mm 19 取二者中大值 B = 911.mm 外侧有效高度h1 X = J dm 4 5 5. 6 1 0 6r7.n5 0=接管实际外伸长度=250mm PcDi 2 F 1 - Pc 士型00 8. 2 1 8 5 2. 3 8 1mm 9 取二者中小值 h|=67.5mm 内侧有效高度h2 h2 = d.m =,4 5 5. 6 1 0 6r7.n5 0=接管实际内伸长度=Omm 取二者中小值 h2 =Omm (4) 有效补偿面积Ae = A A2 A3 式中 A1 壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积， mm2 A2 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积， mm2 A3 -

17、 焊缝金属截面积，mm2 其中 A =(B-d)(、e -、)-2、m(、e-、)(1- fr) 筒体有效厚度 飞- C =22 -2.8= 19.2mm 接管材料选择与筒体相同的材料(Q345R)进行补偿，故作=1。 代入上式得 A=(911._2 455. 6)-(1 9. 2 =1 8. 1n3m 48 7. 49 pcd 2.38 455.6 接管计算厚度 宮 2.95mm 26 pc 2沢185減1一2.38 A2 = 2 h ( n t - t - C) fr 2 h ( n t- C - C f = 2h1 ( nt 厂 C ) f r 0 =2 6 7. 5 ( 1-0 2.

18、-9 5 2 =573. mm 乓=2 1 10 1 0 = 1m m 2 有效补强面积 Ae = A A, A, =487.49 573.75 100 = 1161.24mm2 因为AeA 所以开孔需加补强。 所需补强面积 A = A-Ae =8260.03-1161.24= 7098.79mm2 10 (5) 补强圈厚度 A4 798.79 25.72 mm D2 - D1 760-484 圆整后取26mm,补强材料与壳材料相同，为 Q345R。 3.3 接口管的设计 3.3.1 接口管的选用 1、 液氨进料管 进料管伸进设备内部并将管口的一端切成 45，为了是避免物料沿设备内壁 流动一减

19、少磨蚀和腐蚀。为了在短时间内将物料注满容器。 采用 =79mm 4.5mm的低合金无缝钢管。配用具有突面密封的带颈对焊法 兰，法兰标记：HG20595-97 法兰 WN70-2.5 RF Q235-B。 2、 液氨出料管 在化工生产中，有时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。 故采用可拆的压料管排料方式。取 二=57mm 3.5mm压出管，伸入到罐内离 罐底约200mm配用突面密封的带颈对焊法兰，法兰标记： HG20595-97法兰 WN50-2.5 RF Q235-B。 3、 液面计接管 液面计是用来观察设备内部液位变化的一种装置， 通过测量液位来确

20、定容器 中物料的数量。由于设备不大且压力较小，物料洁净。 故采用玻璃管防霜液面计 AI2.5-1260-50 HG/T21550-93四支。 4、 压力计接管 压力计是用来测量设备内部流体压力变化的一种装备。采用 = 32mm 3.5mm无缝钢管。配用突面密封的带颈对焊法兰，法兰标记： HG20595-97 法兰 WN25-2.5 RF Q235-B。 5、 放空接口管 为了在注入液体时，能将容器内的空气排到罐体外以便能顺利快速的注入， 需要安设一个放空管。 采用.=57mm 3.5mm的无缝钢管，法兰标记： HG20595-97 法兰 WN50-2.5 RF Q235-B。 &安全阀

21、接口管 安全阀是通过阀的自动开启排出气体来降低容器内过高的压力。 为了操作的 安全，因此需设一安全阀，安全阀的接口管尺寸由安全阀泄放量决定。 采用，57mm 3.5mm的无缝钢管，法兰标记： HG20595-97 法兰 WN50-2.5 RF Q235-B。 11 7、排污管 在清洗储罐时候，为了能将废液完全排除储罐外，液氨介质会腐蚀管壁而出 现沉淀，故需在筒体底部安设排污管。 采用.=32mm 3. 5mm的无缝钢管，法兰标记：HG20595-97 法兰 WN25-2.5 RF Q235-B。 3.3.2 接口管汇总表 表1接口管汇总表 名称 N P N D 法兰 密封形式 法兰标记 补强厚

22、 度 液氨进料管 .5 2 0 7 RF WN70-2.5 RF Q235-B 20 液氨出料管 .5 2 0 5 RF WN50-2.5 RF Q235-B 20 液面计接管 .4 6 5 2 RF WN25-6.4RF Q235-B 0 压力计接管 .5 2 5 2 RF WN25-2.5 RF Q235-B 0 放空接管 .5 2 0 5 RF WN50-2.5 RF Q235-B 20 安全阀接管 .5 2 0 5 RF WN50-2.5 RF Q235-B 20 排污管 .5 2 5 2 RF WN25-2.5 RF Q235-B 0 3.4 鞍座的设计 3.4.1 鞍座的选取 鞍座

23、分为轻型（A）和重型（B）两大类，每种形式的鞍座又分为固定支座 （F）和滑动支座（S）,在一台容器上F型和S型总是配对使用。 本设计由于储罐的体积适中且长径比较小，故使用 A型双鞍座，其中一个 为F型，另一个为S型。 3.4.2 鞍座的计算 鞍座的负荷估算如下： 12 储罐的总质量：m = mi m2 m3 m4- 13 式中：ml为筒体质量，m2为封头质量，m3为液氨质量，m4为附件 DN=2800mm, ：n=22mm的筒体，每米的质量约为 1500kg. 故 m-i =1500 7 = 10500kg DN = 2800mm，、:n =22mm直边高度h2=50mm的标准椭圆封头，其质

24、量约为1600Kg 故 m2 =1600 2 =3200kg 液氨的质量m3 = f ；?v，式中f为装量系数，取0.85; V为储罐体积，取 50m3 ；为液氨的 密度，为665Kg/m3。小于水的密度，所以用水的密度估算。 故 m3 =0.85 50 10042500kg 人孔越重200Kg，其他接口管的总重为350Kg。 故 m4 =550kg。 综上所述，m 二 m, m2 m3 g =10500 3200 42500 550 二 56750kg 各鞍座的反力 F =變二 56750 9.8 =278075N : 278KN 2 2 由于每个鞍座承受约为278KN负荷，故选用轻型带垫板

25、包角为120度的鞍 座，其允许载荷为445KN。鞍座厚度为b=300mm,腹部厚10mm,垫板宽6000mm， 垫板厚10mm。 鞍座标记为：JB/T4712.1 -2007鞍座 A2800 - F J B/ T4 7 1 2. 1 2鞍座 7 A -2 8S0 储罐的总长L为8400mm，由公式L=2a+I，a=0.2085L得 a=1747mm，l=4906mm，即鞍座离罐体一端的距离为 1747mm，两鞍座之间的距离 为 4906mm。 3.5 SW6 校核 内压圆筒校核 计算 单位 压力容器专用计算软件 计算条件 筒体简图 计算压力 Pc 2.38 M Pa I r-qV._ D 亠

26、质量。 14 设计温度 t 50.00 C 内径 Di 2800.00 m m 材料 Q345R （板材） 试验温度许用应力 181.00 M Pa 设计温度许用应力 181.00 M Pa 试验温度下屈服点 os 325.00 M Pa 钢板负偏差 Cl 0.30 m m 腐蚀裕量 C2 2.00 m m 焊接接头系数 * 1.00 厚度及重量计算 计算厚度 PcDi 5 = 2国 5 七=18.53 m m 有效厚度 & = & - Ci - C2= 19.70 m m 名义厚度 4 = 22.00 m m 重量 10717.27 Kg 压力试验时应力校核 压力试验类型 液

27、压试验 试验压力值 PT = 1.25P 甌 =2.9800 （或由用户输入） MP a 压力试验允许通过 的应力水平 HT 园T 兰 0.90 Os = 292.50 MP a 试验压力下 圆筒的应力 PT.(Di P) OT = 2瓦 4 = 213.27 MP a 校核条件 OT兰同T 校核结果 合格 压力及应力计算 最大允许工作压力 2心05 Pw= (Di*&)= 2.52913 M Pa 设计温度下计算应 力 k-r - 校核条内压椭圆封头校核 Peg ：.e) = 2、y = 170.33 181.00 计算 合格单位 计算条件 计算压力 Pe 2.38 M Pa 设计温

28、度 t 50.00 C 内径 Di 2800.00 m m 曲面咼度 hi 700.00 m m 材料 Q345R （板材） 设计温度许用应 力同七 181.00 M Pa 试验温度许用应 力同 181.00 M Pa 钢板负偏差 C1 0.30 m m 腐蚀裕量 C2 2.00 m m 焊接接头系数 * 1.00 结论 M Pa M Pa 压力容器专用计算软件 厚度及重量计算 形状系数 K =6卜匍- =1.0000 计算厚度 KPeDi 5 = 2y-0.5Pe = 18.47 mm 有效厚度 良=& - Ci - C2= 19.70 mm 最小厚度 min = 4.20 mm 名

29、义厚度 岳=22.00 mm 结论 满足最小厚度要求 重量 1522.41 Kg 压力计算 最大允许工作压 力 砂十恥e Pw= KDi+O.5 = 2.53800 MPa 14 结论 合格 16 开孔补强计算 计算单 位 压力容器专用计算软件 接管：1, 450 X 10 计算方法：GB150-19 9 等面积补强法单孔 设 计 条 件 简 图 计算压力Pc 2.38 MPa 设计温度 50 一 E 一 壳体型式 圆形筒体 壳体材 料 名称及 类型 Q345R 板材 三 A1 A； - 壳体开孔处焊接接头系数 1 -1 壳体内直径Di 280 0 m m 壳体开孔处名义 厚度S n 22 m

30、 m 壳体厚度负偏差 C1 0.3 m m 壳体腐蚀裕量 C2 2 m m 壳体材料许用应 力C t 181 M Pa 接管实际外伸长度 67. 5 mm 接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 名称及类 型 Q345R 板材 接管焊接接头系数 1 接管腐蚀裕量 2 mm 补强圈材 料名称 Q345R 凸形封头开孔中心 至 封头轴线的距离 mm 补强圈外 径 760 m 补强圈厚 度 26 m 17 接管厚度负偏差 Cit 0.3 m 补强圈厚度负偏 差Cir 0.3 m 接管材料许用应力 c t 189 MPa 补强圈许用应力 c t 181 MPa 开 孔 补 强 计 算 壳体计算厚度S 1

31、8.5 3 rm 1 接管计算厚度S t 2.7 25 m 补强圈强度削弱系 数frr 1 接管材料强度削弱 系数fr 1 开孔直径d 434. 6 rm 1 补强区有效宽度B 869 .2 m 接管有效外伸长度 hi 65.9 2 mm n 接管有效内伸长度 h2 0 mm 开孔削弱所需的补 强面积A 805 3 m2 m n 冗体多余金属面积 Ai 508 .2 m 2 m 接官多余金属面积 A2 656 2 m 1 补强区内的焊缝面 积A3 64 m2 m 2 A什A2+A3=1228 mm ，小于 A,需另加补强。 补强圈面积A4 7967 m2 1 A-（A 什A2+A3） 6825

32、 m 2 m 结论：补强满足要求。 卧式容器（双鞍座） 计算单 位 压力容器专用计算软件 计 算 条 件 简 图 计算压力 Pc 2.38 MPa 设计温度 t 50 C 圆筒材料 Q345R 鞍座材料 Q345R 圆筒材料常温许用应力亦 181 MPa f - 1 圆筒材料设计温度下许用应力 & 181 MPa - T I J 圆筒材料常温屈服点 325 MPa F 鞍座材料许用应力Osa MP 170 a 工作时物料密度 仏 42500 kg /m3 y 液压试验介质密度 T 1000 kg /m3 圆筒内直径 D 2800 mn 圆筒名义厚度 弘 22 mn 圆筒厚度附加量 C 2.3 mn 圆筒焊接接头系数 * 1 封