化工设备课程设计--液氨储罐

1、化工设备课程设计 液氨储罐设计 学生姓名： 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21.1设计条件21.2设计依据31.3设计结构3第二章 材料的选择32.1筒体和封头材料32.2各零、部件材料32.3焊接材料4第三章 工艺设计43.1壁厚设计43.1.1 筒体壁厚设计43.1.2 封头壁厚设计53.1.3 筒体及封头的水压强度校核53.2 人孔的设计63.2.1人孔的选择63.2.2 人孔的补强63.3 接口管的设计83.3.1 接口管的选用81、液氨进料管83.3.2 接口管汇总表93.4 鞍座的设计93.4.1 鞍座的选取

2、93.4.2 鞍座的计算103.5 SW6校核11第四章 自我评价15符号说明15参考文献15 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/装量系数 f公称容积 /m3液氨储罐2.16500.8550介质：液氨设计使用年限：15年建议使用材料：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

3、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、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

4、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、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；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50，装量系数为0.85，公称体积为50。根据公称体

5、积，设计罐体直径=2800mm，筒体长度（不含封头）=7000mm，封头曲面深度h1=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

6、选用各种法兰。根据以上的容器设计计算，画出总的设备图。1.3设计结构储罐的设计体积为50，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

7、形式。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0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-40200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，Q345R钢板计较经济。综上所述，本设计选用Q345R钢板

8、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

9、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，劳动强度高。根据Q345R的抗拉强度=500MPa和屈服点=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，能焊接一般的碳钢结构。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=2800mm，筒体长度=7000mm的工艺尺寸。其长径比=

10、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50。储罐上安装安全阀，故设计压力，计算压力。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=2800mm。假设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=185MPa。室温强度指标=500MPa，=325MPa。设计壁厚： 圆整后得名义厚度=22mm。有效厚度。3.1.2 封头壁厚设计由于平板封头四角处在较大边

11、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。设计厚度 圆整后得名义厚度=22mm。有效厚度。3.1.3 筒体及封头的水压强度校核试验压力，有效厚度=19.2mm，强度指标=325MPa，压力试验时的应力 因为，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3.2.1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

12、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RF VI (AG)450-2.5。3.2.2 人孔的补强本设计选用=450mm，壁厚=10mm的人孔，查表得人孔的筒体尺寸为，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： 开孔所需的补强面积：（3）有效宽度B 取二者

13、中大值 外侧有效高度 =接管实际外伸长度=250mm。 取二者中小值 =67.5mm 内侧有效高度 =接管实际内伸长度=0mm 取二者中小值 =0mm（4）有效补偿面积 式中 A1壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积， A2接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积， A3焊缝金属截面积， 其中 筒体有效厚度 接管材料选择与筒体相同的材料（Q345R）进行补偿，故=1。 代入上式得 接管计算厚度 有效补强面积 因为AeA 所以开孔需加补强。 所需补强面积（5）补强圈厚度 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

14、内部并将管口的一端切成450 ，为了是避免物料沿设备内壁流动一减少磨蚀和腐蚀。为了在短时间内将物料注满容器。采用的低合金无缝钢管。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，通过测量液位来确定容器中物料

15、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。采用的无缝钢管，法兰标记：HG20595-97 法兰WN50-2.5 RF Q235-B。6、安全阀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

16、全阀的接口管尺寸由安全阀泄放量决定。采用的无缝钢管，法兰标记：HG20595-97 法兰WN50-2.5 RF Q235-B。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PNDN法兰密封形式法兰标记补强厚度液氨进料管2.570RFWN70-2.5 RF Q235-B20液氨出料管2.550RFWN50-2.5 RF Q235-B20液面计接管6.425RFWN25-6.4RF Q235-B0

17、压力计接管2.525RFWN25-2.5 RF Q235-B0放空接管2.550RFWN50-2.5 RF Q235-B20安全阀接管2.550RFWN50-2.5 RF Q235-B20排污管2.525RFWN25-2.5 RF Q235-B03.4 鞍座的设计3.4.1 鞍座的选取鞍座分为轻型（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：储罐的总质量： 式中：m1为筒体质量，m2为封头质量，m3为

18、液氨质量，m4为附件质量。 DN=2800mm，=22mm的筒体，每米的质量约为1500kg. 故 ，直边高度h2=50mm的标准椭圆封头，其质量约为1600Kg 故 液氨的质量，式中f为装量系数，取0.85；V为储罐体积，取50；为液氨的 密度，为665Kg/。小于水的密度，所以用水的密度估算。故人孔越重200Kg，其他接口管的总重为350Kg。故。综上所述，各鞍座的反力由于每个鞍座承受约为278KN负荷，故选用轻型带垫板包角为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： 储罐的总长L为8400mm，由公式

19、L=2a+l，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 2.38MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2800.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 181.00MPa设计温度许用应力 st 181.00MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 18.53mm有效厚

20、度 de =dn - C1- C2= 19.70mm名义厚度 dn = 22.00mm重量 10717.27Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 2.9800 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 213.27 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.52913MPa设计温度下计算应力 st = = 170.33MPastf 181.00MPa校核条件stf st结论 合格内压椭圆封头校核计算单位 压力容器专用

21、计算软件 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 2.38MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2800.00mm曲面高度 hi 700.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 181.00MPa试验温度许用应力 s 181.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 18.47mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 19.70mm最小厚度 dmin = 4.20mm名义厚度 dn = 22.00mm结论 满足最小厚度要求重量 1522.41 K

22、g压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.53800MPa结论 合格开孔补强计算计算单位压力容器专用计算软件 接 管: 1, 45010计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc2.38MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di2800mm壳体开孔处名义厚度n22mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t181MPa 接管实际外伸长度67.5mm接管实际内伸长度0mm接管材料Q345R接管焊接接头系数1名称及类型板材接管腐蚀

23、裕量2mm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760mm补强圈厚度26mm接管厚度负偏差 C1t 0.3mm补强圈厚度负偏差 C1r 0.3mm接管材料许用应力t189MPa补强圈许用应力t181MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 18.53mm接管计算厚度t2.725 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d434.6mm补强区有效宽度 B869.2 mm接管有效外伸长度 h165.92mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 8053mm2壳体多余金属面积 A1508.2 mm2接管多余金属面积 A2

24、656mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=1228 mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A47967mm2A-(A1+A2+A3)6825mm2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 pC2.38MPa 设计温度 t50 圆筒材料Q345R 鞍座材料Q345R 圆筒材料常温许用应力 s181MPa 圆筒材料设计温度下许用应力st181MPa 圆筒材料常温屈服点 ss325MPa 鞍座材料许用应力 ssa170MPa 工作时物料密度 42500kg/m3 液压试验介质密度 1000kg/m3 圆筒内直径Di2800mm 圆筒名义厚度 22mm 圆筒厚度附加量 2.3mm 圆筒焊接接头系数 1 封头名义厚度 22mm 封头厚度附加量 Ch2.3mm 两封头切线间距离 7100mm 鞍座垫板名义厚度 10mm 鞍座垫板有效厚度 10mm 鞍座轴向宽度 b610mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心至封头切线距离 A1097mm 封头曲面高度 700m