太原理工大学化工设备基础课程设计

1、目录1.设计条件的确定 (12.卧式容器(液化石油气储罐的设计 (1(1容器类别的确定: (1a.设计温度的确定 (3b.设计压力的确定 (3(2储罐筒体公称直径、储罐长度及封头结构形式与尺寸的确定 (4(3受压壳体材料选择、厚度设计及校核 (5a材料选择及厚度设计 (5两种钢材的比较 (6b厚度校核 (7c压力试验 (8(4.其他零部件的设计 (8a支座的设计 (8b人孔设计 (8(a人孔选择 (8(b补强圈计算 (9c管口设计 (10(a管口中心线位置的确定 (10(b接管与法兰选取 (10d液位计设计 (11(a液位计高度的确定 (11(b液位计中心距离的确定 (12(c液位计接管位置及

2、材料的确定 (12(d液位计接管法兰的确定 (12(e液位计小零件的确定 (12e焊接接头的设计 (12(a接管与筒体焊接 (13(b筒体与封头的焊接 (133.焊条选择 (144.无损检测要求 (14参考文献 (15结束语 (161.设计条件的确定表1-1序号项目数值单位备注1最高工作压力 1.89MPa由介质温度确定2工作温度50具体值按储存形式定3公称容积(Vg10M35装量系数(0.96工作介质液化石油气7使用地点太原市,室外管口条件:液相进口管DN50;液相出口管DN50;安全阀接口DN80;压力表接口DN25;气相管DN50;放气管DN50;排污管DN50;液位计接口DN20;人孔

3、DN500。2.卧式容器(液化石油气储罐的设计(1容器类别的确定:液化石油气的物理性质如下表2-1:表2-1温度-20204050表2-2液化气体临界温度规定温度下的工作压力无保冷设施有保冷设施无试验实测温度有试验实测最高工作温度并且能保证低于临界温度5050饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下的饱和蒸气压力<50在设计所规定的最大充装量下为50的气体压力试验实测最高工作温度下的饱和蒸气压力表2-3混合液化石油气50饱和蒸气压力规定温度下的工作压力无保冷设施有保冷设施小于或者等于异丁烷50饱和蒸气压力等于50异丁烷的饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下异丁烷的饱和蒸气压力大于异丁烷50饱

4、和蒸气压力、小于或者等于丙烷50饱和蒸气压力等于50丙烷的饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下丙烷的饱和蒸气压力大于丙烷50饱和蒸气压力等于50丙烯的饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下丙烯的饱和蒸气压力a.设计温度的确定设计温度指容器在正常工作情况下,设定的元件金属温度(沿元件金属截面的平均温度值。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。设计温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度。对于0以下的金属温度,设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。本次设计考虑到最危险的情况,取设计温度为50。b.设计压力的确定本次设计采用常温压力储存。常温压力储存液化气体压力容器规定温度下的工作压力

5、按照下表2-4确定。表2-4液化气体临界温度规定温度下的工作压力无保冷设施有保冷设施无试验实测温度有试验实测最高工作温度并且能保证低于临界温度5050饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下的饱和蒸气压力<50在设计所规定的最大充装量下为50的气体压力试验实测最高工作温度下的饱和蒸气压力本次设计中应为无保冷设施并且工作压力小于50的情况,考虑最危险的情况,取工作压力为试验实测最高工作温度下的饱和蒸气压力。再由下表2-5表2-1中液化石油气的物性和表2-3来看,本次设计的工作压力取1.89MPa(表中为绝压,现当做表压,相当于人为增加0.1MPa的压力,对实验影响不大。表2-5混合液化石油气5

6、0饱和蒸气压力规定温度下的工作压力无保冷设施有保冷设施小于或者等于异丁烷50饱和蒸气压力等于50异丁烷的饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下异丁烷的饱和蒸气压力大于异丁烷50饱和蒸气压力、小于或者等于丙烷50饱和蒸气压力等于50丙烷的饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下丙烷的饱和蒸气压力大于丙烷50饱和蒸气压力等于50丙烯的饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下丙烯的饱和蒸气压力工作压力确定之后,对于不装设超压泄放装置的压力容器,设计压力应不低于工作压力;在装有安全阀时,安全阀的开启压力为(1.05-1.1Pw,考虑最危险的情况,即取开启压力为1.1Pw,本次设计取2.1MPa。设计压力大于等于

7、安全阀开启压力,取2.2MPa即可。因为设计压力为2.2MPa,为中压容器,按照固定式压力容器安全技术规程的规定,查找压力容器分类图可知,此次设计的液化石油气储罐为第类压力容器。(2储罐筒体公称直径、储罐长度及封头结构形式与尺寸的确定按照设计任务书的要求,储罐的公称容积为10。考虑到卧式储罐的美观和实用,我们最初设定L:D=3:1。已知L/D=3,V=10m³得出D=1.619m=1619mm圆整得D=1600mmDN=1600mm选取的椭圆形封头为:公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/2筒体长度的确定: =4390mm相对误差为%5%005.0<=-=逻逻实VVV,可

8、以忽略,所以取D=1600mm,L=4390mm。折算长度:(3受压壳体材料选择、厚度设计及校核a.材料选择及厚度设计由设计压力为2.2MPa,卧式储罐忽略液柱静压力,工作压力取设计压力值2.2MPa。基于设计安全性的考虑,采用双面焊的形式以及进行全局无损检测,则设计储罐选用的焊接接头系数=1.0。 1筒体材料选用Q345R筒体厚度:其中Pc=2.2Mpa=1600mm 圆整得 椭圆形封头厚度:其中Pc=2.2Mpa=1600mm 圆整得 2筒体材料选用Q245R筒体厚度:其中Pc=2.2Mpa=1600mm 圆整得 椭圆形封头厚度:其中Pc=2.2Mpa=1600mm 圆整得 两种钢材的比较

9、:1耗材:厚度越大,耗用量越大。Q345厚度小,省材料,重量小,但Q345价格贵,由此看来,两者均可。2制造,运输,安装费用板厚小,重量少,则更经济.综合上述分析,筒体材料选用Q345更合适b、厚度校核: 正常操作时: 最大拉应力:最大压应力:压应力为零 合格液压试验时: 最大拉应力:最大压应力: 查表得 稳定条件为合格,容器可以安全使用C、压力试验该液化石油气储罐需进行液压试验,由于液化石油气属于易燃易爆的气体故需要进行气密性试验。液压实验的实验压力为:MPa PP TT 75.2170170=气密性实验的实验压力为:P=Pd=2.2MPa (4.其他零部件的设计a 支座的设计设计容器为卧式

10、容器,采用鞍式支座。卧式容器一般采用双支座,一个固定式(F,一个滑动式(S。选取支座为:JB/T 4712.1-2007,支座A 2000-F JB/T 4712.1-2007,支座A 2000-S b 人孔设计(a人孔选择该卧式容器公称直径大于1000mm,且长度小于6000mm,设置一个人孔,其公称直径取DN500,公称压力取2.5MPa 材料选号Q345R。距焊缝的距离不小于(mm niR 1535.1=,为保险起见,取为500mm。根据HG/T 2151421535-2005钢制人孔和手孔选取人孔为:RFt-35CM (W·D-1222B 500-2.5H 1HG/T 215

11、18-2005。(b补强圈计算:1.圆筒开孔所需补强面积 开孔直径d=510.6mm,圆筒计算厚度=10.7mm,强度削弱系数f =1.0所以A=5386.83mm 22.壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积: 有效补强范围的宽度B 取2d 和(nt n d +2二者较大值,2d=1048mm(mmd ntn 5802=+(nt n d d +>22因此B=1048mm ,所以A1=76.59mm23.接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积: 有效补强范围外侧高度h 1取(d nt和接管实际外伸高度H1二者中较小者.mmH2361=(mmd nt所以h 1=88.65mm,有效补强范围

12、内侧高度h 2=0mm,接管计算厚度mmp D p ctic t 205.32=-=所以A 2=1055.27mm 24.焊缝金属面积可取03=A 人孔需要补强5.另加补强面积:补强面积 标记:DN500×14-D-Q345R GB/T 4736,质量:36.3kg c 管口设计(a管口中心线位置的确定根据管口的性质可确定其安放位置,排污管在筒体的下方,其它在筒体的上方。因为本储罐的DN1600mm,所以液相进口管DN50;液相出口管DN50;安全阀接口DN80;压力表接口DN25;气相管DN50;放气管DN50;排污管DN50。根据GB 150规定,按壳体开孔不另行补强设计要求设计

13、法兰管的位置。要求如下:1.设计压力小于或等于2.5MPa。2.两相邻开孔中心线的间距应不小于两孔直径之和的两倍。3.接管公称外径小于或等于89mm。4.接管最小壁厚满足下表2-6:表2-6接管公称外径253238454857657689最小壁厚 3.5 4.05.06.0接管的腐蚀余量为1.5mm集中布管,顺序为:液相进口、液相出口、气相管、放气管、安全阀、压力表接口壳体上方,排污口在壳体下方。离焊缝最近的管位是液相进口管和排污管,所以它们离焊缝距离应该不小于,考虑到拧螺母等因素取液相进口管、排污管与焊缝距离为175mm;两相邻开孔中心线的间距应不小于两孔直径之和的两倍,则液相进口管与液相出

14、口管距离、液相出口管与气相管、气相管与放气、压力表接口与安全阀接口管距离分别都取300mm;放气管与压力表接口距离取450mm。(b接管与法兰选取考虑安全阀接口外径较大,紧固件较大(如螺柱,方便拧螺母,壳体外层到法兰焊接接口的距离取200mm,其它也取200mm。根据壳体开孔不另行补强条件d条可确定接管厚度:压力表接管3.5mm安全阀接口接管6.0mm液相进口、液相出口、气相管、放气管、排污管5.0mm由于本储罐装的是液化石油气,公称压力为2.5MPa,法兰采用带颈对焊法兰,成本虽然有点高,但是密封性好,密封面形式采用突面密封。法兰的材料考虑到50时的最大允许工作压力,同时考虑到经济性问题,选

15、20号锻钢即可。接管的材料考虑到液化石油气的腐蚀性不是很强,做接管也不需要强度太高,因此选用10号钢。综上所述可得到表2-7:表2-7标准号名称材料数量备注HG/T20592法兰WN50(B-25RF5205液相进口、液相出口、气相管、放气管、排污管法兰HG/T20592法兰WN80(B-25RF6201安全阀接口管法兰HG/T20592法兰WN25-25RF3.5201压力表接口管法兰GB8163接管57×5L=1200101液相进口管长GB8163接管57×5L=2100101液相出口管长GB8163接管57×5L=120103气相管、放气管、排污管管长GB8

16、163接管32×3.5L=130101压力表接管管长GB8163接管89×6L=110101安全阀接管管长d液位计设计设计温度为50,液体密度为0.45g/cm3,公称压力为2.5MPa,因此采用磁性液位计。(a液位计高度的确定 所以液位计长度为:最高液面确定:mmH=D-R=1600-250.33=1349.67mm向上圆整得1400mm(b液位计中心距离的确定液位计中心距离选取1400的规格。(c液位计接管位置及材料的确定考虑到好拧螺母以及接管的稳定性,液位计接管不易太长,也不易太短,因此选择长度为243mm的液位计接管,安装时使法兰面到焊缝的距离为462mm。材料同前

17、面关口设计的接管一样,同样选择20号锻钢即可。(d液位计接管法兰的确定法兰同前面提及的接管一样,采用带颈对焊法兰,成本虽然有点高,但是密封性好,密封面形式采用突面密封。法兰的材料考虑到50时的最大允许工作压力,同时考虑到经济性问题,选20号锻钢即可.(e液位计小零件的确定液化石油气为可燃介质,应选用专用级全螺纹螺柱和型六角螺母。因此选用材料为35GrMoA,配30GrMo材料为30GrMo的螺母,垫片选用缠绕式垫片D20-2.5 1212,垫圈为140HV材料的垫圈。e焊接接头的设计(a接管与筒体焊接处理和储存特殊介质(液化石油气、液氨等的容器的A、B、C、D类接头和二、三类压力容器的A、B类

18、接头及D类接头要选择达到全焊透目的的单面焊,因此接管与筒体的焊接接头选择如下图2、图3: 图2 图3(b筒体与封头的焊接为保证焊透,按操作视野、空间位置、焊条运动角度来分析,V形坡口优于U形坡口,若焊件可以翻转,则X形坡口更好,X形坡口更利于焊透。X形坡口的形状简单,可切削加工或火焰切割而成,易于加工,因此筒体与封头的焊接采用X 形坡口,如下所示: 3.焊条选择考虑母材力学性能与化学成分,对低碳钢和低合金钢构件,要求等强度原则选择焊条,即要求焊缝与母材的强度相等或基本相等,而不要求焊缝的化学成分与木材相同。不同类型的低合金钢之间进行异种钢焊接时,应选与其中强度较低的钢材等强度的焊条进行焊接,再综合考虑金属进行热处理后,对其力学性能的影响。所以选择J506(B5016焊接Q345,J427(B4315焊接Q345R与Q245。4.无损检测要求对于A、B类焊接接头进行全部无损检测,合格级别RT-级,检测技术等级AB 级。接管与壳体之间的焊缝采用MT-级。化工设备机械基础课程设计 说明书 18刘俊明主编 化工设备机械基础 结束语： 为期两周的化工设备机械基础课程设计就这样的匆匆的结束了， 两周时间虽 然很