甲醇储罐的课程设计

1、淮南师范学院课程设计14淮南师范学院课程设计设计任务书设计课题：甲醇贮罐的机械设计工艺参数：最高使用温度：T=50公称直径：DN=2200mm筒体长度（不含封头）：L0=3819mm设计内容：1.筒体材料的选择2.罐的结构尺寸3.罐的制造施工4.零部件型号及位置5.相关校核计算设计人： 学号：指导老师： 完成时间： 目录一、材料及结构选择11 材料的选择12 结构的选择22.1封头的选择22.2人孔的选择22.3 法兰的选择22.4 液面计的选择32.5 鞍式支座的选择3二、设计计算内容41 设计温度和设计压力的确定41.1设计温度的确定41.2贮罐长度以及内径确定41.3设计压力的确定42

2、罐体壁厚设计43 封头厚度设计53.1计算封头厚度53.2校核罐体与封头水压试验强度64 鞍座设计64.1罐体质量m164.2 封头质量m274.3 甲醇质量m374.4 附件质量m474.5 贮罐总质量85 人孔设计86 人孔补强设计97 选配工艺接管97.1碱液进料管97.2碱液出料管107.3排污管107.4液面计接管107.5放空管接口管107.6安全阀接口管118 总装置配图11参考文献12- 3 -一、材料及结构选择1 材料的选择甲醇的物理化学性质化学名称：甲醇，别名：甲基醇、木醇、木精分子式,分子量32.04，有类似乙醇气味的无色透明，易挥发性液体，密度（20）0.7913g/m

3、L，熔点为97.8，沸点为64.65。甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，略有酒精气味。甲醇是最常用的有机溶剂之一，与水互溶且体积缩小，能与甲醇乙酸等多种有机溶剂互溶，甲醇为有毒化工产品，用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料，主要用于精细化工、塑料等领域，用来制造甲醛。醋酸、甲氨、硫酸等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。储罐可选用一般钢材，但由于压力较大，可以考虑Q245R，Q345R这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，可用Q245R类的低碳钢板，16Mn钢板的价格虽比Q245R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，Q345R钢板较为经济，所以在此选择Q345R钢板作

4、为制造筒体和封头的材料。钢号钢板标准使用状态厚度/mm室温强度指标许用应力/MPaRm/MPaREl/MPa20100Q345RGB 713热轧36510345189189控轧>1636500325185185正火>36604903151811812 结构的选择2.1封头的选择 从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小的多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来看：球形封头用材最少，比椭圆封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度

5、，结构和制造方面综合考虑，采用椭圆封头最为合理。2.2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。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力，公称直径，工作温度以及人，手孔的结构和材料等诸多方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有很大的灵活性。公称压力为2.5 MPa，公称直径为450mm, H为250mm的水平吊盖对焊法兰人孔。2.3 法兰的选择法兰连接的主要优点是密封可靠，强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸，制造成本较高。压力容器的法兰分平焊法兰和对焊法兰。法兰设计的优化原则是：法兰设计应使各项应力分别接近许用应

6、力值，即结构材料在各个方向的强度都得到充分的发挥。2.4 液面计的选择液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型大体上可以分为四类：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。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度在0250摄氏度。玻璃管液面计适用于工作压力小于1.6MPa，介质温度在0250摄氏度情况下。玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料没有结晶等堵塞固体的场合。板式5液面计承压能力强但比较笨重，成本较高。2.5 鞍式支座的选择鞍式支座是应用较为广泛的一种卧式支座。从应力分析来看，理论上支座数目越多越好。但实际上，卧式容器应尽可能设计成双支

7、座，这是因为当支点过多时，各支撑平面的影响均会影响支座反力的分布，因而采用多支座不仅体现不出理论上的优越性反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利影响。在此选择轻型的鞍式双支座，一个S型，一个F型。二、设计计算内容1 设计温度和设计压力的确定1.1设计温度的确定选择设计温度t=501.2贮罐长度以及内径确定贮罐内径Di=2400mm长度L=5000mm1.3设计压力的确定设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷，其值不得低于工作压力。液柱静压力P1=g h=1.84×103×9.8×5=0.09016 MPa查饱和

8、蒸汽压P2=0.0555 MPa工作压力Pw= P0 + P2 = 0.101+ 0.0555 = 0.1565 MPa设计压力P=1.1 Pw = 0.17215 MPa计算压力Pc=0.17215+0.09016=0.26231 MPa2 罐体壁厚设计 壁厚公式:本贮罐50时甲醇饱和蒸气压为0.0555 MPa，贮罐上需要安装安全阀，故取Pc = 0.26231 MPa Di = 2400 mm t = 189 MPa Rel = 345 MPa = 1.0（双面焊对接接头，100无损检测） mm取腐蚀裕量C2 = 2 mm设计厚度 mm取钢板厚度的负偏差C1 = 0.3 mmd+C1=3

9、.7+0.3=4 mm圆整后取 名义厚度n=4 mm3 封头厚度设计3.1计算封头厚度 封头厚度公式： 于是C=C1+C2=2.3 mm+C=2.3+1.7=4 mm圆整后取 名义厚度n=4 mm3.2校核罐体与封头水压试验强度根据式式中 PT=1.25P=1.25×0.26231=0.33 MPa e=nC=42.3=1.7 mmReL=345 MPa则 MPa而 MPa因为 ，所以水压试验强度足够4 鞍座设计 贮罐总质量式中 m1罐体质量 m2封头质量 m3甲醇质量 m4附件质量4.1罐体质量m1DN=2400 mm n=4 mm的筒节，质量为q1=236.4 Kg/m m1=

10、q1L=1181.8 Kg4.2 封头质量m2 DN=2400 mm n=4 mm 直边高度h = 40 mm的标准椭圆形封头，m21 = 150.9 Kg m2 = 2 m21 =301.8 Kg4.3 甲醇质量m3V = V封 +V筒 = 19.54 m3甲醇密度 0.7913g/mL，则m3=15461.46 Kg水密度为1000 Kg/m3 m3= 19540 Kg所以m3取水压试验满水质量4.4 附件质量m4m4=500 Kg4.5 贮罐总质量每个鞍座只承受105.6 kN负荷查表得，可以选用轻型带垫板，包角为120°的鞍座，即JB/T 4712.12007 鞍座A2400

11、-FJB/T 4712.12007 鞍座A2400-S表3.3 A型鞍座标准尺寸(mm)公称直径DN允许载荷/kN鞍座高度h底板腹板筋板垫板螺栓连接尺寸l1b112l3b2b33弧长b44e间距l2螺孔d螺纹M孔长l2400447250172024014102652082908280050010100152024M20405 人孔设计根据储罐的设计温度、最高工作压力、材质、介质及使用求等条件，选用公称压力为2.5MPa的水平吊盖带颈对焊法兰人孔（HG/T 215242005）,人孔公称直径选定为450mm。采用榫槽面密封面（TG型）和石棉橡胶垫片。表3.2 人孔PN2.5 DN450明细表件号

12、标准号名称数量材料尺寸/mm1筒节1Q345RdW×S=480×12，H1=3202HG/T 20592-2009法兰116Mn()3HG/T 20592-2009垫片1石棉橡胶板=3(代号AG)4HG/T 20592-2009法兰盖1Q345Rb1=39， b2=445GB/T 5782-2000螺柱2035M33×2×1756GB/T 6170-2000螺母4025M337吊环1Q235-A.F8转臂1Q235-A.Fd0=369垫圈201100HV10GB/T 6170-2000螺母M2024级11吊钩1Q235-A.F12环1Q235-A.F13

13、无缝钢管12014支承板1Q345R6 人孔补强设计人孔开孔补强采用补强圈结构，材质为Q345R，根据JB/T 47362002，确定补强圈内径D1=484mm，外径D2=760mm，补强圈厚度为20mm。7 选配工艺接管7.1碱液进料管进料管伸进设备内部并将管的一端切成45，为的是避免物料沿设备内壁流动以减少磨蚀和腐蚀。为了在短时间内将物料注满容器。采用的无缝钢管。配用具有突面密封的带颈对焊管法兰，法兰标记：HG20595 法兰 WN50-2.5 RF 20。接管长500mm，不需补强6。7.2碱液出料管在化工生产中，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

14、。故采用可拆的压出管，将它用法兰固定在接口管内。罐体的接口管法兰采用HG20595 法兰 WN32-2.5 RF 20。与该法兰相配并焊接在压出管的法兰上，其连接尺寸和厚度与HG20595 法兰 WN32-2.5 RF 20相同，但其内径为25mm。液氨压出管的端部法兰采用HG20595 法兰 WN20-2.5 RF 20。这些小管都不必补强。压出管伸入贮罐2.6m。7.3排污管贮罐右端最底部安设一个排污管，管子规格：，管端焊有一与截止阀J41W-16相配的管法兰HG20595 法兰 WN50-2.5 RF 20。7.4液面计接管本贮罐采用透光式玻璃板液面计AT 2.5-W-1450V 两支。

15、与液面计相配的接管尺寸为，管法兰为HG20595 法兰WN10-2.5 RF 20。7.5放空管接口管为了在注入液体时，将容器内的空气排到罐体外以便能顺利快速地注入，需安设一放空管。采用无缝钢管，法兰为HG20595 法兰 WN32-2.5 RF 20。7.6安全阀接口管 安全阀接管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用的无缝钢管，法兰为HG20595 法兰 WN32-2.5 RF 20。各接管的长度都是200mm。8 总装置配图贮罐的总装配图见附页7，各零部件的名称，规格、尺寸、材料等见明细表。贮罐技术要求：本设计按GB 150-1998钢制压力容器进行制造，试验和验收；焊接材料、对接焊接接头形式及尺寸可按GB 985-80中规定（设计焊接接头系数取1.0）；焊接采用电弧焊，焊条牌号E4303；壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100%；设备制造完毕后，进行水压试验；管口安装位置