硫酸储罐设计

硫酸储罐设计绪论针对化工厂中常见的浓硫酸储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图，并便携设计说明书。综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，综合的进行设计。容器的设计一般由筒体,封头，法兰，支座，接管等组成。常，低压化工设备通用零部件大都有标准，设计师可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零部件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家使用标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理的进行设计。近年，压力容器被广泛应用于现代的工业、民用及军用等部门。压力容器在社会各行各业的生产、储存、运输等方面具有不可取代的地位，在发展国民经济、巩固国防、解决人们衣食住行等方面起着极为重要的作用。目前我国普遍采用常温压力贮罐,

常温贮罐一般有两种形式:

球形贮罐和圆筒形贮罐。球形贮罐和圆筒形贮罐相比:

前者具有投资少,

金属耗量少,

占地面积少等优点

但加工制造及安装复杂,

焊接工作量大,

故安装费用较高存总量大于500m3或单罐容积大于200m3时选用球形贮罐比较经济;

而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单,

安装费用少等优点,

但金属耗量大占地面积大,

所以在总贮量小于500m3,

单罐容积小于100m3时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。一般选用卧式圆筒形贮罐,

只有某些特殊情况下(站内地方受限制等)

才选用立式。本文主要讨论卧式圆筒形浓硫酸贮罐的设计。

本储罐的焊接结构主要设计了筒体壁厚，支座，封头，法兰，加强圈等。根据储存介质的要求来进储罐的选材，本次设计的介质为浓硫酸，储体选用Q-235c。根据施工现场的环境要求及罐体厚度等选择合适的焊接方法。设计的封头为标准椭圆形封头，设计的支座为鞍式支座。卧式浓硫酸贮罐设计的特点，应按GB150《钢制压力容器》进行制造、试验和验收;

一、设计参数的选择1.1筒体材料的选择根据GB150-1998表4-1并结合实际情况，选用筒体材料为碳素合金钢Q-235C（钢材标准为GB6654《压力容器用钢板》）。Q-235C适用范围规定如下：容器设计压力p≤2.5MPa；钢板使用温度为0-400℃;

用于壳体时，钢板厚度不大于30mm。屈服极限σ1.2公称直径的确定设筒体直径为D,筒体长度为2D,根据体积可以求算出D。v=因此D=2218mm，由于市场生产，所以公称直径取2200mm。1.3设计压力液体静压力:Pl饱和蒸汽压:p=0.0118MPa工作压力:Pw设计压力:P1.4设计温度因夏天温度可达40多度，冬天温度可低至0度。因此设计温度为50摄氏度，σt1.5焊接接头系数焊接接头系数是考虑到焊接对强度的削弱，而用以降低设计许用应力的系数，用φ=设计数据序号项目数值单位备注1名称20m3浓硫酸卧式贮罐2筒体材料Q-235C3设计压力0.1674MPa4设计温度505公称直径2200mm6公称容积207工作介质浓硫酸8其他要求100%无损检测二、设备的结构设计2.1圆筒壁厚的设计根据公式:δ壁厚附加量:C=C1代表钢板负偏差，C2代表腐蚀裕量。其中所用钢板厚度大概在5.00~8.00mm之间，所以允许的C1=0.3mm带入公式得δ设计厚度：δd圆整厚度：δn有效厚度：δe2.2封头的设计查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径Dn=D=23选用标准椭圆封头（长短轴之比为2的椭圆形封头），此时的K=1。K=hi为短轴长。δn圆整后：δn有效厚度：δe=1.7根据标准椭圆形封头直边高度查的h=25mm2.3鞍座的结构选型与设计2.3.1鞍座选型该储罐采用卧式双鞍式支座，材料选用Q235-C，储罐总长圆整=4600mm设该储罐的总质量为MM=m1为圆筒质量，m2为封头质量，m3圆筒质量mDN=2200mm，δn=7mm的筒体，每米的质量q=322m1封头质量mDN=2200mm，δn=4mm，直边高25mm，q=168.6m2硫酸的质量，硫酸密度为1.83×103m3（4）附件质量人孔约100kg，其他接口管的总和按200kg计,故m4=3M=mQ=Mg每个鞍座只承受189.59787KN的负荷，所以选用轻型带垫板，包角120度的鞍座，及JB/T4712-92鞍座A2600-F，JB/T4712-92鞍座A2600-S。2.3.2鞍座的位置确定因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB

/4731《钢制卧式容器》规定A≤0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头D2H-h故A≤RaA≤0.5R综上有：A=540mm(A为封头切线至封头焊缝间距离，2D为筒体和两封头的总长)

三、附件的选择与计算3.1进料管的选择假如硫酸以20m3/h充满，则充满需要一个小时，设流速为2.83根据体积流量公式：v=s=得d=50mm采用∅57×3.5的无缝钢管，配用具有3.2出料口的选择假如出料与进料状况一样，则根据公式：v=s=计算得到出口管直径d=50mm采用∅573.3人孔与手孔的开口与选择本储罐人孔开在筒体的上方，因公称压力为0.1674MP,比较小。所开大小如下根据人孔开设迟寸与规定，D>1000mm的开人孔一个，∅400的圆孔。手孔大小∅根据HG-2005人孔与手孔的标准简介标准号HG21515-2005名称回转盖板式平焊法兰人孔，材料选用Q235-B3.4液面计与温度计的选择液面计选用视镜式玻璃板液面计材料性质：常压，不锈钢材料，嵌入连接型，标记为液面计S-∥Q温度计选用一般的热电偶温度计，并配用配套接管3.5法兰选择查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表8.2.2-2PN10带颈对焊焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）管口名称公称直径DN钢管外径法兰焊端外径法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n（个）螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度法兰质量NSH1RH出料口5798B11480188M16201286106504进料口5798B11480188M16201286106504液位计口3238B140100184M1618562.666422温度计口2025B10575144M1218402.364401压力表口2025B10575144M1218402.364401排污口8089B200160188M16201053.2106504排空口6576B185145188M1618922.9106452.5各尺寸大小如图法兰示意图3.6垫片选择查HG/T20609-2009《钢制管法兰用非金属平垫片》，垫片尺寸如表垫片尺寸表单位mm管口名称公称直径内径D1外径D2出液口576777进液口576777人孔400480600液位计口324365温度计口202750压力表口202750排污口8089120排空口6577109注：1.选耐酸石棉橡胶板四、容器强度校核4.1耐压试验按强度和刚度计算确定的容器壁厚，由于材质、钢板弯卷及安装等制造加工过程不完善，有可能导致容器不安全，会在规定的工作压力下发生巨大的压力变形或焊缝有渗漏现象等等，故必须进行耐压试验予以校核。液压实验时，设备顶部开口，使设备充满液体，水温不能过低（不能低于15摄氏度），外壳应保持干燥。设备充满水后，待壁温大致相等时，缓慢升压到规定试验压力，稳定30分钟，然后将压力降低到试验压力的8000，保持最常用的耐压试验是液压试验，规定如下对于内压容器液压试验时：P式中：Pt为试压力；MPa;P为设计压力;MPa;σ为压力试验温度下的材料许用应力，MPa;σtσ本储罐压力校核：PσRσ故强度足够4.2筒体轴向应力的计算（1）圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力最高点处：按下式进行计算σ1最低点处：按下式进行计算σ（2）支座处圆筒截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力因鞍座平面上筒体被封头加强，取鞍座包角，查JB/T4731-2005表7-1可得K1=1.0，K2=1.0最高点处：按下式进行计算σ最低点处：按下式进行计算 σ

五、开口补强根据GB150规定，当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。[9]（1）设计压力小于或等于2.5MPa。（2）两相邻开孔中心的距离（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的2倍。（3）接管公称外径小于或等于89mm。故该储罐中只有DN=400mm的人孔需要补强（4）人孔补强计算按HG/T21518-2005,选用回转盖板式平焊法兰人孔。开孔直径故可以采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用Q-235C钢，其许用应力根据GB150-1998中式8-1，其中：壳体开孔处的计算厚度接管的有效厚度

δ强度削弱系数f所以开孔所需补强面积为A=

六、参考文献[1]方长青《化工生产与技术》1995第3期168-182[2]张俊峰《湖北化工》2002第4期50-69[3]宿德民《压力容器》1991第3期79-8