化工设备基础课程设计
第一章
设计方案
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的确定 1
1.1 液氨储罐选型 1
1.2 液氨储罐选材 2
第二章 储罐的工艺设计 2
2.1 筒体壁厚设计 2
2.2 筒体封头设计 3
2.3 校核罐体及封头的水压试验强度 4
2.4 人孔设计 4
2.5 人孔补强 5
2.6 接口管 5
2.6.1 液氨进料管 5
2.6.2 液氨出料管 6
2.6.3 排污管 6
2.6.4 液面计接管 6
2.6.5 放空接口管 6
2.7 鞍座 6
2.7.1 罐体质量 7
2.7.2 封头质量 7
2.7.3 液氨质量 7
2.7.4 附件质量 7
第三章 设备总装配图 8
3.1 设备总装配图 8
3.2 储罐技术要求: 8
3.3 设计技术特性
表
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9
第四章 设计总结 9
参考文献 10
第一章 设计
方案
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的确定
1.1 液氨储罐选型
工业的压力容器种类很多,按形状主要分以下几类:(1)方型或矩形容
器 (2)球型容器 (3)圆筒型容器 。本设计采用圆筒型容器,方型或矩形容
器虽制造简单,但承压能力差,四角的边缘应力较大,容易失效且封头设计较厚,
故不选用。球型容器,虽单位容积所用的材料最少且受力最佳,承载力好,但对
中小型储罐来说安装内件不方便,制造难度较大,成本相对较高,不选用。而圆
筒型容器,制造容易,选用适当的长径比之后,安装、检修方便,承载能力较好。
因此本设计采用圆筒型容器。
1.2 液氨储罐选材
储罐的经济性与实用性重要方面就是材料的选择。根据实际条件,本设计
采用16MnR,主要有几下方面原因:(1)容器的使用条件,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20R的
碳素钢满足,但其制造要求较高且强度底。而16MnR在常温-40℃—200℃下,
具有良好的力学性能和足够的强度。(2)综合经济 市场调查(2009年)20R
碳素钢价格:2600元/吨,低合金钢16MnR价格:2680元/吨,两者价格相差不
大,但16MnR制造的储罐比碳素钢的质量轻1/3,同时减少了壁厚。
综上所述,本设计用钢选用16MnR。
第二章 储罐的工艺设计
2.1 筒体壁厚设计
采用内径Di=2200mm ,储罐长度L(不包含封头)=5000mm的工艺尺寸。其长径之比L/Di=2.27,满足一般卧式容器长径比在2—6的范围之内[1]。本设计采用50℃设计温度,这时氨的饱和蒸汽压为2.07MPa [2]。 P表压=P绝对大气压-P大气压=2.07-0.10103=1.969 Mpa
储罐上安装安全阀 故P=1.969
1.1=2.16 Mpa
设计壁厚
公式
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:
其上式中相关参数如表2-1:
项目
Di(mm)
P设计
(MPa)
(双面,100%探伤)
C2(mm)
尺寸
2200
2.16
163
1.0
1.0
=15.67mm
由表3-13[3]查得:C1=0.8mm
=15.67+0.8=16.47mm
圆整后
=18mm 故筒壁用18mm的16MnR钢板制
2.2 筒体封头设计
从工艺操作要求考虑,对封头没有特殊要求。从定性角度分析可知: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;蝶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
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椭圆形封头已系列化,制造容易,受力比蝶形好,故选用此封头。
设计壁厚
:
其中
=1
=16.43mm
圆整之后
=18mm
考虑减少材料间的线性膨胀系数,故采用18mm厚16MnR钢板制造的标准椭圆形封头。
2.3 校核罐体及封头的水压试验强度
由水压实验公式:
可见 :
所以满足水压试验,强度足够。
2.4 人孔设计
根据储罐的设计温度、工作压力、材质及使用要求等条件,选用公称压力PN=2.5Mpa的水平吊盖带颈对焊法兰人孔,其公称直径选定为DN=450mm。采用榫槽密封面(T.G)型和石棉橡胶板垫片(A.G)。人孔各零件名称、材质及尺寸见表2-2,结构见1-1图。该水平吊盖带颈对焊法兰人孔的标记:
人孔TGⅧ(A.G) 450-2.5 HG21524-95 [4]
人孔PN2.5 DN450(HG21524-95)明细表2-2
代号
名称
数量
材料
尺寸/mm
1
筒节
1
16MnR
dW
S=480
12
H1=320
2
法兰
1
16Mn
4
法兰盖
1
16Mn
b=39 b1=44
7
吊环
1
Q235-A.F
8
转臂
1
Q235-A.F
d=36
11
吊勾
1
Q235-A.F
14
支撑板
1
16Mn
其图见后附图 1-1
2.5 人孔补强
人孔开孔补强采用补强圈结构,材质为16MnR。根据补强经验,补强圈的厚度与筒体壁厚相等,其补强强度足够,故补强圈厚度取18mm。
2.6 接口管
本储罐有以下接管
2.6.1 液氨进料管
采用流速为1.5m/s ,3.8小时流到16.5m3(22
0.75),故Qv,h=4.34m3/h
采用
的无缝钢管,管的一端切成45°,深入储罐内少许,配用图面板式平焊管法兰,法兰标记:HG20592 法兰PL32-2.5RF16MnR 。因该
其设计压力等于2.5MPa,接管公称外径小于89mm且接管最小壁厚满足表3-31[5],所以不用补强。
2.6.2 液氨出料管
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HG20592 法兰PL32-2.5 RF 16Mn,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法兰HG20592 法兰PL32-2.5 RF 16Mn相同,其内径为25mm。压出管深入储罐2.1m。
2.6.3 排污管
储罐右端最低部,安设排污管一个,管子规格
,管端装有一与截止阀J41W-16相配的管法兰:HG20592 法兰PL50-2.5 RF 16Mn
2.6.4 液面计接管
本储罐采用玻璃防霜面计AI2.5—1260—50 HG/T2155-93两只。
其中: AI—防霜面计类型 2.5—公称压力等级,MPa
1260—液面计的公称长度 50—防霜翅片高度,mm
HG/T2155-93—液面计的标准图号
2.6.5 放空接口管
采用
无缝钢管,管法兰 HG20592 法PL25-2.5 RF 16Mn
2.7 鞍座
储罐总质量:m=m1+m2+m3+m4
式中: m1----罐体质量 m2----封头质量
m3---液氨质量 m4----附件质量
2.7.1 罐体质量
DN=2200mm,
=18mm筒件。每米质量q1=984kg/m (见附表4)[4]
故m1= q1
L=984
5=4920kg
2.7.2封头质量
DN=2200mm,
=18mm 直角高度40mm的标准椭圆形封头。
其质量m2=782kg(附表6)[4]
2.7.3液氨质量
m3=
V
式中:
----装填系数,取0.75
V----储罐体积 V=V封+V筒=22.08m3
---液氨在-20℃时密度665kg/m3
m3=0.75
22.08
665=11012.4kg
2.7.4附件质量 人孔质量约重200kg ;
法兰质量列如下表:
DN(mm)
数量(个)
法兰理论质量(kg)
25
2
1.12
32
3
1.86
50
1
2.77
法兰总质量=10.59kg m4=200+250+10.59=460.59kg
设备总质量:m= m1+m2+ m3+ m4=4920+1564+11012.4+460.59
=17956.99kg
F=
=
=88.08kN
即每个鞍座只承受约88.08kN负荷,根据附录16[5] 表40,可以选用轻型带垫板、包角为120°的鞍座。
故选用: JB/T4712-92 鞍座 A2200-F
JB/T4712-92 鞍座 A2200-S
第三章 设备总装配图
3.1 设备总装配图示
见附图2-2,各零部件的名称、规格、尺寸、材料等见明
细表。
3.2 储罐技术要求
储罐技术要求:
(1) 本设备按GB150-1998《钢制压力容器》进行制造、试验和验收
(2)焊接材料、对接焊接接头形式及尺寸可按GB985-80中规定(设计焊接接头系数为1)
(3)焊接采用电弧焊,焊条牌号为E4303
(4)壳体焊缝应进行无损探伤检查,探伤长度为100%
(5)设备制造完毕后,以2 MPa表压进行水压试验
(6)管口方位按本图
3.3 设计技术特性
综上计算过程,其结果如技术特性表:
序号
名称
结果
1
设计压力
2.16MPa
2
工作温度
50℃
3
物料名称
液氨
4
容积
22.08 m3
5
人孔
DN=450mm