15M3 甲醇儲罐設(shè)計.doc

目錄一 序言（一）設(shè)計任務(wù)（二）設(shè)計思想（三）設(shè)計特點二 儲罐總裝配示意圖三 材料及結(jié)構(gòu)的選擇（一）材料的選擇（二）結(jié)構(gòu)的選擇四 設(shè)計計算內(nèi)容（一）設(shè)計溫度和設(shè)計壓力的確定（二）名義厚度的初步確定（三）容器的壓力實驗（四）容器應(yīng)力的校核計算（五）封頭的設(shè)計（六）人孔的設(shè)置（七）支座的設(shè)計確定（八）各物料進出管位置的確定及其標準的選擇（九）液位計的設(shè)計（十）焊接接頭設(shè)計五 設(shè)計小結(jié)六 參考資料太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院過程設(shè)備課程設(shè)計指導(dǎo)書課程設(shè)計題目： （15）M3甲醇儲罐設(shè)計課程設(shè)計要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：一、課程設(shè)計要求：1.使用國家最新壓力容器標準、規(guī)范進行設(shè)計，掌握典型過程設(shè)備設(shè)計的全過程。2.廣泛查閱和綜合分析各種文獻資料，進行設(shè)計方法和設(shè)計方案的可行性研究和論證。3.設(shè)計計算采用電算，要求設(shè)計思路清晰，計算數(shù)據(jù)準確、可靠，且正確掌握計算機操作和專業(yè)軟件的使用。4.工程圖紙要求計算機繪圖。5.畢業(yè)設(shè)計全部工作由學(xué)生本人獨立完成。二、原始數(shù)據(jù)：設(shè) 計 條 件 表序號項 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱甲醇儲罐2用 途甲醇廠3最高工作壓力0.8MPa4工作溫度-20485公稱容積（Vg）10M36工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(shù)(V)0.98工作介質(zhì)甲醇（易燃，中度危害）9使用地點太原市,室外10安裝與地基要求儲罐底壁坡度0.010.0211其它要求管 口 表接管代號公稱尺寸連接尺寸標準連接面形式用途或名稱n180HG20592RF液相進口管n280HG20592RF液相出口管n350HG20615RF放氣管n4450人 孔n550HG20615RF排污管n650HG20615RF壓力表接口n740HG20615RF溫度計接口s1/s240HG20592RF液位計接口課程設(shè)計主要內(nèi)容： 1設(shè)備工藝設(shè)計2設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計3設(shè)備強度計算4技術(shù)條件編制 5繪制設(shè)備總裝配圖6編制設(shè)計說明書應(yīng)交出的設(shè)計文件(論文)：1.設(shè)計說明書一份2.總裝配圖一張 (折合A1圖紙一張)一 序言（一）設(shè)計任務(wù)： 針對化工廠中常見的甲醇儲罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計和附屬設(shè)備的選型設(shè)計，繪制總裝配圖和零件圖，并編寫設(shè)計說明書。（二）設(shè)計思想： 綜合運用所學(xué)的機械基礎(chǔ)課程知識，本著認真負責(zé)的態(tài)度，對儲罐進行設(shè)計。在設(shè)計過程中綜合考慮了經(jīng)濟性，實用性，安全可靠性。（三）設(shè)計特點： 容器的設(shè)計一般由筒體，封頭，法蘭，支座，接口管及人孔等組成。常，低壓化工設(shè)備通用零件大都有標準，設(shè)計時可直接選用。本設(shè)計書主要介紹了液罐的筒體，封頭的設(shè)計計算，低壓通用零件的選用。各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理的進行設(shè)計。 二 儲罐總裝配示意圖三 材料及結(jié)構(gòu)的選擇（一） 材料的選擇甲醇的物理化學(xué)性質(zhì)化學(xué)名稱：甲醇，別名：甲基醇、木醇、木精分子式,分子量32.04，有類似乙醇氣味的無色透明，易揮發(fā)性液體，密度（20）0.7913g/mL，熔點為97.8，沸點為64.65。甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，略有酒精氣味。甲醇是最常用的有機溶劑之一，與水互溶且體積縮小，能與甲醇乙酸等多種有機溶劑互溶，甲醇為有毒化工產(chǎn)品，用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，主要用于精細化工、塑料等領(lǐng)域，用來制造甲醛。醋酸、甲氨、硫酸等多種有機產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。儲罐可選用一般鋼材，但由于壓力較大，可以考慮20R，16MnR這兩種鋼材。如果純粹從技術(shù)角度看，可用20R類的低碳鋼板，16Mn鋼板的價格雖比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設(shè)備的計價，16MnR鋼板較為經(jīng)濟，所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭的材料。（二） 結(jié)構(gòu)的選擇1 封頭的選擇 從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小的多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。平板封頭因直徑厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。從鋼材耗用量來看：球形封頭用材最少，比橢圓封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強度，結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮，采用橢圓封頭最為合理。2 人孔的選擇 壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。人孔主要由筒節(jié)，法蘭，蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。選用時應(yīng)綜合考慮公稱壓力，公稱直徑，工作溫度以及人，手孔的結(jié)構(gòu)和材料等諸多方面的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有很大的靈活性。公稱壓力為1.0MPa，公稱直徑為450mm,H為250mm的水平吊蓋對焊法蘭人孔。3 法蘭的選擇法蘭連接的主要優(yōu)點是密封可靠，強度足夠及應(yīng)用廣泛。缺點是不能快速拆卸，制造成本較高。壓力容器的法蘭分平焊法蘭和對焊法蘭。法蘭設(shè)計的優(yōu)化原則是：法蘭設(shè)計應(yīng)使各項應(yīng)力分別接近許用應(yīng)力值，即結(jié)構(gòu)材料在各個方向的強度都得到充分的發(fā)揮。4 液面計的選擇液面計是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型大體上可以分為四類：有玻璃板液面計，玻璃管液面計，浮子液面計和浮標液面計。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計有透光式和反射式兩種結(jié)構(gòu)，其適用溫度在0250攝氏度。玻璃管液面計適用于工作壓力小于1.6MPa，介質(zhì)溫度在0250攝氏度情況下。玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料沒有結(jié)晶等堵塞固體的場合。板式5液面計承壓能力強但比較笨重，成本較高。5 鞍式支座的選擇鞍式支座是應(yīng)用較為廣泛的一種臥式支座。從應(yīng)力分析來看，理論上支座數(shù)目越多越好。但實際上，臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計成雙支座，這是因為當支點過多時，各支撐平面的影響均會影響支座反力的分布，因而采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越性反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利影響。在此選擇輕型的鞍式雙支座，一個S型，一個F型。四 設(shè)計計算內(nèi)容（一）設(shè)計溫度和設(shè)計壓力的確定 設(shè)計溫度的確定根據(jù)液氨儲罐工作溫度為-2048所以選擇設(shè)計溫度t=50 設(shè)計壓力的確定1】 根據(jù)甲醇儲罐的工作壓力，確定設(shè)計壓力P 根據(jù)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，當容器上裝有安全閥時，考慮到安全閥開啟動作的滯后，容器不能及時泄壓，設(shè)計壓力不 得低于安全閥的開啟壓力。 所以，P=1.1=1.10.8=0.88MPa 2】計算壓力的確定根據(jù)工作壓力確定計算壓力，由于液柱靜壓力小于5%的設(shè)計壓力，所以，則對公稱壓力為1.0MPa3】確定計算溫度下的許用應(yīng)力對于16MnR的低合金鋼板，在t=50的設(shè)計溫度下，4】確定焊接接頭系數(shù)取值根據(jù)接頭形式及無損檢測的長度比例來確定，采用雙面對接接頭形式，相當于雙面對接接頭的全焊透對接頭進行100%無損檢測。取(二) 所需參數(shù)的確定2.1 筒體長度及公稱直徑的確定 根據(jù) 已知，裝量系數(shù)，則設(shè)備的體積V=16.67再根據(jù),解得 又規(guī)定 假設(shè)公稱直徑 L=5307mm，則假設(shè)公稱直徑 L=6552mm，則假設(shè)公稱直徑 L=5880mm，則 所以取DN=1800mm L=6552mm2.2 計算筒體和封頭的厚度甲醇儲罐選用16MnR制作罐體和封頭 2.2.1 計算厚度1】確定厚度附加量 根據(jù)鋼板的厚度查設(shè)計手冊，厚度負偏差當介質(zhì)為壓縮空氣，水蒸氣或水的碳素鋼或低合金鋼制容器，腐蝕余量不小于1mm，所以取筒體：封頭：2.2.2 設(shè)計厚度（加入腐蝕裕量）筒體：封頭：2.2.3 有效厚度筒體：+圓整=8mm封頭：+圓整=8mm2.2.4 名義厚度（設(shè)計厚度+鋼板厚度負偏差）筒體：+圓整=8+0.5+2+圓整=12mm封頭：+圓整=8+0.5+2+圓整=12mm根據(jù)鋼板的常用規(guī)格，取筒和封頭的名義厚度均為（三）封頭的設(shè)計 標準橢圓形封頭是中低壓容器中經(jīng)常采用的封頭形式,其最新的標準為JB/T4746-2002.該標準規(guī)定以內(nèi)徑為公稱直徑的標準橢圓形封頭(代號EHA)的直邊高度只與公稱直徑有關(guān)DN2000mm時,直邊高度為25mm；DN2000mm時,直邊高度為40mm。由于所設(shè)計的筒體公稱直徑DN=1800mm2000mm，所以直邊高度為25mm，又根據(jù)EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積及容積查得：DN=1800mm時，總深度H=475mm，內(nèi)表面積A=3.6535，容積V=0.8270所以，封頭設(shè)計為EHA180012-16MnR JB/T4746-2002示意圖如下：（四）支座的設(shè)計確定容器支座有鞍式支座，腿式支座，支承式支座，耳式支座和裙式支座,本次設(shè)計為臥式容器，所以采用鞍式支座。鞍式支座分為輕型(代號為A)和重型(代號為B)，輕型適用公稱直徑DN 10002000mm，所以選用輕型鞍座就可滿足要求，鞍座與基礎(chǔ)的安裝形式有固定式（代號F）和滑動式（代號S）兩種，一般為滿足容器的熱脹冷縮的位移要求，固定式和滑動式應(yīng)配對使用。故設(shè)計中選用輕型鞍座，采用固定式和滑動式。根據(jù)JBT4712.14712.42007容器支座 查表2公稱直徑允許載荷鞍座高度螺栓間距鞍座質(zhì)量 底板腹板 筋板 墊片18002752501120162弧長2802201210295190260821004301080筒體的質(zhì)量：DN=1800mm L=6552mm 封頭的質(zhì)量查得甲醇的質(zhì)量附件質(zhì)量=0.2總體質(zhì)量=0.2604.4=120.9kg故 儲罐總質(zhì)量=總負荷F=mg/2=71.7KN查表得時，允許載荷；而此設(shè)計儲罐每個支座所需承受載荷為，符合條件，于是選取支座： JB/T4712.1-2007，支座A1800-F JB/T4712.1-2007，支座A1800-S根據(jù)表可知符合要求（五）人孔的設(shè)置5.1 人孔位置和尺寸的設(shè)置人孔即檢查孔。壓力容器開設(shè)檢查孔目的是為了檢查壓力容器在使用過程中是否產(chǎn)生裂紋，變形，腐蝕等缺陷以及裝拆設(shè)備的內(nèi)部零部件，一般設(shè)備的公稱直徑在900mm以下時可根據(jù)需要設(shè)置適當數(shù)量的手孔，超過900mm時應(yīng)開設(shè)人孔。人孔有圓形和長圓兩種。人孔大小的設(shè)置原則是方便人的進出，因此，圓形人孔的公稱直徑規(guī)定為400600mm，所以本次設(shè)計選擇人孔公稱直徑為450 mm。人孔位置的確定：取L=500mm 根據(jù)儲罐的設(shè)計溫度，最高工作壓力，材質(zhì)，介質(zhì)及使用要求的等條件，選用公稱壓力PN=1.0MPa，水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔（HG2152495），人孔公稱直徑選定為DN=450mm，采用榫槽面和密封面和石棉橡膠板墊片，人孔各零件名稱，材質(zhì)及尺寸如下表根據(jù) 鋼制人孔和手孔HG/T21514215132005公稱直徑d螺栓個數(shù)螺母個數(shù)螺柱總質(zhì)量45048012456670600250126424446375175250242040M332170246人孔開孔補強人孔開孔補強采用補強圈結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為16MnR根據(jù)JB/T47362002確定補強圈的內(nèi)經(jīng)外徑補強圈厚度為20mm（六）各物料進出管位置的確定及其標準的選擇開孔液相進口管DN80，液相出口管DN80，放空口DN50，排污管DN50，壓力表接口DN50，溫度計接口DN40。6.1 兩相鄰開孔中心的間距兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍，其他管口如液相出口管，壓力表接口，放氣管，排污管，壓力表接口，溫度計接口，液位計接口等管間的間距均由下述來設(shè)計并計算： 上部：從罐的右側(cè)至左側(cè)依次設(shè)置：人孔，液相進口管，壓力表接口，放空口，溫度計接口。壓力表接口中心線與人孔中心線間距: 取液相進口中心線與壓力表接口中心線間距： 取液相出口中心線與排污管接口中心線的間距: 取放氣管中心線與液相進口出口中心線的間距:取溫度計接口中心線與放氣管中心線的間距:取兩液位計之間的間距液位計接口中心線到筒體中心線的距離下部：罐左側(cè)設(shè)置液相出口，右側(cè)設(shè)置排污管：排污管和液氨出口管中心線與焊縫間距分別為：250mm。封頭的左側(cè)放兩個液位計接口。 6.2 法蘭的確定 6.2. 1】液相進出口的管法蘭已知管的公稱直徑DN=80mm 連接尺寸標準HG20592 連接面形式RF,根據(jù)標準HG2059220635法蘭 查表41所示公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑螺栓孔中心圓直徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)量螺紋法蘭厚度法蘭高度法蘭理論重量法蘭頸N法蘭頸厚度法蘭頸高度法蘭頸R8089200160188M1620504.22kg1103.2106所以液相進出口管的管法蘭標記 為 HG20592 法蘭 WN 80-10 RF 4.5 16M6.2.2排污管，放氣管的管法蘭 已知管的公稱直徑DN=50，標準HG20615 連接面形式為突面RF 根據(jù)標準HG20615 ,查表7.01-1 DN600mm時的法蘭連接尺寸 公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑螺栓孔中心圓直徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)量螺紋法蘭厚度法蘭高度法蘭理論重量法蘭頸N法蘭內(nèi)徑5060.3150120.5184M1619.5642.72kg7852放氣管，排污管的管法蘭標記為HG20615 法蘭 WN 50-2.0 RF 16Mn6.2.3】溫度計接口的管法蘭已知管的公稱直徑DN=40 標準HG20615 突面 根據(jù)HG20615 查表7.01-1 DN600mm時的法蘭連接尺寸公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑螺栓孔中心圓直徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)量螺紋法蘭厚度法蘭高度法蘭理論重量法蘭頸N法蘭內(nèi)徑4048.313098.5164M1417.5621.81kg65416.2.4】液位計接口處的法蘭 根據(jù)HG20592 查表4-1所示公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑螺栓孔中心圓直徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)量螺紋法蘭厚度法蘭高度法蘭理論重量法蘭頸N法蘭頸厚度法蘭頸高度法蘭頸R4045150110184M1618452.37kg642.675所以液位計處的法蘭標記為 HG20592 法蘭 WN 40 RF 16M6.2.5】筒體與封頭的連接尺寸 根據(jù)JBT470047032000壓力容器法蘭查表1 當PN=1.0Mpa DN=1800mm 法蘭的尺寸如圖所示 D螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量最小厚度197019151876185618538015040211818261230M275614 法蘭的質(zhì)量 根據(jù)JBT470047032000壓力容器法蘭查表2PN=1.0MPa DN=1800mm可知：法蘭質(zhì)量突面338kg 襯環(huán)質(zhì)量凸環(huán)17.5kg（七）接管的尺寸7.1】 接管的長度：容器接管一般采用無縫鋼管，采用對焊法蘭的接管，在確定接管長度l時，還應(yīng)保證接管上的焊縫與焊縫之間的距離不小于50mm。根據(jù)標準六合一，查表5-1根據(jù)保溫層厚度與接管公稱直徑DN=80，最小接管長度l=150mm.7.2】 接管的高度： 液相進出口管的高度液位計管的高度排污管，放氣管的高度溫度計接管的高度(八)容器的壓力實驗 所謂壓力試驗，就是用液體或氣體作為工作介質(zhì)，在容器內(nèi)施加比它的設(shè)計壓力還要高的試驗壓力，以檢查容器在試驗壓力下是否有滲漏、明顯的塑性變形以及其他缺陷。壓力試驗分為液壓試驗和氣壓試驗兩種，一般采用液壓試驗，而且普遍采用水為液壓試驗介質(zhì)，故本次設(shè)計采用水壓試驗。根據(jù)GB150標準的規(guī)定，液壓試驗時 取設(shè)計實驗溫度為，查表有所以 而圓筒的應(yīng)力 所以 查表得到 所以，厚度校核合格。(九)容器應(yīng)力的校核計算1計算容器質(zhì)量 筒體的質(zhì)量：DN=1800mm L=6552mm 封頭的質(zhì)量查得 容器的自重1.2 充液質(zhì)量 充水時： 甲醇的質(zhì)量： G=106659.8=104517N2建立力學(xué)模型計算圓筒中的彎距2.1 鞍座位置的確定鞍座位置的選擇一方面要考慮到利用封頭的加強效應(yīng)，另一方面又要考慮到不使殼體中因荷重引起的彎曲應(yīng)力過大。由此，鞍座的位置按，并盡量使的條件來確定，其中a為鞍座中心線至圓筒端部的距離，L為圓筒長度（兩封頭切線間距離），為筒體內(nèi)半徑。取q2.2 力學(xué)模型LBAaa2.3 圓筒最大彎矩的計算將由上述計算所得的質(zhì)量產(chǎn)生的重力簡化為沿容器軸線作用的均布載荷，計算跨中截面處的彎矩M。取而支座位置分析受力圖可知 由于兩支座距罐兩端距離相等，兩支座A,B受力相同，均為罐重力的一半，且在罐中心截面上彎矩最大。液壓實驗時：正常操作時：3計算圓筒跨中截面最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力，進行應(yīng)力校核 最大拉應(yīng)力由介質(zhì)壓力及彎矩M引起，位于該截面的最低點即 其強度條件為 條件符合。 最大壓應(yīng)力位于該截面的最高點，并且在盛滿物料而升壓時壓應(yīng)力有最大值，故有最大壓應(yīng)力為： 其強度條件為 條件符合。 穩(wěn)定性條件為：，式中為穩(wěn)定許用壓縮應(yīng)力。 由以上計算可知此穩(wěn)定性條件符合。（十）液位計的設(shè)計1 液位計型式有很多種，本次設(shè)計采用磁性液位計。 2 根據(jù)罐內(nèi)工作壓力選取壓力等級為1.0 MPa。3 選普通型，外加保溫層的液位計。4中心距L的選擇： 液位： 液位計位置在處： 取的液位計5材質(zhì)選擇：16MnR。6采用規(guī)格為DN40的接管 外伸500，內(nèi)伸0。7采用帶對焊法蘭，法蘭規(guī)格為DN40，密封面型式采用突面。（十一）焊接接頭設(shè)計 容器各受壓元件的組裝通常采用焊接。焊接接頭是焊縫,熔合線和熱影響區(qū)的總稱，焊縫是焊接接頭的主要部分。焊接接頭的型式直接影響到焊接的質(zhì)量與容器的安全。焊接接頭的型式及焊接材料應(yīng)在化工設(shè)備的裝配圖及零部件圖中以適當?shù)姆绞奖硎境鰜怼?) 回轉(zhuǎn)殼體的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計回轉(zhuǎn)殼體的拼接接頭必須采用對接接頭，殼體上的所有縱向及環(huán)向接頭，凸形接頭上的拼接接頭，即A，B類接頭，是容器要求最高的焊縫，對容器的安全至關(guān)重要，必須采用對接焊，不允許采用搭接焊.對接焊易