化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)

1、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)院：材料工程學(xué)院 專業(yè)：林產(chǎn)化工 組別：第四組 組員：王玲燕、蔡云鵬、左亞銀、張雄、向孝、努爾艾則孜 指導(dǎo)教師：王應(yīng)彪 液氨儲罐容器設(shè)計(jì)書明書目錄序號說明4前言5第一章 概述61.1、設(shè)計(jì)條件61.1.1、設(shè)備類型：61.1.2、原始參數(shù)：61.1.3、本儲罐技術(shù)要求61.2、設(shè)計(jì)依據(jù)61.2.1、液氨儲罐的使用環(huán)境：61.2.2、理論依據(jù)：61.3、設(shè)備結(jié)構(gòu)形式概述6第二章罐體設(shè)計(jì)82.1、罐體結(jié)構(gòu)82.2、焊接方式82.3、選擇液氨儲罐材料82.3.1、儲罐操作條件82.3.2、材料選擇82.4、罐體壁厚設(shè)計(jì)82.4.1、 罐體壁厚計(jì)算82.4.2、校

2、核罐體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度：9第三章封頭設(shè)計(jì)103.1、封頭結(jié)構(gòu)103.2、計(jì)算封頭厚度：103.3、校核封頭水壓試驗(yàn)強(qiáng)度：10第四章 人孔設(shè)計(jì)124.1、人孔的選擇124.2、人孔的開孔位置124.3、人孔圖表12第五章 鞍座設(shè)計(jì)155.1、鞍座負(fù)荷計(jì)算155.1.1、罐體質(zhì)量155.1.2、封頭質(zhì)量155.1.3、液氨質(zhì)量155.1.4、附件質(zhì)量15第六章 接管設(shè)計(jì)176.1、液氨進(jìn)料管176.2、液氨出料管176.3、排污管176.4、安全閥接口管176.5、壓力表接口管176.6、液面計(jì)接管176.7、放空管接管17第七章 液氨儲罐總裝配圖19參考文獻(xiàn)20總結(jié)語21序號說明 - 圓筒或封頭內(nèi)徑

3、，； - 計(jì)算壓力， ；P - 設(shè)計(jì)壓力， ； PT - 液壓試驗(yàn)壓力， ；-圓筒或封頭的最大允許工作壓力，； - 圓筒或封頭的計(jì)算厚度，；d - 圓筒或封頭的設(shè)計(jì)厚度，；n - 圓筒或封頭的名義厚度，；e - 圓筒或封頭的有效厚度，；t - 圓筒材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，；T- 圓筒壁在試驗(yàn)壓力下的計(jì)算應(yīng)力，;S- 圓筒材料的屈服點(diǎn)； - - 圓筒或球殼材料在設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力，； - 焊接接頭系數(shù)；C1 - 鋼板厚度的負(fù)偏差，；C2 - 腐蝕裕量，；C - 厚度附加量，；L儲罐總長度，mm； 前言壓力容器是一種密閉的承壓容器，其應(yīng)用廣泛，用量大，但又比較容易發(fā)生事故，且事故往往是嚴(yán)重的

4、。與任何工程設(shè)計(jì)一樣，壓力容器的設(shè)計(jì)目標(biāo)也是對新的或改進(jìn)的工程系統(tǒng)和裝置進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，以滿足人們的愿望與需求。具體來說壓力容器的設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的特定要求，遵循設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工作的基本規(guī)范，以及材料控制、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)、制造工藝、檢驗(yàn)及質(zhì)量管理等方面的規(guī)則。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)以液氨儲罐，它是臥式容器。液氨儲罐是合成氨工業(yè)中必不可少的儲存容器。本設(shè)計(jì)過程的內(nèi)容包括容器的材質(zhì)的選取、容器筒體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，封頭的設(shè)計(jì)、筒體壁厚的設(shè)計(jì)、封頭壁厚設(shè)計(jì)、確定支座、人孔及接管以及其它接管的設(shè)計(jì)與選取。壓力容器是一種能夠承受壓力載荷的密閉容器。主要用于傳熱、傳質(zhì)等工藝過程，以及貯存、運(yùn)輸有壓力的氣體或液化氣體。本設(shè)

5、計(jì)是根據(jù)液氨存在條件的要求以及使用地點(diǎn)、地理環(huán)境、技術(shù)要求等來完成一個(gè)液氨儲罐容器。采用臥式圓筒形儲罐，保持介質(zhì)壓力穩(wěn)定，生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行。從安全管理的角度來看，液氨對大多數(shù)材料尚無腐蝕作用。冷凝時(shí)，加壓至0.91.4MPa。所以選材時(shí)優(yōu)先采用低合金鋼，如使用16MnR、15MnVR等第一章 概述1.1、設(shè)計(jì)條件1.1.1、設(shè)備類型：液氨儲罐容器；1.1.2、原始參數(shù)：貯罐內(nèi)徑Di=2800mm 長度L=4600mm 使用地點(diǎn)：昆明。本貯罐在夏季最高溫度可達(dá)40，這時(shí)氨的飽和蒸汽壓力本貯罐技術(shù)要求1.1.3、本儲罐技術(shù)要求本設(shè)備按GB150-1998鋼制壓力容器進(jìn)行制造，試驗(yàn)和驗(yàn)收焊接材料，對接焊

6、接接頭型實(shí)際尺寸可按GB985-80中規(guī)定（設(shè)計(jì)焊接接頭系數(shù)=1.0）焊接采用電弧焊，焊條型號為E4303殼體焊縫應(yīng)進(jìn)行無損探傷檢查，探傷長度為100設(shè)備制造完畢后，以2MPa表壓進(jìn)行水壓試驗(yàn)1.2、設(shè)計(jì)依據(jù) 1.2.1、液氨儲罐的使用環(huán)境：所在地昆明。最高溫度可達(dá)40，這時(shí)液氨的飽和蒸汽壓為1.525MPa（絕對壓強(qiáng)）。1.2.2、理論依據(jù)：壓力容器的安全監(jiān)查；根據(jù)薄膜理論進(jìn)行應(yīng)力分析，確定薄膜應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力；根據(jù)彈性失效的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，應(yīng)用強(qiáng)度理論確定應(yīng)力的強(qiáng)度判據(jù)；對于封頭，考慮到薄膜應(yīng)力的變化和邊緣應(yīng)力的影響，按殼體中的應(yīng)力狀況在公是中引進(jìn)增強(qiáng)系數(shù)；根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度判據(jù)，考慮腐蝕等實(shí)際因素

7、，導(dǎo)出具體的計(jì)算公式。1.3、設(shè)備結(jié)構(gòu)形式概述本設(shè)備為液氨儲罐，其結(jié)構(gòu)包括罐體、封頭、人孔、接管、法蘭等部分組成，其結(jié)構(gòu)為臥式圓柱型罐體，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，有一個(gè)人孔、兩個(gè)鞍座及各種形式的接管及法蘭組成。第二章 罐體設(shè)計(jì)2.1、罐體結(jié)構(gòu)臥式圓筒形（在大氣環(huán)境溫度下，溫度最高可達(dá)40，儲存經(jīng)過加壓的氣體如空氣，氧氣，氮?dú)?，氨氣等），由于臥式罐體在運(yùn)輸中比較方便所以通常采用臥式儲罐。2.2、焊接方式雙面焊的對接接頭，100%無損檢測，根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P96表48。 2.3、選擇液氨儲罐材料2.3.1、儲罐操作條件根據(jù)冷取水的溫度，氨水冷凝時(shí)一般需要加壓至0.91.4MPa，由于液氨儲罐大都露天放

8、置，因而罐內(nèi)液氨的溫度和壓力直接受到大氣溫度的影響。夏季儲罐經(jīng)太陽暴曬，溫度可達(dá)40攝氏度甚至更高，這時(shí)氨的飽和蒸氣壓為1.485MPa（表壓）左右，因此，儲罐的操作溫度和壓力又是波動的。根據(jù)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程關(guān)于固定式液化氣體壓力容器設(shè)計(jì)壓力的規(guī)定，液氨儲罐的設(shè)計(jì)壓力按50攝氏度是液氨的飽和蒸汽壓確定。液氨50攝氏度時(shí)的蒸氣壓為1.973MPa(表壓)，規(guī)定設(shè)計(jì)壓力為2.16MPa。2.3.2、材料選擇液氨腐蝕性較小卻為中壓-低溫范疇的容器，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，建議選用20R類的低碳鋼板，16MnR鋼板的價(jià)格雖

9、然比20R貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的設(shè)計(jì)，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體材料。參考化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P49。2.4、罐體壁厚設(shè)計(jì)2.4.1、 罐體壁厚計(jì)算壁厚計(jì)算公式（根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)式45 ）： （2-1）本儲罐的夏季最高溫度（按40考慮）時(shí)氨的飽和蒸汽壓為1.525MPa（絕對壓力），儲罐容器上需要安裝安全閥，故取=1.6775MPa（壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定液氨儲罐設(shè)計(jì)溫度為40，設(shè)計(jì)壓力為=1.1pMPa），=2800mm；=170MPa；=345MPa（附表9）；（雙面焊接對接接頭，100%無損檢測，表48）。取=2mm，于是 =1.

10、67752800/21701-1.6775=13.9mm d=+C2 =13.9 + 2=15.9mm根據(jù)d=15.9mm，由表4-9查得，則 n =d + C1 +圓整值=15.9 + 0.25 +圓整值=17mm確定選用n =17mm厚的16MnR鋼板制作罐體。2.4.2、 校核罐體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度： 公式 (2-2)其中 Pt=1.25P =1.251.6775=2.1 MPa e =n - C =17-0.25-2=14.75mm =345MPa（附表9）則 =2(2800+14.75)/214.75=190.83 MPa 而 MPa 因?yàn)?，所以水壓試?yàn)強(qiáng)度足夠。第三章 封頭設(shè)計(jì)3.1、封

11、頭結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。封頭具幾何形狀的不同，可分為球形、橢球形、蝶形、球冠形、錐形、平蓋等幾種。其中球形、橢球形、蝶形、球冠形封頭又統(tǒng)稱為凸形封頭。從受力與制造方面來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點(diǎn)是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多，容易沖壓成型，是目前低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。平板封頭因直徑和壁厚都較大，加工和焊接方面都會遇到不少困難。從鋼材耗用量來看，球形封頭用材最少，比橢圓形封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、用材和制造等方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。3.2、計(jì)算封頭厚度：厚度計(jì)算（根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版式421）： （3-1）=

12、1.6775MPa ；=2800mm；=170MPa；=345MPa（附表9）；于是 ： =1.67752800/(21701-0.51.6775)=13.85mmd=+C2 =13.85 + 2=15.85mm根據(jù)d=15.85mm，由表4-9查得，則 n =d + C1 +圓整值=15.85 + 0.25 +圓整值=17mm確定選用n =17mm厚的16MnR鋼板制作罐體。3.3、 校核封頭水壓試驗(yàn)強(qiáng)度： 公式 (2-2)其中 Pt=1.25P =1.251.6775=2.1 MPa e =n - C =17-0.25-2=14.75mm =345MPa（附表9）則 =2(2800+14.

13、75)/214.75=190.83 MPa 而 MPa 因?yàn)?，所以水壓試?yàn)強(qiáng)度足夠。 第四章 人孔設(shè)計(jì)4.1、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)建。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成，人孔的類型很多此處主要選用水平吊蓋人孔（為了便于移動沉重的人孔蓋，常做成回轉(zhuǎn)蓋式或吊蓋形式）對焊法蘭人孔（操作壓力在2.5MPa以上時(shí)）人孔直徑。根據(jù)碳鋼，低合金鋼，人孔，手孔標(biāo)準(zhǔn)系列，由水平吊蓋人孔，公稱壓力2.5MPa,，公稱直徑而采用：密封面形式：榫槽面（TG），標(biāo)準(zhǔn)號：HG2152495(帶頸對焊法蘭式)，該水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔標(biāo)記為：人孔 TG (AG) 45

14、02.5 HG21524954.2、人孔的開孔位置頂部，臥式儲罐開孔在頂部便于制造和檢修用的梯子便于安放，另外還便于檢查，清理，取出內(nèi)件和進(jìn)出設(shè)備。4.3、人孔圖表人孔結(jié)構(gòu)圖，人孔各零件名稱、材質(zhì)及尺寸如下： 圖4-1圖4-2人孔PN2.5 DN450 明細(xì)表表4-1件號標(biāo)準(zhǔn)號名稱數(shù)量材料尺寸/mm1筒節(jié)1Q235-A=48012，=3202HGJ 46-48-91法蘭120(鍛件)3HGJ 69-91墊片1石棉橡膠板=3(代號AG)4HGJ 61-63-91法蘭蓋1Q235-A=39，=445HGJ 75-91螺柱2035M3021606HGJ 75-91螺母4025M337把手1Q235-

15、AF8轉(zhuǎn)臂1Q235-AF=369GB 95-85墊圈201100HV10GB 41-88螺母M2024級11吊鉤1Q235-AF12環(huán)1Q235-AF13無縫鋼管12014支承板116MnR15GB91-86銷2低碳鋼 第五章 鞍座設(shè)計(jì)5.1、鞍座負(fù)荷計(jì)算儲罐總質(zhì)量 式中 5.1.1、罐體質(zhì)量DN=2800mm，（化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊第一冊），（由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版P190數(shù)據(jù)推算得出），所以 5.1.2、封頭質(zhì)量DN=2800mm, 5.1.3、液氨質(zhì)量 其中，裝量系數(shù)取0.9(壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定：介質(zhì)為液化氣體的固定式壓力容器，裝量系數(shù)一般取0.9)。貯罐容積(化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊

16、第一冊，化學(xué)工業(yè)出版社，331頁，328頁) 液氨在20時(shí)的密度為665kg/，則 5.1.4、附件質(zhì)量人孔質(zhì)量約200kg，其他接管等質(zhì)量總和按300kg計(jì)。于是，=500kg。儲罐總質(zhì)量 沒過鞍座只承受114kN負(fù)荷，根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第六版附表16，可以選用輕型帶墊板，包角為120的鞍座，即 JB/T 4712-92 鞍座 A2600-F JB/T 4712-92 鞍座 A2600-S第六章 接管設(shè)計(jì)6.1、液氨進(jìn)料管采用無縫鋼管YB231-70 884mm ,管的一端伸入罐切成45,管長400 mm。配用凸面式平焊管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg806.2、液氨出料管采用可拆

17、的壓出管884mm,伸入到罐內(nèi)離罐底約100 mm,外套無縫鋼管1006mm(管壁加厚，具有補(bǔ)強(qiáng)作用),都配用凸面板式平焊管法蘭（HG 5010-58 Pg16Dg80），凸面管法蘭蓋（GB9123.9-88）和石棉橡膠墊片（GB9126.2-88）。6.3、排污管在罐的右端最底部設(shè)個(gè)排污管，規(guī)格是702.5mm，管端焊有與截止閥相配的管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg65。排污管與罐體連接處焊有一厚度為10mm的補(bǔ)強(qiáng)圈.6.4、安全閥接口管安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用884mm的無縫鋼管, 管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg806.5、壓力表接口管壓力表接口管由

18、最大工作壓力決定, 因此選用采用702.5mm無縫鋼管,管法蘭采用HG 5010-58 Pg16Dg65。各接管外伸高度都是150mm。6.6、液面計(jì)接管 本儲罐采用玻璃管防霜液面計(jì)“AI 2.5126050 HG/T 2155093”兩支。其標(biāo)志符號意義如下：第1項(xiàng)用AI表示防霜液面計(jì)類型；第2項(xiàng)2.5表示液面計(jì)公稱壓力等級，MPa；第3項(xiàng)1260表示液面計(jì)的公稱長度，mm；第4項(xiàng)50表示防霜翅片高度，mm；第5項(xiàng)HG/T2155093表示該液面計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)圖號。6.7、放空管接管采用32mm3.5mm，無縫鋼管，管法蘭為“HG 20592 法蘭 PL252.5 RF 16Mn”。 第七章 液氨

19、儲罐總裝配圖 （略，見附圖）總圖材料明細(xì)表表7-1序號圖號或標(biāo)準(zhǔn)號部件名及規(guī)格件數(shù)材料單件總計(jì)備注重量（Kg）1封頭216MR通用件2HG/T21518-2005人孔45012116MR3JB/T4736-2002補(bǔ)強(qiáng)圈DN50028116MR通用件4GB/T8163-1999接管88432069913985HG20592法蘭MFM22029586HG20592法蘭MFM1201.052.17HG20592法蘭MFM1200.62.48HG5010-58壓力表接頭M702.512042.39筒體DN2800116MR10GB/T8163-1999接管2533203.1115.611HG20592法蘭MFM3201.53.012HG/T21550-93礠式液面計(jì)1組合件2.24.413GB/T5782-2000雙頭螺柱M1677168.8級5.0310.0614GB/T6170-2000螺母M16328級5010015石墨復(fù)合墊1組合件418216GB/T4712-92支座S1Q235-A17GB/T8163-1999接管573.56200.134.1618HG