氧氣緩沖罐設計

1、合肥學院化學與材料工程系目 錄1 概述12 工藝說明22.1 工藝簡介22.2 工作溫度22.3 物料特性22.4 工作壓力32.5 尺寸參數(shù)32.6 其它說明33 機械設計33.1 材料選擇33.2 結構設計33.3 設計計算43.3.1 設計參數(shù)43.3.2 筒體壁厚的計算43.3.3 封頭厚度的計算43.3.4 水壓試驗54 主要零部件選型64.1 法蘭的選型64.2 人孔的選型64.3 容器支座的選型74.4 其他零部件的選型84.4.1 進出面口接管的選擇84.4.2 液計的選型85 氧氣緩沖罐設計圖96 總結101 概述化工設備機械基礎是化工工藝類專業(yè)一門綜合性的機械類技術基礎課，

2、本課程是以掌握中、低壓壓力容器的設計為目的，以一系列技術法規(guī)、設計規(guī)定、材料和零部件標準為依托，講解材料、機械、結構方面的基礎知識。其任務是使學生掌握相關的基本理論、基本知識以及設計的基本方法，為從事化工設備機械的設計、使用、管理和維護打下基礎。完成一項相關設計是課程學習的主要目的，也是化工工藝類學生十分重要的教學環(huán)節(jié)之一。目的是為了使學生進一步加深并綜合運用課本基本理論，訓練和掌握典型化工設備機械設計的基本技能?！盎ぴO備機械基礎課程設計”包括設計計算和機械制圖。通過將“化工設備機械基礎”與“化工原理課程設計”有機地結合起來，形成了“化工單元過程及設備設計”綜合實踐教學體系，提高學生查閱資料

3、、理論計算、工程制圖、數(shù)據(jù)處理、化工設備設計說明書寫作等方面的能力。學生在完成化工工藝設計的基礎上，進行典型設備的機械設計，牢固掌握理論知識，參考各類標準，根據(jù)老師的指導意見規(guī)范完成作品。本設計的主要內(nèi)容：參照化工設備機械基礎的化工容器設計，本設備按GB150-1998鋼制壓力容器，TSG R0004-2009固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程等標準法規(guī)進行設計、計算、校核。設計參數(shù)、接管方位和幾何尺寸按工藝條件確定。焊接按JB/T4709-2009壓力容器焊接規(guī)程。綜合考慮各種因素，變壓吸附氧氣罐的結構設計選擇適用合理、經(jīng)濟的結構形式，同時滿足制造、檢修、裝配、等要求；而強度計算的內(nèi)容包括氧氣緩

4、沖罐的材料，確定主要結構尺寸，滿足強度、剛度和穩(wěn)定性等要求，根據(jù)設計壓力確定壁厚，使氧氣緩沖罐有足夠的腐蝕裕度，該設計分析包括內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強度設計、容器零部件的設計，包括法蘭連接、容器支座、人孔的設計。最終確定緩沖罐的標準。從而使設計結果達到最優(yōu)化組合。2 工藝說明2.1 工藝簡介變壓吸附是利用氣體在不同的壓力下在吸附劑上的吸附能力不同，對空氣中各種氣體進行分離的一種非低溫空氣分離技術?？諝庵械闹饕M份是氮和氧，因此可選擇對氮和氧具有不同吸附選擇性的吸附劑，設計適當?shù)墓に囘^程，使氮和氧分離制得氧氣。當緩沖罐用于系統(tǒng)中時，由于系統(tǒng)壓力比預充氣體的壓力，所以會有一部分工作介質(zhì)進入罐體內(nèi)，直

5、到達到新的平衡，當系統(tǒng)壓力再度升高，系統(tǒng)壓力再次大于預充氣體的壓力，又會有一部分介質(zhì)進入罐體內(nèi)，氣體被壓縮壓力升高，當升高到跟系統(tǒng)壓力一致時，介質(zhì)停止進入，反之，當系統(tǒng)壓力下降，系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)壓力低于罐體間的氣體壓力，管內(nèi)的水會被氣體擠出補充到系統(tǒng)內(nèi)，使系統(tǒng)壓力升高，直到系統(tǒng)工作介質(zhì)跟罐體間的氣體壓力相等，維持動態(tài)的平衡。壓縮機吸附塔O2緩沖罐過濾器2.2 工作溫度給定溫度50。2.3 物料特性介質(zhì)為氧氣, 無色無味,無毒無爆炸危害氣體，在標準狀況下，氧氣的密度是1.429g/L，比空氣略大（空氣的密度是1.293g/L）。它不易溶于水，1L升水中只能溶解約30mL氧氣。2.4 工作壓力正常情況為

6、1.2Mpa。2.5 尺寸參數(shù)最高使用溫度：T=50公稱直徑：DN=3000mm筒體長度：L=4500mm2.6 其它說明緩沖罐主要用于各種系統(tǒng)中緩沖系統(tǒng)的壓力波動，使系統(tǒng)工作更平穩(wěn)，其原理是通過壓縮罐內(nèi)壓縮空氣來實現(xiàn)，被廣泛應用于供水設備和中央空調(diào)系統(tǒng)等，結構有隔膜式緩沖罐和氣囊式兩種，緩沖罐被廣泛應用于中央空調(diào)、鍋爐、熱水器、變頻、恒壓供水設備中，其緩沖系統(tǒng)壓力波動，消除水錘起到穩(wěn)壓卸荷的作用，在系統(tǒng)內(nèi)水壓輕微變化時，緩沖罐氣囊的自動膨脹收縮會對水壓的變化有一定緩沖作用，能保證系統(tǒng)的水壓穩(wěn)定，水泵不會因壓力的改變而頻繁的開啟。（這段我真不知道怎么表達。望你作出滿意的修改）3 機械設計3.1

7、 材料選擇本設計采用16MnR鋼板制作罐體、封頭，選用帶加強板的角鋼作支腿。3.2 結構設計筒體結構設計為圓筒形。因為作為容器主體的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，這類容器應用最廣。封頭的結構設計為橢圓形封頭。3.3 設計計算3.3.1 設計參數(shù)表3.3.1 設計參數(shù)設計要求參數(shù)設計壓力1.2Mpa設計溫度50 儲存物料氧氣3.3.2 筒體壁厚的計算查壓力容器材料使用手冊-碳鋼及合金鋼得16MnR的密度為7.85t/m3，熔點為1430，許用應力列于下表：表3.1 16MnR許用應力鋼號板厚/在下列溫度（）下的許用應力/ Mpa2010015020025030016MnR

8、61617017017017015614416361631631631591471343660157157157150138125>60100153153150141128116圓筒的計算壓力為1.2 Mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭都采用雙面焊或相當于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)為1.00,全部無損探傷。取許用應力為163 Mpa。壁厚：鋼板厚度負偏差,查材料腐蝕手冊得50下氧氣對鋼板的腐蝕速率小于0.05/年，所以雙面腐蝕取腐蝕裕量。所以設計厚度為：圓整后取名義厚度15。3.3.3 封頭厚度的計算標準橢圓形封頭a:b=2:1 封頭計算公式 ： （3.2）則m

9、m 故圓整后取 確定選用厚的16MnR鋼板制作封頭。3.3.4 水壓試驗水壓試驗，液體的溫度不得低于5；試驗方法：試驗時容器頂部應設排氣口，充液時應將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗過程中，應保持容器外表面的干燥。試驗時壓力應緩慢上升，達到規(guī)定試驗壓力后，保壓時間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80%，并保持足夠長的時間以便對所有焊接接頭和連接部位進行檢查。如有滲漏，修補后重新試驗。水壓試驗時的壓力水壓試驗的應力校核：水壓試驗時的應力水壓試驗時的許用應力為 故筒體滿足水壓試驗時的強度要求。4 主要零部件選型4.1 法蘭的選型根據(jù)本設計使用的介質(zhì)，設計壓力，設計溫度，公稱直徑確定，法蘭的

10、結構形式為襯環(huán)榫密封面乙型平焊法蘭中的榫面法蘭法蘭CT 30001.6 JB/T 47022000采用Q345R板材應按公稱壓力為1.6MPa來查取它的尺寸，由于操作壓力不高，由表141，采用榫面密封面，墊片材料選用石棉橡膠板，從表143查得墊片寬度為14mm。榫面法蘭的各部件尺寸可查表得 連接螺栓為M24共24個，材料由表146查得為螺柱材料為40MB，螺母材料為40Mn。4.2 人孔的選型人孔的作用：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。人孔的結構：既有承受壓力的筒節(jié)、端蓋、法蘭、密封墊片、緊固件等受壓元件，也有安置與啟閉端蓋所需要的軸、銷、耳、把手等非受壓件。人孔類

11、型：從是否承壓來看有常壓人孔和承壓人孔。從人孔所用法蘭類型來看，承壓人孔有板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔和帶頸對焊法蘭人孔，在人孔法蘭與人孔蓋之間的密封面，根據(jù)人孔承壓的高低、介質(zhì)的性質(zhì)，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或環(huán)連接面。從人孔蓋的開啟方式及開啟后人孔蓋的所處位置看，人孔又可分為回轉蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。人孔標準HG21524-95規(guī)定PN1.0Mpa時只能用帶頸平焊法蘭人孔或帶頸對焊法蘭人孔。容器上開設人孔規(guī)定當Di>1000時至少設一個人孔，壓力容器上的開孔最好是圓形的，人孔公稱直徑最小尺寸為400。綜合考慮選擇水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔（HG21524-9

12、5）,公稱壓力PN2.5、公稱直徑DN450、H1=320、RF型密封面、采用類20R材料、墊片采用外環(huán)材料為低碳鋼、金屬帶為0Cr19Ni9、非金屬帶為柔性石墨、C型纏繞墊。尺寸表如下表4.2 人孔標準尺寸表密封面型式PN/MpaDNdw×sdDD1H1H2總質(zhì)量kg突面2.5450480×124506706003202142564.3 容器支座的選型查得公稱直徑為3000mm的容器選擇輕型(A),120°包角、焊制、六筋、帶墊板，高度為250mm的鞍座，允許載荷Q786kN>627.765kN,為使封頭對鞍座處的圓筒起加強作用，可取，則選A=700mm。

13、左鞍座標記為JB/T4712-1992 鞍座 A3000-F.右鞍座標記為JB/T4712-1992 鞍座 A3000-S.具體尺寸如下表：表4.3 鞍座標準尺寸表公稱直徑DN允許載荷Q/kN鞍座高度h螺栓間距l(xiāng)2鞍座質(zhì)量/kg增加100mm高度增加的質(zhì)量/kg30007862501940405344.4 其他零部件的選型4.4.1 進出口接管的選擇材料：容器接管一般應采用無縫鋼管，所以液體進料口接管材料選擇無縫鋼管，采用無縫鋼管標準GB8163-87。材料為16MnR。結構：接管伸進設備內(nèi)切成45，可避免物料沿設備內(nèi)壁流動，減少物料對壁的磨損與腐蝕。接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考上慮述要求

14、外，還需考慮焊接方法、焊接參數(shù)、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運輸、安裝中的剛性要求。一般情況下，管壁厚不宜小于殼厚的一半體壁，否則，應采用厚壁管或整體鍛件，以保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配。表4.4.1 接管最小壁厚要求接管公稱直徑/mm57766589最小壁厚/mm5.06.0因此熱軋無縫鋼管的尺寸為89×12mm。 鋼管理論重量為22.79/m。取接管伸出長度為150mm。管法蘭的選擇：根據(jù)平焊法蘭適用的壓力范圍較低（PN<4.0Mpa）,選擇突面板式平焊管法蘭，標記為：HG20592-1997法蘭RF(A)80-2.5,其中D=190,管法蘭材料鋼號（標準號）:2

15、0（GB711）。根據(jù)（歐洲體系）鋼制管法蘭、墊片、墊片、緊固件選配表（HG20614-1997）選擇：墊片型式為石棉橡膠板墊片(尚無標準號)，密封面型式為突面，密封面表面為密紋水線，緊固件型式為六角螺栓雙頭螺柱全螺紋螺柱。4.4.2 液面計的選型氧氣為較干凈的物料,易透光,不會出現(xiàn)嚴重的堵塞現(xiàn)象所以選用反射式玻璃板液面計，標準號HG21590-95，法蘭形式及其代號C型（長頸對焊突面管法蘭HG20617-97）,液面計型號R型公稱壓力PN4.0,使用溫度0250。5 氧氣緩沖罐設計圖6 總結 通過這次參賽設計，讓我們對化工設備機械基礎這門課有了進一步的認識。這次設計也是對這門課程的一個總結，對化工機械知識的應用。設計時要有一個明確的思路，要考慮多種因素包括環(huán)境條件和介質(zhì)的性質(zhì)等再選擇合適的設計參數(shù)，對罐體的材料和結構確定之后還要進行一系列校核計算，包括筒體、封頭的應力校核。校核合格之后才能確定所選設備型符合要求。通過這次設計對我們獨自解決問題的