60M3液氨储罐的设计 课程设计.doc
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1、 中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名: 范向东 学 号: 1102034231 学 院: 机械与动力工程学院 专 业: 过程装备与控制工程 题 目: (60)M3液氨储罐设计 指导教师: 王福杰 、 高强 职称: 专业课老师 2014年06月16日 中北大学课程设计任务书 2013/2014 学年 第 二 学期学 院: 机械与动力工程学院 专 业: 过程装备与控制工程 学 生 姓 名: 范向东 学 号: 1102034231 课程设计题目: (60)M3液氨储罐设计 起 迄 日 期: 06 月 16 日06月 27日 课程设计地点: 校内 指 导 教 师: 王福杰、高强 基层教学组织负
2、责人: 黄晋英 下达任务书日期: 2014年06月16日 设计任务书1设计目的:使用国家最新压力容器标准、规范进行设计,掌握典型过程设备设计的全过程。掌握查阅和综合分析文献资料的能力,进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。掌握电算设计计算,要求设计思路清晰,计算数据准确、可靠,且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。掌握工程图纸的计算机绘图。2设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):原始数据设计条件表序号项 目数 值单 位备 注1名 称液氨储罐2用 途液氨储存3最高工作压力 2.032MPa由介质温度确定4工作温度-20485公称容积(Vg) 60M36工作压力波动情况可
3、不考虑7装量系数(V)0.858工作介质液氨(中度危害)9使用地点太原市室外10安装与地基要求11其它要求管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称aDN65HG/T20592RF液氨进口管bDN20HG/T20592RF排污阀接口cDN450HG/T21518RF人 孔dDN50HG/T20592RF空气进口管eDN40HG/T20592RF安全阀接管fDN20HG/T20592RF压力表接口gDN25HG/T20592RF液位计接口hDN65HG/T20592RF液氨出口管前言本设计是针对过程设备设计这门课程所安排的一次课程设计,是对这门课程的一次总结,要综合运用所学的知识并查
4、阅相关书籍完成设计。 本设计的液料为液氨,它是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料,应用广泛。分子式NH3,分子量17.03,相对密度0.7714g/L,熔点-77.7,沸点-33.35,自燃点651.11,蒸汽压1013.08kPa(25.7)。蒸汽与空气混合物爆炸极限为1625%(最易引燃浓度为17%)氨在20水中溶解度34%,25时,在无水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇热、明火,难以点燃而危险性极低,但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇火和燃烧或爆炸,如有油类或其它可燃物存在
5、则危险性极高。 设计基本思路:本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素,结合给定的工艺参数,机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序,分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准,设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件,也有一些设备没有相应标准,则选择合适的非标设备。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准,这样让设计有章可循,并考虑到结构方面的要求,合理地进行设计。第一章 设计选材及结构2.1工艺参数的设定2.1.1存储量由要求可初步确定储罐需满足储存量 W=0.8
6、5600.56631000=28702.8设计压力根据化学化工物性数据手册查得50蒸汽压为2032.5kpa,可以判断设计的容器为储存内压压力容器,按压力容器安全技术监察规程规定,盛装液化气体无保冷设施的压力容器,其设计压力应不低于液化气50时的饱和蒸汽压力,而且查得当容器上装有安全阀时,取1.051.1倍的工作压力作为设计压力;所以 ,属于中压容器5。设计温度为50摄氏度,在-20200条件下工作属于常温容器。筒体的选材及结构根据液氨的物性选择罐体材料,碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在0.1/年以下,且又属于中压储罐,可以考虑20R和Q345R这两种钢材。如果纯粹从技术角度看,建议选用20R
7、类的低碳钢板, Q345R钢板的价格虽比20R贵,但在制造费用方面,同等重量设备的计价,Q345R钢板为比较经济。所以在此选择Q345R钢板作为制造筒体和封头材料。钢板标准号为GB6654-1996。筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体,制造容易,安装内件方便,而且承压能力较好,这类容器应用最广。封头的结构及选材封头有多种形式,半球形封头就单位容积的表面积来说为最小,需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一,从受力来看,球形封头是最理想的结构形式,但缺点是深度大,直径小时,整体冲压困难,大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀,但对于标准椭圆形封头与
8、厚度相等的筒体连接时,可以达到与筒体等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点,用冲压法易于成形,制造比球形封头容易,所以选择椭圆形封头,结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。封头取与筒体相同材料。3设计计算3.1筒体尺寸的计算 取L/DN=4 算出=2673查标准并圆整取DN=2700mm,查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积,如下表1表1:EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN /mm总深度H /mm内表面积A/容积/27007158.24152.8055 得出L=9504mm取L=9600mm 满足要求。查 压力容器材料使用手册-碳钢及
9、合金钢得Q345R的密度为7.85t/m3,熔点为1430,许用应力列于下表:表3.2 Q345R的许用应力钢号板厚/在下列温度()下的许用应力/ Mpa20100150200250300Q345R6161891891891831671531636185185183170157143366018118117316014713360100181181167150137123圆筒的计算压力为2.13 Mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头,取焊接接头系数为1.00,全部无损探伤。取许用应力为185Mpa。液柱静压力gh=0.56289.82700
10、=0.01Mpa而gh2.12=0.5% 1000时至少设一个人孔,压力容器上的开孔最好是圆形的,人孔公称直径最小尺寸为400。综合考虑选择回转盖带颈对焊法兰人孔(HG/T21518-2005), 50012公称压力PN2.5、公称直径DN500。其尺寸下表表4.1 人孔标准尺寸表密封面型式凹凸面MFMD7304648公称压力PN MPa466057螺柱数量20公称直径DN500280A435螺母数量40128B400螺柱尺寸d506b44L300总质量kg302图2人孔结构图4.2 开孔补强的计算开孔补强结构:压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强三种。补强圈补
11、强是使用最为广泛的结构形式,它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、安全、可靠等优点。在一般用途、条件不苛刻的条件下,可采用补强圈补强形式。但必须满足规定的条件。压力容器开孔补强的计算方法有多种,为了计算方便,采用等面积补强法,即壳体截面因开孔被削弱的承载面积,必须由补强材料予以等面积的补偿。当补强材料与被削弱壳体的材料相同时,则补强面积等于削弱的面积。补强材料采用Q345R。根据GB150中8.3,当设计压力小于或等于2.5MPa时,在壳体上开孔,两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍,且接管公称外径不大于89mm时,接管厚度满足表4.2要求时,不另行补强。表4.2 不另外补强的接管最小
12、厚度接管公称外径2532384548 57657689最小厚度3.5 4.05.06.04.2.1 补强设计方法判别按HG/T2158-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径,在筒体上开孔,可用等面积进行开孔补强计算。内压容器开孔后所需的补强面积 式中 开孔直径:2强度削弱系数:1接管有效厚度: 4.2.2 有效补强范围壳体开孔后,在有效补强范围内,可作为补强的截面积(包括来自壳体、接管、焊缝金属、补强元件)根据GB/150式8-7得有效宽度:B=Max有效高度:根据GB/150式8-8,(实际外伸高度)故=Max(实际内伸高度)4.2.3. 有效补强面积有效补强宽度B=2d筒体的有效
13、厚度 筒体上多余金属面积: =504.5(16.2-16.02)=227.025 人孔接管上多余金属面积: 接管计算厚度:所以焊缝金属截面积:按照GB985-80中角焊缝角尺寸的选择规定当材料厚度为1216mm时焊脚取6mm所以则有效补强面积: 比较的 满足以下条件的可选用补强圈补强:刚材的标准常温抗拉强度Mpa;补强圈厚度应小于或等于壳体壁厚的1.5倍;壳体名义厚度;设计压力;设计温度。可知本设计满足要求,则采用补强圈补强。所需另行补强的面积为:4.2.4补强圈的设计为检验焊缝的紧密型,补强圈上钻M10的螺孔一个,以通入压缩空气检验焊缝质量。按照根据焊接接头分类,接管、人孔等与壳体连接的接头
14、,补强圈与壳体连接的接头取D类焊缝。根据补强圈焊缝要求,并查得结构图为带补强圈焊缝T型接头,补强圈坡口取D型(查化工容器及设备简明设计手册)。查标准JB/T4736-2002得补强圈外径内径则取524。计算补强圈厚度: 查标准补强圈厚度取14,由JB/T4736-2002查得补强圈质量为36.3kg。4.3 接管及附件的选择4.3.1接管选择:容器接管一般应采用无缝钢管,所以本设计筒体上接管材料均选择无缝钢管20(GB9948)。查过程设备设计知当壳体上的开孔满足下述全部要求时,可不另行补强。设计压力小于或等于2.5Mpa。两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。接管公称外径小于或等于
15、89。接管最小壁厚满足以下要求下表为不需另补强的尺寸要求 接管公称外径2532384548 57657689最小厚度3.5 4.05.06.0根据化工工艺设计手册查得在压力在1.0到2.0Mpa时液氨流速约为2m/s,本设计要求流量约为3L/s根据初步确定进出料管直径d=47mm。根据要求查标准,液氨进出口接管取d7614公称直径为65mmm的接管,空气进出管选用d5712公称直径为50mm的无缝钢管,排污管用20(GB9948)无缝钢管尺寸d256热轧。排污管一端焊接在筒体下方,另一端用螺纹帽密封,制造便宜,操作方便。表4.3接管尺寸表序号接管名称公称直径DN(mm)ds材料a液氨进出口管6
16、5761420(GB9948)b空气进出口管50571220(GB99948)c液位计接管2532820(GB9948)d压力表接管2025620(GB9948)e人孔接管4504801216Mn(HG/T21518-2005)g排污管2025620(GB9948)F安全阀接管40451020(GB9948)可见以上所选接管都满足不需另行补强的要求。4.3.2管法兰及螺栓的选择:由设计压力2.13Mpa查HG20592-20635-97中PN2.5Mpa板式平焊钢制管法兰(PL)知板式平焊钢制管法兰的密封面形式有突面(RF)和全平面(FF)。RF形式适用公称压力范围为0.252.5Mpa而FF
17、形式适用公称压力范围为0.251.6Mpa,本设计压力为2.13Mpa故采用板式平焊钢制管法兰(RF)形式。钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级,其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理(淬火、回火),通称为高强度螺栓,其余通称为普通螺栓。根据设计要求选定法兰后,则会得到与螺栓配套的螺栓。查HG20592-20635-97钢制管法兰中PN2.5板式平焊法兰选择以接管公称直径一致的钢制管法兰,得各法兰的尺寸和质量,详细尺寸将见表4.4表4.4法兰尺寸公称直径DN(mm)接管外径法兰外径法兰厚度法兰内径破
18、口宽度密封面形式螺栓孔直径螺栓数法兰质量202510516264RF1440.94253211516335RF 1441.12404515018465RF1842.12505716520595RF1842.77657618522786RF1883.464504806705048512MFM 362057.6 表4.4法兰材料选用16MnR图3 法兰简图 4.3.3压力表的选择仪表类型的选用必须满足工艺生产的要求。例如是否需要远传、自动记录或报警;被侧介质的性质(如被测介质的温度高低、粘度大小、腐蚀性、脏污程度、是否易燃易爆等)是否对仪表提出特殊要求,现场环境条件(如湿度、温度、磁场强度、振动等
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