31m3液氨储罐设计说明书另外有完整图纸.doc

液氨储罐设计说明书 1 前言 本说明书为31m3液氨储罐设计说明书。本文采用分析设计方法综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序分别对储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管进行设计然后采用1SW6-1998对其进行强度校核最后形成合理的设计方案。 液氨储罐设计说明书 2 目录 附设计任务书.2 第一章 绪 论.3 一设计任务.3 二设计思想.3 三设计特点.3 第二章 材料及结构的选择与论证3 一材料选择.3 二结构选择与论证.3 第三章 设计计算5 一计算筒体的壁厚.5 二计算封头的壁厚.6 三水压试验及强度校核.6 四选择人孔并核算开孔补强.7 五核算承载能力并选择鞍座.9 六选择液面计.9 七选择压力计.10 八选配工艺接管.10 第四章 设计汇总.11 第五章 结束语.12 第六章 参考文献13 液氨储罐设计说明书 3 第一章 绪论 一设计任务 针对化工厂中常见的液氨储罐完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计绘制总装配图和零件图并编写设计说明书。 二设计思想 综合运用所学的机械基础课程知识本着认真负责的态度对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性实用性安全可靠性。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。 三设计特点 容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的的筒体、封头的设计计算低压通用零部件的选用。 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。 第二章 材料及结构的选择与论证 一材料选择 纯液氨腐蚀性小贮罐可选用一般钢材但由于压力较大可以考虑20R、16MnR这两种钢种。如果纯粹从技术角度看建议选用20R类的低碳钢板 16MnR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16MnR钢板为比较经济且16MnR机械加工性能、强度和塑性指标都比较号所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。 二结构选择与论证 1.封头的选择 从受力与制造方面分析来看球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大冲压较为困难椭圆封头浓度比半球形封头小得多易于冲压成型是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗液氨储罐设计说明书 4 用量来年球形封头用材最少比椭圆开封头节约平板封头用材最多。因此从强度、结构和制造方面综合考虑采用椭圆形封头最为合理。 2.人孔的选择 压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直径、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多选择使用上有较大的灵活性其尺寸大小及位置以设备内件安装和工人进出方便为原则。通常可以根据操作需要在这考虑到人孔盖直径较大较重 可选择回转盖对焊法兰人孔。 3.法兰的选择 法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。甲型平焊法兰有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa在较小范围内DN300 mm 2000 mm适用温度范围为-20300。乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa1.6 MPa压力等级中较大的直径范围适用的全部直径范围为DN300 mm 3000 mm适用温度范围为-20350。 对焊法兰具有厚度更大的颈进一步增大了刚性。用于更高压力的范围PN0.6 MPa6.4MPa适用温度范围为-2045。法兰设计优化原则法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。 法兰设计时须注意以下二点管法兰、钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照原化学工业部于1997年颁布的钢制管法兰、垫片、紧固件标准HG20592HG20635-1997的规定。 4.液面计的选择 液面计是用以指示容器内物料液面的装置其类型很多大体上可分为四类有玻璃板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构其适用温度一般在0250。但透光式适用工作压力较反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa介质温度在0250的范围。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌液氨储罐设计说明书 5 入连接分别用于不同型式的液面计。液面计的选用 1玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。板式液面计承压能力强但是比较笨重、成本较高。 2玻璃板液面计一般选易观察的透光式只有当物料很干净时才选反射式。 3当容器高度大于3m时玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受到限制应改用其它适用的液面计。 液氨为较干净的物料易透光不会出现严重的堵塞现象所以在此选用玻璃管液面计。 4.鞍座的选择 鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越因为多支承在粱内产生的应力较小。所以从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座这是因为当支点多于两个时各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等均会影响支座反力的分布。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加给容器的运行安全带来不利的影响。所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。 在此选择鞍式双支座一个S型一个F型。 第三章 设计计算 一计算筒体的壁厚 因为液氨的储量为31m3按原化工部1985年颁布实施的有关贮罐尺寸和质量的行业标准卧式椭圆形封头贮罐系列HG5-1580-85取Di2700mm Pc设计压力 储罐的最高工作温度为40此时氨的饱和蒸汽压为1.55MPa 取此压强的1.10倍作为设计压力故 acMPP705.155.110.1 在操作温度-540的范围内估计筒体壁厚大约为16mm在常用容器钢板管许用应力表中按设计温度40板厚616mm间插值取得atMP75.200 焊接接头采用V坡口双面焊接采用全部无损检测其焊接接头液氨储罐设计说明书 6 系数由焊接接头系数表查得1.00 钢板负偏差由钢板厚度负偏差表查得C10.8 mm液氨为轻微腐蚀腐蚀裕量由壳体、封头腐蚀裕量表查得C22 mm。 液氨储罐是内压薄壁容器按公式计算筒体的设计厚度为 mmCPDPcticd515.13200.175.20022700705.122 考虑到钢板负偏差所以筒体厚度应再加上C1即 13.5150.814.315 根据钢板的厚度规格查钢板的常用厚度表圆整为n16mm 二计算封头的壁厚 采用标准椭圆形封头各参数与筒体相同。 封头的设计厚度 mmCPDPcticd515.13200.175.20022700705.122 考虑到钢板负偏差所以封头厚度应再加上C1 即12.5150.814.315 mm 根据钢板的厚度规格查钢板的常用厚度表圆整为 n16mm可见跟筒体等厚。 三水压试验及强度校核 先按公式确定水压试验时的压力tP为 MPaPPMPaPPcttct805.110.0705.110.013.2705.125.125.1 选取两者中压力较大值作为水压试验压力即取atMPP13.2 水压试验时的应力为 aeeittMPDP91.218128.016228.016270013.22 液氨储罐设计说明书 7 查表得厚度为16mm的16MnR钢板的钢材屈服极限asMP345 故在常温水压试验时的许用应力为 asMP5.3103459.09.0 故st9.0 因此满足水压试验要求 四选择人孔并核算开孔补强 根据储罐是在常温下及最高工作压力为1.705 MPa的条件下工作人孔的标准按公称压力为2.5 MPa等级选取考虑到人孔盖直径较大较重故选用水平吊盖人孔GH21524-2004公称直径450mm突面法兰密封面。 该人孔标记为人孔RF A·G450-2.5 GH21524-2004 另外还要考虑人孔补强确定补强圈尺寸由于人孔的筒节不是采用无缝钢管故不能直接选用补强圈标准。本设计所选用的人孔筒节内径为mmdi450壁厚m10mm 查表得人孔的筒体尺寸为480×10由标准查得补强圈尺寸为 内径Di484外径Do760 开孔补强的有关计算参数如下 1. 筒体的计算壁厚 mmPDPctic515.11705.1175.20022700705.12 2. 计算开孔所需补强的面积A 开孔直径mmCdid6.45318.024502 补强的面积2204.5223515.116.453mmdA 3. 有效宽度 mmdB2.9076.45322 mmmndB6.5051021626.45322 取最大值 B907.2mm 4. 有效高度 外侧高度mmdhm35.67106.4531 或mm2501接管实际外伸高度h 液氨储罐设计说明书 8 两者取较小值mmh35.671 内侧高度mmdhm35.67106.4532 或mmh02接管实际内伸高度 两者取较小值mmh02 5. 筒体多余面积A1 筒体有效厚度mmCne2.148.116 选择与筒体相同的材料16MnR进行补偿故rf1所以 121fdBAeme 2916.121711515.112.14102515.112.146.4532.907mm 6. 接管多余金属的截面积A2 接管计算厚度mmPdPctct93.1705.1175.20026.453705.12 fChfhAettet222212 021fChtm 2569.84493.18.11035.672mm 7. 补强区内焊缝截面积A3 231001010212mmA 8. 有效补强面积Ae 2321485.2162100569.844916.1217mmAAAAe 因为AAe所以需要补强 9. 所需补强截面积A4: 24719.3060485.2162204.5223mmAAAe 液氨储罐设计说明书 9 10. 补强圈厚度补强圈内径484iD外径760oD mmDDAio09.11484760719.30604 考虑钢板负偏差并圆整实取补强厚度12mm补强材料与壳体材料相同制造时为便于备材且补强圈耗材也不多设计时可采用与壳体相同的板厚即取mm16 五核算承载能力并选择鞍座 首先粗略计算鞍座负荷 储罐总质量123WWWW 式中 1W罐体的质量Kg 2W水压试验时水的质量Kg 3W附件的质量Kg 1. 罐体质量W1 储罐公称容积为313m筒体公称直径ND2700 mm那么每米长的容积为5.733m 由材料与零部件查得封头容积2V2.80553m/m则3173.58055.22212LLVVV 解得L4.43取L4.5即取L4500 罐体的自重由压力容器设计手册可查得公称直径DN2700壁厚16n的筒体的重量为7238Kg封头自重为1016Kg故罐体自重KgW92701016272381 2. 水压试验时水的质量W2: 储罐的总容积312396.3173.55.48055.222mLVVV 故水压试验时罐内水重KgW313962 3. 其他附件质量W3: 人孔质量约为200Kg其他接管总和按350Kg计 4. 设备总质量W: KgWWWW41216550313969270321 查压力容器设计手册得公称直径为2800高度H250的A型鞍座单个允许载荷447kN403.9168Kn故其承载能力足够。标记为 支座Dg2008 A JB/T 4712-1992 六选择液面计 液氨储罐设计说明书 10 液氨储罐常用玻璃液面计由储罐公称直径2700选择长度为2000mm 液面计二支体材料针形阀为碳钢体温型 液面计接管为无缝钢管液面计相配的接口管尺寸为:mm5.332平焊管法兰HG 5010-58 Pg16Dg25 液面计标记为玻璃管液面计 AIDL-1200 HG 5-227-80 七选择压力计 量程装在锅炉、压力容器上的压力表其最大量程表盘上刻度极限值应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力的1.53倍最好取2倍。若选用的压力表量程过大由于同样精度的压力表量程越大允许误差的绝对值和肉眼观察的偏差就越大则会影响压力读数的准确性反之若选用的压力表量程过小设备的工作压力等于或接近压力表的刻度极限则会使压力表中的弹性元件长期处于最大的变形状态易产生永久变形引起压力表的误差增大和使用寿命降低。另外压力表的量程过小万一超压运行指针越过最大量程接近零位而使操作人员产生错觉造成更大的事故。因此压力表的使用压力范围应不超过刻度极限的6070。 测量精度压力表的精度是以允许误差占表盘刻度极限值的百分数来表示的。精度等级一般都标在表盘上选用压力表时应根据设备的压力等级和实际工作需要来确定精度。额定蒸汽压力小于2.45MPa的锅炉和低压容器所用的压力表其精度不应低于2.5级额定蒸汽压力大于2.45MPa的锅炉和中、高压容器的压力表精度不应低于1.5级。 表盘直径为了使操作人员能准确地看清压力值压力表的表盘直径不应过小。在一般情况下锅炉和压力容器所用压力表的表盘直径不应小于100mm如果压力表装得较高或离岗位较远表盘直径还应增大。 考虑到液氨有一定腐蚀性所以综合考虑选用隔膜压力表 技术指标为 精度等级6.1公称直径50 接头螺纹15.1G 测量范围0MPa4.2 八选配工艺接管 本储罐设有如下接口管 1.液氨进料管 采用无缝钢管YB231-70 76×4mm 管的一端伸入罐切成45°液氨储罐设计说明书 11 管长400 mm。配用凸面式平焊管法兰HG 5010-58 Pg16Dg25 2.液氨出料管 采用可拆的压出管76×4mm伸入到罐内离罐底约100 mm外套无缝钢管89×6mm管壁加厚具有补强作用都配用凸面板式平焊管法兰HG 5010-58 Pg16Dg25凸面管法兰盖GB9123.9-88和石棉橡胶垫片GB9126.2-88。 3.排污管 在罐的右端最底部设个排污管规格是76×4mm管端焊有与截止阀相配的管法兰HG 5010-58 Pg16Dg70。排污管与罐体连接处焊有一厚度为10mm的补强圈. 4.安全阀接口管 安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用76×4mm的无缝钢管 管法兰HG 5010-58 Pg16Dg70 5.压力表接口管 压力表接口管由最大工作压力决定 因此选用采用57×3.5mm无缝钢管管法兰采用HG 5010-58 Pg16Dg50。各接管外伸高度都是150mm。 第四章 设计汇总 技术特性表 名称 指标 设计压力 1.705MPa 工作温度 40 物料名称 液氨 容积 31.396m3 液氨储罐设计说明书 12 接管表 符号 连接法兰标准 密封面形式 用途 a1-2 HG 5010-58 Pg16Dg25 突面 液面计接口管 b1-2 HG 5010-58 Pg16Dg50 突面 压力计接口管 c HG 5010-58 Pg16Dg25 突面 人孔 d HG 5010-58 Pg16Dg25 突面 出料口 e HG 5010-58 Pg16Dg25 突面 进料口 f HG 5010-58 Pg16Dg70 突面 安全阀接口管 g HG 5010-58 Pg16Dg70 突面 排污口 第五章 结束语 经过两周的紧张忙碌终于把这次设计做完了。两周以来虽然很累尤其是画图因为很久没有用AUTO CAD画图所以感到特别生疏但是在使用了一段时间后还是熟悉了又整天对着电脑眼睛感到特别的难受不过凡事只要坚持就好了。 在这次设计中我要感谢我们的张永强老师他总是在我们感到困惑的时候给我们进行耐心的讲解正是因为他的耐心与细心才能够使我们的设计能够顺利的进行下去。还有要感谢我的同学是他们一次次的帮我发现问题并且耐心的给我指正谢谢你们了。 液氨储罐设计说明书 13 第六章 参考文献 1压力容器设计手册 董大勤 袁凤隐 2005.7 2化工设备设计全书 王 非 林 英 2003.12 3化工设备机械基础第二版 潘永亮 2007 4化工制图 熊洁羽 2007.1 化学工业出版社 5钢制压力容器 GB150-89 6化工机械基础课程设计 韩叶象 北京化工学院出版社 7中华人民共和国行业标准 JB/T 4746-2002 8金属化工设备零部件 9材料与零部件