《工程设备机械基础》课程设计10m3液氯储罐设计.doc
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1、目录1.前言22.工艺设计22.1 工艺计算32.2 材料选择42.3 容器类别的确定62.4 设计条件表73.机械设计83.1 结构设计83.2 接管及接口法兰设计83.3 人孔、液位计设计113.4 支座结构设计133.5 焊接接头结构设计143.6 焊接材料选择164.强度计算174.1 容器筒体壁厚设计174.2 容器封头壁厚设计174.3 开孔补强计算184.4 压力试验184.5 气密性试验205.技术条件的编制246.参考文献247.结束语251.前言工程设备机械基础课程设计是一个教学实践环节,是学生对所学化工设备机械基础理论课知识的一次实际应用,锻炼学生利用所学知识解决实际问题
2、的能力。学生可以自己的实际情况,按照自己的题目进行设计,设计过程中要结合课件和教学参考书及理论课教参。根据设计要求和任务条件,通过工艺设计、工艺计算、材料选择、容器类别等进行初步的设计计算和草图的绘制。在前期工作的基础上进行结构设计、支座设计等机械设计,并根据实际情况选择焊接类型和封面类型。当设计基本完成后再根据设计的任务条件进行强度计算和压力试验、气密性试验等。设计完成后,编写设计说明书和使用说明书。通过课程设计,学生应该熟悉课程设计流程,熟练掌握相关标准的使用方法,能够自主完成完成相关计算、草图绘制和软件制图,加深对化工设备机械基础的认识,达到能够独立进行化工设备设计的能力。2.工艺设计2
3、.1 工艺计算(1)储罐筒体公称直径、储罐长度及封头结构形式与尺寸的确定按照设计任务书的要求,本次设计的储罐容积为V=10。 为了使设计的卧式储罐趋于实用和美观,设长度和筒体内径之比为L:=3:1。则 V=LS=L4=34=10解得=1600经圆整后选用筒体内径为1600。为了使设计的储罐便于应用,本次设计采用标准椭圆形封头。相应的标准椭圆形封头的内表面积及容积如下表:公称直径DN总深度内表面积A容积V1600 4252.90070.5864筒体长度的确定:=1600, =10, =0.5864则L/4=2;代入数据得:L=4437;圆整到L=4400;则= +2=10.1728误差=0.02
4、%容积在误差允许范围之内,L、可以使用。卧式容器总长=L+2H=5470mm由于选用的是标准椭圆形封头,DN2000mm那么封头直角边长度为=252.2 材料选择a)壳体材料选择:本次所设计储罐的Pw=1.286MPa,属于低压容器,所以选用以强度设计为主的普通低合金钢为宜。鉴于Q345R的屈服极限比碳素钢高出很多,如果采用的话,可以显著减少设备重量、降低制造成本,同时给设备的运输和安装也带来很多方便。而且Q345R的使用也较为普遍,市场上可以很方便的买到。本储罐的使用温度为50,在Q345R的使用温度范围之内,所以,本次设计筒体和封头的材料选用Q345R。b)设计压力和设计温度的确定:由上文
5、2-(1)中对设计压力的选择可得,本次设计的设计压力为1.415 MPa。=0.9gh=0.02MPa所以=0.020.05 因此可以忽略,=P=1.415MPa。设计温度采用容器工作的最高温度50。c)筒体厚度的确定:鉴于所设计储罐为低压容器,且介质毒性比较强,基于设计安全性的考虑,必须采用双面焊的形式以及进行全局无损检测,则设计储罐选用的焊接接头系数=1.0。钢板许用应力选择条件如下表钢 号钢板 标准使使用状态厚度/常用强度指标在下列温度()下的许用应力/MPaMpaMpa20100150200250Q345GB6654热轧6-1651034517017017017015616-36490
6、325163163163159147假设设计应用的钢板厚度在16mm的范围内,则由上表得=170 MPa;=6.687钢板厚度负偏差为0.3,腐蚀余量取4。即C1=0.3,C2=4。那么C=C1+C2=0.3+4=4.3 将已有钢板标准向上圆整到n=11那么设计储罐的有效厚度= -C=10.72.3 容器类别的确定液氯的物理性质列表:温度/-15103050饱和蒸汽压/Mpa0.21704860.8431.386饱和液密度kg/m31511144113771307设计任务书注明的最高工作温度为50,则可以根据50下液氯的物理性质来确定储罐的工作压力。由上表可知,液氯在最高工作温度下的饱和蒸汽压
7、为1.286MPa。则可以取工作压力Pw=1.286MPa。设计压力P=(1.051.10)Pw(有安全阀)选取P=1.415MPa。由于P=1.415MPa,该容器属于低压容器。按照压力容器安全技术监察规程的规定,低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质,且pV0.2MPa)为第类容器。2.4 设计条件表表一: 液氯的物理性质表温度/-15103050饱和蒸汽压/Mpa0.21704860.8431.386饱和液密度kg/m31511144113771307表二:结构设计条件表项 目内 容备 注工作介质液氯工作压力 Mpa1.286项 目内 容备 注设计压力 Mpa1.415工作温度 50
8、设计温度 50公称容积(Vg)m310计算容积(V设计) m310.1工作容积(V工)m39装量系数f0.9介质密度 t/ m31307材 质Q345保温要求其他要求3.机械设计3.1结构设计参照JB1428-74设计公称直径和筒体长度以及封头的公称直径和深度。详细计算参见2.1工艺计算。3.2接管及接口法兰设计根据GB150规定,壳体开孔满足下述要求时,可不另行补强:1)设计压力小于或者等于2.5MPa;2)两相临开孔中心的间距(对曲面间距以弧长计算)应不小于两孔直径之和的两倍;3)接管公称直径小于或者等于89mm;接管最小壁厚满足下表要求。接管公称外径253238454857657689最
9、小壁厚3.54.05.06.0注:1.钢材标准接头抗拉强度下限值540MPa时,接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构形式。2.接管的腐蚀余量为1mm。为了方法便制造,接管间距的确定应尽量满足上述要求。根据设计任务说明书的要求,接管的公称直径有50mm、25mm两种规格。按照不补强的条件3),50mm管的壁厚为6mm,25mm管的壁厚为3.5mm。为了使设备协调美观,将接管伸出高度加上外接法兰高度统一定为距设备筒体内壁150mm。安全阀接口、压力表接口、空气进口管、空气出口管均与筒体内壁平齐。液相进口管伸入筒体,向下过中心线425mm。为了减小从该管进入的介质对筒体内壁对应处的冲击,使筒体内壁所受
10、冲击趋于均匀,液相进口管底部应做成45倒角。考虑到为了使进入筒体的液相介质最大可能的排尽,应该使液相出口管的底部与筒体底部尽量靠近,所以,选用液相出口管的底部距筒体内部底部的距离为35mm。根据不补强条件,假设第一个管道与焊缝之间的距离为则2.5=194 取=200从左到右依次为液相进口管、液相出口管、空气进口管、空气出口管、安全阀接口、压力表接口。根据不补强条件2),确定所有管的管距为300。所有接管的材料均选用Q345R钢。接管法兰的确定:本次设计的储罐所用接管法兰均依照有关标准选定。为了确保使用安全,法兰密封面统一选用凹凸面。法兰的相关尺寸表公称通径钢管外径连接尺寸法兰外径螺栓孔中心园直
11、径螺栓孔直径螺栓孔数量螺纹202510575144M12253211585144M125057165125184M16法兰厚度法兰径法兰高度法兰理论重量(kg)NSH1R18403.264401.018463.264401.51874485482.53.3人孔、液位计设计本次设计的储罐的筒体长度L=4400,由于容积不是太大,故开一个人孔。选取人孔的公称直径DN=450。取人孔的中心线到焊缝的距离为800。由于液氯属于危险介质,所以密封面选择为MFM,垫片选择缠绕式垫,其代号为W。为了保障人孔的开启安全方便选用A型盖轴耳。 出于安全性的考虑,人孔必须补强。补强圈厚度计算流程如下:补强圈的直径=
12、760;因为接管的材料与壳体相同,所以=1,那么圆筒开孔所需补强的面积A=(1-)=4796.03(d=450+22.3=454.6;=10.55;=6-1.3=4.7) 富余补强量:=(B-d)(-)-2(-)(1-)=68.19=2()+2()=162.96(B=2d) = 55.23mm; = min=0; 焊缝金属面积忽略。=231.15所需补强面积 A-4564.88则 =10.68mm 取=11回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表法兰面形式凹凸面(MFM)公称压力/ MPa2.5公称直径DN450dwS48012d456D670600250121b424146A375B175L25024螺
13、柱螺母螺柱直径长度M332165总质量245数量2040 回转盖带颈对焊法兰人孔明细表件号标准号名称数量材料类别代号1筒节1Q345R2HG20613等长双头螺柱见尺寸表8.8级 35CrMoA3螺母8级 35CrMo4HG20595法兰116Mn5HG20610垫片1缠绕式垫6HG20601法兰盖116MnR7把手1Q235-AF8轴销1 9GB/T 91销2Q21510GB/T 95垫圈2100HV11盖轴耳(1)1Q235-AF12法兰轴耳(1)113法兰轴耳(2)114盖轴耳(2)13.4支座结构设计本次设计的卧式容器选用比较常见的鞍式支座。由于所设计卧式容器的直径在1000mm以上,
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