过程装备与控制工程课程设计15立方米液氯储罐设计.doc
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1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名: 史佳霖 学 号: 1202034319 学 院: 机械与动力工程学院 专 业: 过程装备与控制工程 题 目: (15)M3液氨储罐设计 指导教师: 崔宝珍 、刘波 职称: 副教授 2014年07月10日中北大学课程设计任务书 2014/2015 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: 史佳霖 学 号: 1202034319 课程设计题目: (15)M3液氨储罐设计 起 迄 日 期: 06 月 29 日07月 10日 课程设计地点: 校内 指 导 教 师: 崔宝珍 、 刘波 基层教学组织负责人:
2、 吕海峰 下达任务书日期: 2014年06月29日课 程 设 计 任 务 书1设计目的:1) 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。2) 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。3) 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。4) 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):1 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2.12MPa由介质温度确定4工作温度-20485公称容积(Vg
3、)15M36工作压力波动情况可不考虑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aDN50HG/T20592-2009FM排污管bDN40HG/T20592-2009FM放空口cDN50HG/T20592-2009FM液氨入口dDN50HG/T20592-2009FM液氨出口eDN500HG/T21518-2005FM人孔fDN50HG/T20592-2009FM气氨出口gDN80HG/T20592-2009FM安全阀接口hDN20HG/T20592-2009FM压力表接口iDN32HG/T
4、20592-2009FM液位计接口课 程 设 计 任 务 书2设计内容1)设备工艺、结构设计;2)设备强度计算与校核;3)技术条件编制;4)绘制设备总装配图;5)编制设计说明书。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等:1)设计说明书:主要内容包括:封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等; 2)总装配图设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定,图面布置要合理,结构表达要清楚、正确,图面要整洁,文字书写采用仿宋体、内容要详尽,图纸采用计算机绘制。课 程 设 计 任 务 书4主要参考
5、文献:1 国家质量技术监督局,GB150-1998钢制压力容器,中国标准出版社,19982 国家质量技术监督局,压力容器安全技术监察规程,中国劳动社会保障出版社,19993 全国化工设备设计技术中心站,化工设备图样技术要求,2000,114 郑津洋、董其伍、桑芝富,过程设备设计,化学工业出版社,20015 黄振仁、魏新利,过程装备成套技术设计指南,化学工业出版社,20026 国家医药管理局上海医药设计院,化工工艺设计手册,化学工业出版社,19967 蔡纪宁主编,化工设备机械基础课程设计指导书,化学工业出版社,2003年5设计成果形式及要求:1)完成课程设计说明书一份; 2)草图一张(A1图纸一
6、张)3)总装配图一张 (A1图纸一张); 6工作计划及进度:2014年06月29日:布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤 06月30、07月1、2、3日:机械设计计算(强度计算与校核)及技术条件编制07月4日07月7日:设计图纸绘制(草图和装配图)06月8日07月9日:撰写设计说明书07月10日:答辩及成绩评定基层教学负责人审查意见: 签字: 年 月 日目录1 前言12 设计选材及结构22.1 工艺参数的设定22.1.1 设计压力22.1.2 筒体的选材及结构23 设计计算33.1 筒体的直径D,长度L和标准椭圆封头的公称直径D33.2 筒体壁厚计算33.3 标准椭圆封头壁厚计算43.4 压
7、力试验44 附件选择64.1 人孔选择64.2 人孔补强的计算64.2.1 内压容器开孔后所需的补强面积64.2.2 有效补强面积即已有的加强面积74.3 进出料接管的选择84.4 接管和法兰94.5 各接管钢材的选择104.6 垫片的选择114.7螺栓(螺柱)的选择124.8 鞍座的选择124.8.1 鞍座结构和材料的选取124.8.2容器载荷计算144.8.3鞍座选取标准144.8.4鞍座强度校核154.9 视镜的选用164.10 液面计的选用164.11安全阀的选用174.12 焊接接头的设计175 容器校核196 总结30参考文献311 前言液氨是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料
8、,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)。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,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。2 设计选材及结构2.1 工艺参数的设定2.1.1 设计压力液氨在50是的饱和蒸汽压为2.032 MPa,由于按压力容器
9、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Pv=2.059Mpa,大气压Pa=0.1Mpa. 而最高工作压力指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压可取液氨容器的设计压力为最大工作压力的1.1倍。即P=(2.032-0.1)1.1=2.12。工作温度为-2048,则设计温度取50。2.1.2 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类的低碳钢板, Q345R钢板的价格虽比20R贵,但在制造费
10、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GB713-2011。 3 设计计算3.1 筒体的直径D,长度L和标准椭圆封头的公称直径D经验公式 3L/D6,(一般取4)先估算标准椭圆封头公称直径D,其中D=D。L/4=15;先取L/D=4,得D=1.68m 。查JB/T 47462002得:表3-1 EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DNmm总深度Hmm内表面积A容积Vm16004252.90770.568417004503.26620.699918004753.65350.827019005004.06240.968
11、7选D=1700mm,由表得:直边长度h=450-1700/4=25mm,容积=0.699;则圆筒部分=L/4=15-20.699, 得L=5.9926m;取L=6.00m。验算L/D=6.00/1.700=3.53,符合经验公式 3L/D1636500325185185183170157143圆筒的计算压力为2.12 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。先取许用应力为 189MPa 壁厚: mm 满足 3mm16mm, 合理所以,最终取 =9.59mm查第三版过程设备设计得,Q345R压力容器常用
12、钢板的负偏差按GB/T 713中的B类要求,取=0.3mm查材料腐蚀手册得50下液氨对钢板的腐蚀速率0.1/年,设计年限为15年,腐蚀余量=15*0.1=1.5mm1000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。容器公称直径大于1600-3000时,一般选用DN500人孔。查国家标准 HG21524-2005,综合考虑选择水平吊盖带颈对焊法兰人孔,公称压力PN2.5、公称直径DN500、H1=350、规格53012、质量321kg、RF型密封面、采用20R材料。4.2 人孔补强的计算 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
13、体锻件补强三种。补强圈补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。因条件不苛刻,故采用补强圈补强形式。为了计算方便,采用等面积补强法。/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。补强材料选用16MnR。4.2.1 内压容器开孔后所需的补强面积 式中 开孔直径: ;强度削弱系数: 壳体开孔处的计算厚度: 接管有效厚度: 12-2.3=9.7mm则 4.2.2 有效补强面积即已有的加强面积壳体开孔后,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
14、元件) 筒体上多余金属面积:有效补强宽度: B=max2d,d+2()=2d筒体的有效厚度: mm所以 2人孔接管上多余的面积: 外侧有效高度:内侧有效高度即实际内伸高度: 接管计算厚度:所以 2焊缝金属截面积:2则 2比较得 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。所需补强圈的面积为:2补强圈的结构及尺寸: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,补强圈与壳体连接的接头取D
15、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B型(查化工容器及设备简明设计手册)。查标准HG 21506-92 得补强圈外径,内径则取535。计算补强圈厚度: 查标准补强圈厚度取12,小于38mm,计算的补强圈厚度也满足补强圈补强的条件。查国家标准JB/T 4376-200,得对应补强圈质量为31.1。4.3 进出料接管的选择 材料:容器接管一般应采用无缝钢管,所以液体进料口接管材料选择无缝钢管,采用无缝钢管标准GB/T-8163。材料为Q345R。结构:接管伸进设备内切成45度,可避免物料沿设备内壁流动,减少物料对壁的磨损与腐蚀。接管的壁厚要求:接管的壁厚除要
16、考虑上述要求外,还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下,管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半,否则,应采用厚壁管或整体锻件,以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。不需另行补强的条件: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89。 接管最小壁厚满足以下要求。表4-1 不另行补强的接管最小壁厚接管公称直径/mm202532405080最小壁厚/mm3.03.55.06.04.4 接管和法兰液氨储罐液面计接口、人孔、压力表孔、安全阀接孔、
17、放空口、液氨进口、液氨出口、气氨出口、排污口。根据各接口的大小选择相对应的法兰及垫片。 根据设计要求及开孔补强条件,确定接管的位置如下:a.排污口:底部距右封头焊缝1500mmb.放空口:顶部距左封头焊缝300mmc.液氨进料管:顶部距左封头焊缝2700mmd.液氨出料管:顶部距右封头焊缝2700mme.人孔:顶部距左封头焊缝1500mmf.气氨出口:顶部距右封头焊缝2250mmg.安全阀接口:顶部距右封头焊缝750mmh.压力表接口:顶部距右封头焊缝1500mmi.液位计接口:筒体右侧封头表面接管和法兰布置如图3所示,法兰简图如图所示:图 4-1查HG/T 20592-2009钢制管法兰中表
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