課程設(shè)計---液溴儲罐的設(shè)計

1、-作者xxxx-日期xxxx課程設(shè)計-液溴儲罐的設(shè)計【精品文檔】課程設(shè)計題 目：液溴儲罐的設(shè)計專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 設(shè)計題目液溴儲罐的設(shè)計工藝數(shù)據(jù)：儲罐內(nèi)徑：2200mm儲罐長度（不包括封頭）：4400mm地點：德州設(shè)夏季最高溫度時物料的飽和蒸汽壓為1.6 MPa密度：每立方厘米 熔點：-7.2 沸點：58.78 【精品文檔】目錄設(shè)計題目3第一章 總論11.1 概述11.2 設(shè)計依據(jù)和原則1第二章 工藝參數(shù)的確定22.1 設(shè)計溫度的確定22.2 設(shè)計壓力的確定22.3 筒體和封頭的選材及機構(gòu)22.3.1 液溴的性質(zhì)22.3.2 筒體、封頭的選材32.3

2、.3 筒體、封頭的結(jié)構(gòu)3第三章 設(shè)計計算43.1 筒體的計算43.2 封頭的計算43.3 水壓試驗及強度校核4第四章 附件的選擇及計算64.1 法蘭的選擇64.1.1 法蘭類型的選擇64.1.2 法蘭密封面的選擇64.1.3 墊片、螺栓的選擇64.1.4 法蘭最終選擇74.2 人孔的選擇計算74.2.1 人孔的選擇74.2.2 人孔補強的確定84.3 臥式容器支座的選擇及計算84.3.1 支座的選擇84.2.2 鞍座的選用原則84.2.3 鞍座負荷計算84.4 液面計的選擇10接口管的選擇104.5.1 液溴進出料管104.5.2 排污管10 安全閥接口管10第五章 設(shè)備的校核計算11筒體和封

3、頭切向應(yīng)力校核11筒體切向應(yīng)力計算11封頭切向應(yīng)力計算11筒體軸向應(yīng)力校核115.2.1 由設(shè)計壓力引起的軸向應(yīng)力115.2.2 軸向應(yīng)力組合與校核11參考文獻13總結(jié)14第一章 總論1.1 概述本設(shè)計是為德州地區(qū)的工廠設(shè)計一液溴儲罐。綜合考慮了德州的環(huán)境條件，液溴的物理化學(xué)性質(zhì)等因素，結(jié)合給定的工藝參數(shù)，對儲罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補強、接管、管法蘭、液位計、鞍座、焊接形式進行了設(shè)計和選擇。并用SW6軟件進行了校核。校核結(jié)果表明，所做設(shè)計結(jié)果正確、無誤。 設(shè)計依據(jù)和原則（2）壓力容器 GB 150-2011（3）壓力容器用鋼板 GB 6654-1996（4）橢圓形封頭 JB/T 473

4、7-95（5）乙型平焊法蘭 NB/T 47022-2012（6）長頸對焊法蘭 NB/T 47023-2012（7）非金屬墊片 NB/T 47024-2012（8）石棉橡膠板 GB/T 3985（9）壓力容器法蘭分類與技術(shù)條件 NB/T 47020-2012（11）鋼制人孔和手孔的類型與技術(shù)條件 HG/T 21514-2005（12）回旋蓋帶頸對焊法蘭人孔 HG/T 21518-2005 （13）補強圈 JB/T4736-2002 （14）反射式玻璃板液位計 HG/T 21590-95第二章 工藝參數(shù)的確定2.1 設(shè)計溫度的確定德州市基本氣候特點是季風(fēng)影響顯著，四季分明、冷熱干濕界限明顯，春季干

5、旱多風(fēng)回暖快，夏季炎熱多雨，秋季涼爽多晴天，冬季寒冷少雪多干燥，具有顯著的大陸性氣候特征。光照資源豐富。德州市年平均氣溫。極端最高氣溫（1955年7月23日德城區(qū)），極端最低氣溫-27（1958年1月15日德城區(qū)）。德州市平均無霜期長達208天，一般為3月29日到10月24日，各縣之間相差較大，武城縣最長為225天，東西相差近月余。德州市年平均降水量為，東部多于西部，南部多于北部。降水量的時間分配以7月最多，德州市平均降水量190毫米，1月最少只有。按季節(jié)分，春季占有12.8%，夏季高達67.7%，秋季占16.9%，冬季只占2.6%。根據(jù)德州的天氣情況，確定儲罐的設(shè)計溫度為-3045。2.2

6、設(shè)計壓力的確定已知夏季最高溫度時物料的飽和蒸汽壓為1.6MPa，所以設(shè)計取壓力液柱靜壓力估算為：液溴密度，/cm3g ：重力加速度，/s2h ：臥式容器液柱最大高度，估值為筒體公稱直徑，m2.3 筒體和封頭的選材及機構(gòu) 液溴的性質(zhì)液溴是純凈物，常溫下溴是唯一呈液態(tài)的非金屬單質(zhì)。液溴是紅棕色發(fā)煙液體，氣溫低時（20能凍結(jié)成為帶金屬光澤暗紅色針狀晶體。常溫下蒸發(fā)很快，其蒸氣有窒息性刺激氣味，呈紅棕色。微溶于水；易溶于乙醇、乙醚、四氯化碳、煤油等多種有機溶劑；也溶于堿溶液、氫溴酸和溴化物等溶液。液溴的化學(xué)性質(zhì)很活潑，與氯氣相似，但是稍弱，溴化物中的溴離子可以用游離態(tài)的氯來驅(qū)出；它是一種強氧化劑，遇砷

7、、銻放出火花而化合；與氫的親和力甚強；與有機物混合可引起燃燒；在有水存在時溴單質(zhì)能把二氧化硫氧化為硫酸并生成溴化氫；在堿性介質(zhì)中氨和尿素等氮化物被氧化而產(chǎn)生氮氣；在氣相中溴單質(zhì)將氨氧化為氮氣并產(chǎn)生白煙（溴化銨），生產(chǎn)上常以此檢查設(shè)備和管道是否漏溴；溴在有次溴酸存在的情況下比較穩(wěn)定；能與橡膠反應(yīng)而使橡膠老化、龜裂，橡膠常用的是聚異戊二烯和聚丁二烯，其中都含有碳碳雙鍵，溴單質(zhì)能與之發(fā)生加成反應(yīng)；溴單質(zhì)具有極強烈的毒性和腐蝕性1。表2-1 液溴的物理性質(zhì)中文名液溴沸點化學(xué)式Br2密度3.119 g/cm3分子量顏色深紅棕色熔點溶解度 筒體、封頭的選材根據(jù)液溴的物性和設(shè)計溫度在-3045之間、設(shè)計壓力

8、為，由于液溴具有強腐蝕性，采用內(nèi)襯四氟乙烯的方式進行防腐處理。因此，純粹從技術(shù)角度考慮，20R和16MnR都可行。但從經(jīng)濟角度來說，20R價格便宜，比較適合。因此選用20R鋼板作為制造筒體、封頭的材料。20R20G是以前的工藝標(biāo)準(zhǔn)是：GB6654、GB713-86；Q245R是現(xiàn)在的新牌號，標(biāo)準(zhǔn)是：GB713-2008二者其實是一樣的材質(zhì)，僅僅是名稱不一樣。 筒體、封頭的結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計為圓筒形。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，因此這類容器應(yīng)用最廣。封頭又稱端蓋，按其形狀又分為凸形封頭、錐形封頭和平板形封頭3類。其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封

9、頭和球冠形封頭。錐形封頭分為無折邊與折邊兩種。平板封頭根據(jù)它與筒體連接方式不同也有多種結(jié)構(gòu)2。從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。平板封頭因直徑各厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。從鋼材耗用量來年：球形封頭用材最少，比橢圓開封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。第三章 設(shè)計計算3.1 筒體的計算已知的工藝參數(shù)為：公稱直徑：Di=2200mm設(shè)計壓力：Pc選用20R，工作溫度-3045，查鋼板許用應(yīng)力表得

10、焊接接頭采用V坡口雙面焊接,采用全部無損檢測,其焊接接頭系數(shù)由焊接接頭系數(shù)表查得。估計鋼板厚度在825之間，所以鋼板負偏差由鋼板厚度負偏差表查得C1=0.8 mm；液溴為強腐蝕性，采用內(nèi)襯四氟乙烯方法，內(nèi)部腐蝕忽略不計，腐蝕裕量由(殼體、封頭腐蝕裕量表)查得C2=1mm。液溴儲罐是內(nèi)壓薄壁容器，按公式計算筒體的設(shè)計厚度為：. 根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查鋼板的常用厚度表，圓整為n=18mm3.2 封頭的計算采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭a:b=2:1，各參數(shù)與筒體相同。封頭的設(shè)計厚度：.根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查鋼板的常用厚度表，圓整為n=18mm，可見和筒體等厚。查標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭JB/T4737-95，得下表：表

11、3-1 橢圓封頭各項參數(shù)公稱直徑DN/mm曲面高度h1/mm直邊高度h2/mm厚度/mm內(nèi)表面積A/m2容積V/m3質(zhì)量m/kg220060040183.3 水壓試驗及強度校核先按公式確定水壓試驗時的壓力Pt為：水壓試驗時的應(yīng)力為查表得厚度為16mm的16MnR鋼板的鋼材屈服極限故在常溫水壓試驗時的許用應(yīng)力為：故 因此筒體滿足水壓試驗時的強度要求第四章 附件的選擇及計算4.1 法蘭的選擇 法蘭類型的選擇法蘭連接結(jié)構(gòu)是一個組合件，是由一對法蘭、若干螺栓、螺母和一個墊片組成。法蘭密封的原理是：法蘭在螺栓預(yù)緊力的作用下，把處于壓緊面之間的墊片壓緊。法蘭按整體性程度分為整體法蘭、松式法蘭和任意式法蘭。

12、壓力容器用法蘭為整體法蘭3。下表為兩種法蘭的參數(shù)。表4-1 平焊法蘭和對焊法蘭標(biāo)準(zhǔn)分類適用壓力/MPa適用溫度/適用直徑/mm平焊法蘭甲型-203003002000乙型-203503003000長頸對焊法蘭-20453003000由于儲罐的設(shè)計壓力為1.76MPa，公稱直徑為2200mm2200mm，所以，選用長頸對焊法蘭。 法蘭密封面的選擇法蘭連接的密封性能與密封面形式有直接關(guān)系，所以要合理選擇密封面的形狀。下表為各種密封面比較表4-2 密封面比較·優(yōu)點缺點適用范圍平面形結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，便于防腐襯里不易壓緊，密封性差PN<2.5MPa，介質(zhì)無毒凹凸面壓力較高場合/DN80

13、0，PN榫槽面良好密封性結(jié)構(gòu)制造復(fù)雜，更換困難/其他適合壓力較高不易加工/根據(jù)上表，由于介質(zhì)有腐蝕性且公稱直徑和公稱壓力較高，因此榫槽面作為密封面。.3 墊片、螺栓的選擇墊片是構(gòu)成密封的重要元件，適當(dāng)?shù)膲|片變形和回彈能力是形成密封的必要條件。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47020-2012中法蘭、墊片、螺柱、螺母材料匹配表，選用墊片材料為橡膠石棉板。螺栓材料為30CrMoA 法蘭最終選擇最終選擇長頸對焊法蘭為儲罐的法蘭，選用標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47023-2012中公稱壓力為2.5MPa，公稱直徑為2200mm的法蘭表4-3 選用法蘭的結(jié)構(gòu)及尺寸（公稱壓力PN=2.5MPa）公稱直徑DN/mm法蘭/mm螺柱對

14、接筒體DD1D2D3D4Hh112Rd規(guī)格數(shù)量最小厚度u/mm22002720262025292509250619032086262334501852M427226表4-4 選用法蘭質(zhì)量數(shù)據(jù)公稱直徑DN/mm法蘭質(zhì)量/kg襯環(huán)質(zhì)量/kg2200平面凸面凹面榫面槽面平面凸面凹面榫面槽面則，選用法蘭的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記為：法蘭C-T 224.2 人孔的選擇計算 人孔的選擇人孔是壓力容器檢修的重要入口，也是壓力容器設(shè)計的重要組成部分4。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。綜合考慮到公稱壓力2.5MPa，工作溫度為45及手孔材結(jié)果和材料等因素，查找標(biāo)準(zhǔn)鋼制人孔和手孔的類型和技術(shù)條件和回旋蓋

15、帶頸對焊法蘭人孔確定人孔。選用等長雙頭螺柱，墊圈選用非金屬墊片中的石棉橡膠板，其他數(shù)據(jù)如下表所示：表4-5 所選人孔的參數(shù)名稱密封面形式及代號公稱直徑DN/mm公稱壓力PN/MPa人孔材料墊片材料回旋蓋帶頸對焊法蘭人孔突面RF45016R普通石棉橡膠表4-6 所選人孔尺寸表dDD1H1H2bb1b2ABLdo螺柱螺母螺柱質(zhì)量(kg)數(shù)量456670600250126424446375175250242040246則人孔標(biāo)記為：人孔RFS-35CM(NM-XB350)A 450-2.5 HG/T21518-2005 人孔補強的確定本設(shè)計選用人孔筒節(jié)內(nèi)徑為450mm，厚度為12mm。故補強圈尺寸為

16、：補強圈內(nèi)徑484mm，外徑為760mm，補強圈厚度按下式估算。 考慮到人孔筒節(jié)有一定的腐蝕余量，故補強圈厚度為26mm。查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736-2002得補強圈質(zhì)量為。 臥式容器支座的選擇及計算.1 支座的選擇臥式容器支座有鞍座、圈座和支腿三種。鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式容器支座。鞍座分為A型和B型兩類。對于大直徑薄壁容器和真空操作的容器，因其自身重量可能嚴(yán)重撓曲；多于兩個支撐的長容器。腿式支座簡稱支腿，由于這種支座在與容器殼壁連接處會造成嚴(yán)重的局部應(yīng)力，故只適合用于小型設(shè)備。因此，選用鞍式支座5作為儲罐的支座。 鞍座的選用原則（1） 雙鞍座臥式容器的受力狀態(tài)可簡化為受均布載荷的外伸梁，

17、由材料力學(xué)知，當(dāng)外伸長度A=，跨度中央的彎矩與支座截面處的彎矩絕對值相等，所以一般近似取，其中L取兩封頭切線距離，A為鞍座中心線至封頭切線間距離。（2） 當(dāng)鞍座臨近封頭時，則封頭對支座處筒體有加強剛性的作用。為了充分利用這一加強效應(yīng)，在滿足下應(yīng)盡量使。 鞍座負荷計算儲罐重質(zhì)量計算式如下：m=m1+m2+m3+m4式中：m1為罐體質(zhì)量，kg；m2為封頭質(zhì)量，kg；m3為液溴質(zhì)量，kg；m4為附件質(zhì)量，kg。（1） 罐體質(zhì)量m1DN=2200mm，=18mm的筒節(jié)，每米質(zhì)量為q1=1000kg/m，故（2） 封頭質(zhì)量m2DN=2200mm，=18mm，直邊高度為40mm，每米質(zhì)量為q2=900kg

18、/m，故（3） 液氨質(zhì)量m3式中：為裝料系數(shù)，取0.7；V為儲罐容積，m2；為液溴密度，3119kg/m3（4） 附件質(zhì)量m4人孔質(zhì)量為246kg，其他接管綜合按300kg計，故設(shè)備總質(zhì)量為：m=m1+m2+m3+m4=4800+1800+56143+546=63289kg 每個鞍座只承受316KN負荷，所以選用輕型帶墊板、包角為120o的鞍座。表4-7 型式特征型式包角墊板筋板數(shù)輕型焊制A120有6表4-8 支座尺寸（DN=2200mm）允許載荷Q鞍座高度底板腹板筋板l1b112l3b2b33435KN250172024014102652082908墊板螺栓配置鞍座質(zhì)量弧長b44e間距l(xiāng)2螺

19、孔d螺紋孔長l234kg280050010100152024M2040外伸長度，L=2200mm，筒體長為4400mm，則：則兩鞍座間距為：鞍座標(biāo)記為：JB/T 4712.1-2007，支座 A2400-F4.4 液面計的選擇 對于承壓容器，一般都是將液面計通過法蘭、活接口或螺紋接口與設(shè)備連接在一起?，F(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，有反射式玻璃板液面計、反射式防霜液面計、透光式板式液面計和磁性液面計。根據(jù)選用表選用：選用反射式玻璃板液面計，公稱壓力PN4.0MPa，具體參數(shù)如下表：表4-9 反射式玻璃板液面計基本參數(shù)及尺寸液面計節(jié)數(shù)公稱長度L/mm透光尺寸L1×14mm透光總長度L2/mm加熱蒸汽管接口間

20、距/mm重量底部配閥門底部配螺塞51450260×1414601420-1450V(P) 接口管尺寸為：ø18mm×3mm，管法蘭HG20592 法蘭SO20-2.5 RF 16MnR 液溴進出料管采用ø57mm×6mm無縫鋼管。進料管的一端切成45°，伸入出罐內(nèi)少許。配用具有凸面的帶頸平焊法蘭，法蘭標(biāo)記為：HG20592 法蘭PL50-2.5 RF 16MnR。 排污管儲罐右側(cè)底部設(shè)置排污管一個，管子規(guī)格：ø57mm×6mm，采用密封面為氟材料的截止閥J41W-25和與之匹配的管法蘭HG20592 法蘭PL50-2.5 RF 16MnR。 安全閥接口管 安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。本儲罐采用ø32mm×4mm的無縫鋼管，管法蘭HG20592