液氨儲儲罐設(shè)計 [文檔在線提供]

1、目 錄第一章 緒論.2設(shè)計任務(wù).2設(shè)計思想.3設(shè)計特點.2第二章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證.2材料選擇.2結(jié)構(gòu)選擇與論證.2第三章 設(shè)計計算.4筒體厚度設(shè)計.4封頭壁厚設(shè)計.4水壓試驗及強度校核.4人孔并核算開孔補強.5核算承載能力并選擇鞍座.7液面計選擇.7壓力表選擇.8接口管選擇.8設(shè)計小結(jié).9第四章 主要參考資料9附于儲罐裝配圖與儲罐零件圖于本書末第一章 緒論1.設(shè)計任務(wù)綜合運用所學(xué)的機械基礎(chǔ)課程知識設(shè)計一個常溫下儲存液氨的儲罐2設(shè)計思想綜合運用所學(xué)的機械基礎(chǔ)課程知識，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對儲罐進行設(shè)計。在設(shè)計過程中綜合考慮了經(jīng)濟性，實用性，安全可靠性。各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)

2、或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進行設(shè)計。3設(shè)計特點容器的設(shè)計一般由筒體、封頭、法蘭、支座、接口管及人孔等組成。常、低壓化工設(shè)備通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可直接選用。本設(shè)計書主要介紹了液罐的的筒體、封頭的設(shè)計計算，低壓通用零部件的選用。各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進行設(shè)計。第二章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證(1)材料選擇純液氨腐蝕性小,貯罐可選用一般鋼材,但由于壓力較大,可以考慮20R、16MnR.這兩種鋼種。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用20R類的低碳鋼板， 16MnR鋼板的價格雖比20R貴，但

3、在制造費用方面，同等重量設(shè)備的計價，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。（2）結(jié)構(gòu)選擇與論證(一) 封頭的選擇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。(二) 人孔的選擇壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。人孔

4、主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。選用時應(yīng)綜合考慮公稱壓力、公稱直徑(人、手孔的公稱壓力與法蘭的公稱壓力概念類似。公稱直徑則指其簡節(jié)的公稱直徑)、工作溫度以及人、手孔的結(jié)構(gòu)和材料等諸方面的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性。通?？梢愿鶕?jù)操作需要,在這考慮到人孔蓋直徑較大較重,故選用碳鋼水平吊蓋人孔，人孔筒節(jié)軸線垂直安裝。(三) 容器支座的選擇容器支座有鞍座,圈座和支腿三種,用來支撐容器的重量。鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座。從應(yīng)力分析看，承受同樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個支承比采用兩個支承優(yōu)越，因為多支承在粱內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小。所以，從理論上說

5、臥式容器的支座數(shù)目越多越好。但在是實際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計成雙支座，這是因為當(dāng)支點多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局部不圓度、支座的水平度、各支座基礎(chǔ)下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對剛性等等，均會影響支座反力的分市。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利的影響。所以一臺臥式容器支座一般情況不宜多于二個。圈座一般對于大直徑薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座簡稱支腿，因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（DN1600，L5m）。綜上考慮在此選擇雙個鞍式支座作為儲罐的支座。(

6、四) 法蘭型式法蘭連接主要優(yōu)點是密封可靠、強度足夠及應(yīng)用廣泛。缺點是不能快速拆卸、制造成本較高。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。甲型平焊法蘭有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在較小范圍內(nèi)（DN300 mm -2000 mm）適用溫度范圍為-20-300。乙型平焊法蘭用于PN0.25 MPa-1.6 MPa壓力等級中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為DN300 mm -3000 mm，適用溫度范圍為-20-350。 對焊法蘭具有厚度更大的頸，進一步增大了剛性。用于更高壓力的范圍（PN0.6 MPa-6.4MPa）適用溫度范圍為

7、-20-45。法蘭設(shè)計優(yōu)化原則：法蘭設(shè)計應(yīng)使各項應(yīng)力分別接近材料許用應(yīng)力值，即結(jié)構(gòu)材料在各個方向的強度都得到較充分的發(fā)揮。法蘭設(shè)計時，須注意以下二點：管法蘭鋼制管法蘭、墊片、緊固件設(shè)計參照HG20592HG20635的規(guī)定。(五) 液面計的選擇液面計是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型很多，大體上可分為四類，有玻璃板液面計、玻璃管液面計、浮子液面計和浮標(biāo)液面計。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計有透光式和反射式兩種結(jié)構(gòu)，其適用溫度一般在0250。但透光式適用工作壓力較反射式高。玻璃管液面計適用工作壓力小于1.6MPa，介質(zhì)溫度在0250的范圍。液面計與容器的連接型式有法蘭連接、頸部連接及

8、嵌入連接，分別用于不同型式的液面計。液面計的選用1玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料內(nèi)沒有結(jié)晶等堵塞固體的場合。板式液面計承壓能力強，但是比較笨重、成本較高。2玻璃板液面計一般選易觀察的透光式，只有當(dāng)物料很干凈時才選反射式。3當(dāng)容器高度大于3m時，玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面觀察效果受到限制，應(yīng)改用其它適用的液面計。液氨為較干凈的物料，易透光，不會出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象所以在此選用玻璃管液面計。第三章 設(shè)計計算(一) 筒體厚度設(shè)計p設(shè)計壓力。儲罐在夏季最高溫度可達到目的40，查常溫下液體飽和蒸氣壓表,這時氨的飽和蒸氣壓為1.55MPa(絕對壓力)。取此壓強的1.05倍,故取P=1.6 MP

9、a作為設(shè)計壓力。=1600mm在操作溫度-540的范圍內(nèi),估計些筒體的厚度在10 mm 左右,為安全計=170 MPa(查教材鋼制壓力容器中使用的許用應(yīng)力表5-3)焊接接頭采用V坡口雙面焊接,采用局部無損檢測,其焊接接頭系數(shù)由焊接接頭系數(shù)表查得=0.85在鋼制壓力容器中，只考慮鋼板腐蝕裕量，不計鋼板的厚度負(fù)偏差C1，平面腐裕量取C2=1 mm。則設(shè)計厚度d筒體厚度根據(jù)鋼板厚度規(guī)格表5-8（教材），圓整后選取厚度n=10mm的16MnR鋼板。(二) 封頭壁厚設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同圓整后取10mm厚的16MnR鋼板來制造封頭(三) 水壓試驗及強度校核先按公式確定水壓試驗時的壓力為

10、：選取前兩者中壓力較大值作為水壓試驗壓力為=2.0MPa水壓試驗時的應(yīng)力16mm16MnR鋼板在常壓下的許用應(yīng)力,故筒體滿足水壓試驗時的強度要求(四) 人孔并核算開孔補強根據(jù)儲罐是在常溫下及最高工作壓力為1.6 MPa的條件下工作,人孔的標(biāo)準(zhǔn)按公稱壓力為1.6 MPa等級選取，考慮到人孔蓋直徑較大較重,故選用碳鋼水平吊蓋人孔(JB583-79)，公稱直徑450mm,凹凸法蘭密封面（C型），該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸，檢修時只須松開螺栓將蓋板旋轉(zhuǎn)一個角度，由吊鉤吊住，不必將蓋松取下。該人孔標(biāo)記為：HG2152-95 人孔CPg1.6 Dg450,JB583-79查得如下圖水平吊蓋人孔各零件的名稱、

11、材料及尺寸件號標(biāo)準(zhǔn)號名稱數(shù)量材料尺寸/mm1筒節(jié)1Q235A2GB3076煤栓20A4直徑×長度=M27×1203GB3076螺母20Q235AM274法蘭1Q235AD=640，D1=5855墊片1=36蓋1Q235AB1=42;b2=447吊環(huán)1Q235Ad=208轉(zhuǎn)臂1Q235Ad=369吊鉤1Q235A螺紋部分M2010GB4176螺母2Q235A11GB9576墊圈1Q235A12環(huán)1Q235A外徑d=50,內(nèi)徑d=3613無縫鋼管111067×3.514支承板1Q235A=10另外,還要考慮人孔補強,確定補強圈尺寸,由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管,故不

12、能直接選用補強圈標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑為d=450mm,壁厚=10mm。故補強圈尺寸如下：查表得人孔的筒體尺寸為480×10，由標(biāo)準(zhǔn)查得補強強圈內(nèi)公式D1=484mm,外徑D2=760mm，不計焊縫系數(shù)的筒體計算壁厚開孔補強的有關(guān)計算參數(shù)如下：考慮腐蝕后的開孔內(nèi)徑d=di +2×c2=460+2×1=462補強區(qū)的寬度B2d=2×462=924mm接管的計算壁厚附加量補強區(qū)的外側(cè)高度mm補強區(qū)的內(nèi)側(cè)高度h2=0mm由教材公式計算因開孔被削弱的金屬面面積A：Cd×=462×7.6=3511.2由教材公式計算筒體超過承壓所需的多

13、余金屬截面積A1A1（B-d）(-C1-)=(924×462)(10-1-7.6)=646.8A2=2h1(-c)- =2×67.97×（10-2.5）-3.24=579.1若不計焊縫補強的金屬截面面積A3，得補強金屬截面面積A0為A0A-（A1+A2+A3）3511.2-（646.8+579.1）2285.3由教材公式求得補強圈的厚度A0/(D2-D1)=2285.3/(760-484)=8.3 由于考慮到筒體的厚度為10,故選取補強圈為10mm厚的16MnR補強圈,其標(biāo)記為:補強圈Dg450×10 JB 1207-73(五) 核算承載能力并選擇鞍座首

14、先粗略計算鞍座負(fù)荷儲罐總質(zhì)量M= M1+ M2+ M3式中M1罐體質(zhì)量，kgM2封頭質(zhì)量，kgM3液氨質(zhì)量，kgA 罐體質(zhì)量M1DN=1600 mm，=10 mm的筒節(jié)，由（材料與零部件上冊）查得每米質(zhì)量為397kg/m,由查得筒體每米長的容積=2.017/m由查得封頭每米長的容積=0.617/m.然后由解得L=10.29m取L=10.3m為宜。DN=1600 mm，=10 mm，直邊高度h=40 mm標(biāo)準(zhǔn)封頭，其質(zhì)量查橢圓封頭質(zhì)量表得=236kg/m所以故罐的自重為M1M1=2×236+10.3×397=4561.1 kgB 由于整個罐的容積為22.0,故其水壓試驗時罐內(nèi)

15、的水重為M2=22.0×1000=22000C. 其它附件質(zhì)量M3人孔質(zhì)量約為178 kg,其他接管質(zhì)量和按300 kg計。于是，設(shè)備總質(zhì)量為M= M1+ M2+ M3 =22000+4561.1+（178+300）=27039 kg查材料與零部件上冊得，公稱直徑為1600 mm，選擇高度H250 mm的A型鞍座，其單個承載能力為86.5t>27039kg.故其承載能力足夠。標(biāo)記為：Dg1600-AM-250 JB-4712-92 Dg1600-AM-250 JB-4712-92(六) 液面計的選擇 液氨儲罐常用玻璃液面計,由儲罐公稱直徑1600選擇長度為1400mm 液面計一

16、支，體材料(針形閥)為碳鋼,體溫型, 液面計接管為無縫鋼管，液面計相配的接口管尺寸為: 25×3mm,平焊管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg20 液面計標(biāo)記為：玻璃管液面計 AD L1400 HG 5-227-80 (七) 壓力計選擇1）量程裝在鍋爐、壓力容器上的壓力表，其最大量程（表盤上刻度極限值）應(yīng)與設(shè)備的工作壓力相適應(yīng)。壓力表的量程一般為設(shè)備工作壓力的153倍，最好取2倍。若選用的壓力表量程過大，由于同樣精度的壓力表，量程越大，允許誤差的絕對值和肉眼觀察的偏差就越大，則會影響壓力讀數(shù)的準(zhǔn)確性；反之，若選用的壓力表量程過小，設(shè)備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限，則會使壓

17、力表中的彈性元件長期處于最大的變形狀態(tài)，易產(chǎn)生永久變形，引起壓力表的誤差增大和使用壽命降低。另外，壓力表的量程過小，萬一超壓運行，指針越過最大量程接近零位，而使操作人員產(chǎn)生錯覺，造成更大的事故。因此，壓力表的使用壓力范圍，應(yīng)不超過刻度極限的6070。  （2）測量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤刻度極限值的百分?jǐn)?shù)來表示的。精度等級一般都標(biāo)在表盤上，選用壓力表時，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的壓力等級和實際工作需要來確定精度。額定蒸汽壓力小于2.45MPa的鍋爐和低壓容器所用的壓力表，其精度不應(yīng)低于25級；額定蒸汽壓力大于2.45MPa的鍋爐和中、高壓容器的壓力表，精度不應(yīng)低于1.5級。 

18、（3）表盤直徑為了使操作人員能準(zhǔn)確地看清壓力值，壓力表的表盤直徑不應(yīng)過小。在一般情況下，鍋爐和壓力容器所用壓力表的表盤直徑不應(yīng)小于100mm，如果壓力表裝得較高或離崗位較遠，表盤直徑還應(yīng)增大。又考慮到液氨有一定腐蝕性,所以綜合考慮選用隔膜壓力表, 技術(shù)指標(biāo)為：精度等級：(1.) 公稱直徑：50 接頭螺紋：1.5 G1 測量范圍：0-2.4Mpa (八) 接口管選擇本儲罐設(shè)有如下接口管a) 液氨進料管采用無縫鋼管76×6mm (管壁加厚，具有補強作用).管的一端伸入罐切成45°,管長400 mm。配用凸面式平焊管法蘭Pg16Dg65 GB9119.8-88b) 液氨出料管采用可拆的壓出管76×4mm,伸入到罐內(nèi)離罐底約100 mm,外套無縫鋼管89×6mm(管壁加厚，具有補強作用),都配用凸面板式平焊管法蘭（GB9119.8-88），凸面管法蘭蓋（GB9119.8-88）和石棉橡膠墊片（GB