臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

1、安徽工程大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目名稱：臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：食品122班學(xué)生姓名：王飛騰指導(dǎo)教師：季長(zhǎng)路完成日期： 2015-09-24目錄摘要3第一章緒論41.1 設(shè)計(jì)任務(wù)： 41.2設(shè)計(jì)思想： 41.3設(shè)計(jì)特點(diǎn)： 4第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 52.1材料選擇 52.2結(jié)構(gòu)選擇與論證 52.2.1 封頭的選擇 5容器支座的選擇 52.3法蘭型式 62.4液面計(jì)的選擇 6第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73.1壁厚的確定 73.2封頭厚度設(shè)計(jì) 7計(jì)算封頭厚度 7水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核 83.3儲(chǔ)罐零部件的選取 8儲(chǔ)罐支座 8罐體質(zhì)量 8封頭質(zhì)量 9液氨質(zhì)量 9附件質(zhì)量 9第四章接管的選取104.1 液氨進(jìn)料管 1

2、04.2平衡口管 104.3液位指示口管 104.4放空口管 104.5液體進(jìn)口管 114.6液體岀口管 11第五章壓力計(jì)選擇12符號(hào)說(shuō)明13總結(jié)14摘要本說(shuō)明書(shū)為1.2m3液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。扼要介紹了臥式儲(chǔ)罐的特點(diǎn)及在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，詳細(xì)的闡述了臥式儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算及制造、檢修和維護(hù)。本文采用分析設(shè)計(jì)方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質(zhì)等因素并參考相關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)，按工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算的設(shè)計(jì)順序，分別對(duì)儲(chǔ)罐的筒體、 封頭、鞍座、接管進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后采用1SW6-1998寸其進(jìn)行強(qiáng)度校核，最后形成 合理的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)結(jié)果滿足用戶要求，安全性與經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保要求均合格。關(guān)鍵詞：

3、壓力容器、臥式儲(chǔ)罐、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)第一章緒論1.1設(shè)計(jì)任務(wù)：針對(duì)化工廠中常見(jiàn)的液氨儲(chǔ)罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備的選型設(shè) 計(jì)，繪制總裝配圖，并便攜設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。1.2設(shè)計(jì)思想：綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識(shí)，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，安全可靠性。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參 考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求， 綜合的進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.3設(shè)計(jì)特點(diǎn)：容器的設(shè)計(jì)一般由筒體，封頭，法蘭，支座，接管等組成。常，低壓化工設(shè)備 通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)師可直接選用。本設(shè)計(jì)書(shū)主要介紹了液罐的筒體， 封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，低

4、壓通用零部件的選用。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家使用標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)。第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證2.1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(jià)格雖比20R貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)，16MnF鋼板 為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇16MnF鋼板作為制造筒體和封頭材料。2.2結(jié)構(gòu)選擇與論證2.2.1 封頭的選擇從受力與制造方面分析來(lái)看，球形圭寸頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點(diǎn)是深度 大，沖壓較為困難；橢圓

5、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(lái)年：球形封頭用材最少， 比橢圓開(kāi)封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強(qiáng)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。容器支座的選擇容器支座有鞍座，圈座和支腿三種，用來(lái)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(gè)支承比采用兩個(gè)支承優(yōu)越，因?yàn)槎嘀С性诹?內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小。所以，從理論上說(shuō)臥式容器的支座數(shù)目越多越好。但 在是實(shí)際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成雙支座，

6、這是因?yàn)楫?dāng)支點(diǎn)多于兩個(gè)時(shí)，各支承平面的影響如容器簡(jiǎn)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(duì)剛性等等，均 會(huì)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(huì)造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運(yùn)行安全帶來(lái)不利的影響。 所以一臺(tái)臥式容器支座一般情況不宜多于二個(gè)。圈座一般對(duì)于大直徑薄壁 容器和真空操作的容器。腿式支座簡(jiǎn)稱支腿，因這種支座在與容器殼壁連 接處會(huì)造成嚴(yán)重的局部應(yīng)力，故只適合用于小型設(shè)備(DN 1600, LW 5m)。綜上考慮在此選擇雙個(gè)鞍式支座作為儲(chǔ)罐的支座。2.3法蘭型式法蘭連接主要優(yōu)點(diǎn)是密封可靠、強(qiáng)度足夠及

7、應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)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(duì)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)(DN300mm2000 mm適用溫度范圍為-20 °C-30 °C。乙型平焊法蘭用于 PN0.25MPa-1.6 MPd±力等級(jí)中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為 DN300mm3000 mm適用溫度范圍為-20 °C -350 °C。對(duì)焊法蘭具有厚度更大的頸，進(jìn)一步增大 了剛性。用于更高壓力的范圍(PN0.6 MPa-6.4MPa

8、適用溫度范圍為-20 °C -45 °C。 法蘭設(shè)計(jì)優(yōu)化原則：法蘭設(shè)計(jì)應(yīng)使各項(xiàng)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(gè)方向的強(qiáng)度都得到較充分的發(fā)揮。法蘭設(shè)計(jì)時(shí)，須注意以下二點(diǎn)：管法蘭鋼制管法蘭、墊片、緊固件設(shè)計(jì)參照 HG20592HG2063的 規(guī)定。2.4液面計(jì)的選擇液面計(jì)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(jì)、玻璃管液面計(jì)、浮子液面計(jì)和浮標(biāo)液面計(jì)。在中低壓容器中常 用前兩種。玻璃板液面計(jì)有透光式和反射式兩種結(jié)構(gòu)，其適用溫度一般在 0250°C。但透光式適用工作壓力較反射式高。玻璃管液面計(jì)適用工作壓力小于 1.6MP

9、a,介質(zhì)溫度在0250°C的范圍。液面計(jì)與容器的連接型式有法蘭連接、頸 部連接及嵌入連接，分別用于不同型式的液面計(jì)。液面計(jì)的選用玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)均適用于物料內(nèi)沒(méi)有結(jié)晶等堵塞固體的場(chǎng) 合。板式液面計(jì)承壓能力強(qiáng)，但是比較笨重、成本較高。玻璃板液面計(jì)一般選易觀察的透光式，只有當(dāng)物料很干凈時(shí)才選反射式。當(dāng)容器高度大于3m時(shí)，玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)的液面觀察效果受 到限制，應(yīng)改用其它適用的液面計(jì)。液氨為較干凈的物料，易透光，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán) 重的堵塞現(xiàn)象所以在此選用玻璃管液面計(jì)。第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1壁厚的確定根據(jù)壁厚公式pDDi2P在設(shè)計(jì)溫度下，液氨的飽和壓力為0.3Mpa(絕對(duì)壓力)

10、，因此除灌裝有點(diǎn)放空口， 故取設(shè)計(jì)及計(jì)算壓力為 Pc=1.3，容器的內(nèi)徑Di=1000mm在設(shè)計(jì)溫度下，材料的 許用應(yīng)力為t=137通體材料在試驗(yàn)溫度下的屈服強(qiáng)度為s 205Mpa，采用雙面焊對(duì)接接頭，100%£損建材焊接接頭系數(shù)1.0pDi0.3 100tmm 1.1mm2 t p 2 137 1.0 0.3液氨為輕微腐蝕性，腐蝕裕量由筒體封頭腐蝕裕量表查取C2=2mm(C21mm)涉及厚度為dC2 1.1 2 3.1mm根據(jù)d 3.1mm ,由鋼板厚度負(fù)偏差得：C1=0.25mm該值小于名義厚度得6%所以鋼板厚度負(fù)偏差不可省略故取名義厚度 n 3.10.25 3.35mm圓整為5

11、mm確定選用壁厚為5mn得06Gr19Ni10高合金鋼板制作罐體3.2封頭厚度設(shè)計(jì)321計(jì)算封頭厚度根據(jù)公式Pc Di2 七0.5pc焊接接頭系數(shù)取 =1，鋼板最大寬度為3m,而此儲(chǔ)罐直徑為1m,取封頭需將鋼板 焊接后沖壓成型于是封頭厚度翠0.3 10001.1mm2 t 0.5pc 2 137 1 0.5 0.3取 C=C1+C2=0.25+2=2.25mm故 +C=1.1+2.25=3.35mm圓整后取n 5mm確定選用n=5mn厚的06Gr19Ni10制作封頭水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核先按公式確定水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力 Pt為PT=1.25P=1.25 0.3=0.375Mpa52.252.75mm查

12、表得:s 205Mpa根據(jù)式;Pt Di0.90.37510002.752 2.7568.4Mpa而 0.9 s 0.9 1.0 205184.5Mpa因?yàn)閠 0.9 s 所以水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度足夠3.3儲(chǔ)罐零部件的選取儲(chǔ)罐支座此容器為臥式儲(chǔ)罐壓力容器，可以選用鞍式支座首先粗略計(jì)算鞍座的負(fù)荷儲(chǔ)罐總質(zhì)量m皿=時(shí)m+m+m m 1- 罐體質(zhì)量 m 2-圭寸頭質(zhì)量R3- 液氨質(zhì)量 m 4- 附件質(zhì)量罐體質(zhì)量=5mm L=120C的筒節(jié)m1Di L 3.14 1000 5 5 1200 7850 148kg333封頭質(zhì)量公稱直徑DN=1000mm壁厚n 5mm,選用直邊高度為h=75mm勺標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，深入

13、高度 H=325mm容積 0.2545m3其質(zhì)量 m2 63.5kg 所以 m=2m2=2 63.5=127kg液氨質(zhì)量m3V裝量系數(shù)液氨密度 V容器體積裝量系數(shù)取 =0.977儲(chǔ)罐容積V=2V封+V筒V 2 0.2545D：L4V 0.5091 1.24V 4.277m3液氨-20 0 C的密度為665kg/ m3則容積質(zhì)量mm3Vm3Vm30.9 4.277 665 m30.9 665 4.277m3 2559.8kgm3 2559.8kg附件質(zhì)量無(wú)人孔 手孔 其它接管質(zhì)量按100kg則m4 100 kg儲(chǔ)罐總質(zhì)量mm m1 m2 m3 m4m 148 1372559.8 100m 293

14、4.8F mg 2934.8 9.812 2F 14420NF 14.4KN每個(gè)鞍座只承受14.4KN的負(fù)荷根據(jù)鞍座負(fù)荷，選擇鞍座，可以選擇輕型帶墊板，包角為120的鞍座鞍座形式為JB/T4712-92 鞍座 BI1020-FJB/T4712-92 鞍座 BI1000-F第四章接管的選取本儲(chǔ)罐設(shè)有如下接口管4.1液氨進(jìn)料管采用108 4mm的無(wú)縫鋼管配以板式平焊管法蘭確定接管的計(jì)算厚度計(jì)開(kāi)孔直 徑有已知條件知?dú)んw的計(jì)算厚度5mm按接管計(jì)算厚度為PcDott26p0.3 10832.40.11mm2 137 1 0.3274.3開(kāi)孔直徑為dd1 2C 1082 42 2104mm接管的有效補(bǔ)強(qiáng)寬

15、度B 2d 2 104 208mm接管有效補(bǔ)強(qiáng)高度hi.、d ,104 5 22.8mm需補(bǔ)強(qiáng)金屬面積A d 104 5520A1B d e208 1045 3.35171.6A22h1ett 2 22.85 0.11223因 A。 AA?171.6 223394.6 A則需另加補(bǔ)強(qiáng)A4 A Ae 520 394.6 125.44.2平衡口管平衡口采用45 2.5mm無(wú)縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng)（圖原結(jié)SD-RF45-1.6HG205944.3液位指示口管液位指示口采用結(jié)構(gòu)）57 3.5mm無(wú)縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng)（圖原SD-RF57-1.6HG205944.4放空口管

16、放空口采用32 3.5mm無(wú)縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng))SD-RF32-1.6HG20594(圖原結(jié)4.5液體進(jìn)口管液體進(jìn)口采用45 2.5mm無(wú)縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng))SD-RF45-1.6HG20594(圖原結(jié)4.6液體出口管液體出口采用45 2.5mm無(wú)縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng))SD-RF45-1.6HG20594(圖原結(jié)第五章壓力計(jì)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1. 53倍，最好取2倍。若選用的壓力表量程過(guò)大，由于同樣精度的壓力表，量程越大，允

17、許誤差的絕對(duì)值和肉眼觀察的偏差就越大，貝U會(huì)影響壓力讀數(shù)的準(zhǔn)確性；反之， 若選用的壓力表量程過(guò)小，設(shè)備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限，則會(huì)使壓力表中的彈性元件長(zhǎng)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(guò)小，萬(wàn)一超壓運(yùn)行，指針越 過(guò)最大量程接近零位，而使操作人員產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，造成更大的事故。因此，壓力表 的使用壓力范圍，應(yīng)不超過(guò)刻度極限的 6070%。(2) 測(cè)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(lái)表示 的。精度等級(jí)一般都標(biāo)在表盤上，選用壓力表時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的壓力等級(jí)和實(shí)際 工作需要來(lái)確定精度。額定蒸汽壓力小于2.45MPa

18、的鍋爐和低壓容器所用的壓力 表，其精度不應(yīng)低于2. 5級(jí)；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(jí)。(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(guò) 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(yuǎn)，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(jí)：(1.6)公稱直徑：50接頭螺紋：1.5 G1 測(cè)量范圍：0-2.4Mpa鋼板負(fù)偏差mm設(shè)計(jì)壓力MpaFW工作壓力MpaC2Pc符號(hào)說(shuō)明焊接接頭系數(shù)體積m3密度g/cm3圓筒材料在試驗(yàn)溫度下的屈服強(qiáng)度圓筒材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力容器元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力筒體計(jì)算厚度 mm筒體有效厚度 mm筒體名義厚度 mm腐蝕裕量mm計(jì)算壓力MpaMpaMpaMpaFT筒體設(shè)計(jì)厚度mm軸向許用應(yīng)力Mpa實(shí)驗(yàn)壓力Mpa設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 MPa注：由于部分符號(hào)在計(jì)算過(guò)程之前或者計(jì)算過(guò)程之后進(jìn)行了說(shuō)明，此外在另行說(shuō)明總結(jié)本次食品設(shè)備課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩周，是學(xué)習(xí)食品以來(lái)第三次獨(dú)立的工業(yè)設(shè)計(jì)。 食品設(shè)備課程設(shè)計(jì)時(shí)培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握食品設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會(huì)各種手冊(cè)