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50立方氨水储罐的设计

  发布时间:2016/2/18 14:52:22    点击:86    此文由 钢衬塑储罐 塑料储罐:www.gangchensucg.com提供 编辑:伟龙

目录

一、设计前言…………………………………………………………..1

1.1设计任务………………………………………………………1

1.2设计思想………………………………………………………1

1.3设计特点………………………………………………………1

二、材料及结构的选择………………………………………………..1

2.1材料选择……………………………………………………….1

2.2结构选择与论证……………………………………………….1

三、名义厚度的初步确定……………………………………………...3

3.1所需参数的确定……………………………………………….3

3.2 名义厚度的计算………………………………………………5

四、容器的压力实验…………………………………………………...5

五、鞍座设计…………………………………………………………...6

5.1先粗略计算鞍座负荷………………………………………….6

5.2 鞍座位置的确定………………………………………………7

5.3力学模型………………………………………………………..8

六、人孔设计…………………………………………………………....8

七、人孔补强确定………………………………………………………8

八、接口管………………………………………………………………9

九、自我总结…………………………………………………………..10

十、参考文献…………………………………………………………..11

一、设计前言

1.1设计任务:

针对化工厂中常见的液氨储罐,完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计,绘制总装配图和零件图,并编写设计说明书。

1.2设计思想:

综合运用所学的机械基础课程知识,本着认真负责的态度,对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性,实用性,安全可靠性。

1.3设计特点:

容器的设计一般由筒体,封头,法兰,支座,接口管及人孔等组成。常,低压化工设备通用零件大都有标准,设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的筒体,封头的设计计算,低压通用零件的选用。

各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准,这样让设计有章可循,并考虑到结构方面的要求,合理的进行设计。

二、材料及结构的选择

2.1材料选择:

纯液氨腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20R、16MnR这两种钢种。如果纯粹从技术角度看,建议选用20R类的低碳钢板, 16MnR钢板的价格虽比20R贵,但在制造费用方面,同等重量设备的计价,16MnR钢板为比较经济,且16MnR机械加工性能、强度和塑性指标都比较号,所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。

2.2结构选择与论证:

(1)封头的选择:

从受力与制造方面分析来看,球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大,冲压较为困难;椭圆封头浓度比半球形封头小得多,易于冲压成型,是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大,加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年:球形封头用材最少,比椭圆开封头节约,平板封头用材最多。因此,从强度、结构和制造方面综合考虑,采用椭圆形封头最为合理。

(2)人孔的选择:

压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多,选择使用上有较大的灵活性,其尺寸大小及位置以设备内件安装和工人进出方便为原则。通常可以根据操作需要,在这考虑到人孔盖直径较大较重, 可选择回转盖对焊法兰人孔。

(3)法兰的选择:

法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。甲型平焊法兰有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa,在较小范围内(DN300 mm~2000 mm)适用温度范围为-20℃~300℃。乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa~1.6 MPa压力等级中较大的直径范围,适用的全部直径范围为DN300 mm~3000 mm,适用温度范围为-20℃~350℃。 对焊法兰具有厚度更大的颈,进一步增大了刚性。用于更高压力的范围(PN0.6 MPa~6.4MPa)适用温度范围为-20℃~45℃。法兰设计优化原则:法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值,即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。

法兰设计时,须注意以下二点:管法兰、钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照原化学工业部于1997年颁布的《钢制管法兰、垫片、紧固件》标准(HG20592~HG20635-1997)的规定。

(4)液面计的选择:

液面计是用以指示容器内物料液面的装置,其类型很多,大体上可分为四类,有玻璃板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构,其适用温度一般在0~250℃。但透光式适用工作压力较反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa,介质温度在0~250℃的范围。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接,分别用于不同型式的液面计。液面计的选用:

(1)玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。板式液面计承压能力强,但是比较笨重、成本较高。

(2)玻璃板液面计一般选易观察的透光式,只有当物料很干净时才选反射式。

(3)当容器高度大于3m时,玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受到限制,应改用其它适用的液面计。

液氨为较干净的物料,易透光,不会出现严重的堵塞现象,所以在此选用玻璃管液面计。

(5)鞍座的选择:

鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看,承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越,因为多支承在粱内产生的应力较小。所以,从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座,这是因为当支点多于两个时,各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等,均会影响支座反力的分布。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加,给容器的运行安全带来不利的影响。所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。

在此选择鞍式双支座,一个S型,一个F型。

三、名义厚度的初步确定

3.1所需参数的确定

(1) 筒体长度的确定(以长宽尽量符合黄金比例为准),相关数据由《化工机械基础》P315页附录12查得。

若取公称直径时:

同理:时:

时:

时:

最接近0.618的值为:

于是筒体长度确定为5.05m.

(2) 计算压力的确定(由设计压力与液柱静压力来确定)

工作压力;则设计压力P=1.1P=1.1×1.455=1.6MPa

液柱静压力为:

,于是忽略了液柱静压力的影响,得到

(3) ----设计温度下的许用应力

对于的低合金钢钢管,在的设计温度下

(4) -----焊接接头系数(取值根据接头形式及无损检测的长度比例来确定)

采用双面对接接头或相当于双面对接接头的全焊透对接头,进行100%无损检测时,

3.2 名义厚度的计算

(1)计算厚度

筒:

封头:

(2) 设计厚度(加入腐蚀裕量)

筒:

封头:

(3) 名义厚度(设计厚度+钢板厚度负偏差)

筒:

封头:

根据钢板的常用规格,取筒和封头的名义厚度均为

(4) 有效厚度

筒:

封头:

四、容器的压力实验

所谓压力试验,就是用液体或气体作为工作介质,在容器内施加比它的设计压力还要高的试验压力,以检查容器在试验压力下是否有渗漏、明显的塑性变形以及其他缺陷。压力试验分为液压试验和气压试验两种,一般采用液压试验,而且普遍采用水为液压试验介质,故本次设计采用水压试验。

根据GB150标准的规定,液压试验时

取设计实验温度为,查表有

所以

而圆筒的应力

所以 

查表得到

所以,厚度校核合格。

五、鞍座设计

5.1先粗略计算鞍座负荷。

贮罐总质量:m=m1+m2+m3+m4

式中 :

m1-罐体质量;

m2-封头质量;

m3-液氨质量;

m4-附件质量。

1)罐体质量m1:

筒节DN=3200mmn=18mm的筒节,每米质量为q1=1425Kg/m(附录7,m1=q1L=1425×5.05=7196.25Kg

2)封头质量m2:

椭圆形封头DN=3200mmn18mm,直边高度h=50mm ,

q2=1640Kg,所以

m2=2q2=2×1640=3280(Kg)

3)充水质量m3:  

m3=Vρ

m3=50×1000=50000 Kg

4)附件质量m4:

人孔约200Kg,其它接管总和按300Kg计,m4=500Kg

设备总重量

m=m1+m2+m3+m4=7196.25+3280+50000+500=60976.25kg≈610t

每个鞍座承约受305KN负荷,选用轻型带垫板,包角为120°的鞍座。即

 JB/T4712-92鞍座 A2400— F

 JB/T4712-92鞍座 A2400—S

5.2 鞍座位置的确定

鞍座位置的选择一方面要考虑到利用封头的加强效应,另一方面又要考虑到不使壳体中因荷重引起的弯曲应力过大。由此,鞍座的位置按,并尽量使的条件来确定,其中a为鞍座中心线至圆筒端部的距离,L为圆筒长度(两封头切线间距离),为筒体内半径。

q

5.3力学模型

六、人孔设计

常温及最高工作压力1.6Mpa,按公称压力1.6MPa的等级选取。

考虑人孔盖直径较大较重,水平吊盖人孔。

人孔标记: HG25123-2005 人孔RF Ⅳ(A·G)450-1.6

RF指突面密封,Ⅳ指接管与法兰的材料为20R

A·G是指用普通石棉橡胶板垫片,

450-1.6是指公称直径为450mm、公称压力为1.6MPa

七、人孔补强确定

筒节不是无缝钢管不能直接用补强圈标准。人孔筒节内径d=450mm,壁厚n=10mm。补强圈内径D1=484mm,外径D2=760mm补强金属面积应大于等于开孔减少截面积,

补强圈的厚度

故补强圈取28mm

八、接口管

(1)液氨进料管:

无缝钢管(强度验算略)。一端切成45°,伸入储罐内少许。配用具有突面密封的平焊法兰:法兰PN1.6 DN50 HG20592壳体名义壁厚n=18mm>12mm,接管公称直径小于80mm,不用补强。

(2)液氨出料管

采用可拆的压出管,将它用法兰套在接口管内。罐体的接口管法兰采用法兰为HG 20592 法兰SO32-1.6 RF 16MnR。该法兰与的接口管相配并焊接在一起,另一个法兰盖与该法兰用螺栓紧固,法兰盖上穿过的压出管,两者焊接牢固。其连接尺寸和厚度与HG 20592 法兰 SO32-1.6 RF MnR相同。液氨压出管的端部法兰采用HG 20592 法兰SO20-1.6 RF 16MnR。压出管伸入储罐2.5m

(3)排污管

储罐右端最底部安设排污管1个,管子规格是,管端焊接有一与截止阀J41W-16相配套的管法兰 HG 20592 法兰 SO50-1.6 RF 16MnR。排污管与罐体连接处焊有一厚度为10mm的补强圈。

(4) 放空口管

放空口采用无缝钢管,法兰HG 20592 法兰SO25-1.6 RF 16MnR

(5)液面计接口管

本储罐采用玻璃管液面计B1W PN1.6L=1000mmHG 5-227-80两支。

与液面计相配的接口管尺寸为,管法兰为HG20592

法兰SO15-1.6 RF 16MnR

(6)安全阀接口管

其尺寸法兰由安全阀泄放量决定。本储罐选用的无缝钢管,法兰为 HG 20592 法兰SO25-1.6 RF

现将上述管口设计汇表

公称尺寸/mm

a

液氨进料管

b

液氨出料管

c

排污管

d

放空口管

e

液面计接口管

f

安全阀接口管

九、自我总结

在这短短的两周里,经过紧张忙碌终于把这次设计做完了。两周以来虽然很累,尤其是画图,因为我是手工画图,所以感到特别生疏,尤其是刚刚下笔的时候,只会对着示例图来把自己的设计尺寸安放上去,但是在画了一段时间后慢慢熟悉,上手后速度不知不觉加快了,最终能在这两周里完成这次设计任务。事后给我一个感想:凡事只要坚持就情况就终会有好转的。

在这次设计中我要感谢我们的张维刚老师,在课室、在绘图室他总是在我们感到困惑的时候给我们进行耐心的讲解,正是因为他的耐心与细心,才能够使我们的设计能够顺利的进行下去。还有要感谢我的同学,是他们一次次的帮我发现问题,并且耐心的给我指正,谢谢你们了。

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