化工設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)

1、化工設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)第一章 設(shè)計(jì)方案的確定11.1 液氨儲(chǔ)罐選型11.2 液氨儲(chǔ)罐選材2第二章 儲(chǔ)罐的工藝設(shè)計(jì)22.1 筒體壁厚設(shè)計(jì)22.2 筒體封頭設(shè)計(jì)32.3 校核罐體及封頭的水壓試驗(yàn)強(qiáng)度42.4 人孔設(shè)計(jì)42.5 人孔補(bǔ)強(qiáng)52.6 接口管52.6.1 液氨進(jìn)料管52.6.2 液氨出料管62.6.3 排污管62.6.4 液面計(jì)接管62.6.5 放空接口管62.7 鞍座62.7.1 罐體質(zhì)量72.7.2 封頭質(zhì)量72.7.3 液氨質(zhì)量72.7.4 附件質(zhì)量7第三章 設(shè)備總裝配圖83.1 設(shè)備總裝配圖83.2 儲(chǔ)罐技術(shù)要求：83.3 設(shè)計(jì)技術(shù)特性表9第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)9參考文獻(xiàn)10 第一章 設(shè)計(jì)

2、方案的確定1.1 液氨儲(chǔ)罐選型 工業(yè)的壓力容器種類(lèi)很多，按形狀主要分以下幾類(lèi)：（1）方型或矩形容器 （2）球型容器 （3）圓筒型容器 。本設(shè)計(jì)采用圓筒型容器，方型或矩形容器雖制造簡(jiǎn)單，但承壓能力差，四角的邊緣應(yīng)力較大，容易失效且封頭設(shè)計(jì)較厚，故不選用。球型容器，雖單位容積所用的材料最少且受力最佳，承載力好，但對(duì)中小型儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)安裝內(nèi)件不方便，制造難度較大，成本相對(duì)較高，不選用。而圓筒型容器，制造容易，選用適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)徑比之后，安裝、檢修方便，承載能力較好。因此本設(shè)計(jì)采用圓筒型容器。1.2 液氨儲(chǔ)罐選材儲(chǔ)罐的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性重要方面就是材料的選擇。根據(jù)實(shí)際條件，本設(shè)計(jì)采用16MnR，主要有幾下方面原因：

3、（1）容器的使用條件，如溫度、壓力等。當(dāng)容器溫度低于0時(shí)，不得選用Q235系列的鋼板，因其塑性變脆。雖20R的碳素鋼滿足，但其制造要求較高且強(qiáng)度底。而16MnR在常溫-40200下，具有良好的力學(xué)性能和足夠的強(qiáng)度。（2）綜合經(jīng)濟(jì) 市場(chǎng)調(diào)查（2009年）20R碳素鋼價(jià)格：2600元/噸，低合金鋼16MnR價(jià)格：2680元/噸，兩者價(jià)格相差不大，但16MnR制造的儲(chǔ)罐比碳素鋼的質(zhì)量輕1/3，同時(shí)減少了壁厚。綜上所述，本設(shè)計(jì)用鋼選用16MnR。 第二章 儲(chǔ)罐的工藝設(shè)計(jì)2.1 筒體壁厚設(shè)計(jì) 采用內(nèi)徑Di=2200mm ，儲(chǔ)罐長(zhǎng)度L（不包含封頭）=5000mm的工藝尺寸。其長(zhǎng)徑之比L/Di=2.27，滿

4、足一般臥式容器長(zhǎng)徑比在26的范圍之內(nèi)1。本設(shè)計(jì)采用50設(shè)計(jì)溫度，這時(shí)氨的飽和蒸汽壓為2.07MPa 2。 P表壓=P絕對(duì)大氣壓-P大氣壓=2.07-0.10103=1.969 Mpa儲(chǔ)罐上安裝安全閥 故P=1.9691.1=2.16 Mpa設(shè)計(jì)壁厚公式： 其上式中相關(guān)參數(shù)如表2-1：項(xiàng)目Di(mm)P設(shè)計(jì)（MPa）(雙面，100%探傷)C2(mm)尺寸22002.161631.01.0 =15.67mm由表3-133查得：C1=0.8mm =15.67+0.8=16.47mm圓整后 =18mm 故筒壁用18mm的16MnR鋼板制2.2 筒體封頭設(shè)計(jì) 從工藝操作要求考慮，對(duì)封頭沒(méi)有特殊要求。從定

5、性角度分析可知：平板封頭四角處在較大邊緣應(yīng)力且厚度較大，故不采用；半球形封頭受力最好、壁厚最薄、重量輕，但深度大，制造較難，中、低壓設(shè)備不宜選用；蝶形封頭母線曲率不連續(xù)，存在局部應(yīng)力，受力不如橢圓形封頭；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭已系列化，制造容易，受力比蝶形好，故選用此封頭。設(shè)計(jì)壁厚： 其中=1 =16.43mm圓整之后 =18mm考慮減少材料間的線性膨脹系數(shù)，故采用18mm厚16MnR鋼板制造的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。2.3 校核罐體及封頭的水壓試驗(yàn)強(qiáng)度由水壓實(shí)驗(yàn)公式： 可見(jiàn) ： 所以滿足水壓試驗(yàn)，強(qiáng)度足夠。2.4 人孔設(shè)計(jì) 根據(jù)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度、工作壓力、材質(zhì)及使用要求等條件，選用公稱(chēng)壓力PN=2.5Mpa的

6、水平吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔，其公稱(chēng)直徑選定為DN=450mm。采用榫槽密封面（T.G）型和石棉橡膠板墊片（A.G）。人孔各零件名稱(chēng)、材質(zhì)及尺寸見(jiàn)表2-2，結(jié)構(gòu)見(jiàn)1-1圖。該水平吊蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔的標(biāo)記： 人孔TG(A.G) 450-2.5 HG21524-95 4 人孔PN2.5 DN450（HG21524-95）明細(xì)表2-2代號(hào)名稱(chēng)數(shù)量材料尺寸/mm1筒節(jié)116MnRdWS=48012H1=3202法蘭116Mn4法蘭蓋116Mnb=39 b1=44 7 吊環(huán)1Q235-A.F8轉(zhuǎn)臂1Q235-A.Fd=3611吊勾1Q235-A.F14支撐板116Mn其圖見(jiàn)后附圖 1-12.5 人孔補(bǔ)強(qiáng)

7、人孔開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)采用補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為16MnR。根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)經(jīng)驗(yàn),補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度與筒體壁厚相等，其補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)度足夠，故補(bǔ)強(qiáng)圈厚度取18mm。2.6 接口管 本儲(chǔ)罐有以下接管2.6.1 液氨進(jìn)料管采用流速為1.5m/s ,3.8小時(shí)流到16.5m3（220.75），故Qv,h=4.34m3/h 采用的無(wú)縫鋼管，管的一端切成45，深入儲(chǔ)罐內(nèi)少許，配用圖面板式平焊管法蘭，法蘭標(biāo)記：HG20592 法蘭PL32-2.5RF16MnR 。因該其設(shè)計(jì)壓力等于2.5MPa，接管公稱(chēng)外徑小于89mm且接管最小壁厚滿足表3-315,所以不用補(bǔ)強(qiáng)。2.6.2 液氨出料管采用可拆的壓出管，將它用法蘭固定在接口管內(nèi)。罐體的接口管

8、法蘭采用HG20592 法蘭PL32-2.5 RF 16Mn,與該法蘭相配并焊接在壓出管的 法蘭上，其連接尺寸和厚度與法蘭HG20592 法蘭PL32-2.5 RF 16Mn相同，其內(nèi)徑為25mm。壓出管深入儲(chǔ)罐2.1m。2.6.3 排污管 儲(chǔ)罐右端最低部，安設(shè)排污管一個(gè)，管子規(guī)格，管端裝有一與截止閥J41W-16相配的管法蘭：HG20592 法蘭PL50-2.5 RF 16Mn 2.6.4 液面計(jì)接管本儲(chǔ)罐采用玻璃防霜面計(jì)AI2.5126050 HG/T2155-93兩只。其中： AI防霜面計(jì)類(lèi)型 2.5公稱(chēng)壓力等級(jí)，MPa 1260液面計(jì)的公稱(chēng)長(zhǎng)度 50防霜翅片高度，mm HG/T2155

9、-93液面計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)2.6.5 放空接口管 采用無(wú)縫鋼管，管法蘭 HG20592 法PL25-2.5 RF 16Mn 2.7 鞍座 儲(chǔ)罐總質(zhì)量:m=m1+m2+m3+m4式中：m1-罐體質(zhì)量 m2-封頭質(zhì)量 m3-液氨質(zhì)量 m4-附件質(zhì)量2.7.1 罐體質(zhì)量 DN=2200mm, =18mm筒件。每米質(zhì)量q1=984kg/m (見(jiàn)附表4)4 故m1= q1L=9845=4920kg2.7.2封頭質(zhì)量 DN=2200mm, =18mm 直角高度40mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。 其質(zhì)量m2=782kg(附表6)42.7.3液氨質(zhì)量 m3=V 式中： -裝填系數(shù)，取0.75 V-儲(chǔ)罐體積 V=V封+V筒

10、=22.08m3 -液氨在-20時(shí)密度665kg/m3 m3=0.7522.08665=11012.4kg2.7.4附件質(zhì)量 人孔質(zhì)量約重200kg ； 法蘭質(zhì)量列如下表：DN(mm)數(shù)量(個(gè))法蘭理論質(zhì)量（kg）2521.1232 31.865012.77法蘭總質(zhì)量=10.59kg m4=200+250+10.59=460.59kg設(shè)備總質(zhì)量：m= m1+m2+ m3+ m4=4920+1564+11012.4+460.59 =17956.99kg F=88.08kN即每個(gè)鞍座只承受約88.08kN負(fù)荷，根據(jù)附錄165 表40，可以選用輕型帶墊板、包角為120的鞍座。 故選用： JB/T4712-92 鞍座 A2200-F JB/T4712-92 鞍座 A2200-S第三章 設(shè)備總裝配圖3.1 設(shè)備總裝配圖示見(jiàn)附圖2-2，各零部件的名稱(chēng)、規(guī)格、尺寸、材料等見(jiàn)明細(xì)表。3.2 儲(chǔ)罐技術(shù)要求 儲(chǔ)罐技術(shù)要求： (1) 本設(shè)備按GB150-1998鋼制壓力容器進(jìn)行制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收(2)焊接材料、對(duì)接焊接接頭形式及尺寸可按GB985-80中規(guī)定（設(shè)計(jì)焊接接頭系數(shù)