液氨儲(chǔ)儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) [文檔在線提供]

1、目 錄第一章 緒論.2設(shè)計(jì)任務(wù).2設(shè)計(jì)思想.3設(shè)計(jì)特點(diǎn).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(jì)計(jì)算.4筒體厚度設(shè)計(jì).4封頭壁厚設(shè)計(jì).4水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核.4人孔并核算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng).5核算承載能力并選擇鞍座.7液面計(jì)選擇.7壓力表選擇.8接口管選擇.8設(shè)計(jì)小結(jié).9第四章 主要參考資料9附于儲(chǔ)罐裝配圖與儲(chǔ)罐零件圖于本書末第一章 緒論1.設(shè)計(jì)任務(wù)綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)常溫下儲(chǔ)存液氨的儲(chǔ)罐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)

2、或國(guó)家標(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，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(jì)時(shí)可直接選用。本設(shè)計(jì)書主要介紹了液罐的的筒體、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，低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，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(jià)格雖比20R貴，但

3、在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。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(lái)看，球形封頭是最理想的結(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。(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(gè)手柄。選用時(shí)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(jiǎn)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(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性诹粌?nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小。所以，從理論上說(shuō)

5、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，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（DN1600，L5m）。綜上考慮在此選擇雙個(gè)鞍式支座作為儲(chǔ)罐的支座。(

6、四) 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)（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(jí)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(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）適用溫度范圍為

7、-20-45。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HG20592HG20635的規(guī)定。(五) 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。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1.6MPa，介質(zhì)溫度在0250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

8、嵌入連接，分別用于不同型式的液面計(jì)。液面計(jì)的選用1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。2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。3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 設(shè)計(jì)計(jì)算(一) 筒體厚度設(shè)計(jì)p設(shè)計(jì)壓力。儲(chǔ)罐在夏季最高溫度可達(dá)到目的40，查常溫下液體飽和蒸氣壓表,這時(shí)氨的飽和蒸氣壓為1.55MPa(絕對(duì)壓力)。取此壓強(qiáng)的1.05倍,故取P=1.6 MP

9、a作為設(shè)計(jì)壓力。=1600mm在操作溫度-540的范圍內(nèi),估計(jì)些筒體的厚度在10 mm 左右,為安全計(jì)=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(wú)損檢測(cè),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(jì)鋼板的厚度負(fù)偏差C1，平面腐裕量取C2=1 mm。則設(shè)計(jì)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(jì)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(lái)制造封頭(三) 水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核先按公式確定水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力為

10、：選取前兩者中壓力較大值作為水壓試驗(yàn)壓力為=2.0MPa水壓試驗(yàn)時(shí)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(yàn)時(shí)的強(qiáng)度要求(四) 人孔并核算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)儲(chǔ)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(jí)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(shí)只須松開(kāi)螺栓將蓋板旋轉(zhuǎn)一個(gè)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(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)名稱數(shù)量材料尺寸/mm1筒節(jié)1Q235A2GB3076煤栓20A4直徑×長(zhǎng)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(wú)縫鋼管111067×3.514支承板1Q235A=10另外,還要考慮人孔補(bǔ)強(qiáng),確定補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸,由于人孔的筒節(jié)不是采用無(wú)縫鋼管,故不

12、能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑為d=450mm,壁厚=10mm。故補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)圈內(nèi)公式D1=484mm,外徑D2=760mm，不計(jì)焊縫系數(shù)的筒體計(jì)算壁厚開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：考慮腐蝕后的開(kāi)孔內(nèi)徑d=di +2×c2=460+2×1=462補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的寬度B2d=2×462=924mm接管的計(jì)算壁厚附加量補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的外側(cè)高度mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的內(nèi)側(cè)高度h2=0mm由教材公式計(jì)算因開(kāi)孔被削弱的金屬面面積A：Cd×=462×7.6=3511.2由教材公式計(jì)算筒體超過(guò)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(jì)焊縫補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面面積A3，得補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)圈為10mm厚的16MnR補(bǔ)強(qiáng)圈,其標(biāo)記為:補(bǔ)強(qiáng)圈Dg450×10 JB 1207-73(五) 核算承載能力并選擇鞍座首

14、先粗略計(jì)算鞍座負(fù)荷儲(chǔ)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(cè)）查得每米質(zhì)量為397kg/m,由查得筒體每米長(zhǎng)的容積=2.017/m由查得封頭每米長(zhǎng)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(gè)罐的容積為22.0,故其水壓試驗(yàn)時(shí)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(jì)。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(cè)得，公稱直徑為1600 mm，選擇高度H250 mm的A型鞍座，其單個(gè)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(jì)的選擇 液氨儲(chǔ)罐常用玻璃液面計(jì),由儲(chǔ)罐公稱直徑1600選擇長(zhǎng)度為1400mm 液面計(jì)一

16、支，體材料(針形閥)為碳鋼,體溫型, 液面計(jì)接管為無(wú)縫鋼管，液面計(jì)相配的接口管尺寸為: 25×3mm,平焊管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg20 液面計(jì)標(biāo)記為：玻璃管液面計(jì) AD L1400 HG 5-227-80 (七) 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153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，允許誤差的絕對(duì)值和肉眼觀察的偏差就越大，則會(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

17、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的鍋爐和低壓容器所用的壓力表，其精度不應(yīng)低于25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)。 

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(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.) 公稱直徑：50 接頭螺紋：1.5 G1 測(cè)量范圍：0-2.4Mpa (八) 接口管選擇本儲(chǔ)罐設(shè)有如下接口管a) 液氨進(jìn)料管采用無(wú)縫鋼管76×6mm (管壁加厚，具有補(bǔ)強(qiáng)作用).管的一端伸入罐切成45°,管長(zhǎng)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(wú)縫鋼管89×6mm(管壁加厚，具有補(bǔ)強(qiáng)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