臥式儲罐設(shè)計

1、安徽工程大學(xué)課程設(shè)計說明書題目名稱:臥式儲罐設(shè)計專業(yè)班級:食品122班學(xué)生姓名:王飛騰指導(dǎo)教師:季長路完成日期:2015-09-248目錄摘要第一章緒論1.1設(shè)計任務(wù):1.2設(shè)計思想：1.3設(shè)計特點(diǎn):第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證2.1材料選擇2.2結(jié)構(gòu)選擇與論證2.2.1封頭的選擇2.2.2容器支座的選擇2.3法蘭型式2.4液面計的選擇第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計1010113.1壁厚的確定3.2封頭厚度設(shè)計3.2.1計算封頭厚度3.2.2水壓試驗及強(qiáng)度校核3.3儲罐零部件的選取 1.1.1.1123.3.1儲罐支座123.3.2罐體質(zhì)量3.3.3封頭質(zhì)量12123.3.4液氨質(zhì)量123.3.5附件質(zhì)量1.

2、3第四章接管的選取134.1液氨進(jìn)料管144.2平衡口管144.3液位指示口管144.4放空口管154.5液體進(jìn)口管154.6液體岀口管15第五章壓力計選擇16符號說明18總結(jié)19摘要本說明書為1.2m3液氨儲罐設(shè)計說明書。扼要介紹了臥式儲罐的特點(diǎn)及工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，詳細(xì)的闡述了臥式儲罐的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計計算及制造、檢修 和維護(hù)。本文采用分析設(shè)計方法，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、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備強(qiáng)度計算的設(shè)計順序，分別對儲罐的筒體、 封頭、鞍座、接管進(jìn)行設(shè)計，然后采用1SW6-1998對其進(jìn)行強(qiáng)度校核，最后形 成合理的設(shè)計方案。設(shè)計結(jié)果滿足用戶要求，安全性與經(jīng)

3、濟(jì)性及環(huán)保要求均合格。關(guān)鍵詞：壓力容器、臥式儲罐、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強(qiáng)度校核、開孔補(bǔ)強(qiáng)第一章緒論1.1設(shè)計任務(wù):針對化工廠中常見的液氨儲罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計和附屬設(shè)備的選型設(shè)計，繪制總裝配圖，并便攜設(shè)計說明書。1.2設(shè)計思想:綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)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(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計過程中綜合考慮了經(jīng)濟(jì)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)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣設(shè)計有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求,綜合的進(jìn)行設(shè)計。1.3設(shè)計特點(diǎn):容器的設(shè)計一般由筒體，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)計師可直接選用。本設(shè)計書主要介紹了液罐的筒體

4、,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)或國家使用標(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，合理的進(jìn)行設(shè)計。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鋼板的價格雖比20R貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計價, 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。2.2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看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點(diǎn)是深度大，

5、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(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。222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

6、雙支座，這是因為當(dāng)支點(diǎn)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(yùn)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（DN 1600，L<5m ）。綜上考慮在此選擇雙個鞍式支座作為儲罐的支座。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焊法蘭。 平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。甲型平焊法蘭有 PN 0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MP a1.6 MPa ，在較小范圍內(nèi)(DN300 mm -2000 mm)適用溫度范圍為-20 oC -30 oC。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 oC -350 oC。對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(P N0.6 MP a-6.4M Pa ) 適用溫度范圍為-20

8、 oC -45 oC 。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(qiáng)度都得到較充分的發(fā)揮。法蘭設(shè)計時，須注意以下二點(diǎn)：管法蘭鋼制管法蘭、墊片、緊固件設(shè)計參照HG20592HG20635 的規(guī)定。2.4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 oC。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0-250 oC的范圍。液面計與容器的

9、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。液面計的選用2.4.1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(qiáng)，但是比較笨重、成本較高。2.4.2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。2.4.3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。第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1壁厚的確定根據(jù)壁厚公式宀 在設(shè)計溫度下，液氨的飽和壓力為 0.3 Mpa (絕對壓力)，因此除灌裝有點(diǎn)放空口，故取設(shè)計及計

10、算壓力為 Pc=1.3，容器的內(nèi)徑Di=1000mm,在設(shè)計溫度下,材料的許用應(yīng)力為t =137通體材料在試驗溫度下的屈服強(qiáng)度為s 205Mpa，采用雙面焊對接接頭，100%無損建材焊接接頭系數(shù)1.0pDi0.3 1001 mm 1.1mm 2 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(C2 1mm)涉及厚度為dC21.123.1mm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 3.10.253.35mm圓整為5mm 確定選用壁厚為5mm得06Gr19Ni

11、10高合金鋼板制作罐體3.2封頭厚度設(shè)計圖3-1橢圓形封頭3.2.1計算封頭厚度根據(jù)公式2P cDiT0.5pc焊接接頭系數(shù)取=1，鋼板最大寬度為3m,而此儲罐直徑為1m,取封頭需將鋼板焊接后沖壓成型于是封頭厚度P cDi2 t0.5 Pc0.3 10001.1mm 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=5mm 厚的06Gr19Ni10 制作封頭3.2.2水壓試驗及強(qiáng)度校核先按公式確定水壓試驗時的壓力 Pt為PT=1.25 P=1.250.3=0.375Mpae n C 5 2.252.

12、75mm查表得:s 205Mpa根據(jù)式;Pt Di0.9 s0.375 1000 2.7568.4Mpa2 2.750.90.9 1.0 205184.5Mpa因為t 0.9 s所以水壓實驗強(qiáng)度足夠3.3儲罐零部件的選取3.3.1儲罐支座此容器為臥式儲罐壓力容器，可以選用鞍式支座首先粗略計算鞍座的負(fù)荷儲罐總質(zhì)量mM=m 1+m 2+m 3+m 4 m 1- 罐體質(zhì)量m2-圭寸頭質(zhì)量m3-液氨質(zhì)量m 4附件質(zhì)量3.3.2罐體質(zhì)量n =5mm L=1200的筒節(jié)m1Di L 3.141000551200 7850148 kg3.3.3封頭質(zhì)量公稱直徑DN=1000mm壁厚n 5mm,選用直邊高度為

13、h=75mm 的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，深入高度H=325mm容積0.2545m 3其質(zhì) 量m263.5kg 所以m2=2 m2=263.5=127kg3.3.4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儲罐容積V=2V封+V筒2 0.2545汙i2L0.509 44.277m31 1.2液氨-20 0C的密度為665kg/ m 3則容積質(zhì)量m3m3V0.9 4.277m3665 m3V0.9 6654.277m32559.8kgm32559.8kg3.3.5附件質(zhì)量無人孔手孔其它接管質(zhì)量按100kg則 m4100kg儲罐總質(zhì)量mm1 m2 m3 m4148 1372559.8 10

14、02934.8mg 2934.8 9.812 214420N14.4KN每個鞍座只承受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罐設(shè)有如下接口管4.1液氨進(jìn)料管采用108 4mm的無縫鋼管配以板式平焊管法蘭確定接管的計算厚度計開孔直有已知條件知?dú)んw的計算厚度5mm按接管計算厚度為PcDq2 t6p0.3 1082 137 1 0.3眾 0.11mm開孔直徑為dd1 2C 1082 42 2104mm接管的有效補(bǔ)強(qiáng)寬度B 2d2 104 2

15、08mm接管有效補(bǔ)強(qiáng)高度hi VdJ104 522.8mm需補(bǔ)強(qiáng)金屬面積A d 1045520A,B d e208 1045 3.35171.6A2h1et t2 22.85 0.11223因 AeA A2171.6 223394.6 A則需另加補(bǔ)強(qiáng) A4a Ae 520 394.6 125.44.2平衡口管平衡口采用45 2.5mm無縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng)（圖原結(jié)構(gòu)）SD-RF45-1.6HG205944.3液位指示口管液位指示口采用57 3.5mm無縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng)（圖原結(jié)構(gòu)）SD-RF57-1.6HG205944.4放空口管放空口采用32 3.5mm無縫

16、鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng)（圖原結(jié)構(gòu)）SD-RF32-1.6HG205944.5液體進(jìn)口管液體進(jìn)口采用45 2.5mm無縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng)（圖原結(jié)構(gòu)）SD-RF45-1.6HG205944.6液體出口管液體出口采用45 2.5mm無縫鋼管，配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng)（圖原結(jié)構(gòu)）SD-RF45-1.6HG20594第五章壓力計選擇(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1. 53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

17、就越大，貝u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(yùn)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

18、應(yīng)低于2 . 5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。(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(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：(1.6)公稱直徑：50 接頭螺紋：1.5 G1 測量范圍：0-2.4Mpan筒體名義厚度mmCi鋼板負(fù)偏差mm設(shè)計壓力MpaPw工作壓力MpaMPa符號說明圓筒材料在試驗溫度下的屈服強(qiáng)度圓筒材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力容器元件材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力筒體計算厚度mm筒體有效厚度mm焊接接頭系數(shù)MpaMpaMpaPt體積m 3密度g/cm 3筒體設(shè)計厚度mm軸向許用應(yīng)力 Mpa實驗壓力Mpa設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力C2腐蝕裕量 mmPc計算壓力Mpa注：由于部分符號在計算過程之前或者計算過程之后進(jìn)行了說明，此外在另行說明總結(jié)本次食品設(shè)備課程設(shè)計歷時兩周，是學(xué)習(xí)食品以來第三次獨(dú)立的工業(yè)設(shè)計。食品設(shè)備課程設(shè)計時培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)， 通過課程設(shè)計使我們初步掌握食品設(shè)備機(jī)械設(shè)計的基礎(chǔ)知識、設(shè)計原則及方法；