過(guò)控專業(yè)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)分析

1、成績(jī)：中 國(guó) 礦 業(yè) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)姓 名： 尤瑛 學(xué) 號(hào)： 06122718 學(xué) 院： 化工學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 過(guò)程裝備與控制工程 課 程： 過(guò)程裝備與控制專題設(shè)計(jì)機(jī)械部分 指導(dǎo)教師： 陳英華 2016 年 1 月 目錄第一章 緒論11.1設(shè)計(jì)任務(wù)11.2設(shè)計(jì)要求及成果11.3技術(shù)要求1第二章 設(shè)計(jì)參數(shù)確定22.1 設(shè)計(jì)溫度22.2 設(shè)計(jì)壓力22.3材料選擇22.4腐蝕余量22.5焊縫系數(shù)32.6 許用應(yīng)力3第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算33.1儲(chǔ)罐高度確定33.2人孔設(shè)計(jì)與人孔補(bǔ)強(qiáng)確定43.2.1 人孔的尺寸選擇53.2.2 人孔開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)53.3壁厚計(jì)算7第四章 管口選擇74.1進(jìn)料管及管口74.2

2、出料口84.3排污管84.4液面計(jì)接口管84.5放空管接口管84.6鞍座設(shè)計(jì)84.6.1 罐體質(zhì)量的計(jì)算:94.6.2 封頭質(zhì)量的計(jì)算：94.6.3充液質(zhì)量94.6.4附件質(zhì)量：94.6.5設(shè)備總質(zhì)量104.6.6鞍座安放位置104.7閥門(mén)選型104.7.1 止回閥104.7.2 閘閥114.7.3截止閥11第五章 設(shè)計(jì)結(jié)果13參考文獻(xiàn)13第一章 緒論1.1設(shè)計(jì)任務(wù)結(jié)合管道儀表流程圖及設(shè)備布置圖設(shè)計(jì)煤焦化脫硫工段卸堿槽。表1-1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)序號(hào)項(xiàng)目1設(shè)備名稱卸堿槽2設(shè)備容積：10m33最大工作壓力0.3MPa4貯存介質(zhì)氨水5物料重度：890Kg/m36工作溫度常溫7其他要求100%無(wú)損檢測(cè)8管道

3、壓力0.2MPa1.2設(shè)計(jì)要求及成果（1） 根據(jù)工藝要求，確定基本設(shè)計(jì)參數(shù)；（2）根據(jù)控制儀表及工藝要求，完成設(shè)備管口的設(shè)計(jì)；（3）根據(jù)給定設(shè)計(jì)參數(shù)，完成設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括：確定容器材質(zhì)；確定罐體、封頭形狀尺寸、壁厚；確定支座，人孔以及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)情況；（4）完成相關(guān)管路上閥門(mén)型號(hào)的確定（5）完成設(shè)備施工圖紙及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。1.3技術(shù)要求（1） 設(shè)備按GBl50-2010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)接焊接接頭型式及尺寸可按GB985-88中規(guī)定(設(shè)計(jì)焊接接頭系 數(shù)) （3） 焊接采用電弧焊，焊條型號(hào)為E4303 ；（三）殼體焊縫應(yīng)進(jìn)行無(wú)損探傷檢查，探傷長(zhǎng)度為100 。第二

4、章 設(shè)計(jì)參數(shù)確定2.1 設(shè)計(jì)溫度 設(shè)計(jì)溫度為壓力容器的設(shè)計(jì)載荷條件之一，它是指壓力容器在正常的工作條件下，設(shè)定元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。 由設(shè)計(jì)條件知，該卸堿槽的的工作溫度為常溫，故設(shè)計(jì)溫度為25。2.2 設(shè)計(jì)壓力 設(shè)計(jì)壓力P：容器工作時(shí)，由于操作參數(shù)（如溫度、給、排料量等）的波動(dòng)，其內(nèi)部壓力也相應(yīng)波動(dòng)，即使操作參數(shù)不變，由于介質(zhì)的流態(tài)和形態(tài)不同，容器內(nèi)不同部位的壓力也不相同。與容器強(qiáng)度有關(guān)的是最高工作壓力。由于壓力表通常裝在容器的頂部，因此規(guī)定在正常操作情況下，容器頂部可能出現(xiàn)的最高工作壓力稱為工作壓力、以pw表示。設(shè)計(jì)壓力P是用于設(shè)計(jì)壓力容器的壓力，規(guī)定P Pw。當(dāng)內(nèi)壓

5、容器裝有安全泄放裝置時(shí)，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)不同形式的安全泄放裝置確定，裝有安全閥的容器，考慮安全閥開(kāi)啟動(dòng)作的滯后，容器不能及時(shí)泄壓，設(shè)計(jì)壓力不應(yīng)低于安全閥的開(kāi)啟壓力。設(shè)計(jì)壓力應(yīng)采用最大工作壓力Pw的1.051.1倍，此次設(shè)計(jì)取設(shè)計(jì)壓力P=1.05Pw=1.05x0.3=0.315MPa。2.3材料選擇根據(jù)液氨貯罐的工作壓力、工作溫度和介質(zhì)的性質(zhì)可知該設(shè)備為一低壓常溫設(shè)備，介質(zhì)對(duì)碳鋼有弱腐蝕作用,從耐蝕角度考慮采用含鎳不銹鋼，但考慮到該設(shè)備不屬于重要設(shè)備，介質(zhì)對(duì)碳鋼的腐蝕作用很小，可選用碳鋼材料。考慮的強(qiáng)度指標(biāo)（指和）和塑性指標(biāo)適合的材料有：A3R、20g、Q345R、15MnVR、20R。為了節(jié)

6、省金屬，高壓設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選取普通低合金鋼、中強(qiáng)度。凡屬?gòu)?qiáng)度計(jì)算為主要的中壓設(shè)備亦以采用普通低合金鋼為宜。因?yàn)榍?qiáng)度分別為 和 的普通低合金鋼，其材料價(jià)格與碳素鋼差不多，但強(qiáng)度比碳素鋼約高 ，采用該類鋼材制造壓力容器，可以有效地減少設(shè)備質(zhì)量，降低成本，給設(shè)備的制造、運(yùn)輸、安裝帶來(lái)很大的方便。所以主要考慮Q345R和20R這兩種。 如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用20R類的低碳鋼板，Q345R鋼板的價(jià)格比20R貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)，Q345R鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。因此，此設(shè)計(jì)的卸堿槽采用Q345R鋼板作為制造筒體和封頭材料。2.4腐蝕余量 腐蝕余量主要是防止容器受壓元件由于均勻腐蝕、機(jī)

7、械磨損而導(dǎo)致的厚度削弱減薄。與腐蝕介質(zhì)直接接觸的筒體、封頭、接管等受壓元件，均應(yīng)考慮材料的腐蝕余量。腐蝕余量一般可根據(jù)鋼材在介質(zhì)中的均勻腐蝕速率和容器的設(shè)計(jì)壽命確定。查閱相關(guān)資料得a=0.1 mm/ y,若該卸堿槽的設(shè)計(jì)壽命為20年，則腐蝕余量C2=0.1×20=2mm。2.5焊縫系數(shù) 卸堿槽屬于中壓貯存容器，根據(jù)中國(guó)固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定，氨水屬中度毒性介質(zhì)，容器筒體的縱向焊接接頭和封頭基本上都采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，所以取1.0或0.85常見(jiàn)。 表2-1 鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)值焊接接頭形式無(wú)損檢測(cè)比例值焊接接頭形式無(wú)損檢測(cè)比例值雙面焊對(duì)接接頭

8、和相當(dāng)于雙面焊的全熔透對(duì)接接頭100%1.00單面焊對(duì)接接頭（沿焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼金屬的墊板）100%0.90局部0.85局部0.80此卸堿槽采用100無(wú)損探傷，故焊接接頭系數(shù)取1.0。2.6 許用應(yīng)力 查過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)附錄表D-1,得25時(shí)，Q345R鋼材的許用應(yīng)力表如下：表2-2 Q345R鋼材的許用應(yīng)力表鋼號(hào)厚度/mm許用應(yīng)力/MPaQ345R616mm510345189>1636mm500325185>3660mm490315181 即可得25時(shí)，Q345R鋼材的許用應(yīng)力為=189 MPa第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算3.1儲(chǔ)罐高度確定根據(jù)布置要求，儲(chǔ)罐長(zhǎng)度不超過(guò)7m查表：表3-1 筒身常

9、量公稱直徑DN1米高容器體積V1米高容器內(nèi)表面積Fi1米高容器鋼板質(zhì)量Kg鋼板厚度101416002.0175.0339755720003.1426.2842269522003.8016.8144676424004.5247.5547183326005.3098.17496902表3-2 封頭常量公稱直徑DN曲面高度h1直邊高度h0內(nèi)表面積F容積V厚度質(zhì)量G1600400252.9010.58610224122701431516362184082000500254.4931.1261034612416144862200590405.52291.545914616筒的內(nèi)徑D1i按下式估算 m (

10、2-2) 式中 V全容積，m3； I 長(zhǎng)（高）徑比（29合理）V=10，I 取3.25帶入計(jì)算D=1576mm，取內(nèi)徑為1600mm由表知，筒體1米高容器體積，封頭的容積為。利用公式+2V2 代入，得： 則總長(zhǎng)為L(zhǎng)=2 x(400+25)+4400mm=5250mm 由于液氨筒體的長(zhǎng)徑比值為為合適值，所選的長(zhǎng)徑比 所以，選用公稱直徑為的筒體合適。3.2人孔設(shè)計(jì)與人孔補(bǔ)強(qiáng)確定3.2.1 人孔的尺寸選擇查參考文獻(xiàn)2得，人孔的尺寸如下表： 表3-3 人孔尺寸選擇表 本設(shè)計(jì)選用，公稱壓力PN=1.0MPa,公稱直徑DN=450，H1=230mm,RF型密封面，采用第材料，其中的墊片采用石棉橡膠，墊片的

11、回轉(zhuǎn)蓋帶頸法蘭人孔。3.2.2 人孔開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)由于人孔的筒節(jié)不是采用無(wú)縫鋼管，故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)所選的人孔筒節(jié)外徑Do=480mm,壁厚8mm,故補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算如下：1.補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別開(kāi)孔直徑：人孔開(kāi)孔直徑d=468mm<=800mm，滿足等面積補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可以用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)。2.開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積（1）筒體計(jì)算厚度（2）開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積強(qiáng)度削弱系數(shù) 人孔有效厚度 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積3.有效補(bǔ)強(qiáng)范圍（1）有效寬度B取二者較大值，故B=936mm（2）有效高度外側(cè)有效高度取二者較小值，故=61.19mm內(nèi)側(cè)有效高度取二者較小值，故=04.有效補(bǔ)強(qiáng)面積筒體有效厚度 筒體

12、多余金屬面積人孔計(jì)算厚度 人孔多余金屬面積人孔區(qū)焊縫面積 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 由于有效補(bǔ)強(qiáng)面積大于所需補(bǔ)強(qiáng)面積A，因此不需要補(bǔ)強(qiáng)。3.3壁厚計(jì)算計(jì)算壁厚公式如下：=1.27mmd=+c2=1.27+2=3.27mm對(duì)于Q345R，鋼板的負(fù)偏差是C1=0.3mm,n=d+c1+=3.27+0.3+0=3.57mm, 因而可取名義厚為4mm。低合金鋼板不包括腐蝕裕量的最小壁厚min=3mm，則：n=min+C2=3+2=5mm由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，名義厚度取為n=6mm第四章 管口選擇管子尺寸根據(jù)公稱直徑按下表選擇：4.1進(jìn)料管及管口根據(jù)PID圖可知，進(jìn)料管為DN80管，選用無(wú)縫鋼管(強(qiáng)度驗(yàn)算略)。一端切成4

13、5°。配用具有突面密封的平焊管法蘭。 法蘭標(biāo)記：HG20598 法蘭SO80-0.6 RF Q345R。 伸出長(zhǎng)度查設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表1-1為150mm。4.2出料口根據(jù)PID圖可知，出料管為DN32管，用 38x3mm的無(wú)縫鋼管。法蘭標(biāo)記：HG20598 法蘭S032-0.6 RF Q345R。伸出長(zhǎng)度查設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表1-1為150mm。4.3排污管 根據(jù)PID圖可知，排污管為DN50管，貯罐左端最底部安設(shè)排污管1個(gè)，選用的管子規(guī)格為57*3.5 mm，管端焊有一與截止閥J41W-16相配的管法蘭。 法蘭標(biāo)記: HG24598法蘭 S050-0.6 RF Q345R。伸出長(zhǎng)度查指導(dǎo)書(shū)表1-

14、1為150mm。4.4液面計(jì)接口管本貯罐采用兩支玻璃管液面計(jì)BIWPN=1.6，L=1400，HG-5227-80一支。與液面計(jì)相配的接管25mm x 2.5mm的無(wú)縫鋼管。法蘭標(biāo)記：HG20595 法蘭WN32-0.6 RF Q345R。4.5放空管接口管根據(jù)PID圖可知，管為DN50管，選用57 x 3.5 mm的無(wú)縫鋼管。法蘭標(biāo)記：HG20598 法蘭S050-0.6 RF Q345R。伸出長(zhǎng)度查指導(dǎo)書(shū)表1-1為150mm 。4.6鞍座設(shè)計(jì)支座的選用注意事項(xiàng)：1、支座的承重 ：支座設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮它可能承受的最大荷重。因此，對(duì)用于盛裝氣體或密度比水小的液體的臥式容器支座，由于進(jìn)行水壓試驗(yàn)的

15、需要，應(yīng)按支承裝滿水的容器來(lái)設(shè)計(jì)。2、支座型式的選擇：在一般情況下建議采用鞍式支座支承臥式容器。3、鞍式支座型式選擇：（1） 重型鞍座可滿足臥式換熱器，介質(zhì)比重較大或L/D較大臥式容器的要求；輕型鞍座則滿足一般臥式容器的使用要求。但容器直徑小于1 米鞍座未設(shè)輕型結(jié)構(gòu)，原因容器直徑太小其重量差別不大。（2） 當(dāng)容器直徑小于1米時(shí)，分帶墊板和不帶墊板兩種。當(dāng)容器直徑小時(shí)，有些容器的壁厚裕量較大，可不帶墊板；但有些容器壁厚裕量較小或筒體材質(zhì)與鞍座材質(zhì)差別較大或容器需熱處理等，此時(shí)須加墊板；當(dāng)容器直徑大時(shí)，一般壁厚裕量較小，需加設(shè)墊板，以改善支座處受力狀況。（3） 容器因溫度變化，固定側(cè)應(yīng)采用固定鞍座

16、；滑動(dòng)側(cè)采用滑動(dòng)鞍座。固定鞍座一般設(shè)在接管較多的一側(cè)。采用三個(gè)鞍座時(shí)，中間鞍座宜選固定鞍座，兩側(cè)鞍座可選滑動(dòng)鞍座。安裝位置 :鞍座應(yīng)盡可能靠近封頭，鞍座距封頭切線距離應(yīng)小于或等于D0/4 且不宜大于0.2倍的筒體長(zhǎng)度。 儲(chǔ)罐總質(zhì)量：式中：罐體質(zhì)量 封頭質(zhì)量充液質(zhì)量 附件質(zhì)量 罐體質(zhì)量的計(jì)算:罐體質(zhì)量，筒節(jié) ，n=6mm 。查指導(dǎo)書(shū)表6得：每米質(zhì)量為q1=238Kg/m，;故 m1= q1 L=238 4.4=1047.2 Kg 封頭質(zhì)量的計(jì)算：封頭質(zhì)量：，n=6mm查指導(dǎo)書(shū)表5得：其質(zhì)量為，故： 充液質(zhì)量式中：儲(chǔ)罐容積 水的密度為故：附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為，其他接管總和按計(jì)，故： 設(shè)備總質(zhì)量。M

17、=m1+m2+m3+m4=1047.2+459.26+10000+500=12006.46 Kg每個(gè)鞍座只約承受負(fù)荷60.03KN負(fù)荷，所以選用輕型墊板，包角120度的鞍座，即：JB/T74712-92鞍座A1600-F；JB/T74712-92鞍座A1600-S。鞍座安放位置筒體長(zhǎng)度：。式中：兩鞍座間距離鞍座與封頭切線之間距離由于筒體L/D較大，且鞍座所在平面又無(wú)加強(qiáng)圈，取 4.7閥門(mén)選型 從工藝流程圖可以知道需用閥門(mén)的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度和所接觸介質(zhì)的性質(zhì)。由工藝圖可知，出料管b設(shè)一個(gè)止回閥和一個(gè)切斷閘閥；旁通管線c設(shè)一個(gè)切斷閘閥；排污管設(shè)一個(gè)截止閥，共計(jì)四個(gè)閥門(mén)。本系統(tǒng)所選的閥門(mén)的壓力等級(jí)

18、大都偏高，這是因?yàn)閴毫Φ燃?jí)在1.0MPa以下的閥門(mén)規(guī)格很少。所以，當(dāng)管道工作壓力較低時(shí)，實(shí)際選用的閥門(mén)公稱壓力往往高于需要的公稱壓力等級(jí)。在管道設(shè)計(jì)中選用法蘭時(shí)要特別注意使之與閥門(mén)上的法蘭連接尺寸一致。 止回閥止回閥按結(jié)構(gòu)可分為升降式和旋啟式兩種 。升降式止回閥較旋啟式止回閥的密封性好，流體阻力大，臥式的宜裝在水平管線上，立式的應(yīng)裝在垂直管線上；旋啟式止回閥不宜制成小口徑閥門(mén)。它可裝在水平、垂直或傾斜的管線上。如裝在垂直管線上，介質(zhì)流向應(yīng)由下向上，分析本系統(tǒng)的工藝流程，選用旋啟式止回閥，閥門(mén)型號(hào)為：H44J-0.6。表4-1 止回閥選型表 閘閥閘閥的密封性能較截止閥好，流體阻力小，具有一定的調(diào)節(jié)性能 。閘閥可按閥桿上螺紋位置分為明桿式和暗桿式兩類。從閘板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為楔式與平行式兩類 。分析本系統(tǒng)的工藝流程，選用明桿楔式雙閘板閘閥：Z42W-16A表4-2 閘閥選型表截止閥 截止閥與閘閥相比，其調(diào)節(jié)性能好，密封性能差，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，流體阻力較大，價(jià)格便宜。適用于蒸汽等介質(zhì)，不宜用于粘度大、含有顆粒易沉淀的介質(zhì)，也不宜作放空閥及低真空系統(tǒng)的閥門(mén) ，分析本系統(tǒng)的工藝流程，選用截止閥：J41W-16表4-3 截止閥選型表所選的