甲醇儲罐的課程設計

1、淮南師范學院課程設計14淮南師范學院課程設計設計任務書設計課題：甲醇貯罐的機械設計工藝參數(shù)：最高使用溫度：T=50公稱直徑：DN=2200mm筒體長度（不含封頭）：L0=3819mm設計內(nèi)容：1.筒體材料的選擇2.罐的結構尺寸3.罐的制造施工4.零部件型號及位置5.相關校核計算設計人： 學號：指導老師： 完成時間： 目錄一、材料及結構選擇11 材料的選擇12 結構的選擇22.1封頭的選擇22.2人孔的選擇22.3 法蘭的選擇22.4 液面計的選擇32.5 鞍式支座的選擇3二、設計計算內(nèi)容41 設計溫度和設計壓力的確定41.1設計溫度的確定41.2貯罐長度以及內(nèi)徑確定41.3設計壓力的確定42

2、罐體壁厚設計43 封頭厚度設計53.1計算封頭厚度53.2校核罐體與封頭水壓試驗強度64 鞍座設計64.1罐體質量m164.2 封頭質量m274.3 甲醇質量m374.4 附件質量m474.5 貯罐總質量85 人孔設計86 人孔補強設計97 選配工藝接管97.1堿液進料管97.2堿液出料管107.3排污管107.4液面計接管107.5放空管接口管107.6安全閥接口管118 總裝置配圖11參考文獻12- 3 -一、材料及結構選擇1 材料的選擇甲醇的物理化學性質化學名稱：甲醇，別名：甲基醇、木醇、木精分子式,分子量32.04，有類似乙醇氣味的無色透明，易揮發(fā)性液體，密度（20）0.7913g/m

3、L，熔點為97.8，沸點為64.65。甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，略有酒精氣味。甲醇是最常用的有機溶劑之一，與水互溶且體積縮小，能與甲醇乙酸等多種有機溶劑互溶，甲醇為有毒化工產(chǎn)品，用途廣泛，是基礎的有機化工原料和優(yōu)質燃料，主要用于精細化工、塑料等領域，用來制造甲醛。醋酸、甲氨、硫酸等多種有機產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。儲罐可選用一般鋼材，但由于壓力較大，可以考慮Q245R，Q345R這兩種鋼材。如果純粹從技術角度看，可用Q245R類的低碳鋼板，16Mn鋼板的價格雖比Q245R貴，但在制造費用方面，同等重量設備的計價，Q345R鋼板較為經(jīng)濟，所以在此選擇Q345R鋼板作

4、為制造筒體和封頭的材料。鋼號鋼板標準使用狀態(tài)厚度/mm室溫強度指標許用應力/MPaRm/MPaREl/MPa20100Q345RGB 713熱軋36510345189189控軋>1636500325185185正火>36604903151811812 結構的選擇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構形式。但缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小的多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應用較多的封頭之一。平板封頭因直徑厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。從鋼材耗用量來看：球形封頭用材最少，比橢圓封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強度

5、，結構和制造方面綜合考慮，采用橢圓封頭最為合理。2.2人孔的選擇 壓力容器人孔是為了檢查設備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設備的內(nèi)部構件。人孔主要由筒節(jié)，法蘭，蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。選用時應綜合考慮公稱壓力，公稱直徑，工作溫度以及人，手孔的結構和材料等諸多方面的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有很大的靈活性。公稱壓力為2.5 MPa，公稱直徑為450mm, H為250mm的水平吊蓋對焊法蘭人孔。2.3 法蘭的選擇法蘭連接的主要優(yōu)點是密封可靠，強度足夠及應用廣泛。缺點是不能快速拆卸，制造成本較高。壓力容器的法蘭分平焊法蘭和對焊法蘭。法蘭設計的優(yōu)化原則是：法蘭設計應使各項應力分別接近許用應

6、力值，即結構材料在各個方向的強度都得到充分的發(fā)揮。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，其類型大體上可以分為四類：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構，其適用溫度在0250攝氏度。玻璃管液面計適用于工作壓力小于1.6MPa，介質溫度在0250攝氏度情況下。玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料沒有結晶等堵塞固體的場合。板式5液面計承壓能力強但比較笨重，成本較高。2.5 鞍式支座的選擇鞍式支座是應用較為廣泛的一種臥式支座。從應力分析來看，理論上支座數(shù)目越多越好。但實際上，臥式容器應盡可能設計成雙支

7、座，這是因為當支點過多時，各支撐平面的影響均會影響支座反力的分布，因而采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越性反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利影響。在此選擇輕型的鞍式雙支座，一個S型，一個F型。二、設計計算內(nèi)容1 設計溫度和設計壓力的確定1.1設計溫度的確定選擇設計溫度t=501.2貯罐長度以及內(nèi)徑確定貯罐內(nèi)徑Di=2400mm長度L=5000mm1.3設計壓力的確定設計壓力是指設定的容器頂部的最高壓力，與相應的設計溫度一起作為設計載荷，其值不得低于工作壓力。液柱靜壓力P1=g h=1.84×103×9.8×5=0.09016 MPa查飽和

8、蒸汽壓P2=0.0555 MPa工作壓力Pw= P0 + P2 = 0.101+ 0.0555 = 0.1565 MPa設計壓力P=1.1 Pw = 0.17215 MPa計算壓力Pc=0.17215+0.09016=0.26231 MPa2 罐體壁厚設計 壁厚公式:本貯罐50時甲醇飽和蒸氣壓為0.0555 MPa，貯罐上需要安裝安全閥，故取Pc = 0.26231 MPa Di = 2400 mm t = 189 MPa Rel = 345 MPa = 1.0（雙面焊對接接頭，100無損檢測） mm取腐蝕裕量C2 = 2 mm設計厚度 mm取鋼板厚度的負偏差C1 = 0.3 mmd+C1=3

9、.7+0.3=4 mm圓整后取 名義厚度n=4 mm3 封頭厚度設計3.1計算封頭厚度 封頭厚度公式： 于是C=C1+C2=2.3 mm+C=2.3+1.7=4 mm圓整后取 名義厚度n=4 mm3.2校核罐體與封頭水壓試驗強度根據(jù)式式中 PT=1.25P=1.25×0.26231=0.33 MPa e=nC=42.3=1.7 mmReL=345 MPa則 MPa而 MPa因為 ，所以水壓試驗強度足夠4 鞍座設計 貯罐總質量式中 m1罐體質量 m2封頭質量 m3甲醇質量 m4附件質量4.1罐體質量m1DN=2400 mm n=4 mm的筒節(jié)，質量為q1=236.4 Kg/m m1=

10、q1L=1181.8 Kg4.2 封頭質量m2 DN=2400 mm n=4 mm 直邊高度h = 40 mm的標準橢圓形封頭，m21 = 150.9 Kg m2 = 2 m21 =301.8 Kg4.3 甲醇質量m3V = V封 +V筒 = 19.54 m3甲醇密度 0.7913g/mL，則m3=15461.46 Kg水密度為1000 Kg/m3 m3= 19540 Kg所以m3取水壓試驗滿水質量4.4 附件質量m4m4=500 Kg4.5 貯罐總質量每個鞍座只承受105.6 kN負荷查表得，可以選用輕型帶墊板，包角為120°的鞍座，即JB/T 4712.12007 鞍座A2400

11、-FJB/T 4712.12007 鞍座A2400-S表3.3 A型鞍座標準尺寸(mm)公稱直徑DN允許載荷/kN鞍座高度h底板腹板筋板墊板螺栓連接尺寸l1b112l3b2b33弧長b44e間距l(xiāng)2螺孔d螺紋M孔長l2400447250172024014102652082908280050010100152024M20405 人孔設計根據(jù)儲罐的設計溫度、最高工作壓力、材質、介質及使用求等條件，選用公稱壓力為2.5MPa的水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔（HG/T 215242005）,人孔公稱直徑選定為450mm。采用榫槽面密封面（TG型）和石棉橡膠墊片。表3.2 人孔PN2.5 DN450明細表件號

12、標準號名稱數(shù)量材料尺寸/mm1筒節(jié)1Q345RdW×S=480×12，H1=3202HG/T 20592-2009法蘭116Mn()3HG/T 20592-2009墊片1石棉橡膠板=3(代號AG)4HG/T 20592-2009法蘭蓋1Q345Rb1=39， b2=445GB/T 5782-2000螺柱2035M33×2×1756GB/T 6170-2000螺母4025M337吊環(huán)1Q235-A.F8轉臂1Q235-A.Fd0=369墊圈201100HV10GB/T 6170-2000螺母M2024級11吊鉤1Q235-A.F12環(huán)1Q235-A.F13

13、無縫鋼管12014支承板1Q345R6 人孔補強設計人孔開孔補強采用補強圈結構，材質為Q345R，根據(jù)JB/T 47362002，確定補強圈內(nèi)徑D1=484mm，外徑D2=760mm，補強圈厚度為20mm。7 選配工藝接管7.1堿液進料管進料管伸進設備內(nèi)部并將管的一端切成45，為的是避免物料沿設備內(nèi)壁流動以減少磨蝕和腐蝕。為了在短時間內(nèi)將物料注滿容器。采用的無縫鋼管。配用具有突面密封的帶頸對焊管法蘭，法蘭標記：HG20595 法蘭 WN50-2.5 RF 20。接管長500mm，不需補強6。7.2堿液出料管在化工生產(chǎn)中，需要將液體介質運送到與容器平行的或較高的設備中去，并且獲得純凈無雜質的物料

14、。故采用可拆的壓出管，將它用法蘭固定在接口管內(nèi)。罐體的接口管法蘭采用HG20595 法蘭 WN32-2.5 RF 20。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HG20595 法蘭 WN32-2.5 RF 20相同，但其內(nèi)徑為25mm。液氨壓出管的端部法蘭采用HG20595 法蘭 WN20-2.5 RF 20。這些小管都不必補強。壓出管伸入貯罐2.6m。7.3排污管貯罐右端最底部安設一個排污管，管子規(guī)格：，管端焊有一與截止閥J41W-16相配的管法蘭HG20595 法蘭 WN50-2.5 RF 20。7.4液面計接管本貯罐采用透光式玻璃板液面計AT 2.5-W-1450V 兩支。

15、與液面計相配的接管尺寸為，管法蘭為HG20595 法蘭WN10-2.5 RF 20。7.5放空管接口管為了在注入液體時，將容器內(nèi)的空氣排到罐體外以便能順利快速地注入，需安設一放空管。采用無縫鋼管，法蘭為HG20595 法蘭 WN32-2.5 RF 20。7.6安全閥接口管 安全閥接管尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用的無縫鋼管，法蘭為HG20595 法蘭 WN32-2.5 RF 20。各接管的長度都是200mm。8 總裝置配圖貯罐的總裝配圖見附頁7，各零部件的名稱，規(guī)格、尺寸、材料等見明細表。貯罐技術要求：本設計按GB 150-1998鋼制壓力容器進行制造，試驗和驗收；焊接材料、對接焊接接頭形式及尺寸可按GB 985-80中規(guī)定（設計焊接接頭系數(shù)取1.0）；焊接采用電弧焊，焊條牌號E4303；殼體焊縫應進行無損探傷檢查，探傷長度為100%；設備制造完畢后，進行水壓試驗；管口安裝位置