化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章液化石油氣貯罐的設(shè)計(jì)背景2\o"CurrentDocument"第二章液化石油氣貯罐的分類及選型2\o"CurrentDocument"貯罐的分類2\o"CurrentDocument"貯罐的選型2\o"CurrentDocument"第三章材料用鋼的選取3,\o"CurrentDocument"容器用鋼3\o"CurrentDocument"附件用鋼3\o"CurrentDocument"第四章工藝尺寸的確定4\o"CurrentDocument"方案一4\o"CurrentDocument"方案二4\o"CurrentDocument"第五章工藝計(jì)算5\o"CurrentDocument"筒體壁厚的計(jì)算5\o"CurrentDocument"封頭壁厚的計(jì)算5%\o"CurrentDocument"水壓試驗(yàn)6\o"CurrentDocument"支座6支座的選取6鞍座的計(jì)算6安裝位置7\o"CurrentDocument"人孔的選取8\o"CurrentDocument"人孔補(bǔ)強(qiáng)的確定8人孔補(bǔ)強(qiáng)8@\o"CurrentDocument"不需補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑8\o"CurrentDocument"接口管9液化石油氣進(jìn)料管9液化石油氣出料管9排污管9液面計(jì)接管10放空接口管10安全閥接口管10#\o"CurrentDocument"第六章液化石油氣貯罐化工設(shè)備圖11\o"CurrentDocument"第七章設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表12\o"CurrentDocument"第八章總結(jié)11\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)11附表12第一章液化石油氣（LPG）貯罐的設(shè)計(jì)背景化學(xué)工業(yè)和其它流程工業(yè)的生產(chǎn)都離不開(kāi)容器。所有的化工設(shè)備的殼體都是一種容器，容器的應(yīng)用遍及各行各業(yè)，諸如航空、航海、機(jī)械制造、輕工、動(dòng)力等行業(yè)。然而化工容器又有其本身特點(diǎn)，不僅要適應(yīng)化學(xué)工藝過(guò)程所要求的壓力和溫度條件，還要承受化學(xué)介質(zhì)的作用，要能長(zhǎng)期的安全工作且保證良好的密封。因此在容器的設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮個(gè)方面的因素，使之達(dá)到最優(yōu)。LPG是指經(jīng)高壓或低溫液化的石油氣，簡(jiǎn)稱“液化石油氣”或“液化氣”。其組成是丙烷、正丁烷、異丁烷及少量的乙烷、大于碳5的有機(jī)化合物、不飽和烴等。隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，液化石油氣作為一種化工基本原料和新型燃料，已愈來(lái)愈受到人們的重視。在化工生產(chǎn)方面，液化石油氣經(jīng)過(guò)分離得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用來(lái)生產(chǎn)合塑料、合成橡膠、合成纖維及生產(chǎn)醫(yī)藥、炸藥、染料等產(chǎn)品。用液化石油氣作燃料，由于其熱值高、無(wú)煙塵、無(wú)炭渣，操作使用方便，已廣泛地進(jìn)入人們的生活領(lǐng)域。此外，液化石油氣還用于切割金屬，用于農(nóng)產(chǎn)品的烘烤和工業(yè)窯爐的焙燒等。因此為能夠進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)液化石油氣，需要有儲(chǔ)存液化石油氣的容器，而設(shè)計(jì)貯罐是制造液化石油氣的必備步驟，是化工生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行的前提。第二章液化石油氣（LPG）貯罐的分類及選型貯罐的分類貯罐按其形狀可分為方形和矩形容器、球形容器、圓筒形容器（立式、臥式）。按其承壓性質(zhì)可分為內(nèi)壓和外壓，內(nèi)壓容器又可分為低壓、中壓、高壓、超高壓4個(gè)壓力等級(jí)。按其工作的溫度環(huán)境可分為低溫、常溫、中溫、高溫容器。按制造器的材料可分為金屬制和非金屬制兩類。按其應(yīng)用情況可分為反應(yīng)壓力容器（R）、換熱壓力容器（E）、分離壓力容器（S）、儲(chǔ)存壓力容器（C）等。）貯罐的選型在本設(shè)計(jì)中由于設(shè)計(jì)體積較?。s為20m3）且工作壓力較?。╬。二）可采用臥式圓筒形容器，方形和矩形容器大多在很小設(shè)計(jì)體積時(shí)采用，因其承壓能力較小且使用材料較多；而球形容器雖承壓能力強(qiáng)且節(jié)省材料，但制造較難且安裝內(nèi)件不方便；立式圓筒形容器承受自然原因引起的應(yīng)力破壞的能力較弱，故選用圓筒形臥式容器。第三章材料用鋼的選取容器用鋼壓力容器的使用工況（如溫度、壓力、介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)等）差別很大，制造壓力容器所用的鋼種類很多，既有碳素鋼、低合金高強(qiáng)度鋼和低溫鋼，也有中溫抗氫鋼、不銹鋼和耐熱鋼，還有復(fù)合鋼板。一般中低壓設(shè)備可采用采用屈服極限為245Mpa~345Mpa級(jí)的鋼材；直徑較大、壓力較高的設(shè)備，均應(yīng)采用普通低碳鋼，強(qiáng)度級(jí)別宜用400Mpa級(jí)或以上；如果容器的操作溫度超過(guò)400CC，還需考慮材料的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。（16MnR鋼是屈服強(qiáng)度350Mpa級(jí)的普通低合金高強(qiáng)度鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性能、工藝性能以及低溫沖擊韌性。在焊接壓力容器時(shí)采用堿性焊條（J507）偵，15MnVR鋼和18MnMoNbR鋼是屈服強(qiáng)度分別為400、500Mpa級(jí)普通低合金高強(qiáng)度鋼，雖然有較高的強(qiáng)度，但韌性、塑性都較C-Mn鋼低，且有較高的缺口敏感性和時(shí)效敏感性。并且這兩類鋼均較16MnR鋼昂貴。因此選用16MnR鋼既符合工藝要求也節(jié)約資源，以便獲得更好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。附件用鋼優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強(qiáng)度較低，塑性好，焊接性能好，因此在化工設(shè)備制造中常用作熱交換器列管、設(shè)備接管、法蘭的墊片包皮。優(yōu)質(zhì)中碳鋼的強(qiáng)度較高，韌性較好，但焊接性能較差，不宜用作接管用鋼。由于接管要求焊接性能好且塑性好。故選擇10號(hào)優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無(wú)縫鋼管制作各型號(hào)接管。由于法蘭必須具有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以滿足連接的條件，使之能夠密封良好，故選用Q235-A的普通碳素鋼。第四章工藝尺寸的確定方案一設(shè)計(jì)體積V0=20m3，公稱直徑Di=2000mm,采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，查附錄5早：取直邊高度h=40mm，則單個(gè)封頭容積V=1.17m3，封頭總?cè)莘eV=2V=2.34m3，單個(gè)封頭內(nèi)表面積S0=4.59m2，封頭總內(nèi)表面積S=2S0=9.18m2V故筒體容積V筒=V0-V-17.66m3，則筒體長(zhǎng)度Lo=4Di=5621mm，取整后筒體長(zhǎng)度取為l=5800mm，則實(shí)際體積V=吃D2+V=20.56m34h筒體內(nèi)表面積S筒=兀DiL=36.44m2，則總內(nèi)表面積S總=S筒+S=45.62m2長(zhǎng)徑比方案二設(shè)計(jì)體積V0=20m3，公稱直徑Di=2200mm，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，查附錄51〕：取直邊高度h=40mm，同理可計(jì)算出筒體長(zhǎng)度取為L(zhǎng)=4600mm，實(shí)際體積V=呸料+V=20.59m3，總內(nèi)表面積S總=S筒+S=42.85m2長(zhǎng)徑比經(jīng)比較可得，取公稱直徑Di=2200mm時(shí)所用的鋼材較少，且承受各種力和載荷的能力較優(yōu)。第五章工藝計(jì)算筒體壁厚的計(jì)算筒體壁厚的計(jì)算16MnR在500C鋼的許用應(yīng)力公稱直徑Di=2200mm，貯罐的設(shè)計(jì)壓力16MnR在500C鋼的許用應(yīng)力公稱直徑Di=2200mm，（附表11」），9=L°（雙面對(duì)接焊縫，100%探傷，表3-121」），由于液化石油氣對(duì)金屬有一定的腐蝕，故屬單面腐蝕取C2=1mm故5=L75x2200+1=12.38mmd2x170x1-1.75查表3-131」取鋼板負(fù)偏差C1=0.8mm則筒體的計(jì)算壁厚5=8d+C1=13.18mm，圓整后，圓筒的名義壁厚5=14mm。封頭壁厚的計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。=12.35mm根據(jù)公式，封頭設(shè)計(jì)壁厚5d=查表3-131」取鋼板負(fù)偏差C1=0.=12.35mm則筒體的計(jì)算壁厚5=5d+C1=13.15mm，式中，9=1.0（因鋼板最大寬度為3m，此貯罐直徑為2200mm故封頭需將鋼板并焊后沖壓），其它符號(hào)同前?？紤]沖壓減薄量，圓整后取名義壁厚5廣14mm的16MnR鋼制作封頭。水壓試驗(yàn),bS式中：Pf二b=345MPas,8=,bS式中：Pf二b=345MPas,8=8-C=14-1.8=12.2mm,2x(22°0+12.2)=]81.3"a<0.9x345=310.5"a,則膈T2X12.2X1.0故符合工藝條件的要求。支座5.4.1支座的選取支座用來(lái)支撐容器的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。臥式圓筒形容器的支座分為鞍式支座、圈座、腿式支座三類。由于鞍式支座承壓能力較好且對(duì)筒體產(chǎn)生的局部應(yīng)力較小，故此設(shè)計(jì)中選用鞍式支座。【鞍座分為A型（輕型）和B型（重型）兩類，每種形式的鞍座又分為固定式支座（F）和滑動(dòng)式支座（S）兩種。由于在此設(shè)計(jì)中，貯罐體積較小且長(zhǎng)徑比較小，故采用A型三鞍座，兩為固定式一為滑動(dòng)式支座。5.4.2鞍座的計(jì)算貯罐總質(zhì)量：式中：山］為筒體質(zhì)量m4為附件質(zhì)量（kg）。貯罐總質(zhì)量：式中：山］為筒體質(zhì)量m4為附件質(zhì)量（kg）。m=m+m+m+m(kg)，234山2為封頭質(zhì)量（kg），山3為液化石油氣質(zhì)量（kg），5.4.2.1筒體質(zhì)量m1DN=2200mm，8n故川]=q1L=714*=3284.4kg^3285kg=14mm的筒節(jié)，每米質(zhì)量為q「714kg（附表4?］），5.4.2.2封頭質(zhì)量m2DN=2200mm,5廣14mm直邊高度h=40mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其質(zhì)量為q=596.50kg（附表6早），故m2=2q2=1193kg5.4.2.3液氨質(zhì)量m3m=aVy式中：a為裝料系數(shù)，??；V為貯罐容積，V=V對(duì)+V筒=20.56m3；丫為液化石油氣的密度為588kg/m3。所以，m3=0.7x20.56x588=8462.496kg俐8463kg5.4.2.4附件質(zhì)量人孔約重200kg，其它接口管的總重約350kg計(jì)，故m4=550kg則設(shè)備總質(zhì)量：m=mi+m2+m3+m4=3285+1193+8463+550=13491kgQ=mg=13491x9.8=44070.6N牝45kN

33由于每個(gè)鞍座承受約45kN負(fù)荷，故選用輕型帶墊板包角為1200的鞍座，即JB/T4712-1992鞍座A2200-F,JB/4712-1992鞍座A2200-S。DN2200mm輕型帶墊板包角120°的鞍座尺寸公稱直徑DN…鞍座高度h允許載荷kN底板腹板筋板墊板螺栓間距L2|鞍座質(zhì)量kg增加100mm高度增加的質(zhì)量kgl1b26162L3b2b363弧長(zhǎng)b464;e2200250405150@24012824320828882570/4008501380182195.4.3安裝位置貯罐總長(zhǎng)L=4600+(550+40)X2=5780mm=5.78ma為鞍座離罐體一端的距離，l為兩鞍座之間的距離。查標(biāo)準(zhǔn)，有a=1090mm,l=1800mm。人孔的選取帶頸平焊法蘭人孔標(biāo)準(zhǔn)尺寸(表15-55&L帶頸平焊法蘭人孔標(biāo)準(zhǔn)尺寸(表15-55&L公稱壓力MPa直徑mmdx5ABHiH2H3d500480X10370[30024011649036(該人孔標(biāo)記為：HG21523-95人孔MFM訓(xùn)1()人孔補(bǔ)強(qiáng)的確定為了滿足各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免的要在容器的筒體或封頭上開(kāi)孔并安裝接管。開(kāi)孔后，殼壁因除去了一部分承載的金屬材料而被削弱，而出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。為保證容器安全運(yùn)行，對(duì)開(kāi)孔必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右匝a(bǔ)強(qiáng)，以降低峰值應(yīng)力。這里采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、使用經(jīng)驗(yàn)豐富。5.6.1人孔補(bǔ)強(qiáng)由于人孔的筒節(jié)不是采用無(wú)縫鋼管制造，故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。因人

孔內(nèi)徑d=500mm，壁厚5〃=10mm，故補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑D=500+210+14=534mm，外徑1D=760mm。2補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度計(jì)算：5=d5e=500-墮T'8)機(jī)27mmnD—D760-534d5eD—D21=26.9mm500x(14d5eD—D21=26.9mm5.6.2不需補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑由于鋼板具有一定的規(guī)格，殼體的壁厚往往超過(guò)實(shí)際強(qiáng)度的需要，厚度增加，使最大應(yīng)力降低，相當(dāng)于容器已被整體加強(qiáng)，并且容器的開(kāi)孔總有接管相連，其接管多于實(shí)際需要的壁厚也起補(bǔ)強(qiáng)作用。同時(shí)由于容器材料具有一定的塑性儲(chǔ)備，允許承受不大的局部應(yīng)力。故當(dāng)孔徑不超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，可不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。不需要補(bǔ)強(qiáng)的條件：、。設(shè)計(jì)壓力小于或等于；。兩相鄰開(kāi)孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔徑之和的兩倍;。接管公稱外徑小于或等于89mm；。接管最小壁厚滿足下表的要求。接管最小壁厚接管公稱直徑2532;38454857657689最小壁厚(注：接管的腐蝕裕量為1mm接口管5.7.1液化石油氣(LPG)進(jìn)料管進(jìn)料管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)部并將管的一端切成450，為的是避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動(dòng)以減少磨蝕和腐蝕。為了在短時(shí)間內(nèi)將物料注滿容器。.取小=80mmx4mm的低合金無(wú)縫鋼管。配用具有凸面密封的平焊管法蘭，法蘭標(biāo)記：HG20592法蘭RFQ235A5.7.2液化石油氣(LPG)出料管在化工生產(chǎn)中，需要將液體介質(zhì)運(yùn)送到與容器平行的或較高的設(shè)備中去，并且獲得純凈無(wú)雜質(zhì)的物料。故采用可拆的壓料管排料方式。取壓出管8=80mmx3mm，將它用法蘭固定接口管8=89mmx3.5mm內(nèi)。筒體的接口管法蘭采用HG20592法蘭FFQ235A。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HG20592法蘭FFQ235A相同，但其內(nèi)徑為25mm。液化石油氣壓出管的端部法蘭采用HG20592法蘭FFQ235A。壓出管伸入貯罐2.75m，為了能更大限度的吸走介質(zhì)，因此在壓出管出口安裝一軟接管。5.7.3排污管在清洗貯罐式，為了能夠?qū)U液完全排除貯罐外，液化石油氣介質(zhì)會(huì)腐蝕罐|壁而出現(xiàn)沉淀，故需在筒體底部安設(shè)排污管一個(gè)。因此管子規(guī)格取為：8=80mmx3mm，管端焊有一與截止閥J41W-16相配管法蘭HG20592法蘭16MnII5.7.4液面計(jì)接管液面計(jì)是用來(lái)觀察設(shè)備內(nèi)部液位變化的一種裝置，通過(guò)測(cè)量液位來(lái)確定容器中物料的數(shù)量。由于設(shè)備不大且壓力較小，物料潔凈。故采用玻璃管液面計(jì)BIW，L=1200mm，HG5-227-80兩支。與液面計(jì)相配的接口管尺寸為：8=15mmx3mm，法蘭HG20592法蘭16MnII5.7.5放空接口管為了在注入液體時(shí)，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(shè)一放空管。%故采用8=50mmx3mm的無(wú)縫鋼管，管法蘭HG20592法蘭FFQ235A。5.7.6安全閥接口管安全閥是通過(guò)閥的自動(dòng)開(kāi)啟排出氣體來(lái)降低容器內(nèi)過(guò)高的壓力。為了操作的安全，因此安設(shè)一安全閥。安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。因此選用4=80mmx4mm的無(wú)縫鋼管，管法蘭HG20592法蘭16MnII接口管中，其選擇的條均在不需要補(bǔ)強(qiáng)的條件之內(nèi)，因此，以上接口管在筒體上的開(kāi)孔不需要補(bǔ)強(qiáng)。第六章液化石油氣（LPG）貯罐化工設(shè)備圖貯罐的總裝配圖見(jiàn)附頁(yè)，各零部件的名稱，規(guī)格、尺寸、材料等見(jiàn)明細(xì)表。貯罐技術(shù)要求：本設(shè)計(jì)按GB150-1998《鋼制壓力容器》進(jìn)行制造，試驗(yàn)和驗(yàn)收；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)?。?；@焊接采用電弧焊，焊條牌號(hào)E4303；殼體焊縫應(yīng)進(jìn)行無(wú)損探傷檢查，探傷長(zhǎng)度為100%；設(shè)備制造完畢后，以2.19a表壓進(jìn)行水壓試驗(yàn)；管口安裝位置見(jiàn)圖。第七章設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表見(jiàn)附表。第八章總結(jié)在設(shè)計(jì)中，由于貯罐容積較小，故采用臥式圓筒形容器，因此其長(zhǎng)徑比較小。在選材時(shí)綜合考慮材料的物理、力學(xué)性能，耐腐蝕性，