課程設計-液溴儲罐的設計

.PAGE.課程設計題目：液溴儲罐的設計專業(yè)：化學工程與工藝班級：學號：XX：指導教師：設計題目液溴儲罐的設計工藝數(shù)據(jù)：儲罐徑：2200mm儲罐長度〔不包括封頭〕：4400mm地點：設夏季最高溫度時物料的飽和蒸汽壓為1.6MPa密度：3.119克每立方厘米熔點：-沸點：58.78℃..目錄設計題目3第一章總論11.1概述11.2設計依據(jù)和原那么1第二章工藝參數(shù)確實定22.1設計溫度確實定22.2設計壓力確實定22.3筒體和封頭的選材及機構22.3.1液溴的性質(zhì)22.3.2筒體、封頭的選材32.3.3筒體、封頭的構造3第三章設計計算43.1筒體的計算43.2封頭的計算43.3水壓試驗及強度校核4第四章附件的選擇及計算64.1法蘭的選擇64.1.1法蘭類型的選擇64.1.2法蘭密封面的選擇64.1.3墊片、螺栓的選擇64.1.4法蘭最終選擇74.2人孔的選擇計算74.2.1人孔的選擇74.2.2人孔補強確實定84.3臥式容器支座的選擇及計算84.3.1支座的選擇84.2.2鞍座的選用原那么84.2.3鞍座負荷計算84.4液面計的選擇104.5接口管的選擇104.5.1液溴進出料管104.5.2排污管104.5.3平安閥接口管10第五章設備的校核計算115.1筒體和封頭切向應力校核115.1.1筒體切向應力計算115.1.2封頭切向應力計算115.2筒體軸向應力校核115.2.1由設計壓力引起的軸向應力115.2.2軸向應力組合與校核11參考文獻13總結14..第一章總論1.1概述本設計是為地區(qū)的工廠設計一液溴儲罐。綜合考慮了的環(huán)境條件，液溴的物理化學性質(zhì)等因素，結合給定的工藝參數(shù)，對儲罐的筒體、封頭、人孔接收、人孔補強、接收、管法蘭、液位計、鞍座、焊接形式進展了設計和選擇。并用SW6軟件進展了校核。校核結果說明，所做設計結果正確、無誤。1.2設計依據(jù)和原那么〔1〕"化工設備設計根底"2007.3〔2〕"壓力容器"GB150-2011〔3〕"壓力容器用鋼板"GB6654-1996〔4〕"橢圓形封頭"/T4737-95〔5〕"乙型平焊法蘭"NB/T47022-2012〔6〕"長頸對焊法蘭"NB/T47023-2012〔7〕"非金屬墊片"NB/T47024-2012〔8〕"石棉橡膠板"GB/T3985〔9〕"壓力容器法蘭分類與技術條件"NB/T47020-2012〔10〕"鞍式支座"/T4712.1-2007〔11〕"鋼制人孔和手孔的類型與技術條件"HG/T21514-2005〔12〕"盤旋蓋帶頸對焊法蘭人孔"HG/T21518-2005〔13〕"補強圈"/T4736-2002〔14〕"反射式玻璃板液位計"HG/T21590-95第二章工藝參數(shù)確實定2.1設計溫度確實定市根本氣候特點是季風影響顯著，四季清楚、冷熱干濕界限明顯，春季干旱多風回暖快，夏季炎熱多雨，秋季涼爽多晴天，冬季寒冷少雪多枯燥，具有顯著的大陸性氣候特征。光照資源豐富。市年平均氣溫12.9℃。極端最高氣溫43.4℃〔1955年7月23日德城區(qū)〕，極端最低氣溫-27℃〔1958年1月15日德城區(qū)〕。市平均無霜期長達208天，一般為3月29日到10月24日，各縣之間相差較大，武城縣最長為225天，東西相差近月余。市年平均降水量為547.5毫米，東部多于西部，南部多于北部。降水量的時間分配以7月最多，市平均降水量190毫米根據(jù)的天氣情況，確定儲罐的設計溫度為-30℃—45℃2.2設計壓力確實定夏季最高溫度時物料的飽和蒸汽壓為1.6MPa，所以設計取壓力液柱靜壓力估算為：ρ：液溴密度，3.119g/cm3g：重力加速度，9.8kg/s2h：臥式容器液柱最大高度，估值為筒體公稱直徑，2.2m2.3筒體和封頭的選材及機構2.3.1液溴的性質(zhì)液溴是純潔物，常溫下溴是唯一呈液態(tài)的非金屬單質(zhì)。液溴是紅棕色發(fā)煙液體，氣溫低時〔20℃﹚能凍結成為帶金屬光澤暗紅色針狀晶體。常溫下蒸發(fā)很快，其蒸氣有窒息性刺激氣味，呈紅棕色。微溶于水；易溶于乙醇、乙醚、四氯化碳、煤油等多種有機溶劑；也溶于堿溶液、氫溴酸和溴化物等溶液。液溴的化學性質(zhì)很活潑，與氯氣相似，但是稍弱，溴化物中的溴離子可以用游離態(tài)的氯來驅出；它是一種強氧化劑，遇砷、銻放出火花而化合；與氫的親和力甚強；與有機物混合可引起燃燒；在有水存在時溴單質(zhì)能把二氧化硫氧化為硫酸并生成溴化氫；在堿性介質(zhì)中氨和尿素等氮化物被氧化而產(chǎn)生氮氣；在氣相中溴單質(zhì)將氨氧化為氮氣并產(chǎn)生白煙〔溴化銨〕，生產(chǎn)上常以此檢查設備和管道是否漏溴；溴在有次溴酸存在的情況下比擬穩(wěn)定；能與橡膠反響而使橡膠老化、龜裂，橡膠常用的是聚異戊二烯和聚丁二烯，其中都含有碳碳雙鍵，溴單質(zhì)能與之發(fā)生加成反響；溴單質(zhì)具有極強烈的毒性和腐蝕性[1]。表2-1液溴的物理性質(zhì)中文名液溴沸點58.78化學式Br2密度3.119g/cm3分子量159.832顏色深紅棕色熔點-7.2溶解度4.162.3.2筒體、封頭的選材根據(jù)液溴的物性和設計溫度在-30℃—45℃20R\20G是以前的工藝標準是：GB6654、GB713-86；Q245R是現(xiàn)在的新牌號，標準是：GB713-2008二者其實是一樣的材質(zhì)，僅僅是名稱不一樣。2.3.3筒體、封頭的構造筒體構造設計為圓筒形。作為容器主體的圓柱形筒體，制造容易，安裝件方便，而且承壓能力較好，因此這類容器應用最廣。封頭又稱端蓋，按其形狀又分為凸形封頭、錐形封頭和平板形封頭3類。其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭。錐形封頭分為無折邊與折邊兩種。平板封頭根據(jù)它與筒體連接方式不同也有多種構造[2]。從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的構造形式。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得多，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，比橢圓頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強度、構造和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。第三章設計計算3.1筒體的計算的工藝參數(shù)為：公稱直徑：Di=2200mm設計壓力：Pc=1.76MPa選用20R，工作溫度-30℃—45℃焊接接頭采用V坡口雙面焊接,采用全部無損檢測,其焊接接頭系數(shù)由焊接接頭系數(shù)表查得φ=1.00。估計鋼板厚度在8~25之間，所以鋼板負偏差由"鋼板厚度負偏差表"查得C1=0.8mm；液溴為強腐蝕性，采用襯四氟乙烯方法，部腐蝕忽略不計，腐蝕裕量由(殼體、封頭腐蝕裕量表)查得C2=1mm液溴儲罐是壓薄壁容器，按公式計算筒體的設計厚度為：.根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查"鋼板的常用厚度表"，圓整為δn=183.2封頭的計算采用標準橢圓形封頭a:b=2:1，各參數(shù)與筒體一樣。封頭的設計厚度：.根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查"鋼板的常用厚度表"，圓整為δn=18mm查標準"橢圓形封頭"/T4737-95，得下表：表3-1橢圓封頭各項參數(shù)公稱直徑DN/mm曲面高度h1/mm直邊高度h2/mm厚度/mm外表積A/m2容積V/m3質(zhì)量m/kg220060040186.54534.9905911.313.3水壓試驗及強度校核先按公式確定水壓試驗時的壓力Pt為：水壓試驗時的應力為查表得厚度為16mm的16MnR鋼板的鋼材屈服極限故在常溫水壓試驗時的許用應力為：故因此筒體滿足水壓試驗時的強度要求第四章附件的選擇及計算4.1法蘭的選擇4.1.1法蘭類型的選擇法蘭連接構造是一個組合件，是由一對法蘭、假設干螺栓、螺母和一個墊片組成。法蘭密封的原理是：法蘭在螺栓預緊力的作用下，把處于壓緊面之間的墊片壓緊。法蘭按整體性程度分為整體法蘭、松式法蘭和任意式法蘭。壓力容器用法蘭為整體法蘭[3]。下表為兩種法蘭的參數(shù)。表4-1平焊法蘭和對焊法蘭標準分類適用壓力/MPa適用溫度/℃適用直徑/mm平焊法蘭甲型0.25~1.6-20~300300~2000乙型0.25~4.0-20~350300~3000長頸對焊法蘭0.6~6.4-20~45300~3000由于儲罐的設計壓力為1.76MPa，公稱直徑為2200mm。所以選用法蘭的公稱壓力PN為2.5MPa。根據(jù)上表，甲型平焊法蘭的適用壓力和適用直徑不符合，而，查找乙型平焊法蘭標準NB/T47022-2012，公稱壓力PN為2.5MPa的適用直徑?jīng)]有到達2200mm，所以，選用長頸對焊法蘭。4.1.2法蘭密封面的選擇法蘭連接的密封性能與密封面形式有直接關系，所以要合理選擇密封面的形狀。下表為各種密封面比擬表4-2密封面比擬·優(yōu)點缺點適用圍平面形構造簡單，加工方便，便于防腐襯里不易壓緊，密封性差PN<2.5MPa，介質(zhì)無毒凹凸面壓力較高場合/DN≤800，PN≤6.4MPa榫槽面良好密封性構造制造復雜，更換困難/其他適合壓力較高不易加工/根據(jù)上表，由于介質(zhì)有腐蝕性且公稱直徑和公稱壓力較高，因此榫槽面作為密封面。4.1.3墊片、螺栓的選擇墊片是構成密封的重要元件，適當?shù)膲|片變形和回彈能力是形成密封的必要條件。根據(jù)標準NB/T47020-2012中法蘭、墊片、螺柱、螺母材料匹配表，選用墊片材料為橡膠石棉板。螺栓材料為30CrMoA4.1.4法蘭最終選擇最終選擇長頸對焊法蘭為儲罐的法蘭，選用標準NB/T47023-2012中公稱壓力為2.5MPa，公稱直徑為2200mm的法蘭表4-3選用法蘭的構造及尺寸〔公稱壓力PN=2.5MPa〕公稱直徑DN/mm法蘭/mm螺柱對接筒體DD1D2D3D4δHhαα1δ1δ2Rd規(guī)格數(shù)量最小厚度δu/mm22002720262025292509250619032086262334501852M427226表4-4選用法蘭質(zhì)量數(shù)據(jù)公稱直徑DN/mm法蘭質(zhì)量/kg襯環(huán)質(zhì)量/kg2200平面凸面凹面榫面槽面平面凸面凹面榫面槽面2021.52057.92043.52047.12053.720.142.827.232.037.5那么，選用法蘭的標準標記為：法蘭C-T2200-2.5/52-320NB/T47020-20124.2人孔的選擇計算4.2.1人孔的選擇人孔是壓力容器檢修的重要入口，也是壓力容器設計的重要組成局部[4]。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。綜合考慮到公稱壓力2.5MPa，工作溫度為45℃表4-5所選人孔的參數(shù)名稱密封面形式及代號公稱直徑DN/mm公稱壓力PN/MPa人孔材料墊片材料盤旋蓋帶頸對焊法蘭人孔突面RF4502.516R普通石棉橡膠表4-6所選人孔尺寸表dDD1H1H2bb1b2ABLdo螺柱螺母螺柱質(zhì)量(kg)數(shù)量456670600250126424446375175250242040246那么人孔標記為：人孔RFⅢS-35CM(NM-XB350)A450-2.5HG/T21518-20054.2.2人孔補強確實定本設計選用人孔筒節(jié)徑為450mm，厚度為12mm。故補強圈尺寸為：補強圈徑484mm，外徑為760mm，補強圈厚度按下式估算。考慮到人孔筒節(jié)有一定的腐蝕余量，故補強圈厚度為26mm。查標準/T4736-2002得補強圈質(zhì)量為55.0kg。4.3臥式容器支座的選擇及計算4.3.1支座的選擇臥式容器支座有鞍座、圈座和支腿三種。鞍式支座是應用最廣泛的一種臥式容器支座。鞍座分為A型和B型兩類。對于大直徑薄壁容器和真空操作的容器，因其自身重量可能嚴重撓曲；多于兩個支撐的長容器。腿式支座簡稱支腿，由于這種支座在與容器殼壁連接處會造成嚴重的局部應力，故只適合用于小型設備。因此，選用鞍式支座[5]作為儲罐的支座。4.2.2鞍座的選用原那么雙鞍座臥式容器的受力狀態(tài)可簡化為受均布載荷的外伸梁，由材料力學知，當外伸長度A=0.207L，跨度中央的彎矩與支座截面處的彎矩絕對值相等，所以一般近似取，其中L取兩封頭切線距離，A為鞍座中心線至封頭切線間距離。當鞍座臨近封頭時，那么封頭對支座處筒體有加強剛性的作用。為了充分利用這一加強效應，在滿足下應盡量使。4.2.3鞍座負荷計算儲罐重質(zhì)量計算式如下：m=m1+m2+m3+m4式中：m1為罐體質(zhì)量，kg；m2為封頭質(zhì)量，kg；m3為液溴質(zhì)量，kg；m4為附件質(zhì)量，kg。罐體質(zhì)量m1DN=2200mm，δ=18mm的筒節(jié)，每米質(zhì)量為q1=1000kg/m，故封頭質(zhì)量m2DN=2200mm，δ=18mm，直邊高度為40mm，每米質(zhì)量為q2=900kg/m，故液氨質(zhì)量m3式中：α為裝料系數(shù)，取0.7；V為儲罐容積，m2；γ為液溴密度，3119kg/m3附件質(zhì)量m4人孔質(zhì)量為246kg，其他接收綜合按300kg計，故設備總質(zhì)量為：m=m1+m2+m3+m4=4800+1800+56143+546=63289kg每個鞍座只承受316KN負荷，所以選用輕型帶墊板、包角為120o的鞍座。表4-7型式特征型式包角墊板筋板數(shù)輕型焊制A120有6表4-8支座尺寸〔DN=2200mm〕允許載荷Q鞍座高度底板腹板筋板l1b1δ1δ2l3b2b3δ3435KN250172024014102652082908墊板螺栓配置鞍座質(zhì)量弧長b4δ4e間距l(xiāng)2螺孔d螺紋孔長l234kg280050010100152024M2040外伸長度，L=2200mm，筒體長為4400mm，那么：那么兩鞍座間距為：鞍座標記為：/T4712.1-2007，支座A2400-F4.4液面計的選擇對于承壓容器，一般都是將液面計通過法蘭、活接口或螺紋接口與設備連接在一起?，F(xiàn)有標準，有反射式玻璃板液面計、反射式防霜液面計、透光式板式液面計和磁性液面計。根據(jù)選用表選用：選用反射式玻璃板液面計，公稱壓力PN4.0MPa，具體參數(shù)如下表：表4-9反射式玻璃板液面計根本參數(shù)及尺寸液面計節(jié)數(shù)公稱長度L/mm透光尺寸L1×14mm透光總長度L2/mm加熱蒸汽管接口間距/mm重量底部配閥門底部配螺塞51450260×141460142053.751.7那么液面計標記：液面計AR4.0-Ⅰ-1450V(P)接口管尺寸為：?18mm×3mm，管法蘭HG20592法蘭SO20-2.5RF16MnR4.5接口管的選擇4.5.1液溴進出料管采用?57mm×6mm無縫鋼管。進料管的一端切成45°，伸入出罐少許。配用具有凸面的帶頸平焊法蘭，法蘭標記為：HG20592法蘭PL50-2.5RF16MnR。4.5.2排污管儲罐右側底部設置排污管一個，管子規(guī)格：?57mm×6mm，采用密封面為氟材料的截止閥J41W-25和與之匹配的管法蘭HG20592法蘭PL50-2.5RF16MnR。4.5.3平安閥接口管平安閥接口管尺寸由平安閥泄放量決定。本儲罐采用?32mm×4mm的無縫鋼管，管法蘭HG2059