化工機械基礎(chǔ)化工設(shè)備課程設(shè)計液氨儲罐機械設(shè)計

本設(shè)計的液料為液氨。液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛，為運輸及儲存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨。液氨在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，所以其化學(xué)事故發(fā)生率相當(dāng)高。液氨儲罐屬于化工常見的儲運設(shè)備，一般可分解為筒體，封頭，法蘭，人孔，手孔，支座及管口等幾種元件。儲罐的工藝尺寸可通過工藝計算及生產(chǎn)經(jīng)驗決定。液氨儲罐是合成氨工業(yè)中必不可少的儲存容器，所以本設(shè)計過程的內(nèi)容包括容器的材質(zhì)的選取、容器筒體的性狀及厚度、封頭的性狀及厚度、確定支座，人孔及接管、開孔補強的情況以及其他接管的設(shè)計與選取。本設(shè)計綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，結(jié)合給定的工藝參數(shù)，機械按容器的選材、壁厚計算、強度核算、附件選擇、焊縫標準的設(shè)計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補強、接管、管法蘭、液位計、鞍座、焊接形式進行了設(shè)計和選擇。設(shè)備的選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標準，設(shè)計時可以直接選用符合設(shè)計條件的標準設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒有相應(yīng)標準，則選擇合適的非標設(shè)備。目錄第一部分設(shè)計緒論 （1）設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思想、設(shè)計特點 （2）主要設(shè)計參數(shù)的確定及說明 第二部分材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 （1）材料的選擇與認證 （2）結(jié)構(gòu)的選擇與認證 第三部分設(shè)計計算 （1）計算筒體的壁厚 （2）計算封頭的壁厚 （3）水壓試驗壓力及其強度校核 （4）選擇人孔并核算開孔補強 （5）選擇鞍座并核算承載能力 （6）選擇液位計 （7）選配工藝接管 第四部分設(shè)計心得 第一部分設(shè)計緒論設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思想、設(shè)計特點1.1設(shè)計任務(wù)：根據(jù)儲罐筒體公稱直徑Di=2600mm，罐體公稱容積V=35m3,設(shè)計一液氨儲罐,通過設(shè)計儲罐的厚度，使其能滿足工藝要求。1.2設(shè)計思想：通過圖書館和上網(wǎng)查找有關(guān)的書籍與資料，獲取需要的數(shù)據(jù)，來完成所要求要設(shè)計的部分。液氨儲罐是我們平時運輸液氨的一個常用設(shè)備，在設(shè)計液氨儲罐時，要有利于成批生產(chǎn)，提高質(zhì)量，便于互換，降低成本，提高勞動的生產(chǎn)率，要對容器的設(shè)計（如封頭、法蘭、支座、人孔、液面計等）進行標準化，除此之外還要盡量滿足工藝的要求，密封性能要好。1.3設(shè)計特點：為了滿足工藝過程的需要，必須做到如下要求：1）強度：液氨儲罐可以抵抗外力破壞能力，以保證生產(chǎn)安全。（2）剛度：零部件應(yīng)有抵抗外力使其變形的能力，以防止容器在使用、運輸或安裝的過程中發(fā)生不允許的變形。（3）穩(wěn)定性：容器或其零部件在外力作用下有維持其原型的能力，防止容器被壓癟或出現(xiàn)皺折。（4）耐久性：容器有一定的抵抗介質(zhì)及大氣的腐蝕能力，保持一的使用年限。（5）氣密性：容器在承受壓力或處理有毒介質(zhì)時有可靠的氣密性，提供良好的勞動環(huán)境及維持正常的操作。（6）其他：節(jié)約材料、便于制造、運輸、安裝、操作、維修方便，符合有關(guān)的國家標準和行業(yè)標準等的規(guī)定。主要設(shè)計參數(shù)的確定及說明設(shè)計溫度蕪湖30年來最高氣溫為40C設(shè)計壓力在夏季液氨儲罐經(jīng)太陽暴曬，隨著氣溫的變化，儲罐的操作壓力也在不變化。容器設(shè)計時必須考慮在工作情況下可能遇到的工作壓力和相對應(yīng)的溫度兩者相結(jié)合中最苛刻工作壓力來確定設(shè)計壓力。一般是指容器頂部最高壓力與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載荷條件，其值不低于工作壓力。給定設(shè)計壓力為2.2MPa。腐蝕余量查《腐蝕數(shù)據(jù)手冊》16MnR耐氨腐蝕，其0.1mm/y，若設(shè)計壽命為15年，則C2150.11.5mm焊縫系數(shù)該容器屬中壓貯存容器，技《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，氨屬中度毒性介質(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。此儲罐采用100%無損探傷，故取1.0容器直徑考慮到壓制封頭胎具的規(guī)格及標準件配套選用的需要，容器的筒體和封頭的直徑都有規(guī)定。此儲罐設(shè)計的公稱直徑（內(nèi)徑）選擇Di=2600mm。許用應(yīng)力40oC溫度時，16MnR鋼材的許用應(yīng)力表，知t170.0MPa400C溫度時，16MnR鋼材的許用應(yīng)力表鋼材厚度nmm許用應(yīng)力tMPa屈服極限sMPa<1617034516?3616332536?60157305、材料選擇根據(jù)液氨貯罐的工作壓力（P=2.2MPa作為設(shè)計壓力）、工作溫度（最高工作溫度為40C）和介質(zhì)的性質(zhì)可知該設(shè)備為一中壓常溫設(shè)備，介質(zhì)對碳鋼的腐蝕作用很小，主要考慮的強度指標（指s和b）和塑性指標適合的材料有：A3R、20g、16MnR、15MnVR、20%為了節(jié)省金屬，高壓設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選取普通低合金鋼、中強度。凡屬強度計算為主要的中壓設(shè)備亦以采用普通低合金鋼為宜。因為屈服強度分別為345MPa和392MPa的普通低合金鋼，其材料價格與碳素鋼差不多，但強度比碳素鋼約高30%-60%，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、運輸、安裝帶來很大的方便。所以主要考慮16MnR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，16MnR鋼板的價格比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設(shè)備的計價，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。技術(shù)特性公稱容積(m3)35公稱直徑Dg(mm)2600介質(zhì)液氨筒體長度L(mm)7980 C—工作壓力(MPa)2.1工作溫度(0C)40℃廠址蕪湖推薦材料16MnR管口表編號名稱公稱直徑(mm)編號名稱公稱直徑(mm)九2液位計15e安全閥25b進料管40f放空管25c出料管20g人孔450d 壓力表一,25一一h排污管40第二部分材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證1.材料的選擇與認證純液氨腐蝕性很小，貯罐可選用一般鋼材，但由于壓力較大，可以考慮16MnR這種鋼種。16MnR鋼板： PDit2 tiC2式中P—設(shè)計壓力2.2MPa;2Di=2600mm;2]=170MPa;①=1.0（雙面對接焊，100%無損探傷）；C2=1.5mm那么，代入數(shù)據(jù) =18.43mm取C28mm，圓整后取6n=20mm因此，選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料2.結(jié)構(gòu)的選擇與認證（1）封頭形式的確定本液氨儲罐的封頭選用標準型橢圓形封頭從應(yīng)力分布情況考慮：在直徑、壁厚、設(shè)計壓力相同的條件下各種封頭應(yīng)力分布由好到壞的順序是：半球形、橢圓形、蝶形、錐形、球冠形、平板形。橢圓型封頭的最大應(yīng)力值和與其相連接的圓筒體中的最大應(yīng)力值相等，便于筒體強度設(shè)計；碟心封頭有兩處連接邊界，受力不及橢圓形。從金屬消耗量考慮：在相同設(shè)計條件下，各種封頭的金屬消耗量按下列順序依次增大：半球形，橢圓形，蝶形，平板形。球形封頭用量最少，比橢圓形封頭節(jié)約25.8％，平板封頭的用量最多，是橢圓形封頭的4倍多。從制造考慮：橢圓形封頭制造方便，平板封頭則因直徑和厚度較大，坯材的獲得、車削加工、焊接等方面都遇到不少困難，且封頭與筒體厚度相差懸殊，結(jié)構(gòu)也不合理。所以，從強度、結(jié)構(gòu)和制造等方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。 （2）人孔的選擇人孔的作用：檢查設(shè)備和便于安裝與拆除設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件。人孔的結(jié)構(gòu)：既有承受壓力的筒節(jié)、端蓋、法蘭、密封墊片、緊固件等受壓元件，也有安置與啟閉端蓋所需要的軸、銷、耳、把手等非受壓件。人孔類型：從是否承壓來看有常壓人孔和承壓人孔。從人孔所用法蘭類型來看，承壓人孔有板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔和帶頸對焊法蘭人孔，在人孔法蘭與人孔蓋之間的密封面，根據(jù)人孔承壓的高低、介質(zhì)的性質(zhì)，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或環(huán)連接面。從人孔蓋的開啟方式及開啟后人孔蓋的所處位置看，人孔又可分為回轉(zhuǎn)蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。根據(jù)儲罐是在常溫及最高工作壓力為2.2MPa的條件下工作，人孔標準應(yīng)按公稱壓力為2.2MPa的等級選取。從人孔類型標準可知，公稱壓力為2.2MPa的人孔類型很多，本設(shè)計考慮人孔蓋直徑較大較重，故選用水平吊蓋人孔。該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸，檢修時只需松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉(zhuǎn)一個角度，由吊鉤吊住，不必將蓋板取下。該人孔標記為：HG21523-95人孔RFIV(A?G)450-2.2,其中RF面密封，V指接管與法蘭的材料為20R,A?G指用普通石棉橡膠板墊片，450-2.2是指公稱直徑為450mm、公稱壓力為2.2MPa。人孔選擇表人孔類型 Li—*上：1二.LnJ1 、/ I 公稱壓力MPa公稱直徑mm板式平焊法蘭人孔0.6400、450、500、600板式平焊法蘭人孔(限用凸面)或帶頸平焊法法蘭1.0400、450、500、6001.6400、450、500、600帶頸對焊法法蘭2.5400、450、500、6004.0400、450、500、600

第三部分設(shè)計計算設(shè)計一液氨儲罐，工藝尺寸為：儲罐的公稱直徑Di=2600mm,公稱容積V=35m3。使用地點：蕪湖；工作溫度：40℃。1、計算筒體的壁厚選取儲罐材料16MnR，制作罐體和封頭，查得16MnR材料在t40Ct170MPa時，焊縫為雙面對接焊，100%無損探傷，故中=1.00,設(shè)備內(nèi)徑Di2600mm，P=2.2MPa。于是罐體計算厚度為：aPDi C由2。pC2其中C2=1.5mm，得：2.22200ad C2mm18.43mmd 21701.02.2 2圓整后取bn=20mm厚的16MnR鋼板制作罐體。2、計算封頭的壁厚采用標準橢圓形封頭，封頭厚度計算：PDi2t0.5P C21.518.38mm20mmn0.91.518.38mm20mmn0.9根據(jù)C10.8mm，向上圓整后取取標準校核罐體與封頭水壓試驗強度：PT（Die）-1 2e其中：PT1.25P1.252.22.75MPaenC202.317.7mms345MPa故T0.9s，水壓試驗時強度足夠

3、水壓試驗壓力及其強度校核液壓試驗時PT1.25PtT][]t設(shè)計溫度T40oC[][]Tl70MPaPT1.25P1.252.22.75MPa圓筒的應(yīng)力PT(Die)T2e2.75(260017.7)丁203.35MPa因為T217.7因為s345MPa,0.9s0.9345310.5MPaT0.9所以，水壓校驗符合要求4、選擇人孔并核算開孔補強根據(jù)儲罐是在常溫及最高工作壓力為2.2MPa的條件下工作，人孔標準應(yīng)按公稱壓力為2.2MPa的等級選取。從人孔類型系列標準可知，公稱壓力為2.2MPa的人孔類型很多。本設(shè)計考慮人孔蓋直徑較大較重，故選用水平吊蓋人孔。該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸，檢修時只需松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉(zhuǎn)一個角度，由吊鉤吊住，不必將蓋板取下。該人孔標記為HG21523—95人孔RFIV（AG）450—2.2，其中RF指突面密封，IV指接管與法蘭的材料為20R，AG指用普通石棉橡膠板墊片，450—2.2指公稱直徑為450mm、公稱壓力為2.2MPa。由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補強圈標準。本設(shè)計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑D1450mm，壁厚10mm，故補強圈尺寸確定如下：補強圈內(nèi)徑D1484mm，外徑D2760mm，根據(jù)補強圈的金屬表面積應(yīng)大于或等于開孔減少的截面積，補強圈的厚度按下式計算：cc1c2c10.80mmc21.50mm

平。3(45022.3)10.02.3mm13mmD2D1760484故補強圈取13mm厚。5、選擇鞍座并核算承載能力首先粗略計算鞍座負荷，儲罐總質(zhì)量：mm1m2m3m4kg；kg；kg；kg；kgm2— —封頭質(zhì)m3——沖液質(zhì)m4——附件質(zhì)1）罐體質(zhì)量:根據(jù)DN2600mm,n20mm的筒節(jié)，可得每米質(zhì)量q11290kgm故：m故：m1q1L12905.87482kg2）封頭質(zhì)量：查標準橢圓封頭可得附DN2600mm附n20mm附直邊高為h50mm，得q2=1230kg,橢圓封頭質(zhì)量為 m2=2q2=2*1230=2460kg(3)沖液質(zhì)量：m3V式中：V——儲罐容積——水的密度為1000kg/m3故：3VV封頭V筒體22.560.7852.62.65.835.9m3m3100035.935900kg4）附件質(zhì)量： 4 ，其中人孔質(zhì)量為200kg，其他接管總和按300kg計,故設(shè)備總質(zhì)量：m500kgmm1m2m3m446342kg每個鞍座負荷： m46342981kNFg2.2227.3選取鞍座為：輕型帶墊板，包角為120°的鞍座。即JBT471292鞍座A2000FJBT471292鞍座A2000S6、選擇液位計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、浮子液面計和浮標液面計。在中低壓容器中常用前兩種。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，但是比較笨重、成本較高。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。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，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)嚴重的堵塞現(xiàn)象所以在此選用玻璃管液面計。玻璃板液面計有透光式玻璃板液面計（T型）、反射式玻璃板液面計（R型）和試鏡式玻璃板液面計（S型）三種結(jié)構(gòu)，其適用溫度一般在0?250℃。但透光式適用工作壓力較反射式高，試鏡式工作壓力最小。玻璃管液面計適用工作壓力小于4.0MPa，介質(zhì)溫度在02500C的范圍。對于承壓設(shè)備，一般都是將液面計通過法蘭、活接頭或螺紋接頭與設(shè)備連接在一起，分別用于不同型式的液面計?？紤]到本設(shè)備的設(shè)計壓力為2.2MPa,而且液氨為較干凈的物料，易透光，不會出現(xiàn)嚴重的堵塞現(xiàn)象，所以在此選用反射式玻璃板液面計（R型）。由筒體公稱直徑為2600mm，選擇長度為1400mm的液面計。已知其公稱直徑為15mm。液氨儲罐常用玻璃管液面計，由儲罐公稱直徑Di=2600mm根據(jù)HG/T21550-93,選擇玻璃管液面計AIWPN4.0,L=1000mm,HG5-227-80兩支。與其相配的接管尺寸為18*3m,管法蘭為法蘭PN4.0DN15GB9119.8-88。7、選配工藝接管本儲罐設(shè)有以下接口管（1）液氨進料管：采用45X2.5mm無縫鋼管。管的一端切成45°,伸入儲罐少許.配用具有突面密封的平焊管法蘭:法蘭PN4.0DN40GB9119.8-88因為殼體名義壁厚n=20mm接,管公稱直徑小于80mm故,不要補強.（2）液氨出料管：采用可拆的壓出管25X2.5mm,將它套入罐體的固定接口管38X3.5mm內(nèi)，罐體的接口管法蘭采用法蘭PN4.0DN32GB9119.8-88。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法蘭法蘭PN4.0DN32GB9119.8-88相同，但其內(nèi)徑為25mm見（總裝圖的局部放大部大圖）.液氨壓出管的端部法蘭（與氨輸送管相連）采用法蘭PN4.0DN20GB9119.8-88。這些小管都不必補強。壓出管伸入貯罐2.5m。（3）排污管在罐的右端最底部設(shè)個排污管一個，規(guī)格是45X2.5mm,管端焊有與截止閥J41W-16相配的管法蘭PN4.0DN40GB9119.8-88。排污管與罐體連接處焊有一厚度為10mm的補強圈.4）放空管接口管采用32X3.5mm無縫鋼管，法蘭PN4.0DN25GB9119.8-885）液面計接管液氨儲罐常用玻璃管液面計，由儲罐公稱直徑Di=2600mm根據(jù)HG/T21550-93,選擇玻璃管液面計AIWPN4.0,L=1000mm,HG5-227-80兩支。與其相配的接管尺寸為20X2.5m,管法蘭為法蘭PN4.0DN15GB9119.8-88。（6）安全閥接口管安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用32X2.5mm的無縫鋼管,法蘭PN4.0DN25GB9119.8-88。技術(shù)要求1）本設(shè)備按GB150-1998《鋼制壓力容器》進行制造、試驗和驗收2）焊接材料、對焊接接頭型式及尺寸可按GB985-80中規(guī)定（設(shè)計焊縫強度系數(shù)①=1.00）3）殼體焊縫應(yīng)進行無損探傷檢查，探傷長度為100%4）設(shè)備制造完畢后，進行水壓實驗5）管口方位按本圖第四部分結(jié)束語經(jīng)過了幾天的努力，終于完成了課程設(shè)計。在設(shè)計的過程中，給自己最大的體會是：辦法總比困難多，遇到了問題，不要氣，要努力去尋找答案。課程設(shè)計剛開始的時候，感覺很陌生，只知道要設(shè)計一個貯罐，而且還要畫圖，至于怎么開始，大家都很惘然。在畫圖時，因為一開始沒有查好資料，只知道筒體的公稱直徑，至于那些其它的數(shù)據(jù)，例如封頭高度，封頭直邊都沒有查好，所以無從著手，那時候只能一邊看書，一邊探索畫圖，以至于浪費了不少的時間。課程設(shè)計是另外一種學(xué)習(xí)課堂，通過我們動手，對掌握的理論知識進行補充與質(zhì)疑。我們應(yīng)該在注意書本知識的時候應(yīng)該也要把所學(xué)到的知識應(yīng)用到實踐生產(chǎn)中去，不僅僅滿足于書本的知識，要在實踐過程中吸收課本外的知識。盡管這次作業(yè)的時間是漫長的,過程是曲折的,但我的收獲還是很大的。不僅僅掌握了臥式儲罐的結(jié)構(gòu)以及設(shè)計步驟與方法；也不僅僅對制圖有了更進一步的掌握；對我來說,收獲最大的是那些分析和解決問題、收集資源的方法與能力。而且，通過此次的課程設(shè)計，也為我們在今后的學(xué)習(xí)和工作奠定了基礎(chǔ)。在整個過程中,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗,沒有感性的認識；空有理論知識,動手能力不強，有些東西很可能與實際脫節(jié)?？傮w來說,我覺得做這種類型的作業(yè)對我們的幫助還是很大的,它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中暴露出自身的不足,以待改進。有時候個人的力量是有限的,合眾人智慧,我相信我們的作品會更完美！參考文獻《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》第五版刁與瑋，王立業(yè)2003.3《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書》北京化工學(xué)院1992.07《壓力容器優(yōu)化設(shè)計》梁基照2010.03《工程制圖新編教程》胡志勇，宇文研2009.07《化工設(shè)計》劉榮杰2010.09《管道及儲罐強度設(shè)計》帥鍵2006.06《化工機械基礎(chǔ)課程設(shè)計》韓葉象北京化工學(xué)院出版社《化工機械工程手冊》余國棕化學(xué)工業(yè)出版社2010《壓力過程設(shè)備設(shè)計》李福寶，李勤化學(xué)工業(yè)出版社2010附表總圖