原料配漿槽設(shè)計

新疆工程學(xué)院課程設(shè)計6-PAGE6新疆工程學(xué)院課程設(shè)計說明書題目名稱：原料配漿槽設(shè)計系部：化學(xué)工程系專業(yè)班級：石化10-5（3）班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：完成日期：2012-12-20新疆工程學(xué)院課程設(shè)計評定意見設(shè)計題目：原料配漿槽設(shè)計學(xué)生姓名：評定意見：評定成績：指導(dǎo)教師（簽名）：設(shè)備總圖新疆工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書2011—2012學(xué)年第一學(xué)期2012年12月25日專業(yè)石油化工班級石化10-5（3）班課程名稱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)設(shè)計題目原料配漿槽設(shè)計指導(dǎo)教師起止時間2012年12月5—2012年12月25周數(shù)8周設(shè)計地點教室設(shè)計目的：通過本次化工機(jī)械課程設(shè)計系統(tǒng)地驗證學(xué)生本課程的基本專業(yè)理論和知識，培養(yǎng)學(xué)生具有初步分析與解決本專業(yè)課題技術(shù)問題的能力，具有化工機(jī)械系統(tǒng)與設(shè)備設(shè)計的初步能力，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)意識、協(xié)作創(chuàng)新與專業(yè)開拓的基本素質(zhì)。設(shè)計任務(wù)或主要技術(shù)指標(biāo)：設(shè)計一個容積為1.33的維持罐，常壓，設(shè)計溫度為1300C，設(shè)備主要材質(zhì)為16MnR鋼，布置強(qiáng)度計算，考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計，檢查強(qiáng)度計算結(jié)果和布置出施工圖設(shè)計進(jìn)度與要求：1.12月15日完成計算2.12日20日完成電子板3.12月25日核對及交報告答辯主要參考書及參考資料：1.《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》喻建良主編，大連理工大學(xué)2009.72.《壓力容器的應(yīng)力分析及強(qiáng)度計算》北京，原子能出版社，19793.《化工容器設(shè)計》——北京，化學(xué)工業(yè)出版社，1983等指導(dǎo)教師（簽名）年月日摘要本文扼要介紹了原料配漿槽的特點以及在工業(yè)中的發(fā)展，詳細(xì)的闡述了原料配漿槽的結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度設(shè)計計算以及維護(hù)。參照參考文獻(xiàn)及原料配漿槽的特性，根據(jù)設(shè)計壓力確定壁厚，使原料配漿槽有足夠的腐蝕欲度，從而使設(shè)計結(jié)果達(dá)到最優(yōu)化組合。一個完整的原料配漿槽主要是由圓柱形罐體、氣體進(jìn)出口、排污管、安全閥、壓力表口、法蘭等部件組成，同時考慮到安裝和檢修的需要，罐體上還要設(shè)置人孔、平臺扶梯和吊柱等部件，整個罐體采用立式支撐式。關(guān)鍵詞：圓柱罐體、管法蘭、人孔、補(bǔ)強(qiáng)目錄TOC\o"1-3"\h\u1.材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 61.1材料選擇 61.2結(jié)構(gòu)選擇與論證 61.2.1封頭的選擇 61.2.2容器支座的選擇 6設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo) 72.壁厚設(shè)計 82.1內(nèi)筒壁厚設(shè)計 82.2內(nèi)筒封頭設(shè)計 82.3夾套壁厚設(shè)計 103.強(qiáng)度校核 103.1內(nèi)筒罐體與封頭水壓實驗強(qiáng)度校核 103.2夾套水壓實驗強(qiáng)度校核 103.3加強(qiáng)圈尺寸設(shè)計 114.支座的設(shè)計 124.1槽體質(zhì)量 124.2封頭質(zhì)量 124.3漿體質(zhì)量 134.4夾套蒸汽質(zhì)量 135.人孔設(shè)計 145.1人孔的選取 145.2人孔補(bǔ)強(qiáng) 145.2.1內(nèi)筒壁補(bǔ)強(qiáng)計算 155.2.2外筒壁補(bǔ)強(qiáng)計算 166.接管設(shè)計 176.1固體加料管a 176.2固體加料管a補(bǔ)強(qiáng) 176.2.1內(nèi)筒壁補(bǔ)強(qiáng)計算 176.3夾套蒸汽進(jìn)口c 186.4夾套蒸汽出口d 186.5抽料口e 196.6視鏡口、 196.7備用口g 196.8溫度計口h 19符號說明 20參考文獻(xiàn) 22致謝 23附表1 24附表2人孔標(biāo)準(zhǔn)件 261.材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證1.1材料選擇純液氨腐蝕性小,貯罐可選用一般鋼材,但由于壓力較大,可以考慮20R、16MnR.這兩種鋼種。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用20R類的低碳鋼板，16MnR鋼板的價格雖比20R貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計價，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。1.2結(jié)構(gòu)選擇與論證1.2.1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(jié)構(gòu)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(yīng)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，比橢圓開封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。1.2.2容器支座的選擇容器支座有鞍座,圈座和支腿三種,用來支撐容器的重量。鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座。從應(yīng)力分析看，承受同樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個支承比采用兩個支承優(yōu)越，因為多支承在粱內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小。所以，從理論上說臥式容器的支座數(shù)目越多越好。但在是實際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計成雙支座，這是因為當(dāng)支點多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局部不圓度、支座的水平度、各支座基礎(chǔ)下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對剛性等等，均會影響支座反力的分市。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運(yùn)行安全帶來不利的影響。所以一臺臥式容器支座一般情況不宜多于二個。圈座一般對于大直徑薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座簡稱支腿，因這種支座在與容器殼壁連接處會造成嚴(yán)重的局部應(yīng)力，故只適合用于小型設(shè)備（DN≤1600，L≤5m）。綜上考慮在此選擇雙個鞍式支座作為儲罐的支座。設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)內(nèi)筒設(shè)計壓力MPa常壓設(shè)計溫度℃130最高工作壓力常壓工作溫度℃介質(zhì)名稱苯酚+甲醇設(shè)備主要材質(zhì)16MnR設(shè)備容積3.0夾套設(shè)計壓力MPa0.32設(shè)計溫度℃143最高工作壓力0.3工作溫度℃介質(zhì)名稱水蒸汽設(shè)備主要材質(zhì)16MnR2.壁厚設(shè)計罐體厚度設(shè)計在整個設(shè)計中是非常關(guān)鍵的部分，只有根據(jù)技術(shù)參數(shù)設(shè)計出合理的壁厚才能保證儲罐的安全運(yùn)行，它包括厚度設(shè)計和強(qiáng)度校核。2.1內(nèi)筒壁厚設(shè)計見圖表可知，本原料配漿槽選用16MnR制作罐體和封頭,已知：假設(shè)筒體名義厚度附加裕量則筒體有效厚度則查圖13-6外壓或軸向受壓筒幾何參數(shù)計算圖得系數(shù)A=0.0002查圖13-9外壓圓筒管子和球殼厚度計算圖得系數(shù)B=160Map則允許工作外壓因為則可選用20mm厚16MnR鋼制作筒體2.2內(nèi)筒封頭設(shè)計容器封頭又稱端蓋，按其形狀可分為三類：凸形封頭、錐形封頭和平板封頭。其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭、球冠形封頭四種。本設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（工程上將，即的橢圓形封頭，此時形狀系數(shù),可參考化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)書表12-17）。采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭設(shè)計底部假設(shè)附加裕量則查圖13-9得則因則可用厚或厚16MnR鋼制作的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭內(nèi)筒頂部采用平板封頭其厚度計算公式為（100）式中K取0.25取1.0于是最后采用圓整厚度為20mm的16MnR鋼制作2.3夾套壁厚設(shè)計壁厚計算式確定參數(shù)（設(shè)計溫度為130）（雙面焊焊接接頭100％無損檢測）取腐蝕裕量于是mm根據(jù)取則復(fù)驗故取所以選用厚度為2mm的16MnR鋼做夾套材料3.強(qiáng)度校核3.1內(nèi)筒罐體與封頭水壓實驗強(qiáng)度校核根據(jù)式式中則而因為所以水壓試驗強(qiáng)度足夠3.2夾套水壓實驗強(qiáng)度校核根據(jù)式式中則而因所以水壓試驗強(qiáng)度足夠3.3加強(qiáng)圈尺寸設(shè)計（1）選擇加強(qiáng)圈的尺寸規(guī)格為的扁鋼，加強(qiáng)圈兩側(cè)表面的腐蝕裕量均為，則加強(qiáng)圈的設(shè)計尺寸為。（2）計算加強(qiáng)圈橫截面積及組合截面的慣性矩：加強(qiáng)圈的橫截面積：加強(qiáng)圈的慣性矩：加強(qiáng)圈兩側(cè)筒體起加強(qiáng)作用部分的寬度：筒體起加強(qiáng)作用部分的橫截面積：筒體起加強(qiáng)作用部分的慣性矩：形心離x-x軸的距離a:計算加強(qiáng)圈與殼體組成段的慣性矩：（3）由書式（13—33）計算B：（4）查圖13—10，得系數(shù)（5）由式（13—35）計算加強(qiáng)圈與殼體組合截面所需的慣性矩I:（6）比較與，則，故滿足要求，最后確定加強(qiáng)圈采用40mm12mm的Q345扁鋼。4.支座的設(shè)計首先初略的計算支腿的負(fù)荷槽體總質(zhì)量式中：—槽體的自身質(zhì)量—封頭的質(zhì)量—漿體的質(zhì)量—夾套蒸汽的質(zhì)量—附件質(zhì)量4.1槽體質(zhì)量（內(nèi)筒體質(zhì)量）（夾套筒體質(zhì)量）4.2封頭質(zhì)量式中：—內(nèi)筒橢圓封頭質(zhì)量—夾套橢圓封頭質(zhì)量—平蓋封頭質(zhì)量=1\*GB3①則=2\*GB3②則eq\o\ac(○,3)則所以4.3漿體質(zhì)量其中，裝量系數(shù)（《容規(guī)》規(guī)定：固液混合物裝量系數(shù)一般為0.6～0.8）槽容積：在130℃時，苯酚與甲醇固液混合物密度為960，則4.4夾套蒸汽質(zhì)量夾套體積0.32MPa,143℃時水蒸氣密度（5）附件質(zhì)量查取電機(jī)、軸和雙層槳板按800kg計算，人孔質(zhì)量約為200kg，其它接管質(zhì)量總和200kg計算。每個支腿承受19.6kN負(fù)荷，根據(jù)支腿選取標(biāo)準(zhǔn)，即：HG5—1579—85—5985.人孔設(shè)計5.1人孔的選取根據(jù)配漿槽得設(shè)計溫度、最高工作壓力、材質(zhì)、介質(zhì)及使用要求等條件，選用工程壓力為0.6MPa的垂直吊蓋帶頸板式平焊法蘭人孔，人孔工程直徑為450mm，采用榫槽面密封面（TG型）和石棉橡膠墊片。人孔結(jié)構(gòu)如圖，人孔各零件名稱、材質(zhì)及尺寸見附表。5.2人孔補(bǔ)強(qiáng)人孔接管選用的無縫鋼管，接管在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力為。

圖5—1開孔補(bǔ)強(qiáng)示意圖5.2.1內(nèi)筒壁補(bǔ)強(qiáng)計算焊接接頭系數(shù)，確定殼體和接管的計算厚度及開孔直徑：已知，內(nèi)殼體計算厚度，接管計算厚度為：開孔直徑：②確定殼體和接管實際厚度、開孔有效補(bǔ)強(qiáng)寬度B及外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度。已知殼體名義厚度，補(bǔ)強(qiáng)部分厚度。接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為：接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度為：③計算需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積和可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金色的面積。需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積為：式中可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金色的面積：④⑤比較與,，同時考慮接管與殼體焊縫面積之后，該開孔接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠。5.2.2外筒壁補(bǔ)強(qiáng)計算焊接接頭系數(shù)，確定殼體和接管的計算厚度及開孔直徑：已知，內(nèi)殼體計算厚度，接管計算厚度為：開孔直徑：②確定殼體和接管實際厚度、開孔有效補(bǔ)強(qiáng)寬度B及外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度。已知殼體名義厚度，補(bǔ)強(qiáng)部分厚度接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為：接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度為：③計算需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積和可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金色的面積。需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積為：式中可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金色的面積：④⑤比較與,，同時考慮接管與殼體焊縫面積之后，該開孔接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠。6.接管設(shè)計6.1固體加料管a采用的無縫鋼管，配用帶頸平焊法蘭：HG20592法蘭SO200—1.6RF16MnR因為該接管的無縫鋼管，外直徑大于89mm，故接管開孔需要補(bǔ)強(qiáng)。且伸出長度200mm需要補(bǔ)強(qiáng)。6.2固體加料管a補(bǔ)強(qiáng)殼體開孔滿足下述全部條件時，可不另進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)：設(shè)計壓力≤2.5MPa兩相鄰開孔中心距（對曲面間距以弧長計算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍。接管外徑≤89mm接管最小厚度滿足表5—1表5—1最小厚度（mm）接管外徑253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0接管為的無縫鋼管，接管在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力為。6.2.1內(nèi)筒壁補(bǔ)強(qiáng)計算1.焊接接頭系數(shù)，（1)確定殼體和接管的計算厚度及開孔直徑：已知，內(nèi)殼體計算厚度，接管計算厚度為：開孔直徑：(2)確定殼體和接管實際厚度、開孔有效補(bǔ)強(qiáng)寬度B及外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度。已知殼體名義厚度，補(bǔ)強(qiáng)部分厚度。接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為：接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度為：(3)計算需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積和可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金色的面積。需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積為：式中可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金色的面積：(4)(5)比較與,，同時考慮接管與殼體焊縫面積之后，該開孔接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠。2.放空口b采用的無縫鋼管，配用帶頸平焊法蘭：HG20592法蘭SO50—1.6RF16MnR補(bǔ)強(qiáng)同固體加料管a補(bǔ)強(qiáng)。6.3夾套蒸汽進(jìn)口c采用的無縫鋼管，配用帶頸平焊法蘭：HG20592法蘭SO25—1.6RF16MnR補(bǔ)強(qiáng)同固體加料管a補(bǔ)強(qiáng)。6.4夾套蒸汽出口d采用的無縫鋼管，配用帶頸平焊法蘭：HG20592法蘭SO20—1.6RF16MnR補(bǔ)強(qiáng)同固體加料管a補(bǔ)強(qiáng)。6.5抽料口e采用的無縫鋼管，配用帶頸平焊法蘭：HG20592法蘭SO40—1.6RF16MnR補(bǔ)強(qiáng)同固體加料管a補(bǔ)強(qiáng)。6.6視鏡口、采用的無縫鋼管，配用帶頸平焊法蘭：HG20592法蘭SO125—1.6RF16MnR6.7備用口g采用的無縫鋼管，配用帶頸平焊法蘭：HG20592法蘭SO50—1.6RF16MnR補(bǔ)強(qiáng)同固體加料管a補(bǔ)強(qiáng)。6.8溫度計口h采用的無縫鋼管，配用帶頸平焊法蘭：HG20592法蘭SO25—1.6RF16MnR符號說明——計算壓力——圓筒的內(nèi)徑——圓筒的外徑——圓筒的最大容許壓力——圓筒的計算厚度——圓筒的設(shè)計厚度——圓筒的名義厚度——圓筒的有效厚度其值——圓筒材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力——圓筒材料在設(shè)計溫度下的計算應(yīng)力——鋼板厚度的負(fù)偏差——腐蝕余量——厚度附加量——圓筒壁在試驗壓力下的計算應(yīng)力——圓筒材料在試驗溫度下的屈服點——封頭內(nèi)壁曲面高度——實驗壓力——設(shè)計壓力——每一支座承受的壓力——容器的總質(zhì)量——重力加速度重力加速取9.81——接管有效厚度——補(bǔ)強(qiáng)有效厚度——開孔直徑——強(qiáng)度削弱系數(shù)——殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積——接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積——焊縫金屬減去計算厚度之外的多余面積——接管的計算厚度——補(bǔ)強(qiáng)面積——有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)另加的補(bǔ)強(qiáng)面積——有效寬度參考文獻(xiàn)[1]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，GB150-1998《鋼制壓力容器》，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998[2]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，中國勞動社會保障出版社，1999[3]全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站，《化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求》，2000，11[4]鄭津洋、董其伍、桑芝富，《過程設(shè)備設(shè)計》，化學(xué)工業(yè)出版社，2001[5]黃振仁、魏新利，《過程裝備成套技術(shù)設(shè)計指南》，化學(xué)工業(yè)出版社，2002[6]