臥式儲罐設計

臥式儲罐設計 課程設計說明書 題目名稱 臥式儲罐設計 專業(yè)班級 學生姓名 指導教師 完成日期 目錄 臥式儲罐設計 摘要 1 第一章 緒論 2 1 1 設計任務 2 1 2 設計思想 2 1 3 設計特點 2 第二章 材料及結構的選擇與論證 3 2 1 材料選擇 3 2 2 結構選擇與論證 3 2 2 1 封頭的選擇 3 2 2 2 容器支座的選擇 3 2 3 法蘭型式 4 2 4 液面計的選擇 4 第三章 結構設計 5 3 1 壁厚的確定 5 3 2 封頭厚度設計 5 3 2 1 計算封頭厚度 5 3 2 2 水壓試驗及強度校核 6 3 3 儲罐零部件的選取 6 3 3 1 儲罐支座 6 3 3 2 罐體質(zhì)量 7 3 3 3 封頭質(zhì)量 7 3 3 4 液氨質(zhì)量 7 3 3 5 附件質(zhì)量 8 第四章 接管的選取 9 4 1 液氨進料管 9 4 2 平衡口管 9 4 3 液位指示口管 9 4 4 放空口管 10 4 5 液體進口管 10 4 6 液體出口管 10 第五章 壓力計選擇 11 符號說明 12 總結 13 臥式儲罐設計 摘要 本說明書為 1 2m 3 液氨儲罐設計說明書 扼要介紹了臥式儲罐的特點及 在 工業(yè)中的廣泛應用 詳細的闡述了臥式儲罐的結構及強度設計計算及制造 檢 修和維護 本文采用分析設計方法 綜合考慮環(huán)境條件 液體性質(zhì)等因素并參考相關 標 準 按工藝設計 設備結構設計 設備強度計算的設計順序 分別對儲罐的筒 體 封頭 鞍座 接管進行設計 然后采用 1SW6 1998 對其進行強度校核 最 后形成合理的設計方案 設計結果滿足用戶要求 安全性與經(jīng)濟性及環(huán)保要求均合格 關鍵詞 壓力容器 臥式儲罐 結構設計 強度校核 開孔補強 臥式儲罐設計 第一章 緒論 1 1 設計任務 針對化工廠中常見的液氨儲罐 完成主體設備的工藝設計和附屬設備的選型 設 計 繪制總裝配圖 并便攜設計說明書 1 2 設計思想 綜合運用所學的機械基礎課程知識 本著認真負責的態(tài)度 對儲罐進行設計 在設計過程中綜合考慮了經(jīng)濟性 實用性 安全可靠性 各項設計參數(shù)都正確 參 考了行業(yè)使用標準或國家標準 這樣設計有章可循 并考慮到結構方面的要求 綜合的進行設計 1 3 設計特點 容器的設計一般由筒體 封頭 法蘭 支座 接管等組成 常 低壓化工設備 通用零部件大都有標準 設計師可直接選用 本設計書主要介紹了液罐的筒體 封頭的設計計算 低壓通用零部件的選用 各項設計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家使用標準 這樣讓設計有章可 循 并考慮到結構方面的要求 合理的進行設計 臥式儲罐設計 第二章 材料及結構的選擇與論證 2 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 但在制造費用方面 同等重量設備的計價 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 2 2 結構選擇與論證 2 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 比橢圓開封頭節(jié)約 平板封頭用材最多 因此 從強度 結構和制造 方面綜合考慮 采用橢圓形封頭最為合理 2 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 應用最廣泛的一種臥式支座 從應力分析看 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盡可能設計成雙支座 這是因為當支點多于兩個時 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 給容器的運行安全帶來不利的影響 臥式儲罐設計 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 接處會造成嚴重的局部應力 故只適合用于小型設備 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 2 3 法蘭型式 法蘭連接主要優(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 壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭 平焊法蘭又分為甲 型與乙型兩種 甲型平焊法蘭有 PN0 25 MPa 0 6 MPa 1 0 MPa1 6 MPa 在較 小范圍內(nèi) DN300 mm 2000 mm 適用溫度范圍為 20 30 乙型平焊法蘭oC 用于 PN0 25 MPa 1 6 MPa 壓力等級中較大的直徑范圍 適用的全部直徑范圍為 DN300 mm 3000 mm 適用溫度范圍為 20 350 對焊法蘭具有厚度更大oo 的頸 進一步增大了剛性 用于更高壓力的范圍 PN0 6 MPa 6 4MPa 適用溫 度范圍為 20 45 法蘭設計優(yōu)化原則 法蘭設計應使各項應力分別接近oC 材料許用應力值 即結構材料在各個方向的強度都得到較充分的發(fā)揮 法蘭設計時 須注意以下二點 管法蘭鋼制管法蘭 墊片 緊固件設計參照 HG20592 HG20635 的規(guī)定 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 玻璃板液面計有透光式和反射式兩種結構 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 玻璃管液面計適用工作壓力oC 小于 1 6MPa 介質(zhì)溫度在 0 250 的范圍 液面計與容器的連接型式有法蘭連oC 接 頸部連接及嵌入連接 分別用于不同型式的液面計 液面計的選用 2 4 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 臥式儲罐設計 2 4 2 玻璃板液面計一般選易觀察的透光式 只有當物料很干凈時才選反射式 2 4 3 當容器高度大于 3m 時 玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面觀察效果受 到限制 應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 第三章 結構設計 3 1 壁厚的確定 根據(jù)壁厚公式 pDti 2 在設計溫度下 液氨的飽和壓力為 0 3Mpa 絕對壓力 因此除灌裝有點放空 口 故取設計及計算壓力為 Pc 1 3 容器的內(nèi)徑 Di 1000mm 在設計溫度下 材料的許用應力為 137 通體材料在試驗溫度下的屈服強度為 t 205sMpa 采用雙面焊對接接頭 100 無損建材焊接接頭系數(shù) 1 0 mpDti 1 3 0172 2 液氨為輕微腐蝕性 腐蝕裕量由筒體封頭腐蝕裕量表查取 C2 2mm C2 1mm 涉及厚度為 Cd 2 2 根據(jù) 由鋼板厚度負偏差得 m1 3 C1 0 25mm 該值小于名義厚度得 6 所以鋼板厚度負偏差不可省略 故取名義厚度 mn35 2 0 圓整為 5mm 確定選用壁厚為 5mm 得 06Gr19Ni10 高合金鋼板制作罐體 3 2 封頭厚度設計 臥式儲罐設計 采用標準橢圓封頭 圖 3 1 橢圓形封頭 3 2 1 計算封頭厚度 根據(jù)公式 cticpD5 02 焊接接頭系數(shù)取 1 鋼板最大寬度為 3m 而此儲罐直徑為 1m 取封頭需將鋼板 焊接后沖壓成型 于是封頭厚度 mpDctic 1 305 1372 5 02 取 C C1 C2 0 25 2 2 25mm 故 C 1 1 2 25 3 35mm 圓整后取 確定選用 5mm 厚的 06Gr19Ni10 制作封頭mn5 n 3 2 2 水壓試驗及強度校核 先按公式確定水壓試驗時的壓力 為tP PT 1 25P 1 25 0 3 0 375Mpa mCne 75 2 5 查表得 根據(jù)式 Mpas0 seittDp 9 02 則 而 a4 6875 213 Mpas 5 1842 因為 所以水壓實驗強度足夠st 9 0 3 3 儲罐零部件的選取 3 3 1 儲罐支座 此容器為臥式儲罐壓力容器 可以選用鞍式支座 首先粗略計算鞍座的負荷 儲罐總質(zhì)量 m M m1 m2 m3 m4 m1 罐體質(zhì)量 m2 封頭質(zhì)量 m3 液氨質(zhì)量 m4 附件質(zhì)量 3 3 2 罐體質(zhì)量 5mm L 1200 的筒節(jié)n 臥式儲罐設計 kgLDmi 148750125104 31 3 3 3 封頭質(zhì)量 公稱直徑 DN 1000mm 壁厚 選用直邊高度為 h 75mm 的標準橢圓封mn 頭 深入高度 H 325mm 容積 0 2545m3 其質(zhì)量 所以 m2 2 2kg5 63 2 63 5 127kg 3 3 4 液氨質(zhì)量 裝量系數(shù) 液氨密度 V 容器體積 裝量系數(shù)取 0 977Vm 3 儲罐容積 V 2V 封 V 筒3227 4 1509 mVLDi 液氨 20 的密度為 665kg m3 則容積質(zhì)量 m3C03 94276558mkg kgV8 297 46503 3 3 5 附件質(zhì)量 無人孔 手孔 其它接管質(zhì)量按 100kg 則 kgm104 儲罐總質(zhì)量 mKNFg4 12081 93 940 2571843 每個鞍座只承受 14 4KN 的負荷 根據(jù)鞍座負荷 選擇鞍座 可以選擇輕型帶墊板 包角為 120 的鞍座 鞍座形式為 JB T4712 92 鞍座 BI1020 F 臥式儲罐設計 JB T4712 92 鞍座 BI1000 F 第四章 接管的選取 本儲罐設有如下接口管 4 1 液氨進料管 采用 的無縫鋼管配以板式平焊管法蘭確定接管的計算厚度計開孔直m4108 徑 有已知條件知 殼體的計算厚度 按接管計算厚度為5m pDtct 1 03274 013728 60 開孔直徑為 Cd1 接管的有效補強寬度 mB08 接管有效補強高度 h 25141 需補強金屬面積 0 dA 6 73 281 eBA215 2 tth 因 Ae 946 1721 則需另加補強 4 56304 eA 4 2 平衡口管 平衡口采用 無縫鋼管 配以管式平焊管法蘭不需要不強 圖原結m5 2 構 SD RF45 1 6 HG20594 4 3 液位指示口管 液位指示口采用 無縫鋼管 配以管式平焊管法蘭不需要不強 圖m5 37 原結構 SD RF57 1 6 HG20594 臥式儲罐設計 4 4 放空口管 放空口采用 無縫鋼管 配以管式平焊管法蘭不需要不強 圖原結m5 32 構 SD RF32 1 6 HG20594 4 5 液體進口管 液體進口采用 無縫鋼管 配以管式平焊管法蘭不需要不強 圖原m5 24 結構 SD RF45 1 6 HG20594 4 6 液體出口管 液體出口采用 無縫鋼管 配以管式平焊管法蘭不需要不強 圖原452 m 結構 SD RF45 1 6 HG20594 圖 3 2 各管口方位 臥式儲罐設計 第五章 壓力計選擇 1 量程裝在鍋爐 壓力容器上的壓力表 其最大量程 表盤上刻度極限值 應與設備的工作壓力相適應 壓力表的量程一般為設備工作壓力的 1 5 3 倍 最好取 2 倍 若選用的壓力表量程過大 由于同樣精度的壓力表 量程越大 允許誤差的絕對值和肉眼觀察的偏差就越大 則會影響壓力讀數(shù)的準確性 反 之 若選用的壓力表量程過小 設備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限 則會使壓力表中的彈性元件長期處于最大的變形狀態(tài) 易產(chǎn)生永久變形 引起 壓力表的誤差增大和使用壽命降低 另外 壓力表的量程過小 萬一超壓運行 指針越過最大量程接近零位 而使操作人員產(chǎn)生錯覺 造成更大的事故 因此 壓力表的使用壓力范圍 應不超過刻度極限的 60 70 2 測量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤刻度極限值的百分數(shù)來表示 的 精度等級一般都標在表盤上 選用壓力表時 應根據(jù)設備的壓力等級和實 際工作需要來確定精度 額定蒸汽壓力小于 2 45MPa 的鍋爐和低壓容器所用的 壓力表 其精度不應低于 2 5 級 額定蒸汽壓力大于 2 45MPa 的鍋爐和中 高 壓容器的壓力表 精度不應低于 1 5 級 3 表盤直徑為了使操作人員能準確地看清壓力值 壓力表的表盤直徑不應過 小 在一般情況下 鍋爐和壓力容器所用壓力表的表盤直徑不應小于 100mm 如果壓力表裝得較高或離崗位較遠 表盤直徑還應增大 又考慮到液氨有一定腐蝕性 所以綜合考慮選用隔膜壓力表 技術指標為 精度等級 1 6 公稱直徑 50 接頭螺紋 1 5 G1 測量范圍 0 2 4Mpa 臥式儲罐設計 符號說明 C1 鋼板負偏差 mm 焊接接頭系數(shù) P 設計壓力 Mpa 體積 m3V Pw 工作壓力 Mpa 密度 g cm3 圓筒材料在試驗溫度下的屈服強度 Mpa 筒體設計厚度 mm s d 圓筒材料在試驗溫度下的許用應力 Mpa 軸向許用應力 Mpat 容器元件材料在試驗溫度下的許用應力 Mpa 實驗壓力 Mpa TP 筒體計算厚度 mm 設計溫度下的許用應力 MPa t 筒體有效厚度 mme 筒體名義厚度 mmn 腐蝕裕量 mm2C 計算壓力 MpacP 注 由于部分符號在計算過程之前或者計算過程之后進行了說明 此外在另行說明 臥式儲罐設計 總結 本次食品設備課程設計歷時兩周 是學習食品以來第三次獨立的工業(yè)設計 食品設備課程設計時培養(yǎng)學生化工設計能力的重要教學環(huán)節(jié) 通過課程設計使 我們初步掌握食品設備機械設計的基礎知識 設計原則及方法 學會各種手冊 的使用方法及物理性質(zhì)查找方法和技巧 掌握設計結果的校核 能畫出容器裝 配圖 在設計過程中不僅要考慮理論上的可行性 還要考慮生產(chǎn)商的安全性金 額經(jīng)濟和理性 我們從中也明白了學無止境的道理 在我們所查找的很多參考書中 很多 的知識是我們從來沒有接觸到的 我們對事物的了解還僅限于書本上 對實際 當中事物的方方面面包括經(jīng)濟成本方面上考慮的還很不夠 在一些應用問題上 我直接套用了書本上的公式或過程 并沒有徹底了解 各個公式的出處及用途 對于一些工業(yè)數(shù)據(jù)的選取 也只是根據(jù)范圍自己選擇 的 并不一定符合現(xiàn)實應用 因此 一些計算數(shù)據(jù)有事并不是十分準確的 只 是擁有一個正確的范圍及趨勢 而并沒有更細的追究下去 因而可能存在一定 的誤差 并影響后面具體設備的選型 通過本次課程設計的訓練 讓我對自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認識 這多我們的繼續(xù)學習是一個很好的指導方向 我們了解了工程設計的基本內(nèi)容 掌握了設計的主要程序和方法 增強了分析和解決工程實際問題的能力 同時 通過課程設計 還使我們樹立正確的設計思想 培養(yǎng)實事求是 嚴肅認真 高 度負責的工作作風 加強工程設計能力的訓練和培養(yǎng)嚴謹求實的科學作風更尤 為重要 我還要感謝我的指導老師季長路老師對我們的教導與幫助 臥式儲罐設計 設計壓力 MPa 0 3 設計溫度 Co120 最高工作 壓力 MPa 0 1 工作壓力 120 外面名稱 MEA IPA PCMEC 等 設備容積 3M1 2 設備主要 GCr1Bni9 臥式儲罐設計