课程设计液溴储罐的设计说明.docx
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课程设计液溴储罐的设计说明
课程设计
题目:
液溴储罐的设计
专业:
化学工程与工艺
班级:
学号:
姓名:
指导老师:
设计题目
液溴储罐的设计
工艺数据:
储罐内径:
2200mm
储罐长度(不包括封头):
4400mm
地点:
德州
设夏季最高温度时物料的饱和蒸汽压为1.6MPa
密度:
3.119克每立方厘米
熔点:
-7.2℃
沸点:
58.78℃
第一章总论
1.1概述
本设计是为德州地区的工厂设计一液溴储罐。
综合考虑了德州的环境条件,液溴的物理化学性质等因素,结合给定的工艺参数,对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。
并用SW6软件进行了校核。
校核结果表明,所做设计结果正确、无误。
1.2设计依据和原则
(1)《化工设备设计基础》2007.3
(2)《压力容器》GB150-2011
(3)《压力容器用钢板》GB6654-1996
(4)《椭圆形封头》JB/T4737-95
(5)《乙型平焊法兰》NB/T47022-2012
(6)《长颈对焊法兰》NB/T47023-2012
(7)《非金属垫片》NB/T47024-2012
(8)《石棉橡胶板》GB/T3985
(9)《压力容器法兰分类与技术条件》NB/T47020-2012
(10)《鞍式支座》JB/T4712.1-2007
(11)《钢制人孔和手孔的类型与技术条件》HG/T21514-2005
(12)《回旋盖带颈对焊法兰人孔》HG/T21518-2005
(13)《补强圈》JB/T4736-2002
(14)《反射式玻璃板液位计》HG/T21590-95
第二章工艺参数的确定
2.1设计温度的确定
德州市基本气候特点是季风影响显著,四季分明、冷热干湿界限明显,春季干旱多风回暖快,夏季炎热多雨,秋季凉爽多晴天,冬季寒冷少雪多干燥,具有显著的大陆性气候特征。
光照资源丰富。
德州市年平均气温12.9℃。
极端最高气温43.4℃(1955年7月23日德城区),极端最低气温-27℃(1958年1月15日德城区)。
德州市平均无霜期长达208天,一般为3月29日到10月24日,各县之间相差较大,武城县最长为225天,东西相差近月余。
德州市年平均降水量为547.5毫米,东部多于西部,南部多于北部。
降水量的时间分配以7月最多,德州市平均降水量190毫米,1月最少只有3.5毫米。
按季节分,春季占有12.8%,夏季高达67.7%,秋季占16.9%,冬季只占2.6%。
根据德州的天气情况,确定储罐的设计温度为-30℃—45℃。
2.2设计压力的确定
已知夏季最高温度时物料的饱和蒸汽压为1.6MPa,所以设计取压力
液柱静压力估算为:
ρ:
液溴密度,3.119g/cm3
g:
重力加速度,9.8kg/s2
h:
卧式容器液柱最大高度,估值为筒体公称直径,2.2m
2.3筒体和封头的选材及机构
2.3.1液溴的性质
液溴是纯净物,常温下溴是唯一呈液态的非金属单质。
液溴是红棕色发烟液体,气温低时(20℃﹚能冻结成为带金属光泽暗红色针状晶体。
常温下蒸发很快,其蒸气有窒息性刺激气味,呈红棕色。
微溶于水;易溶于乙醇、乙醚、四氯化碳、煤油等多种有机溶剂;也溶于碱溶液、氢溴酸和溴化物等溶液。
液溴的化学性质很活泼,与氯气相似,但是稍弱,溴化物中的溴离子可以用游离态的氯来驱出;它是一种强氧化剂,遇砷、锑放出火花而化合;与氢的亲和力甚强;与有机物混合可引起燃烧;在有水存在时溴单质能把二氧化硫氧化为硫酸并生成溴化氢;在碱性介质中氨和尿素等氮化物被氧化而产生氮气;在气相中溴单质将氨氧化为氮气并产生白烟(溴化铵),生产上常以此检查设备和管道是否漏溴;溴在有次溴酸存在的情况下比较稳定;能与橡胶反应而使橡胶老化、龟裂,橡胶常用的是聚异戊二烯和聚丁二烯,其中都含有碳碳双键,溴单质能与之发生加成反应;溴单质具有极强烈的毒性和腐蚀性[1]。
表2-1液溴的物理性质
中文名
液溴
沸点
58.78℃
化学式
Br2
密度
3.119g/cm3
分子量
159.832
颜色
深红棕色
熔点
-7.2
溶解度
4.16
2.3.2筒体、封头的选材
根据液溴的物性和设计温度在-30℃—45℃之间、设计压力为1.76MPa,由于液溴具有强腐蚀性,采用内衬四氟乙烯的方式进行防腐处理。
因此,纯粹从技术角度考虑,20R和16MnR都可行。
但从经济角度来说,20R价格便宜,比较适合。
因此选用20R钢板作为制造筒体、封头的材料。
20R\20G是以前的工艺标准是:
GB6654、GB713-86;Q245R是现在的新牌号,标准是:
GB713-2008二者其实是一样的材质,仅仅是名称不一样。
2.3.3筒体、封头的结构
筒体结构设计为圆筒形。
作为容器主体的圆柱形筒体,制造容易,安装内件方便,而且承压能力较好,因此这类容器应用最广。
封头又称端盖,按其形状又分为凸形封头、锥形封头和平板形封头3类。
其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头和球冠形封头。
锥形封头分为无折边与折边两种。
平板封头根据它与筒体连接方式不同也有多种结构[2]。
从受力与制造方面分析来看,球形封头是最理想的结构形式。
但缺点是深度大,冲压较为困难;椭圆封头浓度比半球形封头小得多,易于冲压成型,是目前中低压容器中应用较多的封头之一。
平板封头因直径各厚度都较大,加工与焊接方面都要遇到不少困难。
从钢材耗用量来年:
球形封头用材最少,比椭圆开封头节约,平板封头用材最多。
因此,从强度、结构和制造方面综合考虑,采用椭圆形封头最为合理。
第三章设计计算
3.1筒体的计算
已知的工艺参数为:
公称直径:
Di=2200mm
设计压力:
Pc=1.76MPa
选用20R,工作温度-30℃—45℃,查《钢板许用应力表》得
焊接接头采用V坡口双面焊接,采用全部无损检测,其焊接接头系数由焊接接头系数表查得φ=1.00。
估计钢板厚度在8~25之间,所以钢板负偏差由《钢板厚度负偏差表》查得C1=0.8mm;液溴为强腐蚀性,采用内衬四氟乙烯方法,内部腐蚀忽略不计,腐蚀裕量由(壳体、封头腐蚀裕量表)查得C2=1mm。
液溴储罐是内压薄壁容器,按公式计算筒体的设计厚度为:
.
根据钢板的厚度规格,查《钢板的常用厚度表》,圆整为δn=18mm
3.2封头的计算
采用标准椭圆形封头a:
b=2:
1,各参数与筒体相同。
封头的设计厚度:
.
根据钢板的厚度规格,查《钢板的常用厚度表》,圆整为δn=18mm,可见和筒体等厚。
查标准《椭圆形封头》JB/T4737-95,得下表:
表3-1椭圆封头各项参数
公称直径DN/mm
曲面高度h1/mm
直边高度h2/mm
厚度/mm
内表面积A/m2
容积V/m3
质量m/kg
2200
600
40
18
6.5453
4.9905
911.31
3.3水压试验及强度校核
先按公式确定水压试验时的压力Pt为:
水压
试验时的应力为
查表得厚度为16mm的16MnR钢板的钢材屈服极限
故在常温水压试验时的许用应力为:
故
因此筒体满足水压试验时的强度要求
第四章附件的选择及计算
4.1法兰的选择
4.1.1法兰类型的选择
法兰连接结构是一个组合件,是由一对法兰、若干螺栓、螺母和一个垫片组成。
法兰密封的原理是:
法兰在螺栓预紧力的作用下,把处于压紧面之间的垫片压紧。
法兰按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。
压力容器用法兰为整体法兰[3]。
下表为两种法兰的参数。
表4-1平焊法兰和对焊法兰标准
分类
适用压力/MPa
适用温度/℃
适用直径/mm
平焊法兰
甲型
0.25~1.6
-20~300
300~2000
乙型
0.25~4.0
-20~350
300~3000
长颈对焊法兰
0.6~6.4
-20~45
300~3000
由于储罐的设计压力为1.76MPa,公称直径为2200mm。
所以选用法兰的公称压力PN为2.5MPa。
根据上表,甲型平焊法兰的适用压力和适用直径不符合,而,查找乙型平焊法兰标准NB/T47022-2012,公称压力PN为2.5MPa的适用直径没有达到2200mm,所以,选用长颈对焊法兰。
4.1.2法兰密封面的选择
法兰连接的密封性能与密封面形式有直接关系,所以要合理选择密封面的形状。
下表为各种密封面比较
表4-2密封面比较
·
优点
缺点
适用范围
平面形
结构简单,加工方便,便于防腐衬里
不易压紧,密封性差
PN<2.5MPa,介质无毒
凹凸面
压力较高场合
/
DN≤800,PN≤6.4MPa
榫槽面
良好密封性
结构制造复杂,更换困难
/
其他
适合压力较高
不易加工
/
根据上表,由于介质有腐蚀性且公称直径和公称压力较高,因此榫槽面作为密封面。
4.1.3垫片、螺栓的选择
垫片是构成密封的重要元件,适当的垫片变形和回弹能力是形成密封的必要条件。
根据标准NB/T47020-2012中法兰、垫片、螺柱、螺母材料匹配表,选用垫片材料为橡胶石棉板。
螺栓材料为30CrMoA
4.1.4法兰最终选择
最终选择长颈对焊法兰为储罐的法兰,选用标准NB/T47023-2012中公称压力为2.5MPa,公称直径为2200mm的法兰
表4-3选用法兰的结构及尺寸(公称压力PN=2.5MPa)
公称直径DN/mm
法兰/mm
螺柱
对接筒体
D
D1
D2
D3
D4
δ
H
h
α
α1
δ1
δ2
R
d
规格
数量
最小厚度δu/mm
2200
2720
2620
2529
2509
2506
190
320
86
26
23
34
50
18
52
M42
72
26
表4-4选用法兰质量数据
公称直径DN/mm
法兰质量/kg
衬环质量/kg
2200
平面
凸面
凹面
榫面
槽面
平面
凸面
凹面
榫面
槽面
2021.5
2057.9
2043.5
2047.1
2053.7
20.1
42.8
27.2
32.0
37.5
则,选用法兰的标准标记为:
法兰C-T2200-2.5/52-320NB/T47020-2012
4.2人孔的选择计算
4.2.1人孔的选择
人孔是压力容器检修的重要入口,也是压力容器设计的重要组成部分[4]。
人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。
一般人孔有两个手柄。
综合考虑到公称压力2.5MPa,工作温度为45℃及手孔材结果和材料等因素,查找标准《钢制人孔和手孔的类型和技术条件》和《回旋盖带颈对焊法兰人孔》确定人孔。
选用等长双头螺柱,垫圈选用非金属垫片中的石棉橡胶板,其他数据如下表所示:
表4-5所选人孔的参数
名称
密封面形式及代号
公称直径DN/mm
公称压力PN/MPa
人孔材料
垫片材料
回旋盖带颈对焊法兰人孔
突面RF
450
2.5
16R
普通石棉橡胶
表4-6所选人孔尺寸表
d
D
D1
H1
H2
b
b1
b2
A
B
L
do
螺柱
螺母
螺柱
质量(kg)
数量
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