液氨储罐设计Word文档下载推荐.docx
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0.9
此储罐采用100%£
损探伤,故
2.5容器直径
考虑到压制封头胎具的规格及标准件配套选用的需要,容器的筒体和封头的直径都有
规定。
此储罐设计的公称直径(内径)选择Di2400mm。
表2.2公称直径Di
公称直径Di
300、400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400、1600、1800、2000、
2200、2400、2600、2800、3000、3200、3400、3600、3800、4000
2.6许用应力
40oC温度时,16Mn用冈材的许用应力表,知t170.0MPa
表2.3400C温度时,16Mn由冈材的许用应力表
钢材厚度nmm
许用应力tMPa
屈服极限sMPa
<
16
170
345
16〜36
163
325
36〜60
157
305
2.7、材料选择
根据液氨贮罐的工作压力(P1.60MPa作为设计压力)、工作温度(最高工作温度
为40C)和介质的性质可知该设备为一中压常温设备,介质对碳钢的腐蚀作用很小,主要
考虑的强度指标(指s和b)和塑性指标适合的材料有:
A3R20g、16MnR15MnVR20R为了节省金属,高压设备应优先选取普通低合金钢、中强度。
凡属强度计算为主要的中压设备亦以采用普通低合金钢为宜。
因为屈服强度分别为345MPa和392MPa的普通低合金
钢,其材料价格与碳素钢差不多,但强度比碳素钢约高30%-60%,采用该类钢材制造压力容器,可以有效地减少设备质量,降低成本,给设备的制造、运输、安装带来很大的方便。
如果纯粹从技术角度看,建议选用20R类的低碳钢板,16MnRi冈板的彳格比20R贵,但在制造费用方面,同等重量设备的计价,16MnRffl板为比较经济。
所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。
第三章结构的选择与论证
3.1储罐类型选择
储罐可分为立式储罐、卧式储罐和球式储罐。
在本设计中由于设计体积较小(约为
26m3)且设计压力较小(P1.6MPa),故可采用卧式圆筒形容器,方形和矩形容器大多在很小设计体积时采用,因其承压能力较小且使用材料较多;
而球形容器虽承压能力强且节省材料,但制造较难且安装内件不方便;
立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱,故选用圆筒形卧式容器。
3.2封头的选择
本液氨储罐的封头选用标准型椭圆形封头。
从应力分布情况考虑:
在直径、壁厚、设计压力相同的条件下各种封头应力分布由好到坏的顺序是:
半球形、椭圆形、蝶形、锥形、球冠形、平板形。
椭圆型封头的最大应力值和与其相连接的圆筒体中的最大应力值相等,便于筒体强度设计;
碟心封头有两处连接边界,受力不及椭圆形。
从金属消耗量考虑:
在相同设计条件下,各种封头的金属消耗量按下列顺序依次增大:
半球形,椭圆形,蝶形,平板形。
球形圭^头用量最少,比椭圆形封头节约25.8%,平板封头的用量最多,是椭圆形封头的4倍多。
从制造考虑:
椭圆形封头制造方便,平板封头则因直径和厚度较大,坯材的获得、车削加工、焊接等方面都遇到不少困难,且封头与筒体厚度相差悬殊,结构也不合理。
所以,从强度、结构和制造等方面综合考虑,采用椭圆形封头最为合理。
3.3出料接管的选择
材料:
容器接管一般应采用无缝钢管,所以液体进料口接管材料选择无缝钢管,采用
无缝钢管标准GB8163-8%材料为16MnR
结构:
接管伸进设备内切成45度,可避免物料沿设备内壁流动,减少物料对壁的磨损与腐蚀。
接管的壁厚要求:
接管的壁厚除要考虑上述要求外,还需考虑焊接方法、焊接参数、
加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。
一般情况下,管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半。
否则,应采用厚壁管或整体锻件,以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。
不需另行补强的条件:
当壳体上的开孔满足下述全部要求时,可不另行补强。
1设计压力小于或等于2.5MPa。
2两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。
3接管公称外径小于或等于89mm。
4接管最小壁厚满足以下要求。
表3.1接管最小壁厚要求
5776
接管公称直径/mm
6589
最小壁厚/mm5.06.0
因此热轧无缝钢管的尺寸为8912mm。
钢管理论重量为22.79kg/m。
取接管伸出长度为150mm。
管法兰的选择:
根据平焊法兰适用的压力范围较低(PN4.0MPa),选择突面板式平焊管法兰,标记为:
HG20592-1997法兰RF(A)80-2.5,其中D=190,管法兰材料钢号(标准号):
20(GB711。
根据(欧洲体系)钢制管法兰、垫片、垫片、紧固件选配表(HG20614-1997选择:
垫片型式为石棉橡胶板垫片(尚无标准号),密封面型式为突面,密封面表面为密纹水线,紧固件型式为六角螺栓双头螺柱全螺纹螺柱。
在离筒体底以上250mm处安装容器出料管,容器内的管以弯管靠近容器底,这种方式用于卧式容器。
出料口的基本尺寸以及法兰与进料口相同。
进出料接管满足不另行补强的要求,所以不再另行补强。
3.4容器支座的选择
容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。
可知大型卧式储槽和卧式容器常采用鞍座,多于两个支撑的长容器常采用圈座,小型容器常采用支腿,由于本设计采用卧式储罐,故采用鞍式支座。
3.5人孔的选择
人孔的作用:
检查设备和便于安装与拆除设备内部构件。
人孔的结构:
既有承受压力的筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件,也有安置与启闭端盖所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。
人孔类型:
从是否承压来看有常压人孔和承压人孔。
从人孔所用法兰类型来看,承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔和带颈对焊法兰人孔,在人孔法兰与人孔盖之间的密封面,根据人孔承压的高低、介质的性质,可以采用突面、凹凸面、桦槽面或环连接面。
从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖的所处位置看,人孔又可分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔三种。
根据储罐是在常温及最高工作压力为1.6MPa的条件下工作,人孔标准应按公称压力为
1.6MPa的等级选取。
从人孔类型标准可知,公称压力为1.6MPa的人孔类型很多,本设计考虑人孔盖直径较大较重,故选用水平吊盖人孔。
该人孔结构中有吊钩和销轴,检修时只需松开螺栓将盖板绕销轴旋转一个角度,由吊钩吊住,不必将盖板取下。
该人孔标记为:
HG21523-95A孔RFH(A•G)450-1.6,
其中RF面密封,IV指接管与法兰的材料为20R,A・G指用普通石棉橡胶板垫片,450-1.6
是指公称直径为450mm、公称压力为1.6MPa。
表3.2人孔选择表
人孔类型
公称压力MPa
公称直径mm
板式平焊法兰人孔
0.6
400、450、500、600
板式平焊法兰人孔(限用凸面)
或带颈平焊法法兰
1.6
带颈对焊法法兰
2.5
4.0
3.6法兰的选择
法兰与筒体、封头或管段以角焊方式联接的,称为平焊法兰,平焊法兰制造简单,广
泛应用,但刚性较差,紧用于压力不高的场合,如管法兰PN小于或等于2.5MPa,压力容
器法兰PN小于或等于4.0MPa;
是筒体、封头或管段以对焊方式连接用的法兰,称为对焊
法兰或带颈法兰,对焊法兰刚性好且对焊缝的强度高,适用于压力、温度较高的场合。
3.7液面计的选择
液面计是用以指示容器内物料液面的装置,具类型很多,大体上可分为四类,有玻璃
板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。
在中低压容器中常用前两种。
1.玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。
板式液
面计承压能力强,但是比较笨重、成本较高。
2.玻璃板液面计一般选易观察的透光式,只有当物料很干净时才选反射式。
3.当容器高度大于3m时,玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果,应改用其
它适用的液面计
液氨为较干净的物料,易透光,不会出现严重的堵塞现象所以在此选用玻璃管液面计。
玻璃板液面计有透光式玻璃板液面计(T型)、反射式玻璃板液面计(R型)和试镜式玻璃
板液面计(S型)三种结构,具适用温度一般在0〜250C。
但透光式适用工作压力较反射
式高,试镜式工作压力最小。
玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa,介质温度在
02500c的范围。
对于承压设备,一般都是将液面计通过法兰、活接头或螺纹接头与设备
连接在一起,分别用于不同型式的液面计。
考虑到本设备的设计压力为1.6MPa,而且液氨
为较干净的物料,易透光,不会出现严重的堵塞现象,所以在此选用透光式玻璃板液面计
(T型)。
由筒体公称直径为2600mm,选择长度为1450mm的液面计。
.
确定液面计为透光式(T型)、公称压力PN1.60MPa、锻钢材料(16MnR、保温型、
排污口配阀门、长颈对次I突面法兰连接(按HG20595-97)、公称长度L1450mm的液面
计,标记为:
液面计AG1.6-IW-1450
第四章设计计算
4.1储罐高度确定
储罐容量为20,查表:
表4.1筒身常量
公称直径DN
1米高容器体
积V
1米高容器内
表回积Fi
1米高容器钢板质量Kg
钢板厚度
10
14
1600
2.017
5.03
397
557
2000
3.142
6.28
422
695
2200
3.801
6.81
446
764
2400
4.524
7.55
471
833
2600
5.309
8.17
496
902
表4.2封头常量
公称直
径DN
曲间图
度h1
直边高
度h0
内表面
积
F
容积V
厚度
质量G
400
25
2.901
0.586
224
12
270
315
362
18
408
590
40
5.5229
1.5459
616
600
6.52
835
试选用公称直径为2000mm,由工艺尺寸?
?
HG-T3154-1985?
得:
罐体长度L=4800mm
则总长为L2600404800mm6080mm,取整L6080mm。
由于液氨筒体的长径比值为29为合适值,所选的长径比三竺002.0
Di2400
所以,选用公称直径为2000mmfi筒体合适。
4.2设计与校核
4.2.1筒体壁厚设计
根据公式:
其中P1.6MPa、Di2400mm、t170MPa、1.0代入公式:
由2.3可知C21.50mm
则
得:
根据a11.35mm,查书中表可知Ci0.8mm
则可得:
'
in2Di/10004.8mm8n筒C212.15mm,满足要求
液压试验时
设计温度T400C[][]T170MPa
圆筒的应力
因为
s345MPa,0.9s0.9345310.5MPa
所以,水压校验符合要求
筒体中间处截面的弯矩用下式计算:
式中F鞍座反力,N;
Rm椭圆封头长轴外半径,mm;
L两封头切线之间的距离,mm;
A鞍座与筒体一端的距离,mm;
h1封头短轴内半径,mmo
其中:
DDN2N
Rmc
2400142
1214mm
所以:
式中Fmg24368.49.82120KN;
hi2600mm
24
L6980mm;
A600mm
将数值代入公式得
所以,最大轴向应力出现在跨中面,校核跨中面应力。
筒体中间截面上最高点处
所以:
筒体中间截面上最低点处:
1'
0.66MPa0
鞍座截面处最高点处:
鞍座截面处最低点处:
由:
pRm
一.161214
p76.1709401776.17MPa
p211.7
最大轴向拉应力出现在筒体中间截面最低处,所以
p2’76.8287314776.83MPa
许用轴向拉压应力t170.0MPa,
由上述计算得:
2[]t,合格。
最大轴向压应力出现在充满水时,在筒体中间截面最高处,11,0.66MPa,
轴向许用应力:
2
从书中查得:
B—AEt,Et2.001105
3
计算得B131.6MPa,取许用压缩应力ac150MPa,
Jac,所以合格。
4.2.3封头壁厚计算
本储罐选用标准椭圆形封头,a2,故形状系数k1,代入:
b
则名义厚度:
ndC214.3216mm
经强度校核满足要求
因筒体被封头加强,筒体和封头中的切向剪应力分别按下列计算。
由《化工机械工程手册》(上卷,P11-100)查得K30.880,K40.401。
设垫片不起作用
1)在鞍座处横截面最低点
式中:
b2——筒体的有效宽度,mm。
由《化工机械工程手册》(上卷,P11-101)查得,K50.7603,K60.0132。
式中k0.1,
考虑容器焊在鞍座上式中:
b鞍座轴向宽度,mmo
所以b25901.56v121411.7768.10mm
0.10.760324368.49.82
11.7768.10
所以50.29MPa
2)鞍座边角处轴向应力
F3K6F
4b2e2e2
170.0MPa,合格。
鞍座承受的水平分力
由《化工机械工程手册》(上卷,P11-103)查得,K90.204
所以
Fs0.20424368.49.8224358.653N。
鞍座有效断面平g均应力
Hs鞍座的计算高度,mm;
b0鞍座的腹板厚度,mmo
其中Hs取鞍座实际高度(H250mm)和Rm/31214/3405mm中的最小值,即Hs250mm。
腹板厚度b08mm
应力校核:
2bsa,式中bsa140MPa
i22
贝U—bsa-14093.33MPa
33
..,一…2一,一、.
9-sa鞍座材料Q235~AF的许用应力
4.3人孔设计与人孔补强确定
4.3.1人孔的尺寸选择
表4.3人孔尺寸选择表
人孔类型,公
称压力,公称
直径
D
带颈平焊法
480*10
640
585
兰人孔,公称
压力为
1.6MPa,公称
直径为450mm
d
b
b1(RF)
(1)
(2)
-
34
38
36
螺栓或螺柱
总质量回转盖
规格
数量
M27
20
171/181
4.3.2人孔开孔补强
由于人孔的筒节不是采用无缝钢管,故不能直接选用补强圈标准。
本设计所选用的人孔筒
节内径D1450mm,壁厚10mm,故补强圈尺寸确定如下:
补强圈内径D1484mm,外径
D2760mm,根据补强圈的金属表面积应大于或等于开孔减少的截面积,补强圈的厚度按
下式计算:
故补强圈取13mm厚。
4.4液面计选择
选用玻璃管液面计(HG21592-95),选用材料如下:
表4.5玻璃管液面计选用
内容
玻璃管液间计
法兰形式及其代号
A型:
带颈平焊突面管法兰(HG20594-95)
B型:
带颈带焊凸面管法兰(HG20594-95)
C型:
带颈平焊突面管法兰(HG20616-95)
液间计型号
G型
液间计主要材料代号
I:
16Mn
H:
OCr18Ni9
结构形式及其代号
无代号:
普通型
W保温型
公称长度及(透光长度*
宽度)mm
1450(1160*14)
排污结构
V:
排污口配阀门
P:
排污口配螺塞
液面积标记为AG1.6-IW-1450
4.5接口管选择
用895mm无缝钢管(强度验算略)。
一端切成45°
。
配用具有突面密封的平焊管法
兰。
法兰标记:
HG20593法兰SO80-1.6RF16MnR
因为895mm,厚度等于5mm,故不用补强。
采用可拆压出管57mm3.5mm,用法兰套在接口管38mm3.5mm内。
罐体接口管
法兰:
HG20593法兰SO50-1.6RF16MnR
该法兰38mm3.5mm与的接口管相配合并焊接在一起,另一法兰盖与该法兰用焊接
紧固,法兰盖上穿过57mm3.5mm的压出管,两者焊接牢。
其联结尺寸和厚度与HG20592
法兰SO50-1.6RF16MnR相同,但内径25mm。
液氨压出管端部法兰(与氨输送管相连)
用HG20592法兰SO50-1.6RF16MnR都不必补强。
压出管伸入贮罐2.5mm。
贮罐右端最底部安设排污管1个,管子规格573.5,管端焊有一与截止阀J41W-16
相配的管法兰:
HG20592法兰SO50-1.6RF16MnR排污管与罐体联接处焊有一厚度为10mm
的补强圈
本贮罐采用两支玻璃管液面计BIWPN1.6,L5900,HG-5227-80—支。
与液面
计相配的接管14mm3mm,
法兰为HG20595法兰WN32-2.5RF16MnR
用([)32mm3.5mm无缝钢管,
法兰为HG20592法兰SO25-1.6RF16MnR
其尺寸由安全阀泄放量决定。
本贮罐选用332mm3.5mm的无缝钢管,
4.6鞍座设计
储罐总质量:
m1罐体质量m2封头质量
m3充液质量m4附件质量
4.6.1罐体质量的计算:
罐体质量m1,筒节DN2400mm,a14.0mm
每米质量为q1833.0kg/m,V14.524m3;
故m1q1L833.04.83998.4kg
4.6.2封头质量的计算:
封头质量m2,DN2400mm,Sn16.0mm
直边高度h40.0mm的椭圆形封头,其质量为q2835.0kg,V22m3
故:
m22q22835.0kg1670.0kg
V=oVp
V——储罐容积
——水的密度为1000kg/m3
故:
人孔质量为181kg,其他接管总和按300kg计。
m4500.0kg
mm1m2m3m43998.416701820050024368.4kg。
每个鞍座只约承受121.8KN负荷,所以选用轻型垫板,包角为1200c的鞍座,即:
JB/T74712-92鞍座A2200-F;
JB/T74712-92鞍座A2200-S。
筒体长度
L。
2AL1。
L1——两鞍座间距离
A——鞍座与封头切线之间距离
由于筒体L/D较大,且鞍座所在平面又无加强圈,取
附表
总图材料明细表(mm)
22
GB8163-87
出料接管573.5
L200
0.5
21
HB20592-95
法兰SO32-1.6RF
16MnR
:
2.02
法兰内径50其它尺寸按
SO32-1.6
3.08
19
压料接管383.5
4.5
法兰SO20-1.6RF
1.03
17
排污接管573.5
法兰SO50-1.6RF
16MnF
15
JB/T4712-92
JB/T4712-92鞍座
A2200—F
JB/T4712-92鞍座
A2200—S
Q235-
A・F
182
364
法兰SO25-1.6RF
1.24
13
放空管接323.5
0.58
HB205
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- 液氨储罐 设计