化工机械设计.docx
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化工机械设计.docx
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化工机械设计
新疆工程学院
《化工设施机械基础》课程设计说明书
题目名称:
脱水塔的设计
系
部:
化学与环境工程系
专业班级:
石化10-5(3)班
学生姓名:
游延贺
指导教师:
薛风
达成日期:
2012-12-30
新疆工程学院课程设计评定建议
设计题目:
脱水塔的设计
学生姓名:
游延贺
评定建议:
评定成绩:
指导教师(署名):
年月日
纲要:
本设计为脱水塔设计,本文详尽介绍了脱水塔的特色及在工业生产中的应用及发展远景,详尽论述了脱水塔的构造共计及强度校核和制造检修。
参照GB150-1998《钢制容器》设计手册,综合考虑各样要素,构造设计需要选择使用合理、经济的构造形式同时知足制造、检修、安装等要求;而强度设计包含选材,校核。
确立主要构造尺寸、知足强度、刚度、和稳固性要求。
依据设计压力确立壁厚,使脱水塔有足够的腐化裕量,进而使设计结果达到最优化。
设计结果知足用户要求,安全性与经济性及环保要求。
重点词:
脱水塔、构造设计、强度设计
1.绪论1
1.1按照标准1
1.2构造选择与论证1
2.参数确立3
3.圆筒壁厚设计3
4.封头壁厚设计4
5.校核罐体与封头水压试验强度5
6.换热部分计算5
6.1热负荷计算5
6.2热负荷校核5
6.3盘管强度校核5
7.鞍座6
7.1罐体质量6
7.2封头质量6
7.3脂肪酸质量6
7.4附件质量7
8.人孔7
8.1人孔选择7
8.2人孔补强7
9.接收8
9.1进料管8
9.2进料管补强8
9.3脂肪酸的出料管9
9.4脂肪酸粗料管补强9
9.5抽气口管10
9.6蒸汽入口管10
9.7疏水口管10
9.8温度计口10
9.9真空表口11
10.人孔图与明细表11
11.技术特征12
12.接收表13
13.技术要求14
14.设施总装置图15
15.设计终结18
16.道谢19
17.参照文件20
1.绪论
压力容器的选摘要按照一些标准和还要构造论证与选择其标准与原则以下
1.1按照标准
GB1501998《钢制压力容器》《压力容器安全技术督查规程》
HGJ1589《钢制化工容器械料采纳规定》
(1)当压力容器使用一般低碳钢制造时,常用Q235B、Q235C
(2)考虑经济性
(3)其余准则:
如碳素钢用于介质腐化性不强的常低压容器或壁厚不大的中压容器;低合金钢,用于介质腐化性不强的中压的容器;不锈钢用于介质腐化性较强的场合;耐热刚用于高温场合;奥氏体不锈钢不可以用于易发生晶间腐化的场合。
(4)标准零零件(如法兰、人孔、手孔等)的资料选择切合国家标准或行业标准。
(5)钢材使用的温度
1.2构造选择与论证
(1)封头的选择
从受力与制造方面剖析来看,球形封头是最理想的构造形式。
但弊端是深度
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,是当前
中低压容器中引用许多的封头之一。
平板封头因直径各厚度都较大,加工与焊接
方面都要碰到许多困难。
从钢材耗用量来说,球形封头用材最少,比椭圆形封头
节俭,平板封头用材最多。
所以,从强度、构造和制造方面综合考虑,采纳椭圆
形封头最合理。
(2)人孔选择
压力容器人孔是为了检查设施的内部空间以及安装和拆卸设施的内部构件。
人孔主要有筒节、法兰、盖板和手柄构成。
一般人空有两个手柄。
本次设计在综
合考虑公称压力、公称直径工作温度以及人孔的构造和资料等诸方面要素的状况
下,采纳展转盖带劲对焊法兰人孔。
(3)容器支座的选择
容器支座有鞍式支座、褪式支座、支撑式支座、耳式支座、裙式支座等,用
来支撑容器重量。
鞍式支座是应用最宽泛的一种卧式支座。
因为本次设计额容器
直径在1000mm以上,且是立式容器所以采纳耳式支座。
(4)法兰型式的选择
法兰连结主要长处是密封靠谱、强度足够及应用宽泛。
压力容器法兰分平焊
法兰和对焊法兰。
平焊法兰又分为甲型与乙型两种。
法兰设计优化原则:
法兰设计应使各项应力分别靠近资料许用应力值,即构造资料在各个方向的强度都获得较充足的发挥。
在考虑到本次储藏的介质为高度毒性介质,所以应采纳带颈对焊法兰。
(5)视镜的选择
视镜是用来察看设施内部物料的工作状况,本次设计采纳不带颈的视镜,因
为其构造简单,不易沾料,有比较宽的视察范围。
(6)压力表的选择
压力容器上的压力表的最大批程应于设施的工作压力相适应。
压力表的量程
一般为设施工作压力得1.5~3倍压力表的使用范围应不超出刻度极限的60~70%
又j联合本设计压力表的丈量范围为MPa。
(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,其种类好多,大概上可分为:
玻璃管液面计、透光式玻璃板液面计、反射式玻璃板式玻璃板液面计、浮标式玻璃板液面计、防霜液面计、磁性液位计等。
应为本次设计要成装毒性为高度介质的容器,所以不可以采纳玻璃管液面计。
又因为要储藏的介质稍有色彩,所以不可以采纳透光式玻璃板液面计。
本次设计的设计高度小于3m,因此不可以采纳浮标式玻
。
璃板液面计。
本次设计的工作温度为20~45C,所以不可以用防霜液面计。
综合上述的内容,联合经济效益,本次设计采纳反射式玻璃板式玻璃板液面计。
(8)保温层的选择
。
本次设计中液氯的操作温度小于50C,工艺也没有要求限制热损失,保温
层的价钱比较贵,保温层岩棉还有致癌作用,再从经济效益方面综合考虑,本次
设计决定不波及保温层。
(9)视镜的选择
视镜用来察看设施内部物料的工作状况,本次设计采纳不带颈视镜,因为其构造简单,不易粘料,有比较宽的视察范围。
(10)焊接构造设计及焊条的选择
综合考虑各样要素,针对本次设计储藏的介质是高毒性介质,所以本次设计的壳体A、B类焊接接头应为X型的如图1。
对应的焊条采纳E5016.而关于法兰
与壳体、接收连结的接头,应采纳全焊透接头,如图2.对应的焊条采纳E5016.
关于人孔、补强圈与壳体的接头采纳D类接头形式,如图3.对应的焊条采纳
E5016.
图全焊透接头图D类接头
2.参数确立
设计压力:
Pc
设计温度:
t
150oC
资料:
0Cr18Ni10Ti
公称直径:
Di
1000mm
t
(依据《化工设施机械基础》第432
页附表6-4)
137MPa
Et
2.0105MPa(依据《化工设施机械基础》第
12页表2-1)
采纳双面焊对接头(100%无损检测)(依据《化工设施机械基础》第217页表12-8)
3.圆筒壁厚设计
假定筒体名义壁厚为
n
mm
因为脂肪酸对塔腐化所以
C2
2mm
因为钢
7
板负误差为0.25且小于名义厚度6%故C1
0则钢板厚度附带值
CC2
C1202mm
Do
1000
2
7
1014mm
筒体有效厚度:
e
nC
7
2
5mm
则
LDo
Doe1015420.28
查《化工设施机械基础》第
257页图13-6得A
查《化工设施机械基础》第
260页图13-8得B
35MPa
计算许用外压力得
P
BeDo
比较Pc与P明显Pc﹤P,且较靠近。
故取
e5mm
则该外压圆筒采纳
n
7mm的0Cr18Ni10Ti钢板制造其结果是满意的。
4.封头壁厚设计
假定名义封头厚度
mm
因为脂肪酸对塔腐化所以
C22mm
因为钢
n
7
板负误差为0.25且小于名义厚度6%故C1
0则钢板厚度附带值
CC2
C1
20
2mm
则
e
n
C
72
mm
5
Do
Di
2n
1000
27
1014mm
Do1014
2ho2257
依据《化工设施机械基础》第267页表13-3的数据采纳内插法求得
K1
0.8)
(
2.0
Ro
K1Do
1014
899mm
Ro
e8995
180
依据《化工设施机械基础》第266页公式(13-28)计算系数A
A
Roe180
依据《化工设施机械基础》第260页图13-9查得B100MPa
利用《化工设施机械基础》第266页公式(13-29)计算许用外压力P
P=
B
100
Ro
e180
比较比较
Pc与P明显Pc﹤P,故故取e
5mm是适合的,能够采纳采纳
n7mm厚的0Cr18Ni10Ti制造该椭圆形封头。
5.校核罐体与封头水压试验强度
依据《化工设施机械基础》第222页公式:
PT(Di
e)
345MPa
T
2e
S
S
PT
e
nC725mm
则T
(1000
5)
2
5
而
S
MPa
因为
T﹤
S,所以水压试验强度是足够的。
6.换热部分计算
6.1热负荷计算
由资料可知脂肪酸150oC,比热容C2
105Jkg
oC脂肪酸熔点为
oC
密度860kg/m3
设水蒸汽冷却到
100oC,脂肪酸从80oC加热到130oC
水蒸气150oC
100oC
脂肪酸80oC
130oC
Q脂肪酸=CV(t2
t1)=2103
50=
107J
6.2热负荷校核
由图可知盘管共有
10圈
则Lnd=
Q水蒸气=0.785907
2
18.84(2.168103
434650)1.28107J
Q水蒸气>Q脂肪酸则盘管里水蒸气供给的热量是足够的。
6.3盘管强度校核
盘管采纳规格25mm3mm的无缝钢管,因为水蒸气对管子稍微腐化,所以
C21mm。
钢板负误差C1
则enC1C2=3
1
0.25
设水蒸气在管内的流速
V
10m/s
P盘管=1PV2
gh
1
907100907100.450.05MPa<
2
2
t
PC(Do
e
(251.75)
2
2
t
e
137
1
137MPa
t
<
t
则盘管的强度是足够的。
7.鞍座
大略计算鞍座负荷,储罐总质量:
mm1m2m3m4
式中
m1为罐体质量
m2为封头质量
m3为脂肪酸质量
m4为附件质量
7.1罐体质量
DN
1000mm
n7mm
L2000mm的负荷计算
m1
DiL
3.14(10007)
720007900109
350kg
7.2封头质量
依据椭圆形封头的计算公式
m20.35Di
2
n0.353.14(10007)2
77900109
7.3脂肪酸质量
脂肪酸质量m3V
此中装填系数取(《容规》规定:
介质为液化气的固定式容器装填系数
一般取)
脱水塔容器V2V封头+V筒m3
脂肪酸在130oC时的密度为860kg/m3
则m3860
7.4附件质量
人孔质量约为
50kg,其余接收及部分质量总和按
100kg计算
则
m4
150kg
脱水塔总质量:
m
m1
m2
m3
m4
350
150
2009kg
依据耳式支座实质蒙受载荷的近似计算
F
mg
2009
3.28KN
3
3
因为每个耳座只蒙受
KN
的负荷,依据《化工设施机械基础》第
304页
表14-18,能够采纳
A型带垫板
2号耳式支座,支座资料为
Q235
AF标志为
JB/T4725
92.耳座
A2
资料:
Q235
AF
8.人孔
8.1人孔选择
人孔作用:
为了检查设施使用过程中能否产生的裂纹、变形、腐化等缺点开设检查孔因设施内径为1000mm、设置一个500的人孔,DN500mm
(HG215142153595)
采纳法兰为RF,公称压力为PN
依据脱水塔的设计温度、最高工作压力、材质、脂肪酸及使用要求等条件选
用公称压力为0.6MPa的水平吊盖带劲板式平焊法兰人孔。
(HG2151495)
人孔选定的直径为500mm采纳突面封面(RF型)和石棉橡胶板垫片。
该
水平吊盖带劲板式平焊法兰人孔的标志为:
人孔RFⅧ(AG)(HG2151495)
8.2人孔补强
按GB150规定,壳体开孔接收公称直径小于或等于89mm可不另行补强,但本次设计人孔的公称外径为500mm>89mm,所以要进行补强。
(1)确立壳体和接收的计算厚度及开孔直径
有已知条件可知:
壳体计算厚度3mm,且接收采纳规格4269的无缝
钢管。
则接收的计算厚度为:
t
PCD0
426
t
2
137
2
PC
开孔直径:
d
d1
2C
(42629)24416mm(接收的厚度附带量
C4mm)
(2)确立壳体和接收的实质厚度,开孔有效补强度及外侧补强高度h1已知壳体的名义厚度n7mm,补强厚度t7mm。
接收有效补强厚度为B2d2416832mm
接收外侧有效补强为h1dnt416754mm
(3)计算需要补强的金属面积和能够补强的金属面积
需要补强的金属面积为Ad
416
3
1248mm2
能够作为补强的金属面积为:
A1
(Bd)(e
)
(832416)
(5
3)
832mm2
A2
2h1(nt
t)
254(50.93)
2
Ae
A1A2
832
439.561272mm2
比较Ae与A,Ae1272mm2>A
1248mm2
同时考虑接收与壳体焊缝面积A3以后,该开孔接收补强的强度是足够的。
9.接收
9.1进料管
进料管采纳57mm3.5mm无缝管。
管的一端切成45o,伸入脱水塔少量,配用突面带劲板式平焊管法兰:
HG20592法兰PL50RF16MnⅢ
因为该接收为57mm3.5mm厚度小于5mm,故该接收开孔需要补强。
9.2进料管补强
(1)确立壳体和接收的计算厚度及开孔直径:
接收的计算厚度为:
t
PCD0
157
t
PC
2
137
1
2
1
开孔直径为:
d
d12C
(57
2
3.5)
2
2
54mm(取厚度附加值
C2mm)
(2)确立壳体和接收的实质厚度,开孔有效补强及外侧有效补强高度h1
已知壳体的名义厚度
n
mm,补强厚度
t
7mm
。
7
接收有效补强厚度为B2d2
58
116mm
接收外侧有效补强为h1
dnt
58
(3)计算需要补强的金属面积和能够补强的金属面积
需要补强的金属面积为A
d
54
3
162mm2
能够作为补强的金属面积为:
A1
(Bd)(e
)
(116
58)
(5
3)
116mm2
A2
2h1(nt
t)
2
Ae
A1A2
116
2
比较Ae与A
Ae
2>A
162mm2
同时考虑接收与壳体焊缝面积A3以后,该开孔接收补强的强度是足够的。
9.3脂肪酸的出料管
罐的底部安设一个出料管,管的规格采纳
76mm
4mm无缝钢管管端装
有一与截止阀
J41W
16相当的管法兰,且采纳配用突面带劲板式平焊管法兰
因为该接收为
法兰16Ⅲ
76mm4mm,厚度小于5mm,故该接收开孔需要补强。
9.4脂肪酸粗料管补强
(1)确立壳体和接收的计算厚度及开孔直径:
接收的计算厚度为:
t
PCD0
1
76
2
t
PC
2
1371
1
开孔直径为:
d
d1
2C(76
2
4)
2
4
76mm(取厚度附加值
C4mm)
(2)确立壳体和接收的实质厚度,开孔有效补强及外侧有效补强高度h1
已知壳体的名义厚度
n
mm,补强厚度
t7mm
。
7
接收有效补强厚度为B
2d
2
76
152mm
接收外侧有效补强为h1
d
nt
76
7
(3)计算需要补强的金属面积和能够补强的金属面积需要补强的金属面积为Ad763228mm2
能够作为补强的金属面积为:
A1
(Bd)(e
)
(152
76)
(53)152mm2
A2
2h1(nt
t)
(4
2
Ae
A1A2
152
2
比较Ae与A
Ae
2>A
228mm2
同时考虑接收与壳体焊缝面积A3以后,该开孔接收补强的强度是足够的
9.5抽气口管
采纳108mm4mm无缝钢管,配用突面带劲板式平焊管法兰
HG20592法兰PL100RF16MnⅢ
因为该接收厚度小于5mm,故该接收开孔需要补强,补强面积为mm2
9.6蒸汽入口管
采纳25mm3mm无缝钢管,配用突面带劲板式平焊管法兰
HG20592法兰PL20RF16MnⅢ
因为该接收厚度小于5mm,故该接收开孔需要补强,补强面积为92mm2
9.7疏水口管
采纳25mm3mm无缝钢管,管端采纳一疏水阀相当的管法兰,且配用突面带劲板式平焊管法兰
HG20592法兰PL20RF16MnⅢ
9.8温度计口
采纳32mm3.5mm无缝钢管,配用突面带劲板式平焊管法兰
HG20592法兰PL25RF16MnⅢ
9.9真空表口
采纳20mm1.5mm无缝钢管,配用突面带劲板式平焊管法兰
10.人孔图与明细表
设置人孔是为了检查设施和便于安装与拆卸设施内部构件,为了检查设施使用过程中能否产生裂纹、变形、腐化等缺点,应开设检查空。
当设施内径大于
300mm而小于500mm时,起码开设2个75的检查孔,当设施内径大于500mm
而小于1000mm时,起码开设1个
400
的人孔或2个100
的手孔,当设施的内
径大于1000mm时,起码开设一个
400
的人孔或2个150
的手孔。
人孔和手孔
的形状有圆形和椭圆两种。
椭圆形人孔和手孔的短轴应与受压容器的筒身轴线平
行。
圆形孔的直径一般为450mm,容器压力不高或有特别需要时,直径能够大
一些,标准圆形人孔的公称直径有
DN400、DN450、DN500、DN600共4种。
椭圆形人孔的尺寸为400mm250mm、380mm280mm。
容器在使用过程中,人孔需要常常翻开时,可采纳快开式构造人孔。
依据设
备的公称压力、工作温度、所用资料和构造形式的不一样,均拟订出人孔和人孔的标准系列图,供设计者设计时依照设计条件直接采纳。
常用的人孔和手孔标准有碳素钢和低合金钢制人孔和手孔(HG215142153595)和不锈钢人孔、手孔等。
人孔PN2.5DN500
明细表
件号
标准号
名称
数目
资料
尺寸/mm
1
GB/T7132008
筒节
1
Q345R
dw5309
2
HG20592
法兰
1
16MnⅢ(锻件)
3
HG20592
垫片
1
石棉橡胶板
3
(
代号
AG)
4
HG20592
法兰盖
1
Q345R
b139b244
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