课程设计液氨储罐设计.docx
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课程设计液氨储罐设计.docx
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课程设计液氨储罐设计
湖北大学化学化工学院
化工设备机械基础课程设计计算说明书
课程设计题目:
液氨储罐设计
姓名邹晓双
学号
专业年级12级化工2班
指导教师鲁德平
日期
指导教师评语:
成绩指导教师签名
年月日
学院审查意见
院长签名
年月日
一、设计任务书..........................................1
二、液氨储罐设计参数的确定..............................2
1、根据要求选择罐体和封头的材料........................2
2、确定设计温度与设计压力..............................2
3、其他设计参数........................................2
三、筒体和封头壁厚的计算...............................2
1、筒体壁厚的计算......................................2
1.1设计参数的确定.....................................3
1.2筒体壁厚的设计.....................................3
1.3刚度条件设计筒体的最小壁厚........................3
2、罐体封头壁厚的计算.................................3
3、罐体的水压试验.....................................3
3.1液压试验压力的确定.................................3
3.2液压试验的强度校核...............................3
3.3压力表的量程、水温的要求...........................3
3.4液压试验的操作过程................................3
4、罐体的气压试验.....................................4
4.1气压试验压力的确定................................4
4.2气压试验的强度校核................................4
4.4、气压试验的操作过程...............................4
四、罐体的开孔与补强....................................4
1、开孔补强的设计准则.................................4
2、开孔补强的计算..................................42.1、开孔补强的有关计算参数.......................52.2、补强圈的设计.....................................5
五、选择鞍座并核算承载能力..............................5
1、支座的设计.........................................5
2、鞍座的计算.........................................6
3、安装位置...........................................6
4、人孔的设计.........................................6
5、液面计的设计.......................................7
六、选配工艺接管........................................7
1、液氨进料管..........................................7
2、液氨出料管..........................................7
3、排污管..............................................7
4、安全阀接口管........................................7
5、压力表接口管........................................8
七、设计结果一览表.....................................9
八、液氨储罐装配图(见附图)...............................一、设计任务书
试设计一液氨储罐,其公称容积、储罐内径、罐体(不包括封头)长度见下表。
使用地点:
家乡--湖北省十堰市竹溪县。
技术特性表
公称容积(立方米)
25
公称直径(DN)
2.0
介质
液氨
筒体长度(L)
7.4
工作压力(MPa)
1.550
工作温度(℃)
≤40
使用地点
湖北省十堰市竹溪县
推荐材料
16MnR
编号
名称
公称直径(mm)
编号
名称
公称直径(mm)
a1-a2
液面计
20
e
安全阀
80
b
人孔
450
f
放空管
65
c
进料管
80
g
排污管
65
d
出料管
80
二、液氨储罐设计参数的确定
1、根据要求选择罐体和封头的材料
纯液氨腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20R、16MnR.这两种钢种。
如果纯粹从技术角度看,建议选用20R类的低碳钢板,16MnR钢板的价格虽比20R贵,但在制造费用方面,同等重量设备的计价,16MnR钢板为比较经济。
所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。
2、确定设计温度与设计压力
液氨储罐通常置于室外,虽然设计有保温措施,但罐内液氨的温度和压力还是可能直接受到大气温度的影响,在夏季液氨储罐经太阳暴晒,液氨温度可达40℃,随着气温的变化,储罐的操作压力也在不断变化.根据《化学化工物性数据手册》查得40℃饱和蒸汽压为1.55MPa,可以判定设计的容器为储存内压压力容器,按《压力容器安全技术监察规程》规定,盛装液化气体无保冷设施的压力容器,其设计压力应不低于液化气40℃时的饱和蒸汽压力,可取液氨的设计压力为1.70MPa,当液化气体储罐安装有安全阀时,设计压力可取最大操作压力的1.05-1.10倍,所以1.7MPa合适。
0.6MPa≤p≤10MPa属于中压容器。
3、其他设计参数
容器公称直径见技术特性表即公称直径DN=2.0m;罐体和封头的材料为16MnR,查教材P168表8-7可知其设计温度下的许用应力[σ]t=170MPa。
液氨储罐封头从受力方面分析来看,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。
液氨储罐筒体为板卷焊,焊接接头采用V坡口双面焊接,采用局部无损检测,根据焊接接头结构和无损探伤比例确定焊接接头系数为1.0。
三、筒体和封头壁厚的计算
1.筒体壁厚的计算
1.1设计参数的确定
由文献查得:
焊接接头系数φ=1.0(双面焊对接接头,100%无损探伤检查),腐蚀裕量C2=2mm(微弱腐蚀)
1.2筒体壁厚的设计
圆筒的计算压力为1.70MPa,由教材P195-P208表8-6,取许用应力
[σ]t=170MPa,
由上表知Pc=1.7MPa,Di=2*1000mm=2000mm
壁厚:
δ=PcDi/(2[σ]tФ-Pc)
代入数据得δ=10.05mm
钢板厚度负偏差C1=0.8mm,查材料腐蚀手册得40℃下液氨对钢板的腐蚀速率小于0.05mm/年,所以双面腐蚀取腐蚀裕量C2=2mm
所以设计厚度为:
δd=δ+C2+C1=10.05+0.8+2=12.85mm
圆整后取名义厚度14mm.
1.3刚度条件设计筒体的最小壁厚
因为Di=2000mm<3800mm,所以δmin=2Di/1000=4.0mm,另加C2=2mm,所以δd=6.0mm。
按强度条件设计的筒体壁厚δd=14mm>δd=6.0mm,满足刚度条件的要求。
2.封头的壁厚计算
标准椭圆形封头a:
b=2:
1
封头计算公式:
δ=PcDi/(2[σ]tФ-0.5Pc)
可见封头厚度近似等于筒体厚度,则可取同样厚度。
3.罐体的水压试验
3.1、液压试验压力的确定
根据公式,Pt=1.25P[σ]/[σ]t,当设计温度小于200℃时,[σ]与[σ]t接近,所以Pt=1.25×1.70×1MPa=2.125MPa。
3.2、液压试验的强度校核
根据公式,σt=Pt(Di+δe)/2δeφ,代入数据,
σt=2.125×(2000+14—2-0.8)/[2×(14—0.8-2)]MPa=190.8MPa
由文献查得:
σs=345MPa,因为σmax=190.8MPa<0.9σsФ=0.9×345×1=310.5MPa所以,液压强度足够。
3.3、压力表的量程、水温的要求
压力表的量程:
2Pt=2×2.125=4.25MPa,水温≥15℃
3.4、液压试验的操作过程
在保持罐体表面干燥的条件下,首先用液体将罐体内的空气排空,再将液体的压力缓慢升至21.25Kgf/cm2,保压10-30分钟,然后将压力缓慢降至17.6Kgf/cm2,保压足够长时间(不低于30分钟),检查所有焊缝和连接部位,若无泄漏和明显的残留变形。
则质量合格,缓慢降压将罐体内的液体排净,用压缩空气吹干罐体。
若质量不合格,修补后重新试压直至合格为止
4.罐体的气压试验
4.1、气压试验压力的确定
根据公式,Pt=1.15P[σ]/[σ]t,当设计温度小于200℃时,[σ]与[σ]t接近,所以Pt=1.15×1.70×1MPa=1.955MPa。
4.2、气压试验的强度校核
根据公式,σT=Pt(Di+δe)/2δeφ,代入数据,
σt=1.955×(2000+14—2-0.8)/[2×(14—2-0..8)]MPa=175.5MPa。
由文献[查得:
σs=345MPa,因为σmax=175.5MPa<0.8σsФ=0.8×345×1=276.0MPa所以,气压强度足够。
4.3、压力表的量程、气温的要求
压力表的量程:
2Pt=2×1.955=3.91MPa,气温≥15℃。
4.4、气压试验的操作过程
气压试验时缓慢升压至0.5Kgf/cm2,保持10分钟并进行初检,合格后继续升压至10.12Kgf/cm2,然后按级差为1.955Kgf/cm2逐级升至19.55Kgf/cm2,保持10~30分钟,然后再降至17.6Kgf/cm2,至少保压30分钟,同时进行检查。
若无泄露和明显的残留变形。
则质量合格,若质量不合格,修补后重新试压直至合格为止。
四、罐体的开孔与补强
1、开孔补强的设计准则
等面积设计法:
起补强作用的金属面积不小于被削弱金属的面积。
2、开孔补强的计算
为了满足各种工艺和结构上的要求,不可避免的要在容器的筒体或封头上开孔并安装接管。
开孔后,壳壁因除去了一部分承载的金属材料而被削弱,而出现应力集中现象。
为保证容器安全运行,对开孔必须采取适当的措施加以补强,以降低峰值应力。
这里采用补强圈补强,因其结构简单、制造方便、使用经验丰富。
采用等面积补强法。
本设计取人孔筒节内径di=450mm,壁厚δm=14mm。
由标准查得补强圈尺寸为:
外径D2=760mm,内径D1=484mm
2.1、开孔补强的有关计算参数
(1)开孔所需补强的面积A
开孔直径:
d=di+2C=450+2×2.8mm=455.6mm
开孔所需补强面积:
A=d·δd=455.6×10.48mm2=4774.688mm2
(2)补强有效区的范围
①有效宽度:
B=2d=2×455.6mm=911.2mm
B=2d+2δn+2δm=455.6+2×14+2×14mm=511.6mm
取两者之中的最大值B=911.2mm
②外侧有效高度:
h1=(dδm)1/2=(455.6×14)1/2mm=79.86mm
h1=接管实际外伸长度=250mm
取两者之中的最小值B=79.86mm
内侧有效高度:
h2=0mm
(3)有效补强面积A=A1+A2+A3
①其中A1=(B-d)(δe-δ)-2δm(δe-δ)(1-fr)
筒体有效厚度δe=δn–C=14-2.8=11.2mm
接管材料选择与筒体相同的材料(16MnR)进行补偿,故fr=1,代入上式得,
A1=(911.2-455.6)×(11.2-10..48)=632.78mm2
②接管计算厚度
δt=Pcd/(2[σ]tФ-Pc)=1.7×455.6/(2×163×1-1.7)=2.39mm
A2=2h1(δnt—δt)fr+2h2(δnt—C2)fr=2×79.86×(14—2.8—2.39)+0=1407.13mm2
③A3=2×1/2×12×12=144mm2
④Ae=A1+A2+A3=632.78mm2+1407.13mm2+144mm2=2183.91mm2
2.2、补强圈的设计
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- 课程设计 液氨储罐 设计