化工机械设备基础课程设计13m3液氨贮罐的设计.docx
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化工机械设备基础课程设计13m3液氨贮罐的设计
设计任务书
一、设计题目
13m3液氨贮罐的设计
二、设计任务
设计一个容积为13m3液氨贮罐
三、设计条件
1.最高温度40℃,氨的饱和蒸汽压为1.55Mpa
2.液氨的储量为13m3
四、设计步骤
1.确定容器的材质
根据液氨贮罐的工作压力、工作温度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。
故选材料时,主要考虑的强度指标(指σs和σb)和塑性指标适合的材料有:
A3R、20g、16MnR、15MnVR。
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343MPa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。
其中16MnR的机械加工性能、强度和塑性指标都比较好,综合金属的强度、刚度、温度、抗腐蚀能力等方面考虑选用16MnR制作罐体和封头。
2.确定罐体的形状及内径
(1)由于此容器为液氨贮存性容器,所以此容器选用罐身为圆筒形,两端均用标准椭圆形封头的卧式容器。
(2)内径的确定
根据《化工设备机械与基础》中的表8-1压力容器的公称直径,由于V=13m3液氨贮罐,试选用Di=1600mm,设罐身的长度为L,则
2×V1+V2×L=26m3
V1——标准椭圆形封头的容积查表为0.586m3
V2——筒体每米的容积查表为2.017m3
求得L=2.40m.由L/Di=1.5符合L/Di=2-9
所以次容器的罐身的长度L=2400mm,公称直径Di=1600mm
3.罐体壁厚设计
设计壁厚δd根据公式计算:
40oC温度时,16MnR钢材的许用应力表
钢材厚度δn(mm)
许用应力[σ]t(MPa)
屈服极限σs(MPa)
<16
170
345
16∽36
163
325
36∽60
157
305
负偏差查表:
钢材厚度δn(mm)
6-7
8-25
26-30
32-34
负偏差(mm)
0.6
0.8
0.9
1.0
式中P-设计压力。
本贮罐在夏季最高温度可达40℃,这时氨的饱和蒸气压为1.55MPa(绝对压力),故取p=1.1×1.45=1.6MPa(表压);Di=1600mm;[σ]t=170MPa(表8-7);φ=1.O(双面对接焊缝,100%探伤,表8-10);C2=1mm于是:
δd=
+C2=
+1=8.6mm
取C1=0.8mm(见表8-11),圆整后取δ=12mm厚的16MnR钢板制作罐体。
δe=δn-Cl-C2=12-1.0-0.8=10.2mm
4.封头壁厚的设计
采用标准椭圆形封头。
设计壁厚δd按(8-8)式计算:
δd=
+C2=
+1=8.5mm
式中φ=1.0(钢板最大宽度为2.0m,该贮罐直径为1.6m,故封头需将钢板并焊后冲压);其它符号如前。
考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量,圆整后取δn=12mm厚的16MnR钢板制作封头。
校核罐体与封头水压试验强度根据(15-2)式:
式中:
PT=1.25p=1.25×1.6≈2.0Mpa
δe=δn-C=12-1.8=10.2mmσs=345MPa(表8-7)
σT=
=157.86Mpa0.9σsφ=0.9
1.0
345=310.5Mpa
所以σT〈0.9σsφ水压试验符合强度要求。
5.鞍座
首先粗略计算鞍座负荷。
贮罐总质量:
m=m1+m2+m3+m4
式中m1-罐体质量;m2-封头质量;m3-液氨质量;m4-附件质量。
(1)罐体质量m1
DN=1600mm,δn=12mm的筒节,每米质量为q1=477Kg/m(附表8-24),故m1=q1L=477
2.40=1144.8(Kg)
(2)封头质量m2
DN=1600mm,δn=12mm,直边高度h=25mm的椭圆形封头,其质量为q2=270Kg/m(参考书),故m2=2q2=2×270=540(Kg)
(3)充水质量m3
m3=Vg,g-水的密度为1000Kg/m3。
V=V封+V筒=π×1.6×2.40+0.586×2=13.24m3
m3=13240Kg
(4)附件质量m4
人孔约重200Kg,其它接管的总和按300Kg计,故m4=500Kg
设备总重量m=m1+m2+m3+m4=1144.8+540+13240+500=15424Kg≈15t
每个鞍座只承约受180KN负荷,所以选用轻型带垫板,包角为120°的鞍座。
即
JB/T4712-92鞍座A2400一F
JB/T4712-92鞍座A2400一S
6.人孔的确定
根据贮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。
从人孔类型系列标准可知,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,检修时只须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:
HG21523-95人孔RFⅣ(A·G)450-1.6其中RF指突面密封,Ⅳ指接管与法兰的材料为20R,A·G是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。
7.人孔补强的确定
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d=450mm,壁厚δn=10mm。
故补强圈尺寸确定如下:
补强圈内径d=484mm,外径D=760mm,根据补强的金属面积应大于等于开孔减少的截面积,补强圈的厚度按下式估算:
δ补=
=
=16.76mm
故补强圈取17mm厚。
8.接口管
本贮罐设有以下接口管。
(1)液氨进料管:
采用
φ45×3.5mm无缝钢管(强度验算略去)。
管的一端切成45°,伸入贮罐内少许。
配用具有突面密封的平焊管法兰,法兰标记:
HG20592法兰SO50-1.6RF16MnR。
因为壳体名义壁厚δn=12mm>10mm,接管公称直径小于或等于50mm,不需补强。
(2)液氨出料管
采用可拆的压出管φ25×3mm,
将它用法兰套在接口管φ38×3.5mm内。
罐体的接口管法兰采用法兰:
HG20592法兰SO32-1.6RF16MnR。
。
与该法兰相配并焊接在压出管的法兰上,其连接尺寸和厚度与HG2SO32-1.6RF16MnR相同,但其内径为25mm。
液氨压出管的端部法兰(与氨输送管相连)采用HG20592法兰SO20-1.6RF16MnR。
这些小管都不必补强。
压出管伸入贮罐2.5m。
(3)排污管:
贮罐右端最底部安设排污管一个,管子规格是φ57×3.5mm,管端焊有一与截止阀J41W一16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。
(4)液面计接管
本贮罐采用玻璃管液面计BIW PN1.6,L=500mm,HG5-227-80两支。
与液面计相配的接管尺寸为φ18×3mm,管法兰为HG20592法兰SO15-1.6RF16MnR。
(5)放空管接管
采用φ32×3.5mm无缝钢管,法兰HG20592法兰SO25-1.6RF16MnR。
(6)安全阀接管
安全阀接管尺寸由安全阀泄放量决定。
本贮罐选用φ32×2.5mm的无缝钢管,法兰为HG20592法兰SO25-1.6RF16MnR。
五.参考文献
[1]董大勤主编.化工机械设备基础.北京:
化学工业出版社,2002.12
[2]王非编著.化工压力容器设计.北京:
化学工业出版社,2005.4
[3]陈国桓主编.化工机械设备基础.第二版.北京:
化学工业出版社,2006.1
[4]潘红良,郝俊文主编.过程设备机械设计.上海:
华东理工大学出版社,2006.7
六.设计心得
为期两周紧张而忙碌的课程设计马上结束了。
忙碌的时间总是过得很快,回想刚开始设计的时候无从下手,再到后来的得心应手,自己的收获确实很多。
在这整个设计期间,我对已经学过的《化工机械设备基础》书中的知识有了更深一步的了解,对液氨贮罐工作原理及其工作过程有了更全面的认识,同时也巩固加强了CAD制图方法,感受到了CAD制图的方便与快捷。
顺利完成此次设计离不开老师和同学们的帮助和关心,自己的设计不可避免的存在很多错误跟问题,期待老师的批评指正!
技术特性表
液氨贮罐
指标
设计压力
1.55MPa
工作温度
≤40℃
物料名称
液氨
容积
13m3
其它:
焊缝采用双面对接焊缝,100%探伤,表8-10
φ=1.O
钢板负偏差:
Cl=0.8mm
腐蚀裕量:
C2=1mm
液氨贮罐技术要求
1.本设备按GBl50-1998《钢制压力容器》进行制造、试验和验收
2.焊接材料,对接焊接接头型式及尺寸可按GB985-80中规定(设计焊接接头系数φ=1.0)
3.焊接采用电弧焊,焊条型号为E4303
4.壳体焊缝应进行无损探伤检查,探伤长度为100%
5.设备制造完毕后,以2MPa表压进行水压试验
6.管口方位按接管表
接管表
总图材料明细表
22
GB8163-87
出料接管φ38×3.5L=200
10
1
0.5
21
HB20592-95
法兰SO32-1.6RF
16MnR
1
1.6
20
HB20592-95
法兰内径φ35其它尺寸按SO32-1.6
16MnR
1
1.86
19
GB8163-87
压料接管φ25×3L=2750
10
1
4.5
18
HB20592-95
法兰SO20-1.6RF
16MnR
1
0.94
17
GB8163-87
排污接管φ57×3.5L=210
10
1
1.0
16
HB20592-95
法兰SO50-1.6RF
16MnR
1
2.77
15
JB/T4712-92
JB/T4712-92鞍座A1600一F
JB/T4712-92鞍座A1600一S
Q235-A·F
2
420
840
14
HB20592-95
法兰SO25-1.6RF
16MnR
1
1.12
13
GB8163-87
放空管接管φ32×3.5L=210
10
1
0.58
12
HB20592-95
法兰SO25-1.6RF
16MnR
1
1.12
11
GB8163-87
安全阀接管φ32×3.5L=210
10
1
0.58
10
HB20592-95
法兰SO50-1.6RF
16MnR
1
2.27
9
GB8163-87
进料接管φ45×3.5L=400
10
1
1.85
8
JB/T4736-95
补强圈φ760/φ484δ=10
16MnR
1
33.9
7
HG21523-95
人孔RFⅡ(A·G)450-1.6
组合件
1
178
6
GB9019-88
罐体DN1600×10L=2350
16MnR
1
1863
5
JB4737-95
封头DN1600×10h=25
16MnR
2
237
474
4
HG5-227-80
玻璃管液面计BIWPN1.6,L=500mm
组合件
2
12.6
25.2
3
GB8163-87
液面计接管φ18×3L=210
10
2
0.23
0.46
2
HB20592-95
法兰SO15-1.6RF
16MnR
4
0.68
2.73
1
GB8163-87
液面计接管φ18×3L=400
10
2
0.44
0.88
序号
图号或标准号
名称
材料
数量
单重
总重
备注
重量(Kg)
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