臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)說明書 題目名稱 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 目錄 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 摘要 1 第一章 緒論 2 1 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 2 1 2 設(shè)計(jì)思想 2 1 3 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 2 第二章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 3 2 1 材料選擇 3 2 2 結(jié)構(gòu)選擇與論證 3 2 2 1 封頭的選擇 3 2 2 2 容器支座的選擇 3 2 3 法蘭型式 4 2 4 液面計(jì)的選擇 4 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 3 1 壁厚的確定 5 3 2 封頭厚度設(shè)計(jì) 5 3 2 1 計(jì)算封頭厚度 5 3 2 2 水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核 6 3 3 儲(chǔ)罐零部件的選取 6 3 3 1 儲(chǔ)罐支座 6 3 3 2 罐體質(zhì)量 7 3 3 3 封頭質(zhì)量 7 3 3 4 液氨質(zhì)量 7 3 3 5 附件質(zhì)量 8 第四章 接管的選取 9 4 1 液氨進(jìn)料管 9 4 2 平衡口管 9 4 3 液位指示口管 9 4 4 放空口管 10 4 5 液體進(jìn)口管 10 4 6 液體出口管 10 第五章 壓力計(jì)選擇 11 符號(hào)說明 12 總結(jié) 13 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 摘要 本說明書為 1 2m 3 液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說明書 扼要介紹了臥式儲(chǔ)罐的特點(diǎn)及 在 工業(yè)中的廣泛應(yīng)用 詳細(xì)的闡述了臥式儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算及制造 檢 修和維護(hù) 本文采用分析設(shè)計(jì)方法 綜合考慮環(huán)境條件 液體性質(zhì)等因素并參考相關(guān) 標(biāo) 準(zhǔn) 按工藝設(shè)計(jì) 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算的設(shè)計(jì)順序 分別對儲(chǔ)罐的筒 體 封頭 鞍座 接管進(jìn)行設(shè)計(jì) 然后采用 1SW6 1998 對其進(jìn)行強(qiáng)度校核 最 后形成合理的設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)結(jié)果滿足用戶要求 安全性與經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保要求均合格 關(guān)鍵詞 壓力容器 臥式儲(chǔ)罐 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 強(qiáng)度校核 開孔補(bǔ)強(qiáng) 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 第一章 緒論 1 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 針對化工廠中常見的液氨儲(chǔ)罐 完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備的選型 設(shè) 計(jì) 繪制總裝配圖 并便攜設(shè)計(jì)說明書 1 2 設(shè)計(jì)思想 綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識(shí) 本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度 對儲(chǔ)罐進(jìn)行設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)過程中綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性 實(shí)用性 安全可靠性 各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確 參 考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn) 這樣設(shè)計(jì)有章可循 并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求 綜合的進(jìn)行設(shè)計(jì) 1 3 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 容器的設(shè)計(jì)一般由筒體 封頭 法蘭 支座 接管等組成 常 低壓化工設(shè)備 通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)師可直接選用 本設(shè)計(jì)書主要介紹了液罐的筒體 封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算 低壓通用零部件的選用 各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家使用標(biāo)準(zhǔn) 這樣讓設(shè)計(jì)有章可 循 并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求 合理的進(jìn)行設(shè)計(jì) 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 第二章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 2 1 材料選擇 純液氨腐蝕性小 貯罐可選用一般鋼材 但由于壓力較大 可以考慮 20R 16MnR 這兩種鋼種 如果純粹從技術(shù)角度看 建議選用 20R 類的低碳鋼板 16MnR 鋼板的價(jià)格雖比 20R 貴 但在制造費(fèi)用方面 同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià) 16MnR 鋼板為比較經(jīng)濟(jì) 所以在此選擇 16MnR 鋼板作為制造筒體和封頭材料 2 2 結(jié)構(gòu)選擇與論證 2 2 1 封頭的選擇 從受力與制造方面分析來看 球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式 但缺點(diǎn)是深 度大 沖壓較為困難 橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多 易于沖壓成型 是目前中低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一 平板封頭因直徑各厚度都較大 加工與焊接方面都要遇到不少困難 從鋼材耗用量來年 球形封頭用材最 少 比橢圓開封頭節(jié)約 平板封頭用材最多 因此 從強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)和制造 方面綜合考慮 采用橢圓形封頭最為合理 2 2 2 容器支座的選擇 容器支座有鞍座 圈座和支腿三種 用來支撐容器的重量 鞍式支座是 應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座 從應(yīng)力分析看 承受同樣載且具有同樣截面 幾何形狀和尺寸的梁采用多個(gè)支承比采用兩個(gè)支承優(yōu)越 因?yàn)槎嘀С性诹?內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小 所以 從理論上說臥式容器的支座數(shù)目越多越好 但 在是實(shí)際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成雙支座 這是因?yàn)楫?dāng)支點(diǎn)多于兩個(gè)時(shí) 各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局部不圓度 支座的水平度 各 支座基礎(chǔ)下沉的不均勻性 容器不同部位抗局部交形的相對剛性等等 均 會(huì)影響支座反力的分市 因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反 而會(huì)造成容器受力不均勻程度的增加 給容器的運(yùn)行安全帶來不利的影響 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 所以一臺(tái)臥式容器支座一般情況不宜多于二個(gè) 圈座一般對于大直徑薄壁 容器和真空操作的容器 腿式支座簡稱支腿 因這種支座在與容器殼壁連 接處會(huì)造成嚴(yán)重的局部應(yīng)力 故只適合用于小型設(shè)備 DN 1600 L 5m 綜上考慮在此選擇雙個(gè)鞍式支座作為儲(chǔ)罐的支座 2 3 法蘭型式 法蘭連接主要優(yōu)點(diǎn)是密封可靠 強(qiáng)度足夠及應(yīng)用廣泛 缺點(diǎn)是不能快速拆 卸 制造成本較高 壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭 平焊法蘭又分為甲 型與乙型兩種 甲型平焊法蘭有 PN0 25 MPa 0 6 MPa 1 0 MPa1 6 MPa 在較 小范圍內(nèi) DN300 mm 2000 mm 適用溫度范圍為 20 30 乙型平焊法蘭oC 用于 PN0 25 MPa 1 6 MPa 壓力等級中較大的直徑范圍 適用的全部直徑范圍為 DN300 mm 3000 mm 適用溫度范圍為 20 350 對焊法蘭具有厚度更大oo 的頸 進(jìn)一步增大了剛性 用于更高壓力的范圍 PN0 6 MPa 6 4MPa 適用溫 度范圍為 20 45 法蘭設(shè)計(jì)優(yōu)化原則 法蘭設(shè)計(jì)應(yīng)使各項(xiàng)應(yīng)力分別接近oC 材料許用應(yīng)力值 即結(jié)構(gòu)材料在各個(gè)方向的強(qiáng)度都得到較充分的發(fā)揮 法蘭設(shè)計(jì)時(shí) 須注意以下二點(diǎn) 管法蘭鋼制管法蘭 墊片 緊固件設(shè)計(jì)參照 HG20592 HG20635 的規(guī)定 2 4 液面計(jì)的選擇 液面計(jì)是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置 其類型很多 大體上可分為四 類 有玻璃板液面計(jì) 玻璃管液面計(jì) 浮子液面計(jì)和浮標(biāo)液面計(jì) 在中低壓容 器中常用前兩種 玻璃板液面計(jì)有透光式和反射式兩種結(jié)構(gòu) 其適用溫度一般 在 0 250 但透光式適用工作壓力較反射式高 玻璃管液面計(jì)適用工作壓力oC 小于 1 6MPa 介質(zhì)溫度在 0 250 的范圍 液面計(jì)與容器的連接型式有法蘭連oC 接 頸部連接及嵌入連接 分別用于不同型式的液面計(jì) 液面計(jì)的選用 2 4 1 玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)均適用于物料內(nèi)沒有結(jié)晶等堵塞固體的場 合 板式液面計(jì)承壓能力強(qiáng) 但是比較笨重 成本較高 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 2 4 2 玻璃板液面計(jì)一般選易觀察的透光式 只有當(dāng)物料很干凈時(shí)才選反射式 2 4 3 當(dāng)容器高度大于 3m 時(shí) 玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)的液面觀察效果受 到限制 應(yīng)改用其它適用的液面計(jì) 液氨為較干凈的物料 易透光 不會(huì)出現(xiàn) 嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象所以在此選用玻璃管液面計(jì) 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1 壁厚的確定 根據(jù)壁厚公式 pDti 2 在設(shè)計(jì)溫度下 液氨的飽和壓力為 0 3Mpa 絕對壓力 因此除灌裝有點(diǎn)放空 口 故取設(shè)計(jì)及計(jì)算壓力為 Pc 1 3 容器的內(nèi)徑 Di 1000mm 在設(shè)計(jì)溫度下 材料的許用應(yīng)力為 137 通體材料在試驗(yàn)溫度下的屈服強(qiáng)度為 t 205sMpa 采用雙面焊對接接頭 100 無損建材焊接接頭系數(shù) 1 0 mpDti 1 3 0172 2 液氨為輕微腐蝕性 腐蝕裕量由筒體封頭腐蝕裕量表查取 C2 2mm C2 1mm 涉及厚度為 Cd 2 2 根據(jù) 由鋼板厚度負(fù)偏差得 m1 3 C1 0 25mm 該值小于名義厚度得 6 所以鋼板厚度負(fù)偏差不可省略 故取名義厚度 mn35 2 0 圓整為 5mm 確定選用壁厚為 5mm 得 06Gr19Ni10 高合金鋼板制作罐體 3 2 封頭厚度設(shè)計(jì) 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 圖 3 1 橢圓形封頭 3 2 1 計(jì)算封頭厚度 根據(jù)公式 cticpD5 02 焊接接頭系數(shù)取 1 鋼板最大寬度為 3m 而此儲(chǔ)罐直徑為 1m 取封頭需將鋼板 焊接后沖壓成型 于是封頭厚度 mpDctic 1 305 1372 5 02 取 C C1 C2 0 25 2 2 25mm 故 C 1 1 2 25 3 35mm 圓整后取 確定選用 5mm 厚的 06Gr19Ni10 制作封頭mn5 n 3 2 2 水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核 先按公式確定水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力 為tP PT 1 25P 1 25 0 3 0 375Mpa mCne 75 2 5 查表得 根據(jù)式 Mpas0 seittDp 9 02 則 而 a4 6875 213 Mpas 5 1842 因?yàn)?所以水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度足夠st 9 0 3 3 儲(chǔ)罐零部件的選取 3 3 1 儲(chǔ)罐支座 此容器為臥式儲(chǔ)罐壓力容器 可以選用鞍式支座 首先粗略計(jì)算鞍座的負(fù)荷 儲(chǔ)罐總質(zhì)量 m M m1 m2 m3 m4 m1 罐體質(zhì)量 m2 封頭質(zhì)量 m3 液氨質(zhì)量 m4 附件質(zhì)量 3 3 2 罐體質(zhì)量 5mm L 1200 的筒節(jié)n 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) kgLDmi 148750125104 31 3 3 3 封頭質(zhì)量 公稱直徑 DN 1000mm 壁厚 選用直邊高度為 h 75mm 的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封mn 頭 深入高度 H 325mm 容積 0 2545m3 其質(zhì)量 所以 m2 2 2kg5 63 2 63 5 127kg 3 3 4 液氨質(zhì)量 裝量系數(shù) 液氨密度 V 容器體積 裝量系數(shù)取 0 977Vm 3 儲(chǔ)罐容積 V 2V 封 V 筒3227 4 1509 mVLDi 液氨 20 的密度為 665kg m3 則容積質(zhì)量 m3C03 94276558mkg kgV8 297 46503 3 3 5 附件質(zhì)量 無人孔 手孔 其它接管質(zhì)量按 100kg 則 kgm104 儲(chǔ)罐總質(zhì)量 mKNFg4 12081 93 940 2571843 每個(gè)鞍座只承受 14 4KN 的負(fù)荷 根據(jù)鞍座負(fù)荷 選擇鞍座 可以選擇輕型帶墊板 包角為 120 的鞍座 鞍座形式為 JB T4712 92 鞍座 BI1020 F 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) JB T4712 92 鞍座 BI1000 F 第四章 接管的選取 本儲(chǔ)罐設(shè)有如下接口管 4 1 液氨進(jìn)料管 采用 的無縫鋼管配以板式平焊管法蘭確定接管的計(jì)算厚度計(jì)開孔直m4108 徑 有已知條件知 殼體的計(jì)算厚度 按接管計(jì)算厚度為5m pDtct 1 03274 013728 60 開孔直徑為 Cd1 接管的有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 mB08 接管有效補(bǔ)強(qiáng)高度 h 25141 需補(bǔ)強(qiáng)金屬面積 0 dA 6 73 281 eBA215 2 tth 因 Ae 946 1721 則需另加補(bǔ)強(qiáng) 4 56304 eA 4 2 平衡口管 平衡口采用 無縫鋼管 配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng) 圖原結(jié)m5 2 構(gòu) SD RF45 1 6 HG20594 4 3 液位指示口管 液位指示口采用 無縫鋼管 配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng) 圖m5 37 原結(jié)構(gòu) SD RF57 1 6 HG20594 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 4 4 放空口管 放空口采用 無縫鋼管 配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng) 圖原結(jié)m5 32 構(gòu) SD RF32 1 6 HG20594 4 5 液體進(jìn)口管 液體進(jìn)口采用 無縫鋼管 配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng) 圖原m5 24 結(jié)構(gòu) SD RF45 1 6 HG20594 4 6 液體出口管 液體出口采用 無縫鋼管 配以管式平焊管法蘭不需要不強(qiáng) 圖原452 m 結(jié)構(gòu) SD RF45 1 6 HG20594 圖 3 2 各管口方位 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 第五章 壓力計(jì)選擇 1 量程裝在鍋爐 壓力容器上的壓力表 其最大量程 表盤上刻度極限值 應(yīng)與設(shè)備的工作壓力相適應(yīng) 壓力表的量程一般為設(shè)備工作壓力的 1 5 3 倍 最好取 2 倍 若選用的壓力表量程過大 由于同樣精度的壓力表 量程越大 允許誤差的絕對值和肉眼觀察的偏差就越大 則會(huì)影響壓力讀數(shù)的準(zhǔn)確性 反 之 若選用的壓力表量程過小 設(shè)備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限 則會(huì)使壓力表中的彈性元件長期處于最大的變形狀態(tài) 易產(chǎn)生永久變形 引起 壓力表的誤差增大和使用壽命降低 另外 壓力表的量程過小 萬一超壓運(yùn)行 指針越過最大量程接近零位 而使操作人員產(chǎn)生錯(cuò)覺 造成更大的事故 因此 壓力表的使用壓力范圍 應(yīng)不超過刻度極限的 60 70 2 測量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤刻度極限值的百分?jǐn)?shù)來表示 的 精度等級一般都標(biāo)在表盤上 選用壓力表時(shí) 應(yīng)根據(jù)設(shè)備的壓力等級和實(shí) 際工作需要來確定精度 額定蒸汽壓力小于 2 45MPa 的鍋爐和低壓容器所用的 壓力表 其精度不應(yīng)低于 2 5 級 額定蒸汽壓力大于 2 45MPa 的鍋爐和中 高 壓容器的壓力表 精度不應(yīng)低于 1 5 級 3 表盤直徑為了使操作人員能準(zhǔn)確地看清壓力值 壓力表的表盤直徑不應(yīng)過 小 在一般情況下 鍋爐和壓力容器所用壓力表的表盤直徑不應(yīng)小于 100mm 如果壓力表裝得較高或離崗位較遠(yuǎn) 表盤直徑還應(yīng)增大 又考慮到液氨有一定腐蝕性 所以綜合考慮選用隔膜壓力表 技術(shù)指標(biāo)為 精度等級 1 6 公稱直徑 50 接頭螺紋 1 5 G1 測量范圍 0 2 4Mpa 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 符號(hào)說明 C1 鋼板負(fù)偏差 mm 焊接接頭系數(shù) P 設(shè)計(jì)壓力 Mpa 體積 m3V Pw 工作壓力 Mpa 密度 g cm3 圓筒材料在試驗(yàn)溫度下的屈服強(qiáng)度 Mpa 筒體設(shè)計(jì)厚度 mm s d 圓筒材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力 Mpa 軸向許用應(yīng)力 Mpat 容器元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力 Mpa 實(shí)驗(yàn)壓力 Mpa TP 筒體計(jì)算厚度 mm 設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 MPa t 筒體有效厚度 mme 筒體名義厚度 mmn 腐蝕裕量 mm2C 計(jì)算壓力 MpacP 注 由于部分符號(hào)在計(jì)算過程之前或者計(jì)算過程之后進(jìn)行了說明 此外在另行說明 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 總結(jié) 本次食品設(shè)備課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩周 是學(xué)習(xí)食品以來第三次獨(dú)立的工業(yè)設(shè)計(jì) 食品設(shè)備課程設(shè)計(jì)時(shí)培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié) 通過課程設(shè)計(jì)使 我們初步掌握食品設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí) 設(shè)計(jì)原則及方法 學(xué)會(huì)各種手冊 的使用方法及物理性質(zhì)查找方法和技巧 掌握設(shè)計(jì)結(jié)果的校核 能畫出容器裝 配圖 在設(shè)計(jì)過程中不僅要考慮理論上的可行性 還要考慮生產(chǎn)商的安全性金 額經(jīng)濟(jì)和理性 我們從中也明白了學(xué)無止境的道理 在我們所查找的很多參考書中 很多 的知識(shí)是我們從來沒有接觸到的 我們對事物的了解還僅限于書本上 對實(shí)際 當(dāng)中事物的方方面面包括經(jīng)濟(jì)成本方面上考慮的還很不夠 在一些應(yīng)用問題上 我直接套用了書本上的公式或過程 并沒有徹底了解 各個(gè)公式的出處及用途 對于一些工業(yè)數(shù)據(jù)的選取 也只是根據(jù)范圍自己選擇 的 并不一定符合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用 因此 一些計(jì)算數(shù)據(jù)有事并不是十分準(zhǔn)確的 只 是擁有一個(gè)正確的范圍及趨勢 而并沒有更細(xì)的追究下去 因而可能存在一定 的誤差 并影響后面具體設(shè)備的選型 通過本次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練 讓我對自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認(rèn)識(shí) 這多我們的繼續(xù)學(xué)習(xí)是一個(gè)很好的指導(dǎo)方向 我們了解了工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 掌握了設(shè)計(jì)的主要程序和方法 增強(qiáng)了分析和解決工程實(shí)際問題的能力 同時(shí) 通過課程設(shè)計(jì) 還使我們樹立正確的設(shè)計(jì)思想 培養(yǎng)實(shí)事求是 嚴(yán)肅認(rèn)真 高 度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng) 加強(qiáng)工程設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)更尤 為重要 我還要感謝我的指導(dǎo)老師季長路老師對我們的教導(dǎo)與幫助 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)壓力 MPa 0 3 設(shè)計(jì)溫度 Co120 最高工作 壓力 MPa 0 1 工作壓力 120 外面名稱 MEA IPA PCMEC 等 設(shè)備容積 3M1 2 設(shè)備主要 GCr1Bni9 臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)