化工设备基础课程设计.doc

化工设备基础课程设计

第一章设计方案的确定.............................................................. 错误!未定义书签。

1.1 液氨储罐选型................................................................. 错误!未定义书签。

1.2 液氨储罐选材.................................................................. 错误!未定义书签。第二章储罐的工艺设计.............................................................. 错误!未定义书签。

2.1 筒体壁厚设计.................................................................. 错误!未定义书签。

2.2 筒体封头设计.................................................................. 错误!未定义书签。

2.3 校核罐体及封头的水压试验强度.................................. 错误!未定义书签。

2.4 人孔设计.......................................................................... 错误!未定义书签。

2.5 人孔补强.......................................................................... 错误!未定义书签。

2.6 接口管.............................................................................. 错误!未定义书签。

2.6.1 液氨进料管......................................................... 错误!未定义书签。

2.6.2 液氨出料管.......................................................... 错误!未定义书签。

2.6.3 排污管.................................................................. 错误!未定义书签。

2.6.4 液面计接管.......................................................... 错误!未定义书签。

2.6.5 放空接口管.......................................................... 错误!未定义书签。

2.7 鞍座................................................................................ 错误!未定义书签。

2.7.1 罐体质量................................................................ 错误!未定义书签。

2.7.2 封头质量................................................................ 错误!未定义书签。

2.7.3 液氨质量................................................................ 错误!未定义书签。

2.7.4 附件质量................................................................ 错误!未定义书签。第三章设备总装配图.................................................................. 错误!未定义书签。

3.1 设备总装配图................................................................ 错误!未定义书签。

3.2 储罐技术要求：............................................................ 错误!未定义书签。

3.3 设计技术特性表............................................................ 错误!未定义书签。第四章设计总结.......................................................................... 错误!未定义书签。参考文献........................................................................................ 错误!未定义书签。

第一章设计方案的确定

1.1 液氨储罐选型

工业的压力容器种类很多，按形状主要分以下几类：（1）方型或矩形容器（2）球型容器（3）圆筒型容器。本设计采用圆筒型容器，方型或矩形容器虽制造简单，但承压能力差，四角的边缘应力较大，容易失效且封头设计较厚，故不选用。球型容器，虽单位容积所用的材料最少且受力最佳，承载力好，但对中小型储罐来说安装内件不方便，制造难度较大，成本相对较高，不选用。而圆筒型容器，制造容易，选用适当的长径比之后，安装、检修方便，承载能力较好。因此本设计采用圆筒型容器。

1.2 液氨储罐选材

储罐的经济性与实用性重要方面就是材料的选择。根据实际条件，本设计

采用16MnR，主要有几下方面原因：（1）容器的使用条件，如温度、压力等。当容器温度低于0℃时，不得选用Q235系列的钢板，因其塑性变脆。虽20R的碳素钢满足，但其制造要求较高且强度底。而16MnR在常温-40℃—200℃下，具有良好的力学性能和足够的强度。（2）综合经济市场调查（2009年）20R 碳素钢价格：2600元/吨，低合金钢16MnR价格：2680元/吨，两者价格相差不大，但16MnR制造的储罐比碳素钢的质量轻1/3，同时减少了壁厚。

综上所述，本设计用钢选用16MnR。

第二章 储罐的工艺设计

2.1 筒体壁厚设计

采用内径Di=2200mm ，储罐长度L （不包含封头）=5000mm 的工艺尺寸。其长径之比L/Di=2.27，满足一般卧式容器长径比在2—6的范围之内[1]。本设计采用50℃设计温度，这时氨的饱和蒸汽压为 2.07MPa [2]

。

P 表压=P 绝对大气压-P 大气压=2.07-0.10103=1.969 Mpa

储罐上安装安全阀 故P=1.969?1.1=2.16 Mpa 设计壁厚公式：

c PD t

i d

2

]

[2+

=

σδ

其上式中相关参数如表2-1：

116

.211632+-??=δ

d

=15.67mm 由表3-13[3]

查得：C 1=0.8mm δ

d

=15.67+0.8=16.47mm

圆整后

δ

n

=18mm 故筒壁用18mm 的16MnR 钢板制

2.2 筒体封头设计

从工艺操作要求考虑，对封头没有特殊要求。从定性角度分析可知：平板封头四角处在较大边缘应力且厚度较大，故不采用；半球形封头受力最好、壁厚最薄、重量轻，但深度大，制造较难，中、低压设备不宜选用；蝶形封头母线曲率不连续，存在局部应力，受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头已系列化，制造容易，受力比蝶形好，故选用此封头。

设计壁厚

δ

n

： []

P

t

i

d

PD 5.02-=

?σδ

其中?=1 δ

d

=16.43mm

圆整之后

δ

n

=18mm

考虑减少材料间的线性膨胀系数，故采用18mm 厚16MnR 钢板制造的

标准椭圆形封头。

2.3 校核罐体及封头的水压试验强度

由水压实验公式： ()σ?

σσσS

e

i

T

t e D p 96

.02≤+=

MPa P p

T

7.216.225.125.1=?=?=

mm e

2.168.118=-=σ

MPa S

325=σ

MPa s 5.2929.032596.0=?=σ ()MPa 7.1841

2.1622.1622007.2=??+?=

T σ

可见 ：

σσ

S 96.0

所以满足水压试验，强度足够。

2.4 人孔设计

根据储罐的设计温度、工作压力、材质及使用要求等条件，选用公称压力PN=2.5Mpa 的水平吊盖带颈对焊法兰人孔，其公称直径选定为DN=450mm 。采用榫槽密封面（T.G ）型和石棉橡胶板垫片（A.G ）。人孔各零件名称、材质及尺寸见表2-2，结构见1-1图。该水平吊盖带颈对焊法兰人孔的标记： 人孔TG Ⅷ(A.G) 450-2.5 HG21524-95 [4]

人孔PN2.5 DN450（HG21524-95）明细表2-2

其图见后附图 1-1

2.5 人孔补强

人孔开孔补强采用补强圈结构，材质为16MnR 。根据补强经验,补强圈的厚度与筒体壁厚相等，其补强强度足够，故补强圈厚度取18mm 。

2.6 接口管

本储罐有以下接管 2.6.1 液氨进料管

采用流速为1.5m/s ,3.8小时流到16.5m3（22?0.75），故Qv,h=4.34m 3/h

mm u s Qv D 32,45

.114.336005

.54===

??

π

采用mm mm 5.338?φ的无缝钢管，管的一端切成45°，深入储罐内少许，配用图面板式平焊管法兰，法兰标记：HG20592 法兰PL32-2.5RF 16MnR 。因该

mm mm 5.338?φ其设计压力等于2.5MPa ，接管公称外径小于89mm 且接管最小壁厚满足表3-31[5],所以不用补强。

2.6.2液氨出料管

φ，将它用法兰固定在接口管采用可拆的压出管mm

mm3

25?

φ内。罐体的接口管法兰采用HG20592 法兰PL32-2.5 RF 16Mn, mm5.3

mm

38?

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法兰HG20592 法兰PL32-2.5 RF 16Mn相同，其内径为25mm。压出管深入储罐2.1m。

2.6.3 排污管

φ，管端装储罐右端最低部，安设排污管一个，管子规格mm

57?

mm5.3

有一与截止阀J41W-16相配的管法兰：HG20592 法兰PL50-2.5 RF 16Mn

2.6.4 液面计接管

本储罐采用玻璃防霜面计AI2.5—1260—50 HG/T2155-93两只。

其中：AI—防霜面计类型 2.5—公称压力等级，MPa 1260—液面计的公称长度50—防霜翅片高度，mm

HG/T2155-93—液面计的标准图号

2.6.5 放空接口管

φ无缝钢管，管法兰HG20592 法PL25-2.5 RF 16Mn 采用mm

mm5.3

32?

2.7 鞍座

储罐总质量: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

2.7.1罐体质量

DN=2200mm, δn=18mm筒件。每米质量q1=984kg/m (见附表4)[4]故m1= q1?L=984?5=4920kg

2.7.2封头质量

DN=2200mm, δn=18mm 直角高度40mm的标准椭圆形封头。

其质量m2=782kg(附表6)[4]

2.7.3液氨质量

m 3=ψV ρ 式中： ψ----装填系数，取0.75

V----储罐体积 V=V 封+V 筒=22.08m3 ρ---液氨在-20℃时密度665kg/m3 m 3=0.75?22.08?665=11012.4kg

2.7.4附件质量 人孔质量约重200kg ；

法兰质量列如下表：

法兰总质量=10.59kg m 4=200+250+10.59=460.59kg

设备总质量：m= m 1+m 2+ m 3+ m 4=4920+1564+11012.4+460.59 =17956.99kg F=

2mg =2

81

.999.17956?=88.08kN 即每个鞍座只承受约88.08kN 负荷，根据附录16[5] 表40，可以选用轻型带垫板、包角为120°的鞍座。

故选用： JB/T4712-92 鞍座 A2200-F

JB/T4712-92 鞍座 A2200-S

第三章设备总装配图3.1设备总装配图示

见附图2-2，各零部件的名称、规格、尺寸、材料等见明细表。

3.2 储罐技术要求

储罐技术要求：

3.3 设计技术特性

综上计算过程，其结果如技术特性表：