3立方液氨储罐设计.docx
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1、 目 录一 设计任务、设计思想、设计特点2二 材料及结构的选择与论证3三 设计计算内容5四 容器的压力实验9五 进出料接管的选择、液面的设计10六 支座的设计12七 压力容器焊接结构设计要求141、筒体与椭圆封头的焊接接头142、管法兰与接管的焊接接头153、接管与壳体的焊接接头15八 筒体和封头的校核计算151、 筒体轴向应力校核152、 由设计压力引起的轴向应力173、 轴向应力组合与校核174、 筒体和封头切向应力校核17九 设备结构图18总结19参考文献20一 设计任务、设计思想、设计特点(1)设计任务:根据储罐筒体公称直径D i = 1220mm ,罐体公称容积 V=3m3 ,设计一
2、液氨储罐, 通过设计储罐的厚度,使其能满足工艺要求。设计任务主要分两个阶段: 准备阶段A、准备好设计资料、手册、图纸、说明书的报告纸B、认真研究、分析设计任务及有关设计数据,明确设计要求及设计内容C、认真复习有关教科书内容,熟悉有关资料及步骤D、结合有关图纸,了解设备结构及作用 机械设计阶段A、根据设计参数,论证选材、论证物料的腐蚀性及对环境的污染情况B、根据计算有关壳体的尺寸,根据压力计算壳体壁厚,校核壳体的强度,确定合理尺寸C、选用零部件,查标准及手册,确定尺寸和结构D、计算设备重量,列表有关附件的重量E、绘制设备总装图,进行缩小或放大绘图比例F、提出技术要求,对设备制造、检验、安装提出技
3、术地求,并在总图上标注清楚G、编写设计说明书(2)设计思想:各种石油化工设备,虽然大小不一、形状不同,但都有一个受到内压或外压作用的称之为压力容器的外壳。压力容器是化工生产所用的各种各样化工设备外部壳体的总称。所以,容器设计是所有化工设备设计的基础。(3)设计特点对化工压力容器的基本要求:安全可靠性的要求要求所使用的设备具有足够的强度、韧性和刚度,以及良好的密封性和腐蚀性。工艺条件的要求化工设备是为工艺过程服务的,应保证在指定的生产工艺条件下完成指定的生产任务,即满足相应的工艺条件要求经济合理性要求在满足设备的安全运行和工艺条件的前提下,结构要合理,制造要简单,尽量减少加工量,降低制造成本。便
4、于操作和维护例如所设置的阀门、平台、人孔形位置要合适,易损件便于更换等。环境保护要求所谓化工设备失效的一个新概念是“环境失败”即有害物质泄露到环境中,生产过程残留无法消除的有害物质及噪音等,化工容器在设计时包括化工工厂的选址均应考虑这些因素的影响。(2)主要设计参数的确定及说明 本储罐设计公称容积为3m3,公称直径Dg为1220mm,材料为16MnR在温度t42时工作,液氨的饱和蒸汽压为1.8MP,取P=1.8MP,取=170MP,则双面对接焊的全焊透对接焊缝为100%无损,根据书本表5-4可得焊接接头系数全部无损检测=1.00。二 材料及结构的选择与论证(1)材料选择与论证本贮罐选用16Mn
5、R制作罐体和封头。材料:本贮罐选用16MnR制作罐体和封头。16MnR表示平均含碳量为0.16%的容器钢,属于低碳钢,它的塑性好,焊接性和锻造性良好,适宜制造化工容器等焊接件和设备封头等冲压件,也可用来制造受载不大的螺栓,或经渗碳后制作齿轮和轴等零件。所以,本液氨储罐选用16MnR制作罐体和封头。(2)结构选择与论证:封头型式的确定、人孔选择、法兰型式选择确定。封头形式的确定本液氨储罐的封头选用椭圆形封头,椭圆封头是由曲率半径连续变化而成的,所以,封头上的应力分布也是均匀变化的,他的受力状态比蝶形封头要好,虽不如半球封头,但对各种封头的强度和经济合理性进行比较。从钢材耗用量考虑:球形封头用量最
6、少,比椭圆形封头节约25.8,平板封头的用量最多,是椭圆形封头的4倍多。从制造考虑:椭圆形封头制造方便,平板封头则因直径和厚度较大,坯材的获得、车削加工、焊接等方面都遇到不少困难,且封头与筒体厚度相差悬殊,结构也不合理。所以,从强度,结构和制造等方面综合考虑,采用椭圆形风封头最为合理。人孔的选择人孔是安装或按检修人员进入塔器的唯一通道。一般每隔510m距离才设置一个人孔,对于直径大于800mm的填料塔,人孔可设在每段填料层的上、下,同时兼作填料装卸孔用。根据储罐是在常温及最高工作压力为1.8MPa的条件下工作,人孔标准应按公称压力为1.8MPa的等级选取,符合要求的有垂直吊盖带颈平焊法兰人孔和
7、和水平吊盖带颈平焊法兰人孔,本设计选用水平吊盖人孔,人孔的公称直径选定为450mm,密封压紧面采用C型。法兰形式法兰与筒体、封头或管段以角焊方式联接的,称为平焊法兰,平焊法兰制造简单,广泛应用,但刚性较差,紧用于压力不高的场合,如管法兰PN小于或等于2.5MPa,压力容器法兰PN小于或等于4.0MPa ;是筒体、封头或管段以对焊方式连接用的法兰,称为对焊法兰或带颈法兰,对焊法兰刚性好且对焊缝的强度高,适用于压力、温度较高的场合。鞍式支座的选择容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看,承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支
8、承比采用两个支承优越,因为多支承在粱内产生的应力较小。所以,从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座,这是因为当支点多于两个时,各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等,均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加,给容器的运行安全带来不利的影响。而且,现在储罐等的支座已经标准化了,所以鞍座采用了双支座,一个S型,另外一个F型,为了充分利用封头对筒体的加强作用,支座应靠近封头,即ARi ,A不大于0.2L,以便使筒体的中
9、间部分截面与支撑部分截面的弯矩值相等或相近。接管的选择容器接管一般应采用无缝钢管,所以液体进出料口接管材料选择无缝钢管,采用无缝钢管标准GB8163-87.材料为16MnR。结构:接管伸进设备内切成45,可避免物料沿设备内壁流动,减少物料对内壁的磨损和腐蚀。接管壁厚的要求:接管的壁厚除了要考虑上述的要求,还要考虑焊接的方法、焊接参数、加工条件、焊接位置等制造上的因素及运输、安装中的刚度要求。一般情况下,壁厚不宜小于壳体壁厚的一半,否则,应采用厚壁管或是整体锻件,以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。不需另行补强的条件:当壳体上的考空满足下述全部要求时。可以不另行补强。设计压力小于或等于2.5。两
10、相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。接管公称外径小于或等于89接管的最小壁厚满足以下要求。表1 接管最小壁厚要求接管公称直径/57766589最小壁厚/5.06.0因此热轧无缝钢管的尺寸。取接管伸出长度为。三 设计计算内容1.封头及筒体的设计计算:标准椭圆形封头是中低压容器中经常采用的封头形式,其最新的标准为JB/T4746-2002.该标准规定以内径为公称直径的标准椭圆形封头(代号EHA)的直边高度只与公称直径有关:DN2000mm时,直边高度为25mm;DN2000mm时,直边高度为40mm。由于所设计的筒体公称直径DN=1220mm2000mm,所以直边高度为h=25mm,根据
11、JB/T47462002钢制压力容器用封头的规定,以内径为基准的标准椭圆形封头形式代号为EHA,以外径为基准的椭圆形封头形式代号为EHB,这两种封头的内表面积、容积和质量分别列于表2、表3中:表2 EHA椭圆形封头内表面积、容积(JB/T47462002)序号公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m3序号公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2 容积V/m313001000.12110.00533429007659.48073.456723501130.16030.008035300079010.13293.817034001250.20490.01153631008
12、1510.80674.201544501380.25480.015937320084011.50214.611055001500.31030.021338330086512.21935.046365501630.37110.027739340089012.95815.508076001750.43470.035340350091513.71865.997286501880.50900.044241360094014.50086.514497002000.58610.054542370096515.30477.0605107502130.66860.066343380099016.13037.6
13、364118002250.75660.0796443900101516.97758.2427128502380.84990.0946454000104017.84648.8802139002500.94870.1113464100106518.73709.5498149502631.05290.1300474200109019.649310.25231510002751.16250.1505484300111520.583210.98831611003001.39800.1980494400114021.538911.75881712003251.65520.2545504500116522.
14、516212.56441813003501.93400.3208514600119023.515213.40601914003752.23460.3977524700121524.535914.28442015004002.55680.4860534800124025.578215.20032116004252.90070.5864544900126526.642216.15452217004503.26620.6999555000129027.728017.14792318004753.65350.8270565100131528.835318.18112419005004.06240.96
15、87575200134029.964419.25502520005254.49301.1257585300136531.115220.37042621005655.04431.3508595400139032.287621.52812722005905.52291.5459605500141533.481722.72882823006156.02331.7588615600144034.697523.97332924006406.54531.9905625700146535.935025.26243025006657.08912.2417635800149037.194126.59693126
16、006907.65452.5131645900151538.475027.97763227007158.24152.8055656000154039.777529.40533328007408.85033.1198表3 EHA椭圆形封头质量(JB/T47462002)/kg序号公称直径DN/mm封头名义壁厚n/mm2345681012141618202224262830321300 1.92.83.84.8 5.87.82350 2.53.75.06.3 7.610.334004.86.48.0 9.713.116.520.023.644505.97.910.012.016.220.424.8
17、29.255007.29.612.114.6 19.624.730.035.340.746.251.865508.611.514.417.423.429.535.741.948.354.861.4760010.113.517.020.427.534.641.849.256.764.271.9865011.715.719.723.8 31.940.248.557.065.674.483.2970013.518.122.727.336.646.155.765.475.385.295.31075015.420.625.831.141.752.563.474.485.6 96.8108.3 11800
18、23.329.235.1 47.159.3 71.583.996.5109.2122.0135.0148.2161.4174.91285026.132.839.452.966.580.294.1 108.1122.3136.6 151.1165.8180.6195.51390029.236.544.058.974.189.3104.8 120.4136.1152.0168.1184.4200.8217.31495032.340.548.8 65.382.199.0116.1 133.3150.7168.3186.0203.9 222.0240.315100035.744.753.8 72.19
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