立式储罐课程设计设计题目:二氧化碳立式储罐.doc
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1、过程设备设计课程设计 过程设备课程设计任务书 一、设计题目:二氧化碳立式储罐 二、 技术特性指标 设计压力:1.81MPa 最高工作压力:1.6MPa 设计温度:165 工作温度:125 受压元件材料:16MnR 介质:二氧化碳气体 腐蚀裕量:1.0mm 焊缝系数:0.85 全容积:13m3 装料系数:0.9 三、设计内容 1、储罐的强度计算及校核 2、选择合适的零部件材料 3、焊接结构选择及设计 4、安全阀和主要零部件的选型 5、绘制装配图和主要零部件图 四、设计说明书要求 1、字数不少于5000字。 2、内容包括:设计参数的确定、结构分析、材料选择、强度计算及校核、焊接结构设计、标准零部件
2、的选型、制造工艺及制造过程中的检验、设计体会、参考书目等。 3、设计说明书封面自行设计(计算机打印),要求有设计题目、班级、学生姓名、指导教师姓名、设计时间。(全班统一) 4、设计说明书用A4纸横订成册,封面和任务书在前。XXIII 过程设备设计课程设计 目 录第一章 绪论11.1 储罐的分类11.2 立式二氧化碳储罐设计的特点21.3 设计内容及设计思路2第二章 零部件的设计和选型42.1 材料用钢的选取42.1.1 容器用钢42.1.2 附件用钢42.2 封头的设计52.2.1 封头的选择52.2.2 封头的设计计算52.3 筒体的设计62.3.1 筒体的设计计算62.4 人孔的设计62.
3、4.1 人孔的选择62.4.2 人孔的选取72.5 容器支座的设计92.5.1 支座选取92.5.2 支座的设计102.5.3 支座的安装位置112.6 接管、法兰、垫片和螺栓的选取132.6.1 接管的选取132.6.2 法兰的选取132.6.3 垫片的选取152.6.4 螺栓的选取15第三章 强度设计与校核173.1 圆筒强度设计173.2 封头强度设计173.3 人孔补强设计18第四章 试验校核214.1 水压试验214.1.1 试验目的214.1.2 试验强度校核214.2 气密性试验22总结23参考文献24 过程设备设计课程设计 第一章 绪论1.1 储罐的分类压力储罐的组成部分根据文
4、献1一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外,还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因,容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前,世界各国均将其列为重要的监检产品,由国家指定的专门机构。按照国家规定的文献2法规和标准实施监督检查和技术检验。储罐按其制造材质可分为金属罐和非金属罐。在化工、石油化工和石油等工业中储存液化气以外的原料油主要采用金属储罐,即金属油罐。油罐分类金属油罐可根据油罐所处位置、几何形状和不同结构形式等几方面来划分。 1、按油罐所处位置划分 分为地上油罐、半地下油罐
5、和地下油罐三种。(1) 地上油罐。指油罐的罐底位于设计标高0.00及其以上;罐底在设计标高0.00以下但不超过油罐高度的1/2,也称为地上油罐。(2) 半地下油罐。半地下油罐是指油罐埋入地下深于其高度的1/2,而且油罐的液位的最大高度不超过设计标高0.00以上0.2m。(3) 地下油罐。地下油罐指罐内液位处于设计标高0.00以下0.2m的油罐。2、按油罐的几何形状划分 按油罐的几何形状可划分为:(1) 立式圆柱形罐;(2) 卧式圆柱形罐;(3) 球形罐;球形储罐和圆筒形储罐相比:前者具有投资少,金属耗量少,占地面积少等优点,但加工制造及安装复杂,焊接工作量大,故安装费用较高。一般储存总量大于5
6、00m3或单罐容积大于200m3时选用球形储罐比较经济,而圆筒形储罐具有加工制造安装简单,安装费用少等优点, 但金属耗量大占地面积大, 所以在总储量小于500m3或单罐容积小于100m3时选用圆筒形储罐比较经济。圆筒形储罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形储罐, 只有某些特殊情况下(站内地方受限制等) 才选用立式。但本说明书主要讨论立式圆筒形二氧化碳储罐的设计。1.2 立式二氧化碳储罐设计的特点立式储罐,危险性大,容易发生火灾和爆炸事故,必须按照有关文献3,建立防火、防爆制度,经常进行防火巡查,严格进行消防安全管理,确保消防安全。国家劳动部门把这类设
7、备作为受安全监察的一种特殊设备,并在技术上进行了严格、系统和强制性的管理,制定了一系列地强制性或推荐性地规范标准和技术法规,对压力容器的设计、材料、制造、安装、检验、使用和维修提出了相应的要求,同时为确保其安全可靠,实施了持证设计、制造和检验制度。储罐区防火防爆应按文献4规定。此类容器接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程(简称容规) 的监督,因此设计必须严格按照标准进行。二氧化碳,化学式为CO2,碳氧化物之一,是一种无机物,常温下是一种无色无味气体,密度比空气略大,微溶于水,并生成碳酸。(碳酸饮料基本原理)可以使澄清的石灰水变浑浊,做关于呼吸作用的产物等产生二氧化碳的试验都可以用到。二氧化碳
8、不参与燃烧,密度比空气略大,所以也被用作灭火剂。二氧化碳是绿色植物光合作用不可缺少的原料,温室中常用二氧化碳作肥料。立式二氧化碳储罐,此次设计针对的是第一类压力容器的设计。储罐主要由筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。储罐上设有进料管、出料管、排污管以及安全阀、压力表等。1.3 设计内容及设计思路 设计内容: 1、储罐的强度计算及校核 2、选择合适的零部件材料 3、焊接结构选择及设计 4、安全阀和主要零部件的选型 5、绘制装配图和主要零部件图 表1-1 技术特性指标序号名称指标1设计压力 MPa1.812设计温度 0C1653最高工作压力 MPa1.64工作温度 0C1255工作介质二氧化
9、碳气体6主要受压元件材料16MnR7焊接接头系数0.858腐蚀余量 mm1.09全容积 m31310容器内别第一类设计思路:我的设计题目是二氧化碳气体储罐设计,设计压力为1.81MPa,设计温度为165 0C 。首先我根据设计压力、设计温度、介质特性在结合经济性选择了筒体和封头的材料16MnR以及各附件的材料;然后进行筒体和封头的设计计算,进行筒体和封头的强度设计与校核;然后根据文献5选择支座以及支座的安装位置,根据文献6如选择人孔的型式及尺寸;最后根据文献7选择各个接管法兰及其附件。根据自己所设计的参数进行二维装配图、零件图等的绘制、说明书的编写和排版。 第二章 零部件的设计和选型 2.1
10、材料用钢的选取2.1.1 容器用钢压力容器的使用工况(如温度、压力、介质特性和操作特点等)差别很大,制造压力容器所用的钢种类很多,既有碳素钢、低合金高强度钢和低温钢,也有中温抗氢钢、不锈钢和耐热钢,还有复合钢板。一般中低压设备可采用采用屈服极限为245Mpa-345Mpa级的钢材;直径较大、压力较高的设备,均应采用普通低碳钢,强度级别宜用400Mpa级或以上;如果容器的操作温度超过4000C,还需考虑材料的蠕变强度和持久强度。16MnR钢是屈服强度340Mpa级的普通低合金高强度钢,具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性。在焊接压力容器时采用碱性焊条(J507),15MnV
11、R钢和18MnMoNbR钢是屈服强度分别为400、500Mpa级普通低合金高强度钢,虽然有较高的强度,但韧性、塑性都较C-Mn钢低,且有较高的缺口敏感性和时效敏感性。并且这两类钢均较16MnR钢昂贵。因此选用16MnR钢作为筒体与封头的材料,既符合工艺要求也节约资源,以便获得更好的经济价值 。2.1.2 附件用钢优质低碳钢的强度较低,塑性好,焊接性能好,因此在化工设备制造中常用作热交换器列管、设备接管、法兰的垫片包皮。优质中碳钢的强度较高,韧性较好,但焊接性能较差,不宜用作接管用钢。由于接管要求焊接性能好且塑性好。故选择10号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。由于法兰与支座必须具有足够大
12、的强度和刚度,以满足连接的条件,使之能够密封良好,故选用Q235-A的普通碳素钢。 2.2 封头的设计2.2.1 封头的选择从受力与制造方面分析来看,半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。椭圆形封头深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。根据文献8从钢材耗用量来看,球形封头用材最少,比椭圆形封头节约,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。2.2.2 封头的设计计算由,得封头的其他参数:查标准文献6中表B.1 EHA和B.2 EHA表椭圆
13、形封头内表面积、容积,质量,见封头尺寸表2-1。 图2-1 封头 表2-1 封头尺寸公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/容积V/质量/Kg21005655.04431.3508624.62.3 筒体的设计2.3.1 筒体的设计计算 设计体积,根据文献7选得容器公称直径,采用标准椭圆形封头:取直边高度。单个封头容积: ,封头总容积: ,单个封头内表面积, 封头总内表面积:故筒体容积: 。则筒体长度: 取整后筒体长度取。则实际体积: 筒体内表面积: 则总内表面积: 长径比: 介于1与2之间,符合条件。2.4 人孔的设计2.4.1 人孔的选择压力容器设置人孔是作为工作人员进出设备以进行检验和
14、维修之用,而且能避免因意外原因造成罐内急剧超压或真空时,损坏储罐而发生事故,还能起到安全阻火作用,是保护储罐的安全装置。因此,人孔的位置应适当,人孔直径必须保证工作人员能携带工具进出设备方便。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其筒节的公称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多,选择使用上有较大的灵活性。通常可以根据文献9需要选择,在这选用回转盖带颈对焊法兰人孔。2.4.2 人孔的选取由于贮罐是在125及最高压力为1.6MPa下工作,人孔标准按公称压
15、力2.5MPa的压力等级根据文献10标准适用于公称压力PN 2.5-6.3MPa。又因人孔盖直径较大且质量较重,故选用回转盖带颈对焊法兰人孔(A型)。人孔的型式和基本参数见下图2-2A和图2-2B。 图2-2A RF型人孔主视图 图2-2B RF型人孔俯视图人孔各部件的材料的选取:(见表2-2) 表2-2 人孔各部件的材料标号名称材料标准1筒节 16MnR2全螺纹螺柱8.8级35CrMoAHG 206133螺母 8级30CrMoHG 206134法兰 16Mn(锻件)HG 20595 5垫片 缠绕式垫片HG 206076法兰盖16MnRHG 206017把手Q235-AF8轴销Q235-AF9
16、支承板16MnR10垫圈100HVGB/T 9511 盖轴耳(1)Q235-AF12 法兰轴耳(1)Q235-AF13 法兰轴耳(2)Q235-AF14 盖轴耳(1)Q235-AF注: 1.螺柱与螺母材料匹配如下:8.8级螺柱配用8级螺母,35CrMoA螺柱配30CrMo螺母。 2.35CrMoA螺柱使用于工作温度小于或等于-20时,应进行工作温度下的低温冲击试验,其相应的材料标记代号为35CML。工作温度大于-20时,其标记代号为35CM。人孔尺寸的选取:(见尺寸表2.3) 表2-3 人孔尺寸 密封面形式凸面RF公称压力PN2.5MPa 公称直径DN450mm48012456mm670mm6
17、00mm250mm121mm42mm41mm46mmA375mm24mmB175mmL250mm螺柱数20螺母数40螺柱规格M332165总质量245kg 注:人孔高度系根据容器的直径不小于人孔的公称直径的二倍而定;如有特殊要求,允许改变,但需注明改变后的尺寸,并修正人孔总质量。 则该人孔标记为: 人孔RF (A.G)450-2.5 HG/T21518-20052.5 容器支座的设计2.5.1 支座选取支座用来支撑容器的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保持稳定。立式圆筒形容器的支座分为支承式支座、群座、腿式支座三类。由于立式支座承压能力较好且对筒体产生的局部应力较小,故根据文献11设计中选
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