化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)---液氨貯罐的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　2 液氨貯罐的分類(lèi)及選型3</p><p>　　2.1 貯罐的分類(lèi)3</p><p>　　2.2貯罐的選型3</p><p>　　3 材料用鋼的選取

2、4</p><p><b>　　3.1容器用鋼4</b></p><p><b>　　3.2附件用鋼4</b></p><p>　　4 工藝尺寸的計(jì)算5</p><p><b>　　5 工藝計(jì)算6</b></p><p>　　5.1筒體壁厚的計(jì)算

3、6</p><p>　　5.2封頭壁厚的計(jì)算6</p><p><b>　　5.3水壓試驗(yàn)7</b></p><p><b>　　5.4支座7</b></p><p>　　5.4.1支座的選取7</p><p>　　5.4.2鞍座的計(jì)算7</p>&

4、lt;p>　　5.4.3安裝位置9</p><p>　　5.4.4 鞍座強(qiáng)度校核</p><p><b>　　5.5人孔9</b></p><p>　　5.5.1人孔的選取</p><p>　　5.5.2人孔補(bǔ)強(qiáng)9</p><p><b>　　5.6接口管10</b&

5、gt;</p><p>　　5.6.1液氨進(jìn)料管10</p><p>　　5.6.2液氨出料管10</p><p>　　5.6.3排污管11</p><p>　　5.6.4液面計(jì)接管11</p><p>　　5.6.5放空接口管11</p><p>　　5.6.6安全閥接口管11&l

6、t;/p><p>　　7 筒體和封頭的校核計(jì)算</p><p>　　7.1 筒體軸向應(yīng)力校核</p><p>　　7.2 筒體和封頭切向應(yīng)力校核</p><p><b>　　8 設(shè)計(jì)評(píng)述12</b></p><p>　　9 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表13</p><p><b&g

7、t;　　10參考文獻(xiàn)15</b></p><p>　　第一章 液氨貯罐的設(shè)計(jì)背景</p><p>　　化學(xué)工業(yè)和其它流程工業(yè)的生產(chǎn)都離不開(kāi)容器。所有的化工設(shè)備的殼體都是一種容器，容器的應(yīng)用遍及各行各業(yè)，諸如航空、航海、機(jī)械制造、輕工、動(dòng)力等行業(yè)。然而化工容器又有其本身特點(diǎn)，不僅要適應(yīng)化學(xué)工藝過(guò)程所要求的壓力和溫度條件，還要承受化學(xué)介質(zhì)的作用，要能長(zhǎng)期的安全工作且保證良好的密封

8、。因此在容器的設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮個(gè)方面的因素，使之達(dá)到最優(yōu)。</p><p>　　液氨主要用于生產(chǎn)硝酸、尿素和其它化學(xué)肥料，還可用作醫(yī)藥和農(nóng)藥的原料。在國(guó)防工業(yè)中用于制造火箭、導(dǎo)彈的推進(jìn)劑，可用作有機(jī)化工產(chǎn)品的氨化原料，還可用作冷凍劑，將氨進(jìn)行分解，分解成氫氮混合氣體這種混合氣體是一種良好的保護(hù)氣體，可以廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)、冶金工業(yè)以及需要保護(hù)氣氛的其它工業(yè)和科學(xué)研究中。</p><p>

9、;　　為能夠進(jìn)行連續(xù)的生產(chǎn)，需要有儲(chǔ)存液氨的容器，因此設(shè)計(jì)液氨貯罐是制造貯罐的必備步驟，是化工生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行的前提。</p><p>　　第二章 液氨貯罐的分類(lèi)及選型 </p><p><b>　　2.1 貯罐的分類(lèi)</b></p><p>　　貯罐按其形狀可分為

10、方形和矩形容器、球形容器、圓筒形容器（立式、臥式）。</p><p>　　按其承壓性質(zhì)可分為內(nèi)壓和外壓，內(nèi)壓容器又可分為低壓、中壓、高壓、超高壓4個(gè)壓力等級(jí)。</p><p>　　按其工作的溫度環(huán)境可分為低溫、常溫、中溫、高溫容器。</p><p>　　按制造器的材料可分為金屬制和非金屬制兩類(lèi)。</p><p>　　按其應(yīng)用情況可分為反應(yīng)壓力

11、容器（R）、換熱壓力容器（E）、分離壓力容器（S）、儲(chǔ)存壓力容器（C）等。</p><p><b>　　2.2貯罐的選型</b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)中由于設(shè)計(jì)體積較?。s為35m3）且工作壓力較?。╬0=1.6MPa）可采用臥式圓筒形容器，方形和矩形容器大多在很小設(shè)計(jì)體積時(shí)采用，因其承壓能力較小且使用材料較多；而球形容器雖承壓能力強(qiáng)且節(jié)省材料，但制造較難且安

12、裝內(nèi)件不方便；立式圓筒形容器承受自然原因引起的應(yīng)力破壞的能力較弱，故選用圓筒形臥式容器。</p><p>　　第三章 材料用鋼的選取</p><p><b>　　3.1容器用鋼</b></p><p>　　壓力容器的使用工況（如溫度、壓力、介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)等）差別很大，制造壓力容器所用的鋼種類(lèi)很多，既有碳素鋼、低合金高強(qiáng)度鋼和低溫鋼，也有中溫

13、抗氫鋼、不銹鋼和耐熱鋼，還有復(fù)合鋼板。</p><p>　　一般中低壓設(shè)備可采用采用屈服極限為245Mpa~345Mpa級(jí)的鋼材；直徑較大、壓力較高的設(shè)備，均應(yīng)采用普通低碳鋼，強(qiáng)度級(jí)別宜用400Mpa級(jí)或以上；如果容器的操作溫度超過(guò)4000C，還需考慮材料的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。</p><p>　　16MnR鋼是屈服強(qiáng)度350Mpa級(jí)的普通低合金高強(qiáng)度鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性能、

14、工藝性能以及低溫沖擊韌性。在焊接壓力容器時(shí)采用堿性焊條（J507），15MnVR鋼和18MnMoNbR鋼是屈服強(qiáng)度分別為400、500Mpa級(jí)普通低合金高強(qiáng)度鋼，雖然有較高的強(qiáng)度，但韌性、塑性都較C-Mn鋼低，且有較高的缺口敏感性和時(shí)效敏感性。并且這兩類(lèi)鋼均較16MnR鋼昂貴。</p><p>　　因此選用6MnR鋼既符合工藝要求也節(jié)約資源，以便獲得更好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值 。</p><p>&l

15、t;b>　　3.2附件用鋼</b></p><p>　　優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強(qiáng)度較低，塑性好，焊接性能好，因此在化工設(shè)備制造中常用作熱交換器列管、設(shè)備接管、法蘭的墊片包皮。</p><p>　　優(yōu)質(zhì)中碳鋼的強(qiáng)度較高，韌性較好，但焊接性能較差，不宜用作接管用鋼。</p><p>　　由于接管要求焊接性能好且塑性好。故選擇10號(hào)優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無(wú)縫鋼管制作各型

16、號(hào)接管。</p><p>　　由于法蘭必須具有足夠大的強(qiáng)度和剛度，以滿足連接的條件，使之能夠密封良好，故選用Q235-A的普通碳素鋼。</p><p>　　第四章 工藝尺寸的確定</p><p><b>　　4.1方案一</b></p><p>　　設(shè)計(jì)體積，公稱(chēng)直徑，</p><p>　　采用標(biāo)

17、準(zhǔn)橢圓形封頭，查附錄5：取直邊高度，</p><p>　　則單個(gè)封頭容積，封頭總?cè)莘e，</p><p>　　單個(gè)封頭內(nèi)表面積，封頭總內(nèi)表面積</p><p>　　故筒體容積，則筒體長(zhǎng)度，</p><p>　　取整后筒體長(zhǎng)度取為，則實(shí)際體積</p><p>　　筒體內(nèi)表面積,則總內(nèi)表面積</p><p

18、><b>　　長(zhǎng)徑比1.69</b></p><p><b>　　4.2方案二</b></p><p>　　設(shè)計(jì)體積，公稱(chēng)直徑，</p><p>　　采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，查附錄5：取直邊高度，同理可計(jì)算出</p><p>　　筒體長(zhǎng)度取為，實(shí)際體積，</p><p>&

19、lt;b>　　總內(nèi)表面積</b></p><p><b>　　長(zhǎng)徑比2.15</b></p><p>　　經(jīng)比較可得，取公稱(chēng)直徑時(shí)所用的鋼材較少，且承受各種力和載荷的能力較優(yōu)。</p><p><b>　　第五章 工藝計(jì)算</b></p><p>　　5.1筒體壁厚的計(jì)算</

20、p><p><b>　　根據(jù)公式有：</b></p><p>　　由于宜賓夏季最高溫度可達(dá)40時(shí)氨的飽和蒸汽壓為（絕對(duì)壓力）， 貯罐的設(shè)計(jì)壓力，</p><p>　　16MnR在40鋼的許用應(yīng)力（附表1），</p><p><b>　　公稱(chēng)直徑，</b></p><p>　

21、?。p面對(duì)接焊縫，100%探傷，表3-12），</p><p>　　由于液氨對(duì)金屬有一定的腐蝕，故屬單面腐蝕取，</p><p><b>　　故，</b></p><p>　　查表3-13取鋼板負(fù)偏差，</p><p><b>　　則筒體的計(jì)算壁厚，</b></p><p>

22、　　圓整后，圓筒的名義壁厚。</p><p>　　5.2封頭壁厚的計(jì)算</p><p>　　采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。</p><p>　　根據(jù)公式，封頭設(shè)計(jì)壁厚，</p><p>　　查表3-13取鋼板負(fù)偏差，</p><p><b>　　則筒體的計(jì)算壁厚，</b></p><p&

23、gt;　　式中，（因鋼板最大寬度為3m，此貯罐直徑為2800mm故封頭需將鋼板并焊后沖壓），其它符號(hào)同前。</p><p>　　考慮沖壓減薄量，圓整后取名義壁厚的16MnR鋼制作封頭。</p><p><b>　　5.3水壓試驗(yàn)</b></p><p><b>　　根據(jù)公式，</b></p><p>

24、;　　式中:PT=1.25P=2MPa， ， ，</p><p><b>　　則，</b></p><p>　　故符合工藝條件的要求。</p><p><b>　　5.4支座</b></p><p>　　5.4.1支座的選取</p><p>　　支座用來(lái)支撐容器

25、的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。臥式圓筒形容器的支座分為鞍式支座、圈座、腿式支座三類(lèi)。由于鞍式支座承壓能力較好且對(duì)筒體產(chǎn)生的局部應(yīng)力較小，故此設(shè)計(jì)中選用鞍式支座。</p><p>　　鞍座分為A型（輕型）和B型（重型）兩類(lèi)，每種形式的鞍座又分為固定式支座（F）和滑動(dòng)式支座（S）兩種。由于在此設(shè)計(jì)中，貯罐體積較小且長(zhǎng)徑比較小，故采用A型雙鞍座，一為固定式一為滑動(dòng)式支座。</p><

26、;p>　　5.4.2鞍座的計(jì)算</p><p>　　首先估算計(jì)算鞍座的負(fù)荷。</p><p><b>　　貯罐總質(zhì)量：</b></p><p>　　式中：m1為筒體質(zhì)量（kg），m2為封頭質(zhì)量（kg），m3為液氨質(zhì)量（kg），m4為附件質(zhì)量（kg）。</p><p>　　5.4.2.1筒體質(zhì)量m1</p>

27、;<p>　　，的筒節(jié)，每米質(zhì)量為q1=1110kg（附表4），</p><p>　　故m1= q1L=1110*4.7=5217kg</p><p>　　5.4.2.2封頭質(zhì)量m2</p><p>　　，直邊高度h=40mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其質(zhì)量為q2=1120kg（附表6），</p><p>　　故m2=2q2=2240k

28、g</p><p>　　5.4.2.3液氨質(zhì)量m3</p><p>　　式中：為裝料系數(shù)，取0.7; 為貯罐容積，；為液氨在時(shí)-200C的密度為665kg/m3。</p><p><b>　　所以，</b></p><p>　　5.4.2.4附件質(zhì)量</p><p>　　人孔約重200kg，其它接

29、口管的總重約350kg計(jì)，</p><p><b>　　故m4=550kg</b></p><p><b>　　則設(shè)備總質(zhì)量：</b></p><p>　　由于每個(gè)鞍座承受約119kN負(fù)荷，故選用輕型帶墊板包角為1200的鞍座，即JB/T4712-92鞍座A2800-F, JB/4712-92鞍座A2800-S。<

30、/p><p>　　A型支座系列參數(shù)尺寸（表3-27）</p><p><b>　　5.4.3安裝位置</b></p><p>　　貯罐總長(zhǎng)L＝4700＋﹙700＋40﹚×2＝6180mm＝6.18m</p><p>　　L＝2a＋l　　　a＝0.208L</p><p>　　a為鞍座離罐體一

31、端的距離，</p><p>　　l為兩鞍座之間的距離。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算，有a=1.28m=1280mm，</p><p>　　l=3.62m=3620mm。 </p><p><b>　　5.5人孔的選取</b></p><p>　　由于貯罐是在常溫及最高壓力為1.6MPa下工作，人

32、孔標(biāo)準(zhǔn)按公稱(chēng)壓力1.6MPa的壓力等級(jí)選取。又人孔蓋直徑較大且質(zhì)量較重，選用水平吊蓋法蘭人孔，因?yàn)槿丝捉Y(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷(xiāo)軸，在檢修時(shí)只需松開(kāi)螺栓將蓋板繞銷(xiāo)軸旋轉(zhuǎn)，即可輕松進(jìn)入，而不必將其取下以節(jié)約維修時(shí)間。</p><p>　　帶頸平焊法蘭人孔標(biāo)準(zhǔn)尺寸（表15-55）</p><p>　　該人孔標(biāo)記為：HG21523-95 人孔R(shí)FⅡⅢ（A.G）450-1.6</p>&l

33、t;p>　　5.6人孔補(bǔ)強(qiáng)的確定</p><p>　　為了滿足各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免的要在容器的筒體或封頭上開(kāi)孔并安裝接管。開(kāi)孔后，殼壁因除去了一部分承載的金屬材料而被削弱，而出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。為保證容器安全運(yùn)行，對(duì)開(kāi)孔必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右匝a(bǔ)強(qiáng)，以降低峰值應(yīng)力。這里采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、使用經(jīng)驗(yàn)豐富。</p><p><b>　　5.6.1人孔

34、補(bǔ)強(qiáng)</b></p><p>　　由于人孔的筒節(jié)不是采用無(wú)縫鋼管制造，故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。因人孔內(nèi)徑d=450mm，壁厚，故補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑D1=450+210+14=484mm，外徑D2=760mm。</p><p><b>　　補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度計(jì)算：</b></p><p>　　考慮到筒體與人孔筒節(jié)均有一定的壁厚裕量，故補(bǔ)強(qiáng)圈的壁厚

35、取22mm。 </p><p>　　5.6.2不需補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑</p><p>　　由于鋼板具有一定的規(guī)格，殼體的壁厚往往超過(guò)實(shí)際強(qiáng)度的需要，厚度增加，使最大應(yīng)力降低，相當(dāng)于容器已被整體加強(qiáng)，并且容器的開(kāi)孔總有接管相連，其接管多于實(shí)際需要的壁厚也起補(bǔ)強(qiáng)作用。同時(shí)由于容器材料具有一定的塑性?xún)?chǔ)備，允許承受不大的局部應(yīng)力。故當(dāng)孔徑不超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，可不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。</p>&l

36、t;p><b>　　不需要補(bǔ)強(qiáng)的條件:</b></p><p>　　○設(shè)計(jì)壓力小于或等于 2.5MPa；</p><p>　　○兩相鄰開(kāi)孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔徑之和的兩倍；</p><p>　　○接管公稱(chēng)外徑小于或等于89mm；</p><p>　　○接管最小壁厚滿足下表的要求。</p><p

37、><b>　　接管最小壁厚</b></p><p>　　注:接管的腐蝕裕量為1mm</p><p><b>　　5.7接口管</b></p><p>　　5.7.1液氨進(jìn)料管</p><p>　　進(jìn)料管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)部并將管的一端切成450，為的是避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動(dòng)以減少磨蝕和腐蝕。為了在短時(shí)

38、間內(nèi)將物料注滿容器。</p><p>　　取的低合金無(wú)縫鋼管。配用具有凸面密封的平焊管法蘭，法蘭標(biāo)記：HG20592 法蘭PL68-1.6 RF Q235A</p><p>　　5.7.2液氨出料管</p><p>　　在化工生產(chǎn)中，需要將液體介質(zhì)運(yùn)送到與容器平行的或較高的設(shè)備中去，并且獲得純凈無(wú)雜質(zhì)的物料。</p><p>　　故采用可拆

39、的壓料管排料方式。取壓出管，將它用法蘭固定接口管內(nèi)。</p><p>　　筒體的接口管法蘭采用HG20592 法蘭PL32-1.6 FF Q235A。與該法蘭相配并焊接在壓出管的法蘭上，其連接尺寸和厚度與HG20592 法蘭PL32-1.6 FF Q235A相同，但其內(nèi)徑為25mm。</p><p>　　液氨壓出管的端部法蘭采用HG20592 法蘭PL20-1.6 FF Q235A。

40、壓出管伸入貯罐2.75m，為了能更大限度的吸走介質(zhì)，因此在壓出管出口安裝一軟接管。</p><p><b>　　5.7.3排污管</b></p><p>　　在清洗貯罐式，為了能夠?qū)U液完全排除貯罐外，液氨介質(zhì)會(huì)腐蝕罐壁而出現(xiàn)沉淀，故需在筒體底部安設(shè)排污管一個(gè)。</p><p>　　因此管子規(guī)格取為：，管端焊有一與截止閥J41W-16相配的管法

41、蘭HG20592 法蘭PL50-1.6 RF Q235A。</p><p>　　5.7.4液面計(jì)接管</p><p>　　液面計(jì)是用來(lái)觀察設(shè)備內(nèi)部液位變化的一種裝置，通過(guò)測(cè)量液位來(lái)確定容器中物料的數(shù)量。由于設(shè)備不大且壓力較小，物料潔凈。</p><p>　　故采用玻璃管液面計(jì)BIW PN1.6，L=1200mm，HG5-227-80兩支。</p>&

42、lt;p>　　與液面計(jì)相配的接口管尺寸為：，管法蘭HG20592 法蘭PL15-1.6 FF Q235A。</p><p>　　5.7.5放空接口管</p><p>　　為了在注入液體時(shí)，將容器內(nèi)的空氣排到罐體外以便能順利快速地注入，需安設(shè)一放空管。</p><p>　　故采用的無(wú)縫鋼管，管法蘭HG20592 法蘭PL22-1.6 FF Q235A。<

43、;/p><p>　　5.7.6安全閥接口管</p><p>　　安全閥是通過(guò)閥的自動(dòng)開(kāi)啟排出氣體來(lái)降低容器內(nèi)過(guò)高的壓力。為了操作的安全，因此安設(shè)一安全閥。安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。</p><p>　　因此選用的無(wú)縫鋼管，管法蘭HG20592 法蘭PL25-1.6 FF Q235A。</p><p>　　接口管中，其選擇的條均在不需要

44、補(bǔ)強(qiáng)的條件之內(nèi)，因此，以上接口管在筒體上的開(kāi)孔不需要補(bǔ)強(qiáng)。</p><p><b>　　第六章 總結(jié)</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)中，由于貯罐容積較小，故采用臥式圓筒形容器，因此其長(zhǎng)徑比較小。在選材時(shí)綜合考慮材料的物理、力學(xué)性能，耐腐蝕性，經(jīng)濟(jì)性。在進(jìn)行工藝計(jì)算后再進(jìn)行了強(qiáng)度校核。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，查閱資料參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇附件。設(shè)計(jì)完畢后，參照設(shè)計(jì)結(jié)果繪制了貯罐設(shè)備

45、圖。</p><p>　　由于知識(shí)有限，在設(shè)計(jì)中還有諸多不明之處，需要繼續(xù)學(xué)習(xí)，以補(bǔ)充知識(shí)的缺陷。通過(guò)設(shè)計(jì)，從中學(xué)到了綜合分析問(wèn)題的能力，增加了設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，更進(jìn)一步提高了手工繪圖的技能。</p><p>　　第七章 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</p><p>　　第八章 液氨貯罐化工設(shè)備圖</p><p>　　貯罐的總裝配圖見(jiàn)附頁(yè)，各零部件的名稱(chēng)，規(guī)格、尺

46、寸、材料等見(jiàn)明細(xì)表。</p><p>　　貯罐技術(shù)要求：本設(shè)計(jì)按GB 150-1998《鋼制壓力容器》進(jìn)行制造，試驗(yàn)和驗(yàn)收；焊接材料、對(duì)接焊接接頭形式及尺寸可按GB 985-80中規(guī)定（設(shè)計(jì)焊接接頭系數(shù)取1.0）;焊接采用電弧焊，焊條牌號(hào)E4303；殼體焊縫應(yīng)進(jìn)行無(wú)損探傷檢查，探傷長(zhǎng)度為100%；設(shè)備制造完畢后，以2.0MPa表壓進(jìn)行水壓試驗(yàn)；管口安裝位置見(jiàn)圖。</p><p><b

47、>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 譚蔚.化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2007</p><p>　　[2] 王菲 林英. 化工設(shè)備用鋼[M] .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[3] 化工設(shè)計(jì)機(jī)械基礎(chǔ)[M]</p><p>　　[4] 陳志平 曹志錫.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)與

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