m乙醇储罐设计.doc
- 文档编号:16138841
- 上传时间:2023-07-10
- 格式:DOC
- 页数:39
- 大小:1.53MB
m乙醇储罐设计.doc
《m乙醇储罐设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《m乙醇储罐设计.doc(39页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
荆楚理工学院
课程设计成果
学院:
_____化工与药学院____________班级:
12级过程装备与控制工程2班
学生姓名:
吴小天学号:
2012402020207
设计地点(单位)___荆楚理工学院_______________________
设计题目:
__________15m³乙醇储罐设计_____________________________
完成日期:
2015年12月25日
指导教师评语:
_______________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
成绩(五级记分制):
________________
教师签名:
_________________________
目录
一、设计任务书
二、总体结构设计
三、机械强度设计
3.1筒体的强度计算
3.2封头的强度计算
3.3开孔补强验算
3.4法兰的选型或设计
3.5鞍座的设计
3.6水压试验校核计算
四、设备装配图
五、参考文献
六、设计心得体会
七、附录
1.荆楚理工学院课程设计任务书
设计题目:
m3液氨储罐设计
学生姓名
2012402020218~2011402020221,2014ZSB020201~2014ZSB020202
课程名称
专业课程设计
专业班级
2012级过程装备与控制工程2班
地点
化实A411
起止时间
2015.12.14—2015.12.25
设计内容及要求
一、设计任务
1、设备工艺、结构设计;
2、设备强度计算与校核;
3、技术条件编制;
4、绘制设备总装配图A1图纸1张;
5、编制设计说明书。
二、设计内容
1、储罐工艺参数计算,包括设计存储量、设计压力、设计温度等的确定。
2、储罐的结构设计。
根据储罐的结构特点,确定筒体、封头、接管、开孔、支座及安全装置等材料的选择及结构设计,焊接接头设计。
3、储罐的强度计算与校核,包括筒体、封头的厚度计算和开孔补强计算等内容。
4、储罐的零部件的选配,包括支座,手、人孔,各种设备接口:
接管与管法兰、补强圈、液体进、出料管等。
5、根据罐内介质的危险特点,对储罐在使用管理过程中应注意的安全问题提出对策措施。
6、编制设计说明书,并绘制装配图A1一张。
设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点,列出设计主要技术数据,对有关结构和材料选型作出技术上和经济上的论证和评价。
应按设计程序列出计算公式和计算结果;对所选用的公式图表应注明来历。
7、图纸要求
1)按《机械制图》、《化工设备图样技术要求》标准绘图;
2)要有足够的节点图,节点图要注明比例;要在图面正确的前提下,力求清洁,不要颠倒主次要求;
3)标题栏与明细表、技术特性表、管口表应正确无遗漏,按照标准填写准确;零件编号要齐全;
8、注意事项:
1)写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源;
2)设计说明书要求字数不少于4000字,计算正确,论述清楚,文字精练,插图简明,书写整洁,格式正确。
装订成册上交。
设计
参数
1)技术特性指标:
序号
项目
数值
单位
备注
1
名称
乙醇储罐
2
用途
乙醇储存
3
设计压力
见附表
MPa
4
设计温度
见附表
℃
5
公称容积(Vg)
见附表
m3
6
工作压力波动情况
可不考虑
7
装量系数(Φ)
0.9
8
工作介质
乙醇
9
使用地点
荆门市,室外
10
安装与地基要求
11
其他要求
2)接管口参数:
符号
公称尺寸
公称压力
连接面形式
用途或名称
A
40
凸面
进料口
B
20
凸面
放空口
C
80
凸面
出料口
D
100
凸面
排污口
LG1~2
20
凸面
液位计口
LT1~2
40
凸面
自动液位计口
M
450
凸面
人孔
进度
要求
第一天:
根据课程设计任务书查阅相关资料。
第二天:
根据设计任务和工艺要求,确定总体设计及计算。
第三天:
进行强度计算。
第四天:
进行零部件设计和选用。
第五天:
绘制草图。
第六天:
绘制绘制底图。
第七天:
加粗、标注尺寸、编件号、管口号、填技术特性表、标题栏、明细表等。
第八、九天:
整理计算说明书。
第十天:
质疑,收说明书,收图。
参考资料
[1]郑津洋等.过程设备设计.北京.化学工业出版社.2010
[2]潘红良.过程设备机械设计.上海.华东理工大学出版社.2006
[3]贺匡国.化工容器及设备简明设计手册.北京:
化学工业出版社,2002
[4]蔡纪宁.化工设备机械基础课程设计指导书北京:
化学工业出版社,2000
[5]董大勤.化工设备机械基础.北京.化学工业出版社,2010
其它
学号
姓名
设计压力MPa
设计温度℃
容积m3
学号
姓名
设计压力MPa
设计温度℃
容积m3
05
陈良建
1.2
50
50
08
赵仕奇
1.5
50
60
06
陈佳
1.2
50
70
09
林志茂
1.8
50
80
07
吴小天
1.6
50
15
10
刘阳
1.8
50
40
说明
1、本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份,教研室审批后交学院院备案,一份由负责教师留用。
2、若填写内容较多可另纸附后。
3、一题多名学生共用的,在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。
教研室主任:
指导教师:
张伟军
2014年11月2日
2.总体结构设计
2.1介质说明
化学名称:
乙醇,别名:
乙基醇、酒精
乙醇的分子式为C2H6O(结构简式为CH3CH2OH或C2H5OH),俗称酒精,在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体,它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味,并略带刺激性,沸点:
78.4°C。
乙醇的用途很广,可用乙醇来制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。
医疗上也常用体积分数为70%-75%的乙醇作消毒剂等。
2.2结构尺寸
2.2.1筒体基本尺寸
筒体的公称直径有标准选择,而它的长度L可以根据容积要求来决定。
由公式:
(1-1)
一般,取
得,圆整至:
采用标准椭圆封头,查《EHA椭圆形封头内表面积及容积表》得:
深度,内表面积,容积
由:
(1-2)
得,圆整至:
计算容积:
误差
工作容积
所以,筒体的公称直径,长度
2.2.2筒体的结构及选材
球形容器虽然省材,压能力强,但制造、安装都较困难,焊缝长,工作量大;矩形容器多用于小体积,承压能力较小;立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱。
而圆筒形容器,安装内件方便,制造容易,而且承压能力较好。
因此综合各方面因素考虑,乙醇储罐选用卧式圆筒形。
由于液氯具有腐蚀性,罐体又为低压容器、常温容器,可考虑Q235R、Q345R这两种钢种。
从技术角度看,选用Q235R类的低碳钢板更好,而Q345R钢板制造费经济,综合力学性好,工艺、焊接性能及低温冲击韧性好,为常用的低合金钢。
因此这里选用Q345R钢板。
2.2.3封头的结构及选材
对于封头的选择,球形封头是最理想的结构形式,但缺点突出深度大,直径小时,整体冲压困难,大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大;而碟形封头受力状态不佳,平板封头厚度大,耗材多且笨重。
椭圆形封头吸取了球形封头受力好和蝶形封头深度浅的优点,其封头壁厚近似等于筒体壁厚,这样筒体和封头就可采用同样厚度的钢板来制造。
这不仅可以给选材带来方便,也便于筒体和封头的焊接。
封头的材料选用和筒体一样的Q345R钢板。
选取的椭圆形封头为:
表2-1椭圆形封头参数
公称直径/mm
总深度H/mm
内表面积A/m2
容积/m3
1700
450
3.2662
0.6999
3.设计计算
3.1筒体壁厚的计算
正常工作:
P乙醇=ρ乙醇gh=0.7910³9.81.7=13.16Kpa
水压试验:
P水=ρ水gh=1.010³9.81.7=16.66Kpa
因为P水>P乙醇,所以用P水进行比较
又因为P水<5%1.610³Kpa=80Kpa,所以卧式容器液柱静压力的影响可不予考虑,故计算压力MPa。
查《压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢》许用应力列于下表:
表3-1Q345R许用应力
钢号
板厚/㎜
在下列温度(℃)下的许用应力/Mpa
≤20
100
150
200
250
300
Q345R
3~16
189
189
189
183
167
153
16~36
185
185
183
170
157
143
36~60
181
181
173
160
147
133
>60~100
181
181
167
150
137
123
假设厚度范围在6~16mm,则Q345R在50℃下其许用应力=189MPa
容器筒体采用双面对接焊缝,100%无损探伤,所以焊接接头系数为=1.00。
筒体计算厚度公式
mm(2-1)
在之间,故假设是成立的。
式中――容器计算压力,MPa;
――圆筒内直径,mm;
――容器元件材料在设计温度下的许用应力,MPa;
――圆筒的焊接接头系数
考虑介质腐蚀,计算厚度的基础上,增加腐蚀裕度。
乙醇属轻度腐蚀,取=1.0
所以筒体的设计厚度为
=7.23+1=8.23mm
因压力容器常用钢板的负偏差均为-0.3,即取=0.3。
所以,
mm
将壁厚圆整到钢板规格系列,圆整后取名义厚度10mm,因此罐体可以采用10mm的Q345R制作。
3.2封头壁厚的计算
,因封头为标准椭圆形封头,取k=1
故封头的设计厚度为:
mm
将壁厚圆整到钢板规格系列,圆整后取名义厚度10mm,因此封头可以采用10mm的Q345R制作。
3.3压力试验
采用水压试验,液压试验时水温不低于5℃,外壳应保持干燥。
设备充满水后,待壁温大致相等时,缓慢升压到规定试验压力,稳压30min,然后将压力降低到设计压力,保持30min以检查有无损坏,有无宏观变形,有无泄漏及微量渗透。
水压试验后及时排水,用压缩空气及其它惰性气体,将容器内表面吹干。
3.3.1确定水压试验的压力试验值
根据GB150标准的规定,液压试验时
(2-5)
其中——试验压力,MPa;
P——设计压力,MPa;
、——分别为液压试验温度和设计温度下壳壁材料的许用应力,MPa。
所以 MPa
3.3.2计算水压试验时器壁应力值
试验时筒体的应力为:
(2-6)
有效厚度,
所以
3.3.3强度校核
在GB150《钢制压力容器》中,Q345R的许用应力见表2-3。
表3-2压力容器用16MnR钢板的许用应力
钢号
钢板标准
使用状态
厚度
mm
常温强度指标
在下列温度(℃)下的需用应力/MPa
σb
MPa
σs
MPa
≤20
100
150
Q345R
GB713
热轧,正火
3~16
510
345
189
189
189
>16~36
500
325
185
185
183
>36~60
490
315
181
181
173
查表2-1可知10mm的Q345钢板的常温强度指标MPa。
所以,则,筒体应力小于水压试验校核应力,所以水压试验满足试验要求。
4.支座设计
4.1支座的选取
卧式容器支座有圈座、支承式支座和鞍式支座三种。
支承式支座结构简单,但其反力给壳体造成很大的局部应力,故只适应于小型设备;圈座不尽对圆筒壳具有加强作用,且当支座多于两个时较鞍座受力好,真空容器或壁厚的容器可以采用圈座;对于换热器、卧式容器等,则大多采用鞍式支座,鞍座的结构和尺寸,除特殊情况需另外设计外,一般可根据设备的公称直径和重量选用标准鞍座。
我国标准为JB/T4712.1—2007《容器支座第一部分:
鞍式支座》。
鞍式支座分为轻型(A)和重型(B),每种形式又分为固定式(F)和滑动式(S),直径1000mm以上的,轻型鞍座就即可,为保证容器的热胀冷缩的位移要求,F型和S型应总是配对使用。
所以本设计选择轻型鞍座,固定式和滑动式各一个。
4.2鞍座的计算
为确定鞍座的型号,需粗略计算鞍座的负荷。
贮罐总质量:
4.2.1筒体质量
根据的筒节,
4.2.2封头质量
根据,查标准JB/T25198-2010《压力容器封头》表C-2EHA椭圆形封头质量,可知,
4.2.3充液质量
因为乙醇,所以充液质量为水质量
(3-2)
于是
4.2.4附件质量
人孔质量约300kg,其他接口管总重约100kg,则=400kg
设备总质量:
每个鞍座的负荷
=
由此查JB4712.1-2007容器支座,选取轻型鞍式支座,焊制为A,包角为120,有垫板的鞍座。
查JB4712.1-2007表6得鞍座结构尺寸如下表3-1:
表4-1:
鞍式支座结构尺寸
公称直径
1700
腹板
8
垫板
390
允许载荷
Q/kN
275
筋板
275
8
鞍座高度
h
250
170
e
70
底板
1200
240
螺栓间距
1040
200
8
螺孔/孔长
D/l
24/40
12
垫板
弧长
1990
鞍座质量
Kg
122
4.3安装位置
一般A的尺寸不会超过0.2L,最好使A0.5(为筒体平均半径)
根据标准椭圆封头,得
所以
取
两支座中心线间距L’=L-2A=6000-2420=5160
鞍座标记为:
4.4鞍座应力校核(详见附录-1SW6计算说明书鞍座处圆通应力分析)
鞍座垫板宽度;鞍座垫板包角
横截面最低点处的周向应力:
-1.19815MPa
鞍座边角处的周向应力:
L/Rm<8时,
-20.2579MPa
鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力:
L/Rm<8时,
-32.3179MPa
应力校核:
|s5|<[s]t=189MPa合格
|s6|<1.25[s]t=236.25MPa合格
|s’6|<1.25[s]t=236.25MPa合格
5人孔的设计
5.1人孔的选取
本次设计根据储罐是在常温及设计压力为1.6MPa的条件下工作,人孔标准按公称压力为1.6MPa的等级选取,根据人孔设计标准《钢制人孔和手孔》,选取MPa,公称直径mm,MFM型密封面,Ⅲ型材料,回转盖带颈对焊法兰人孔。
标记为:
人孔B
其中垫片材料:
金属带材料为0Cr18Ni9、非金属带材料为柔性石墨带、内环材料为0Cr18Ni9
标记为:
缠绕垫B0222
表5-1:
人孔结构尺寸
密封面型式
公称压力PN
公称直径DN
dwS
d
D
D1
H1
H2
b
MFM
2.5
450
48012
456
670
600
250
126
42
b1
b2
A
B
L
d0
螺柱
螺母
螺柱
总质量
数量
直径长度
41
46
375
175
250
24
20
40
M332170
245
人孔位置的确定:
去人孔中心线距筒体左端顶部距离L=4000mm
5.2人孔补强的计算
表5-2允许不另行补强的最大开孔直径mm
接管公称外径
25
32
38
45
48
57
65
76
89
最小壁厚
3.5
4.0
5.0
6.0
5.2.1补强设计方法判别
开孔直径
满足等面积补强的条件,所以采用等面积法进行补强计算。
5.2.2开孔所需补强面积(A)
所以开孔所需补强面积为:
(人孔与筒体材料相同取=1)
5.2.3补强范围
(1)有效宽带(B)
max取二者中的较大值,故
(2)外侧有效补强高度()
取二者中的较小值,故
(3)内侧有效补强高度()
所以
5.2.4有效补强范围内的补强面积()
(1)封头多余金属面积
(2)接管多余金属面积
接管计算厚度
(3)接管区焊缝金属面积(焊角取6.0mm)
因此,
根据有效补强面积公式:
5.2.5孔补强圈的选取
根据接管公称直径,参照补强圈标准JB/T4736—2002取补强圈外径,因,所以补强圈在有效补强范围内。
由于,故需要另加补强,其补强面积为:
补强圈技术厚度为:
考虑腐蚀裕量和钢板负偏差并经圆整,取补强圈名义厚度为6mm即可。
但为了便于备料,也可取10mm与筒体等厚度,材料与壳体一样即:
6接口管的设计
6.1各接管位置的确定
两相邻开孔中心的间距应不小于两孔枝晶质和的两倍,即L≥2(DN+DM)
上部:
从罐体左侧至右侧依次为进料口、人孔、方空口
进料管中心线与人孔中心线间的距离:
取L1=1500mm,L1≥2(40+450),符合要求;
放空管中心线与人孔中心线间的距离:
取L2=1000mm,L2≥2(20+450),符合要求;
下部:
从罐体左侧至罐体右侧依次为排污管及出料管
排污管中心线与进料管心线间的距离:
取L3=500mm,L3≥2(40+100),符合要求;
出料管中心线与放空管中心线间的距离:
取L4=500mm,L4≥2(480+20),符合要求;
6.2乙醇进口管及法兰的设计
进料管公称直径DN=40,外径为45mm(B系列),选用GB8163型号的钢管,材料为20号钢,其数据如下表:
表6-1乙醇进口管尺寸
公称通径(mm)
外径(mm)
壁厚(mm)
外伸端长度(mm)
40
45
4
150
根据HG/T20592-20635法兰选用带颈对焊法兰(WN)连接面形式M,公称压力PN=16的法兰如表6-2
表6-2进料管法兰尺寸
公称直径
钢管外径
法兰外径
螺栓孔中心圆直径
螺栓孔直径
螺栓孔数量
螺纹
法兰厚度
法兰高度
法兰理论重量
法兰颈N
法兰颈厚度
法兰颈R
40
45
150
110
18
4
M16
18
45
2.0kg
64
2.6
6
因为管的公称直径较小,所以不必补强。
6.3乙醇出料口管及法兰的设计
出口管公称直径DN=80,外径为89mm(B系列),选用GB8163型号的钢管,材料为20号钢,其数据如下表:
表6-3乙醇出料管尺寸
公称通径(mm)
外径(mm)
壁厚(mm)
外伸端长度(mm)
80
89
4
150
根据HG/T20592-20635法兰选用带颈对焊法兰(WN)连接面形式M,公称压力PN=16的法兰如表6-4
表6-4出料管法兰尺寸
公称直径
钢管外径
法兰外径
螺栓孔中心圆直径
螺栓孔直径
螺栓孔数量
螺纹
法兰厚度
法兰高度
法兰理论重量
法兰颈N
法兰颈厚度
法兰颈R
80
89
200
160
18
8
M16
24
58
5.0kg
105
3.2
8
出料管补强参照人孔补强设计由SW6得(详见附录-2出料管补强计算说明书)
A=614mm2,A1=122mm2,A2=60mm2,A3=10mm2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 乙醇 设计