试谈化工设备基础课程设计样本.doc

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化工设备基础课程设计

第一章 设计方案确实定
1.1 液氨储罐选型
工业压力容器种类很多，按形状关键分以下几类：（1）方型或矩形容
器 （2）球型容器 （3）圆筒型容器 。本设计采取圆筒型容器，方型或矩形容
器虽制造简单，但承压能力差，四角边缘应力较大，轻易失效且封头设计较厚，
故不选择。球型容器，虽单位容积所用材料最少且受力最好，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，不选择。而圆
筒型容器，制造轻易，选择合适长径比以后，安装、检修方便，承载能力很好。
所以本设计采取圆筒型容器。
1.2 液氨储罐选材
储罐经济性和实用性关键方面就是材料选择。依据实际条件，本设计
采取16MnR，关键有几下方面原因：（1）容器使用条件，如温度、压力等。
当容器温度低于0℃时，不得选择Q235系列钢板，因其塑性变脆。虽20R
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，
含有良好力学性能和足够强度。（2）综合经济 市场调查（）20R
碳素钢价格：2600元/吨，低合金钢16MnR价格：2680元/吨，二者价格相差不
大，但16MnR制造储罐比碳素钢质量轻1/3，同时降低了壁厚。
总而言之，本设计用钢选择16MnR。

第二章 储罐工艺设计
2.1 筒体壁厚设计
采取内径Di=2200mm ，储罐长度L（不包含封头）=5000mm工艺尺寸。其长径之比L/Di=2.27，满足通常卧式容器长径比在2—6范围之内[1]。本设计采取50℃设计温度，这时氨饱和蒸汽压为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=1.9691.1=2.16 Mpa
设计壁厚公式：
其上式中相关参数如表2-1：
项目
Di(mm)
P设计
（MPa）
(双面，100%探伤)
C2(mm)
尺寸
2200
2.16
163
1.0
1.0

=15.67mm
由表3-13[3]查得：C1=0.8mm
=15.67+0.8=16.47mm
圆整后 =18mm 故筒壁用18mm16MnR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：平板封头四角处于较大边缘应力且厚度较大，故不采取；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、低压设备不宜选择；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，制造轻易，受力比蝶形好，故选择此封头。

设计壁厚： 其中=1
=16.43mm
圆整以后 =18mm
考虑降低材料间线性膨胀系数，故采取18mm厚16MnR钢板制造标准椭圆形封头。
2.3 校核罐体及封头水压试验强度
由水压试验公式：

可见 ：
所以满足水压试验，强度足够。
2.4 人孔设计
依据储罐设计温度、工作压力、材质及使用要求等条件，选择公称压力PN=2.5Mpa水平吊盖带颈对焊法兰人孔，其公称直径选定为DN=450mm。采取榫槽密封面（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标识：
人孔TGⅧ(A.G) 450-2.5 HG21524-95 [4]

人孔PN2.5 DN450（HG21524-95）明细表2-2
代号
名称
数量
材料
尺寸/mm
1
筒节
1
16MnR
dWS=48012
H1=320
2
法兰
1
16Mn

4
法兰盖
1
16Mn
b=39 b1=44
7
吊环
1
Q235-A.F

8
转臂
1
Q235-A.F
d=36
11
吊勾
1
Q235-A.F

14
支撑板
1
16Mn

其图见后附图 1-1
2.5 人孔补强
人孔开孔补强采取补强圈结构，材质为16MnR。依据补强经验,补强圈厚度和筒体壁厚相等，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
采取流速为1.5m/s ,3.8小时流到16.5m3（220.75），故Qv,h=4.34m3/h

采取无缝钢管，管一端切成45°，深入储罐内少许，配用图面板式平焊管法兰，法兰标识：HG20592 法兰PL32-2.5RF16MnR 。因该其设计压力等于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
采取可拆压出管，将它使用方法兰固定在接口管内。罐体接口管法兰采取HG20592 法兰PL32-2.5 RF 16Mn,和该法兰相配并焊接在压出管 法兰上，其连接尺寸和厚度和法兰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
储罐右端最低部，安设排污管一个，管子规格，管端装有一和截止阀J41W-16相配管法兰：HG20592 法兰PL50-2.5 RF 16Mn
2.6.4 液面计接管　
本储罐采取玻璃防霜面计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—液面计公称长度 50—防霜翅片高度，mm
HG/T2155-93—液面计标准图号

2.6.5 放空接口管
采取无缝钢管，管法兰 HG20592 法PL25-2.5 RF 16Mn
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, =18mm筒件。每米质量q1=984kg/m (见附表4)[4]
故m1= q1L=9845=4920kg
2.7.2封头质量
DN=2200mm, =18mm 直角高度40mm标准椭圆形封头。
其质量m2=782kg(附表6)[4]

2.7.3液氨质量
m3=V
式中： ----装填系数，取0.75
V----储罐体积 V=V封+V筒=22.08m3
---液氨在-20℃时密度665kg/m3
m3=0.7522.08665=11012.4kg

2.7.4附件质量 人孔质量约重200kg ；
法兰质量列以下表：
DN(mm)
数量(个)
法兰理论质量（kg）
25
2
1.12
32
3
1.86
50
1
2.77
法兰总质量=10.59kg m4=200+250+10.59=460.59kg
设备总质量：m= m1+m2+ m3+ m4=4920+1564+11012.4+460.59
=17956.99kg
F===88.08kN
即每个鞍座只承受约88.08kN负荷，依据附录16[5] 表40，能够选择轻型带垫板、包角为120°鞍座。
故选择： 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：
(1) 本设备按GB150-1998《钢制压力容器》进行制造、试验和验收
(2)焊接材料、对接焊接接头形式及尺寸可按GB985-80中要求（设计焊接接头系数为1）
(3)焊接采取电弧焊，焊条牌号为E4303
(4)壳体焊缝应进行无损探伤检验，探伤长度为100%
(5)设备制造完成后，以2 MPa表压进行水压试验
(6)管口方位按本图

3.3 设计技术特征
综上计算过程，其结果如技术特征表：
序号
名称
结果
1
设计压力
2.16MPa
2
工作温度
50℃
3
物料名称
液氨
4
容积
22.08 m3
5
人孔
DN=450mm