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立式储罐课程设计毕业用资料doc

发布时间:2020-08-16 19:43

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  过程设备设计课程设计 过程设备课程设计任务书过程设备课程设计任务书 一、设计题目:二氧化碳立式储罐一、设计题目:二氧化碳立式储罐 二、二、 技术特性指标技术特性指标 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 过程设备设计课程设计 II 四、设计说明书要求四、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。 过程设备设计课程设计 I 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1.11.1 储罐的分类储罐的分类 1 1 1.21.2 立式二氧化碳储罐设计的特点立式二氧化碳储罐设计的特点 2 2 1.31.3 设计内容及设计思路设计内容及设计思路 2 2 第二章第二章 零部件的设计和选型零部件的设计和选型 4 4 2.12.1 材料用钢的选取材料用钢的选取 4 4 2.1.1 容器用钢 .4 2.1.2 附件用钢 .4 2.22.2 封头的设计封头的设计 5 5 2.2.1 封头的选择 .5 2.2.2 封头的设计计算 .5 2.32.3 筒体的设计筒体的设计 6 6 2.3.1 筒体的设计计算 .6 2.42.4 人孔的设计人孔的设计 6 6 2.4.1 人孔的选择 .6 2.4.2 人孔的选取 .7 2.52.5 容器支座的设计容器支座的设计 9 9 2.5.1 支座选取 .9 2.5.2 支座的设计 10 2.5.3 支座的安装位置 11 2.62.6 接管、法兰、垫片和螺栓的选取接管、法兰、垫片和螺栓的选取 1313 2.6.1 接管的选取 13 2.6.2 法兰的选取 13 2.6.3 垫片的选取 15 2.6.4 螺栓的选取 15 过程设备设计课程设计 II 第三章第三章 强度设计与校核强度设计与校核 1717 3.13.1 圆筒强度设计圆筒强度设计 1717 3.23.2 封头强度设计封头强度设计 1717 3.33.3 人孔补强设计人孔补强设计 1818 第四章第四章 试验校核试验校核 2121 4.14.1 水压试验水压试验 2121 4.1.1 试验目的 21 4.1.2 试验强度校核 21 4.24.2 气密性试验气密性试验 2222 总结总结 2323 参考文献参考文献 2424 过程设备设计课程设计 I 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 储罐的分类储罐的分类 压力储罐的组成部分根据文献 [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; 过程设备设计课程设计 II (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 500m3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。 1.21.2 立式二氧化碳储罐设计的特点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。 过程设备设计课程设计 III (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、k8,出料管、排污管以及安全阀、压力表等。 1.31.3 设计内容及设计思路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 MPa 1.81 2 设计温度 0C 165 3 最高工作压力 MPa ≤1.6 过程设备设计课程设计 IV 4 工作温度 0C ≤125 5 工作介质二氧化碳气 体 6 主要受压元件材料 16MnR 7 焊接接头系数 0.85 8 腐蚀余量 mm 1.0 9 全容积 m3 13 10 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。 过程设备设计课程设计 V 过程设备设计课程设计 VI 第二章第二章 零部件的设计和选型零部件的设计和选型 2.12.1 材料用钢的选取材料用钢的选取 2.1.12.1.1 容器用钢容器用钢 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),15MnVR 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 。 2.1.22.1.2 附件用钢附件用钢 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 过程设备设计课程设计 VII 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。 2.22.2 封头的设计封头的设计 2.2.12.2.1 封头的选择封头的选择 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。 2.2.22.2.2 封头的设计计算封头的设计计算 由,得2h2D ii mmDh ii 525421004 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 过程设备设计课程设计 VIII 2.32.3 筒筒体的设计体的设计 2.3.12.3.1 筒体的设计计算筒体的设计计算 设计体积,根据文献[7]选得容器公称直径, 3 13mV mmDi2100 采用标准椭圆形封头:取直边高度。mmh40 单个封头容积: ,封头总容积: 3 1 3508 . 1 m Vh , 3 1 7016 . 2 2m VV hh  单个封头内表面积, 封头总内表面积: 2 0 0443 . 5 mS  2 0 0886.102mSS 故筒体容积: 。 3 2984.10m VVV h  筒 则筒体长度: mm Di V Lo 29754 2   筒 取整后筒体长度取。mm L 3000 则实际体积: 3 2 8712.13 4 m V Di L V h   筒体内表面积: 2 782.19mDiLS 筒 则总内表面积: 2 8706.29mSSS 筒总 长径比: 介于 1 与 2 之间,符合条428 . 1 1 . 2/0 . 3/iDL 件。 公称 直径 DN/mm 总深 度 H/mm 内表 面积 A/ 2 m 容积 V/ 3 m 质量 /Kg 2100565 5.044 3 1.35 08 624. 6 过程设备设计课程设计 IX 2.42.4 人孔的设计人孔的设计 2.4.12.4.1 人孔的选择人孔的选择 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。 2.4.22.4.2 人孔的选取人孔的选取 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。 过程设备设计课程设计 X 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) 过程设备设计课程设计 XI 表 2-2 人孔各部件的材料 标号名称材料标准 1 筒节 16MnR 2 全螺纹螺柱8.8 级 35CrMoA HG 20613 3 螺母 8 级 30CrMo HG 20613 4 法兰 16MnⅡ(锻件) HG 20595 5 垫片 缠绕式垫片 HG 20607 6 法兰盖 16MnRHG 20601 7 把手 Q235-A·F 8 轴销 Q235-A·F 9 支承板 16MnR 10 垫圈 100HVGB/T 95 11 盖轴耳(1) Q235-A·F 12 法兰轴耳 (1) Q235-A·F 13 法兰轴耳 (2) Q235-A·F 14 盖轴耳(1) Q235-A·F 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 过程设备设计课程设计 XII 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 1 H 倍而定;如有特殊要求,允许改变,但需注明改变后的尺寸,并 1 H 修正人孔总质量。 则该人孔标记为: 人孔 RF Ⅲ(A.G)450-2.5 HG/T21518- 2005 2.52.5 容器支座的设计容器支座的设计 2.5.12.5.1 支座选取支座选取 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]设计中选用支承式支座。 由于在此设计中,贮罐体积较小且长径比较小,由于是立式容 器,故采用三个 A 型 4 号支承式支座。 密封面形 式 凸面 RF公称压力 PN 2.5MPa 公称直径 DN 450mm Sdw 480×12 d456mm D670mm 1 D 600mm1 H 250mm 2 H 121mmb42mm 1 b 41mm2 b 46mm A375mm o d 24mm B175mmL250mm 螺柱数 20 螺母数 40 螺柱规格 M33×2×165 总质量 245kg 过程设备设计课程设计 XIII 2.5.22.5.2 支座的设计支座的设计 首先估算计算支座的负荷。 贮罐总质量: 4321 mmmmm (2-1) 式中:m1为筒体质量(kg),m2为封头质量(kg),m3为二氧 化碳质量(kg),m4 为附件质量(kg)。 筒体质量 m1: ,的筒节,每米质量为 q1=874.0kg,mmDN2100mm n 16 故 : m1= q1L=874.0×3.0=2622kg 封头质量 m2: ,直边高度 h=40mm 的标准椭圆形封头,mmDN2100mm n 16 其质量为 q2=624.6kg。 故: m2=2q2=1249.2kg 二氧化碳质量 m3: 充气质量:,水压试验充满水,故取介质密度为  co2  水 , 3 mkg1000水 32 47189.143508. 123.41 . 2 4 2mVVV  封头筒体 充液质量为: kg 7 . 1302447189.1410009 . 0 3 Vm 水  附件质量: 人孔约重 245kg,其它接口管法兰重约 12kg, 故 257kg。4m 据式(2-1)设备总质量: kg 9 . 24.7 2 . 12492622 4321 mmmmm NNQk033.560328.56 3 8 . 917152.9 3 mg    由于每个支座承受约 56.033kN 负荷,根据文献[6] 表 2 A 型 4 号支座允许载荷[Q]=100kN。 过程设备设计课程设计 XIV 故选用三个 A 型 4 号支座。kNkNQ100033.56 得到支撑式支座尺寸如下表 2-4 表 2-4 支承式支座座尺寸 公称直 径 DN2100 1S903 b 320 允许载 荷 Q/KN1002 I 270 3  14 支座高 度 h5002 b 200 垫板 e 60 1 l 2302  14 螺栓间距 L30 1b180 筋板 支座质量 kg40.3 底板 1  16 螺栓 直径 dM24 距中心的距离 S 2 775 2.5.32.5.3 支座的安装位置支座的安装位置 支座的安装位置图下图 2-3A 和图 2-3B: 过程设备设计课程设计 XV 图 2-3A 支座安装位置主视图 图 2-3B 支座安装位置左视图 根据文献[5]附录 C 规定,知 A 支座安装高度 500mm(即封头与筒 体连接处到地面的距离)。 则该支座标记为: JB/T 4712.4-2007,支座 A4 2.62.6 接管、法兰、垫片和螺栓的接管、法兰、垫片和螺栓的选取选取 2.6.12.6.1 接管的选取接管的选取 二氧化碳进气管: 进料管伸进设备内部并将管的一端切成 450,为的是避免物料沿 设备内壁流动以减少磨蚀和腐蚀。为了在短时间内将物料注满容器。 采用无缝钢管 YB231- 65×4mm ,管的一端伸入罐切成 45°,管 长 305 mm。配用凸面式板式平焊管法兰 HG/T 20592 法兰 PL 65- 2.5 RF Q235A 二氧化碳出气管: 过程设备设计课程设计 XVI 在化工生产中,需要将液体介质运送到与容器平行的或较高的 设备中去,并且获得纯净无杂质的物料。 采用可拆的压出管 65×4mm,配用凸面式板式平焊管法兰 HG/T  20592 法兰 PL 65-2.5 RF Q235A 排污管: 在清洗贮罐式,为了能够将废液完全排除贮罐外,介质会微2CO 量腐蚀罐壁而出现沉淀,故需在筒体底部安设排污管一个。 在罐的最底部设个排污管,规格是 25×4mm,管端焊有与截止 阀相配的管法兰 HG/T 20592 法兰 PL 25-2.5 RF Q235A 压力表接管: 压力表接口管由最大工作压力决定, ,因此选用采用 15×3.5mm 无缝钢管,管法兰采用 HG/T 20592 法兰 PL 15-2.5 RF Q235A 安全阀接口管: 安全阀是通过阀的自动开启排出气体来降低容器内过高的压力。 为了操作的安全,因此安设一安全阀。安全阀接口管尺寸由安全阀 泄放量决定。 本贮罐选用 57×4mm 的无缝钢管, 管法兰 HG/T 20592 法兰 PL  57-2.5 RF Q235A 接口管中,其选择的条件均在不需要补强的条件之内,因此, 以上接口管在筒体上的开孔不需要补强。 2.6.22.6.2 法兰的选取法兰的选取 如图 2-4:板式平焊钢制管法兰: 图 2-4 板式平焊钢制管法兰 查文献[12]中表 8.2.2-1 至 8.2.1-5 PN2.5 板式平焊钢制管法兰, 选取各管口公称直径,查得各法兰的尺寸。 过程设备设计课程设计 XVII 查文献[13]中附录 D 中表 D-5,得各法兰的质量。 查文献[14]中表 3.2.2,法兰的密封面均采用 RF(突面密封)。 得求得接管法兰尺寸见下表: 表 2-5 接管法兰尺寸表 2.6.32.6.3 垫片的选取垫片的选取 查文献[15],垫片尺寸见表 2-6: 表 2-6 垫片尺寸(mm) 符 号 管口名称公称直 径 包覆层内 径 D1 包覆层内 径 D3 垫片外径 D4 型 号 a 人孔 8B b 压力表口 15224044A c 进气口 6577110116A 钢管外 径 1 A 法兰内径 B1 名称公 称 直 径 DN AB 法 兰 外 径 D 螺栓 孔直 径 L 螺栓 孔数 量 n( 个) 螺 栓 Th 法 兰 厚 度 C AB 压力表 口 1521. 3 1880114M101222. 5 19 进气口 6576. 1 76160144M121477. 5 78 安全阀 口 5060. 3 57140144M121461. 5 59 出气口 6576. 1 76160144M121477. 5 78 排污口 2533. 7 32100114M101434. 5 33 过程设备设计课程设计 XVIII d 安全阀口 50619296A e 出气口 6577110116A f 排污口 25346064A 注:1:聚四氟乙烯包覆层材料应符合 QB/T 3625 中规定的 FSB- 2 和 QB/T 3626 的规定。 2:填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。 3:垫片厚度除人孔垫片厚度为 4 外,其他均为 3。 2.6.42.6.4 螺栓的选取螺栓的选取 地脚螺栓(g)选用 Q235-A(钢材标准 GB 700),选得材料的许 用应力,屈服极限a345 s MPMPa235 s  查文献[16]中表 5.0.7-2 和附录中表 A.0.1 ,得螺柱的长度见下 表 2-7: 表 2-7 六角头螺栓螺柱及垫片(未注明单位: mm) 公称 直径 螺纹六角头螺栓螺 柱长 1 d 2 d H a450M20 120 ZR L 21384 b15M10 40 SR L 11202 c65M12 50 SR L 13242.5 d50M12 50 SR L 13242.5 e65M12 50 SR L 13242.5 f25M10 45 SR L 11202 g20M24 165 SR L 25444 注:1.紧固件质量为每 1000 件的近似质量; 表 2-8 附件质量 过程设备设计课程设计 XIX 2.紧固件长度未计入垫片厚度。 abcdefg 质量 kg 4 过程设备设计课程设计 XX 第三章第三章 强度设计与校核强度设计与校核 3.13.1 圆筒强度设计圆筒强度设计 其焊接系数已知为。材料的许用应力,屈服85 . 0  MPa t 170 极限。根据 GB/T 9019-2001 选得容器公称直径为MPa s 345 。设计压力,利用中径公式(3-1)计算mmDDN i 2100MPapc81 . 1  筒体壁厚:   mm p Dp c t ic 2 .13 81 . 1 85. 01702 210081 . 1 2         (3-1) 查标准文献[5]表 7-2 知,钢板厚度负偏差为。并已知mmC8 . 0 1 腐蚀裕量。mm1C2 筒体设计厚度: mmC d 2 . 141 2 . 13 2  (3-2) 筒体名义厚度: mmCC n 1518 . 0 2 . 13 21  (3-3) 由于钢板厚度范围为,圆整后保守取。mm16~6mm n 16 筒体的有效厚度 mmCC ne 2 .1418 . 016 21  (3-4) 3.23.2 封头强度设计封头强度设计 查标准文献[7]中表 1,选取公称直径,选用标mmDDN i 2100 准椭圆形封头,型号代号为 EHA,取 ,则查标准5252/iihDmmhi525 文献[6]中表 2,取直边长 h=40mm。该容器取其焊接系数为。85 . 0  材料的许用应力,屈服极限。根据椭圆形MPat170][MPas345 封头计算式(3-1)计算:   mm p Dp c t ic 2 . 13 81 . 1 5 . 085 . 0 1702 210081. 1 5 . 02         查标准文献[18]表 7-1 知,钢板厚度负偏差为。并已知mmC8 . 0 1 过程设备设计课程设计 XXI 腐蚀裕量。mm1C2 据式(3-2)计算封头厚度: mmC d 2 .141 2 . 13 2  据式(3-3)计算封头名义厚度: mmCC n 1518 . 0 2 . 13 21  由于钢板厚度范围为,圆整后取与筒体相同的名义厚度mm16~6 。mm n 16 据式(3-4)计算筒体的有效厚度: mmCC ne 2 . 1418 . 016 21  则封头标记为: 。EHAMnR161621004746T/JB 3.33.3 人孔补强设计人孔补强设计 为了满足各种工艺和结构上的要求,不可避免的要在容器的筒 体或封头上开孔并安装接管。开孔后,壳壁因除去了一部分承载的 金属材料而被削弱,而出现应力集中现象。为保证容器安全运行, 对开孔必须采取适当的措施加以补强,以降低峰值应力。这里采用 补强圈补强,因其结构简单、制造方便、使用经验丰富。另外,还要 考虑人孔补强,确定补强圈尺寸,由于人孔的筒节不是采用无缝钢管, 故不能直接选用补强圈标准。本设计所选用的人孔筒节内径为 ,壁厚=12mmmmdi450 m  查表得人孔的筒体尺寸为480×12,由标准[7] A 型查得补强  圈尺寸为: 内径 Di=484mm,外径 Do=760mm。 开孔补强的有关计算参数如下: 据式(3-1)计算筒体的壁厚:   mm p Dp c t ic 2 . 13 81 . 1 85 . 0 1702 210081 . 1 2         计算开孔所需补强的面积 A: 过程设备设计课程设计 XXII 开孔直径: mmCddi6 .453) 18 . 0(24502 补强面积: 2 52.59872 .136 .453mmdA (3-5) 有效宽度: mmdB 2 . 907 6 . 45322 mmmndB 6 . 509122162 6 . 45322 取最大值 B=907.2mm 有效高度: 外侧高度: mmdh m 78.73126 .453 1  或 mm250 1  接管实际外伸高度h 两者取较小值mmh78.73 1 内侧高度mmdh m 78.73126 .453 2  或mmh0 2  接管实际内伸高度 两者取较小值 0mm 筒体多余面积 A1: 据式(3-3)计算筒体有效厚度: mmC ne 2 . 148 . 116 选择与筒体相同的材料(16MnR)进行补偿,故=1,所以 r f )1)((2))(( 1 fdBA eme  2 6 . 453 0) 2 . 13 2 . 14)( 6 . 453 2 . 907( mm  接管多余金属的截面积 A2: 接管计算厚度:   mm p Dp c t ic t84 . 2 81. 185. 01702 210081 . 1 2          fChfhA ettet )(2)(2 2212  0)(2 1   fCh tm 2 04.1086 )84. 28 . 112(78.732 mm  补强区内焊缝截面积 A3: 2 3 2561616 2 1 2mmA 过程设备设计课程设计 XXIII 据式(3-5)计算有效补强面积 Aε: 2 321 6 . 179525604.10866 .453mmAAAAe 因为,所以需要补强AAe 所需补强截面积 A4: 2 4 9 . 41916 .179552.5987mmAAA e  补强圈厚度:(补强圈内径,外径) 484 i D760 o D mm DD A io 2 . 15 484760 9 .4191 4      考虑钢板负偏差并圆整,实取补强厚度 16mm,补强材料与壳体材料 相同。 不需补强的最大开孔直径: 由于钢板具有一定的规格,壳体的壁厚往往超过实际强度的需 要,厚度增加,使最大应力降低,相当于容器已被整体加强,并且 容器的开孔总有接管相连,其接管多于实际需要的壁厚也起补强作 用。同时由于容器材料具有一定的塑性储备,允许承受不大的局部 应力。故当孔径不超过一定数值时,可不进行补强。 不需要补强的条件: 设计压力小于或等于 2.5MPa; 两相邻开孔中心的间距应不小于两孔径之和的两倍; 接管公称外径小于或等于 89mm; 接管最小壁厚满足下表 3.1 的要求: 表 3-1 接管最小壁厚 接管公 称直径 689 最小壁 厚 3.54.05.06.0 注:1.钢材的标准抗拉强度下限值时,接管与壳MPab540 过程设备设计课程设计 XXIV 体的连接宜采用全熔透的结构形式。 2.接管的腐蚀裕量为 1mm 过程设备设计课程设计 XXV 第四章第四章 试验校核试验校核 4.14.1 水压试验水压试验 4.1.14.1.1 试验目的试验目的 除材料本身的缺陷外,容器在制造(特别是焊接过程)和使用 中会产生各种缺陷。为考核缺陷对压力容器安全性的影响,压力容 器制成后或定期检验(必要时)中,需要进行水压试验。 对于内压容器,水压试验的目的是:在超设计压力下,考核缺 陷是否会发生快速扩展造成破坏或开裂造成泄漏,检验密封性结构 的密封性能。对于外压容器,在外压作用下,容器中的缺陷受压应 力的作用,不可能发生开裂,且外压临界失稳压力主要与容器的几 何尺寸、制造精度有关,跟缺陷无关,一般不用外压试验来考核其 稳定性,而以内压试验进行“试漏”,检查是否存在穿透性缺陷。 4.1.24.1.2 试验强度校核试验强度校核 为保证水压试验时容器材料处于弹性状态,在水压试验前必须 按压力容器水压校核公式(4-1)进行计算:     s e eT Di P t 9 . 0 2 )(    (4-1) 则式中: MPaPPCT2725. 281 . 1 25 . 1 25 . 1  mm 2 . 148 . 116 ne C a345 s MP 则,a 5 . 3103459 . 0a15.198 85. 0 2 . 142 )2 .142100(2725 . 2 MPMP T     故符合工艺条件的要求。 过程设备设计课程设计 XXVI 4.24.2 气密性试验气密性试验 气密性试验的目的是:考核容器的密封性能,检查的重点是可 拆的密封装置和焊接接头等部位。气密性试验应在水压试验合格后 进行。它并不是每台压力容器制造过程中必做的试验项目,这是因 为多数容器没有严格的致密性要求,且耐压试验也同时具备一定的 检漏功能。 当介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏 (如真空度要求较高时)的压力容器,必须进行气密性试验。 由于设计内容是二氧化碳立式储罐,二氧化碳气体不属于毒性 程度为极度、高度危害的气体,而且设计上没有真空度的要求,因 此不需要进行气密性试验校核。 过程设备设计课程设计 XXVII 总结总结 压力介质的封闭的容器称压力容器,它的设计要求有安全可靠、 满足过程要求、易于操作、维护和控制、综合经济好等。基于前部 分的设计与校核的计算,得出如下的设计结果: 设计结果一览表 序号名称 指标材料 1 筒体 3000,162100LDN 16MnR 2 封头 40h,162100DN 16MnR 3 支座 JB/T 4712.4-2007,支座 A4 Q235A-F 4 人孔人孔 RF Ⅲ(A.G)480-2.5 HG/T2158-2005 组合件 5 补强圈 16,484/760 16MnR 6 压力表口 300, 315L 10 7 进气管 350, 465L 10 8 出气管 160465L, 10 9 排污管 160425L, 10 10 安全阀接管 210450L, 10 11 法兰 配合以上各接管 Q235-A 过程设备设计课程设计 XXVIII 参考文献参考文献 [1]John F.Harvey,P.E Theory and Design of Pressure Vessels. Second Edition. Van Nostrand Reinhold Company,1991 [2]ASME HPS-2003 High Pressure System,2003 [3]Henry H.Bednar,P.E.Pressure Vessel Design Handbook.Krieger Publishing Company,1991 [4]GB150-1998《钢制压力容器》 中国标准出版社[S] 1998 [5]JB4712-1998《支承式支座》 中国标准出版社[S] 1998 [6]HG/T21514~21535-2005《钢制人孔和手孔》 中国标准出版 社[S] 2005 [7]HG/T20592~20635-2009《钢制管法兰、垫片和紧固件》 中 国标准出版社[S] 2009 [8]JB/T4736-2002《补强圈》 中国标准出版社[S] 2002 [9]JB/T4731-2005《钢制立式容器》 中国标准出版社[S] 2005 [10]《化工设备机械基础》第五版 刁与玮 王立业 化学工业 出版社[M] 2003.3 [11]《化工设备设计手册》匡国柱 史启才 中国石化出版社[M] 2005 [12]《过程设备设计》第二版 郑津洋 化学工业出版社[M] 2003 [13]《压力容器安全技术监察规程》国家质量技术监督局[M] 1999 [14]《化工过程设备机械基础》李多民 俞惠敏 中国石化出版 社[M] 2007 [15]《金属化工设备零部件》张剑锋 化学工业

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