
本设计是针对《过程设备设计》这门课程所安排的一次课程设计,是对这门课程的一次总结,要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。
本设计的液料为液氨,它是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料,应用广泛。分子式NH3,分子量17.03,相对密度0.7714g/L,熔点-77.7℃,沸点-33.35℃,自燃点651.11℃,蒸汽压1013.08kPa(25.7℃)。蒸汽与空气混合物爆炸极限为16—25%(最易引燃浓度为17%)氨在20℃水中溶解度34%,25℃时,在无水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇热、明火,难以点燃而危险性极低,但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇火和燃烧或爆炸,如有油类或其它可燃物存在则危险性极高。
设计基本思路:本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素,结合给定的工艺参数,按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序,分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准,设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件,也有一些设备没有相应标准,则选择合适的非标设备。
各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准,这样让设计有章可循,并考虑到结构方面的要求,合理地进行设计
课程设计任务书
一、课程设计要求:
1.使用国家最新压力容器标准、规范进行设计,掌握典型过程设备设计的全过程。
2.掌握查阅和综合分析文献资料的能力,进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。
3.掌握电算设计计算,要求设计思路清晰,计算数据准确、可靠,且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。
4.掌握工程图纸的计算机绘图。
5.课程设计全部工作由学生本人完成。
二、设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):
设计条件表
| 序号 | 项目 | 数值 | 单位 | 备 注 |
| 1 | 名 称 | 液氨储罐 | ||
| 2 | 用 途 | 液氨储存 | ||
| 3 | 最高工作压力 | 1.95 | MPa | 由介质温度确定 |
| 4 | 工作温度 | -20~48 | ℃ | |
| 5 | 公称容积(Vg) | 40 | M3 | |
| 6 | 工作压力波动情况 | 可不考虑 | ||
| 7 | 装量系数(φV) | 0.85 | ||
| 8 | 工作介质 | 液氨(中度危害) | ||
| 9 | 使用地点 | 邯郸市室外 | ||
| 公称规格 | 连接尺寸标准 | 连接面形式 | 用途或名称 |
| PN2.5 DN80 | HG/T20592-2009 | FM | 液相进口管 |
| PN2.5 DN80 | HG/T20592-2009 | FM | 液相出口管 |
| PN2.5 DN80 | HG/T20592-2009 | FM | 排气管 |
| PN2.5 DN80 | HG/T20592-2009 | FM | 排污管 |
| PN2.5 DN25 | HG/T20592-2009 | FM | 压力表接口 |
| PN2.5 DN25 | HG/T20592-2009 | FM | 温度计接管 |
| PN2.5 DN80 | HG/T20592-2009 | FM | 安全阀接口 |
| PN2.5 DN32 | HG/T20592-2009 | FM | 液位计接口 |
| PN2.5 DN500 | HG/T20592-2009 | MFM | 人 孔 |
1.设备工艺设计
2.设备结构设计
3.设备强度计算
4.技术条件编制
5.绘制设备总装配图
6.编制设计说明书
四、学生应交出的设计文件(论文):
1.设计说明书一份;
2.总装配图一张 (A1图纸一张);
第一部分 设备的工艺设计
1.1盛装液氨的压力容器设计储存量
盛装液化气体的压力容器设计存储量[1]
W=ΦV
式中,W—储存量,t ;
—装量系数 ;
V—压力容器容积,m3 ;
—设计温度下饱和液体密度,t/m3
则设计储存量W=0.85×40 m3×0.5663kg/L=19.25t=1.925×10kg
1.2设备的初步选型及轮廓尺寸的确定
1.2.1设备的初步选型
主体结构采用卧式圆柱形储罐
筒体采用圆柱形筒体
封头采用标准椭圆形封头
1.2.2设备的轮廓尺寸的确定
设备容积计算[1]
v =2V +L/4
试算:取D=2400mm,
封头的结构尺寸(封头结构如下图1)
由,得h=H-Di/4=0-600=40 mm
查文献[2]中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积,如下表1:
查得封头尺寸为:
表1-1:EHA椭圆形封头内表面积、容积
| 公称直径DN /mm | 总深度H /mm | 内表面积A/ | 容积/ |
| 2400 | 0 | 6.5453 | 1.9905 |
由m3 得L=8404mm
圆整得 L=8400mm 则L/D=3.5>3 符合查献[3]中L/D=3~6 ;
则v计=v筒+2v封= L/4+2v封=
误差计算:
<5%,符合要求.
工作容积为V =ФV=0.8541.98=35.68m,
最终,取液氨储罐的公称直径DN=2400mm,筒体长度L=8400mm;
选取EHA椭圆形封头:封头EHA2400×16
第二部分 设备的机械设计
2.1设计条件的确定
2.1.1设计压力的确定
根据文献[4]液氨饱和蒸汽压表查得50℃时液氨蒸汽压由表1查得液氨在50℃的饱和蒸汽压为19.25bar,即为1.925MPa,可以判断设计的容器为储存内压压力容器,根据文献[5]盛装液化气体无保冷设施的压力容器,其设计压力应不低于液化气50℃时的饱和蒸汽压力,饱和蒸汽压力一般指绝压,而设计压力是表压,而且查得当容器上装有安全阀时,取1.05~1.1倍的工作压力作为设计压力;所以工作压力:
P =饱和蒸汽压-大气压=1.925-0.1=1.825MPa
设计压力计算[1]
=1.1×P =1.825×1.1=2.0075MPa
液氨的密度=0.5663kg/L,H取公称直径DN=2400mm
表2-1 液氨饱和蒸汽压
| 温度 ℃ | -20 | 20 | 40 | 50 |
| 饱和蒸汽压Bar | 1.93 | 8.61 | 15.20 | 19.25 |
=gH=(0.5663×9.79×2.4)×0.001=0.013
< 5%,忽略。
则计算压力就等于设计压力,即===2.0075
2.1.2设计温度的确定
根据文献[3]和文献[5]中规定设计温度系指容器在正常操作情况下,在相应设计压力下,设定受压元件的金属温度,其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度,对于0以下的金属温度,则设计温度不高于元件金属可能达到的最低金属温度,设计温度选取的依据是:其值不得低于最高金属温度或不得高于最低金属温度(0以下)在本设计中给出的最高工作温度为48℃。工作温度为 -20℃~48℃,为保证正常工作,对设计温度留一定的富裕量。则取设计温度为50℃
2.1.3设计条件表
表2-2:设计条件表
| 项目 | 内容 | 备注 |
| 工作介质 | 液氨 | |
| 工作压力 MPa | 1.825 | |
| 设计压力 MPa | 2.0075 | |
| 工作温度 ℃ | -20~48 | |
| 设计温度 ℃ | 50 | |
| 公称容积(Vg) m3 | 40 | |
| 计算容积(V计) m3 | 41.98 | |
| 工作容积(V工) m3 | 35.68 | |
| 装量系数(φV) | 0.85 | |
| 介质密度(ρt) kg/L | 0.5663 |
2.2.1筒体和封头的结构设计
我国已经制订了化工设备通用零部件的系列标准,设计时可根据具体设计条件按照标准进行选用。
筒体的公称直径DN=2400mm,长度L=8400mm。封头的公称直径DN=2400mm,总深H=0mm,
图1 封头的结构设计
2.2.2接管与法兰设计
(1)公称直径及公称压力的选取
法兰公称压力取PN=2.5Mpa ,根据文献[6]表8.2 3-1 PN10带颈对焊钢制管法兰,选取各管口公称直径,查得各法兰的尺寸。得出管口表如下表
表2-3:管口表
| 公称规格 | 连接尺寸标准 | 连接面形式 | 用途或名称 |
| PN2.5 DN80 | HG/T20592-2009 | FM | 液相进口管 |
| PN2.5 DN80 | HG/T20592-2009 | FM | 液相出口管 |
| PN2.5 DN80 | HG/T20592-2009 | FM | 排气管 |
| PN2.5 DN80 | HG/T20592-2009 | FM | 排污管 |
| PN2.5 DN25 | HG/T20592-2009 | FM | 压力表接口 |
| PN2.5 DN25 | HG/T20592-2009 | FM | 温度计接管 |
| PN2.5 DN80 | HG/T20592-2009 | FM | 安全阀接口 |
| PN2.5 DN32 | HG/T20592-2009 | FM | 液位计接口 |
| PN2.5 DN500 | HG/T20592-2009 | MFM | 人 孔 |
液氨储罐应设置物料进出口接管,排气口,排污口,压力表口,温度计口,安全阀口,液位计口,人孔。接管和法兰布置如图3所示,法兰简图如图所示:
1本次设计所用的接管的尺寸表如下所示:
表2-4:接管的尺寸表
| 公称尺寸 | 外径壁厚 | 用途或名称 | 理论质量 |
| DN80 | ×8 | 液相进口管 | 15.98 |
| DN80 | ×8 | 液相出口管 | 15.98 |
| DN80 | ×8 | 排气管 | 15.98 |
| DN80 | ×8 | 排污管 | 15.98 |
| DN25 | 32×6 | 压力表接口管 | 3.85 |
| DN25 | 32×6 | 温度计接口管 | 3.85 |
| DN80 | ×8 | 安全阀接口 | 15.98 |
| DN32 | 38×6 | 液位计接口 | 4.74 |
| DN500 | 530×12 | 人孔 | 183.88 |
查文献[6]表3.2.2,接管法兰的密封面均采用FM(凹面),人孔密封面采用MFM(凹凸面密封)。
②接管和法兰尺寸
由设计压力2.0075Mpa查文献[6]中PN2.5Mpa板式平焊钢制管法兰(PL)知板式平焊钢制管法兰的密封面形式有突面(RF)和全平面(FF)。RF形式适用公称压力范围为0.25~2.5Mpa而FF形式适用公称压力范围为0.25~1.6Mpa,本设计压力为2.0075Mpa故采用板式平焊钢制管法兰(RF)形式。查文献[6]中PN2.5板式平焊法兰选择以接管公称直径一致的钢制管法兰,得各法兰的尺寸和质量,详细尺寸将见表
表2-5:接管和法兰尺寸
| · | 名称 | 公称直径DN | 钢管外径法兰焊端外径 | 法兰外径D | 螺栓孔中心圆直径K | 螺栓孔直径L | 螺栓孔数量n(个) | 螺栓Th | 法兰厚度C | 法兰颈 | 法兰高度H | 法兰质量 | |||
| N | S | R | |||||||||||||
| a | 排污管 | 80 | B | 200 | 160 | 18 | 8 | M16 | 24 | 105 | 8 | 12 | 8 | 58 | 5.03 |
| b | 排气口 | 80 | B | 200 | 160 | 18 | 8 | M16 | 24 | 105 | 8 | 12 | 8 | 58 | 5.03 |
| c | 出液口 | 80 | B | 200 | 160 | 18 | 8 | M16 | 24 | 105 | 8 | 12 | 8 | 58 | 5.03 |
| d | 进液口 | 80 | B | 200 | 160 | 18 | 8 | M16 | 24 | 105 | 8 | 12 | 8 | 58 | 5.03 |
| e | 人孔 | 500 | 530B | 730 | 660 | 36 | 20 | M33 | 48 | 580 | 12 | 20 | 12 | 125 | 81.4 |
| k1-2 | 液位计口 | 32 | 38B | 140 | 100 | 18 | 4 | M16 | 18 | 56 | 6 | 6 | 6 | 42 | 2.05 |
| f | 温度计口 | 25 | 32B | 115 | 85 | 14 | 4 | M12 | 18 | 46 | 6 | 6 | 4 | 40 | 1.26 |
| g | 压力表口 | 25 | 32B | 115 | 85 | 14 | 4 | M12 | 18 | 46 | 6 | 6 | 4 | 40 | 1.26 |
| h | 安全阀口 | 80 | B | 200 | 160 | 18 | 8 | M16 | 24 | 105 | 8 | 10 | 8 | 58 | 5.03 |
法兰密封常用垫片,垫片有金属垫片、非金属垫片,合成垫片等多种,考虑经济性当非金属垫片能满足要求时首先使用非金属垫片。
垫片结构图
由本设计压力和温度要求查文献[4]选用石棉橡胶垫片,其使用范围PN≤4.0 Mpa,t≤290℃,密封形式为RF(突面)。其尺寸如表4.5
查文献[4],得垫片尺寸表
表2-6:垫片尺寸表
| 符号 | 管口名称 | 公称直径 | 内径D1 | 外径D2 |
| a | 排污口 | 80 | 109.5 | 142 |
| b | 排气口 | 80 | 109.5 | 142 |
| c | 出液口 | 80 | 109.5 | 142 |
| d | 进液口 | 80 | 109.5 | 142 |
| e | 人孔 | 500 | 500 | 524 |
| k1-2 | 液位计口 | 32 | 61.5 | 82 |
| f | 温度计口 | 25 | 45.5 | 61 |
| g | 压力表口 | 25 | 45.5 | 61 |
| h | 安全阀口 | 80 | 109.5 | 142 |
2:填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。
3:垫片厚度均为3mm。
④ 螺栓(螺柱)的选择
根据要求法兰处用螺栓做紧固件,螺栓有多种材料和多种结构,选择时应考虑到设计的适用性和安全性。
查文献[6]中表5.0.7-9和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸:
表2-7:螺栓及垫片
| 紧固件用平垫圈 mm | ||||||||
| 公称直径 | 螺纹 | 螺柱长 | h | |||||
| a | 80 | M16 | 90 | 17 | 30 | 3 | ||
| b | 80 | M16 | 90 | 17 | 30 | 3 | ||
| c | 80 | M16 | 90 | 17 | 30 | 3 | ||
| d | 80 | M16 | 90 | 17 | 30 | 3 | ||
| e | 500 | M24 | 125 | 25 | 44 | 4 | ||
| g1-2 | 32 | M16 | 85 | 17 | 30 | 3 | ||
| f | 25 | M12 | 75 | 13 | 24 | 2.5 | ||
| g | 25 | M12 | 75 | 13 | 24 | 2.5 | ||
| h | 80 | M16 | 90 | 17 | 30 | 3 | ||
容器接管一般应采用无缝钢管,所以本设计筒体上接管材料均选择无缝钢管20(GB9948)。排污管一端焊接在筒体下方,另一端用螺纹帽密封,制造便宜,操作方便。
查文献[6]中法兰材料选用16MnⅡ
2.2.3附件设计
(1)安全阀的选择
查文献[4]中知液氨常用安全阀有A21H-40其公称直径
15mm到25mm公称压力为1.6-4.0Mpa使用温度t≤200℃和A41H-40其公称直径为32mm到48mm公称压力为1.3到4.0Mpa,使用温度t≤300℃。
根据本设计要求选择阀体公称压力:4.0Mpa;,
称直径为40mm的弹簧封闭微启式安全阀,封面材料为不锈钢;
采用法兰连型号:A44Y-160
(2)液位计的选择
液面计的种类很多,常用玻璃板液面计。它们都是外购的标准件,只需要选用。玻璃板液面计有三种:透光式玻璃板液面计、反射式玻璃板液面计、视镜式玻璃板液面计。利用连通器原理,通过液面计的玻璃板视窗可以观
察容器内部液面位置的变动情况。
根据设计要求选用查文献[6]中选用磁性液面计,型号T,使用压力为PN=2.5Mpa, 液面计采用普通型;结构形式:保温型W,钢板Q345R. 标准选用HG/T 21584-95. AT2.5-W-1450.中心距为L=2000mm,
采用带颈法兰DN32.
(3)视镜的选择
视镜用来观察设备内部物料的工作情况,用凸缘构成的视镜称为不带颈视镜,其结构简单,不易粘料,有比较宽的视察范围,便于窥视,在本设计中选用不带颈视镜。但由于视镜接缘直接焊接在设备上,容易在焊接后引起接缘上的密封面变形,所以应有可靠的焊接工艺保证。
选用视镜的数据:DN=80 PN=1.57 D=130 b1=36 b2=26 H=91
螺柱:个数n=8 直径d=M12 重量m=7.1kg 标准:不锈钢HGJ501-86-15
图视镜
(4)压力表
仪表类型的选用必须满足工艺生产的要求。例如是否需要远传、自动记录或报警;被侧介质的性质(如被测介质的温度高低、粘度大小、腐蚀性、脏污程度、是否易燃易爆等)是否对仪表提出特殊要求,现场环境条件(如湿度、温度、磁场强度、振动等)对仪表类型的要求等。因此根据工艺要求正确地选用仪表类型是保证仪表正常工作及安全生产的重要前提。
化工行业所用的压力表有多种型号,根据液氨的性质查文献[4]中常用的压力表型号为YA-100,管螺纹M20×1.5,压力表一端与带有相应螺纹的接管一端旋合,接管另一端焊接在筒体适合的位置。
(5)人孔的选择
①密封面的选择
由于本次设计的介质是高度危害的,查文献[7]中表3-1,选用凹凸法兰密封面(MFM)法兰。
②人孔的设计
本次设计的储罐设计压力为2.0075MPa,查文献[7]中,采用回转盖带颈对焊法兰人孔。其明细尺寸见下表:
表2-8:人孔尺寸表 单位:mm
| 密封面型式 | 凹凸面MFM | D | 730 | 46 | 48 | ||
| 公称压力PN MPa | 4 | 660 | 57 | 螺柱数量 | 20 | ||
| 公称直径DN | 500 | 280 | A | 435 | 螺母数量 | 40 | |
| 128 | B | 400 | 螺柱尺寸 | ||||
| d | 506 | b | 44 | L | 300 | 总质量kg | 302 |
③开孔补强的计算
根据文献[8]开孔补强结构:压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强三种。补强圈补强是使用最为广泛的结构形式,它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、安全、可靠等优点。在一般用途、条件不苛刻的条件下,可采用补强圈补强形式。但必须满足规定的条件。压力容器开孔补强的计算方法有多种,为了计算方便,采用等面积补强法,即壳体截面因开孔被削弱的承载面积,必须由补强材料予以等面积的补偿。当补强材料与被削弱壳体的材料相同时,则补强面积等于削弱的面积。补强材料采用Q235R-A。
查文献[7]中,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。
厚度附加量 C=2.3mm
开孔直径d=di+2C=530-32+4.6=493.4mm
,在筒体上开孔d2=2400/2=1200mm,
可用等面积进行开孔补强计算。
接管材料选用Q345R钢,其许用应力
查文献[3]中,压容器开孔后所需的补强面积
厚度计算
其中K1=1
计算出=12.78mm
强度削弱系数:
接管有效厚度:
则
有效补强范围
壳体开孔后,在有效补强范围内,可作为补强的截面积(包括来自壳体、接管、焊缝金属、补强元件)根据文献[3]得有效宽度:
有效高度:根据文献[3]
(实际外伸高度)
(实际内伸高度)
筒体多余面积
接管厚度:
,
=
查文献[3]中角焊缝角尺寸的选择规定当材料厚度12~16mm时焊脚取6mm
所以焊缝金属截面积
补强面积
∵
∴开孔需另行补强
满足以下条件的可选用补强圈补强:刚材的标准常温抗拉强度Mpa;补强圈厚度应小于或等于壳体壁厚的1.5倍;壳体名义厚度㎜;设计压力;设计温度℃。可知本设计满足要求,则采用补强圈补强。
(6)补强圈设计
根据DN500取补强圈外径=800mm 。因为B>,所以在有效补强范围。补强圈内径则取Di=530+10=540mm
δ’=A4/(D’-d’)=15.75mm
补强圈厚度,圆整取名义厚度为16mm。
根据文献[3],补强圈焊接形式——D型,
表:2-9: 补强圈补强及附件的选择
| 接管公称直径DN/mm | 外径D2 | 内径D1 | 厚度 | 重量(Kg) |
| 500 | 800 | 540 | 16 | 46.4 |
为了便于操作及考虑到开孔的安全性要求,本设计中将排气接管、人孔接管、安全阀接管、压力表接管、进料接管、人孔接管成直线依次布局在筒体上方,其中,人孔接管与排气管,人孔接管与安全阀,人孔接管与进料管间距离均为1300mm,其余接管间距离均为800mm,液面计接管放右侧封头处。
排污口接管和出料管布置在筒体下方,排污口接管在左封头与左支座之间,距左封头直边200mm处,出料管在左支座与右支座之间。
进料管内伸长度为1700mm,温度计内伸长度为300mm,其余的接管内伸长度均为0mm。
其中人孔接管外伸长度为250mm,其余接管外伸长度均为150mm,具体布局见装配图。
2.2.4支座结构设计
(1)鞍座结构和材料的选取
卧式容器的支座有三种形式:鞍座、圈座、和支腿,常见的卧式容器和大型卧式储罐、换热器等多采用鞍座,它是应用得最为广泛的一种卧式容器支座。置于支座上的卧式容器,其情况和梁相似,一般情况采用双支座。此外,卧式容器由于温度或载荷变化时都会产生轴向的伸缩,因此容器两端的支座不能都固定在基础上,必须有一端能在基础上滑动,以避免产生过大的附加应力。
通常的做法是将一个支座上的地脚螺栓孔做成长圆形,并且螺母不上紧,使其成为活动支座,而另一支座仍为固定支座。
所以本设计就采用这种支座结构。根据设备的公称直径和容器的重量参照文献[9]选取鞍座结构及尺寸。鞍座的材料(除加强垫板除外)为Q235-A,加强垫板的材料应与设备壳体材料相同为16MnR。
采用鞍式A型支座: 鞍座A2400-F和鞍座A2400-S
(2)鞍座位置的确定
考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷,面且支座截面处应力较为复杂,故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩,通常取尺寸A不超过0.2L值,为此中国文献[10]规定A≤0.2L=0.2(L+2h),A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头,得h=H-Di/4=0-600=40 mm
故A≤0.2(L+2h)=0.2×(8400+2×40)=1716mm
当鞍座邻近封头时,则封头对支座处筒体有加强刚性的作用。为了充分利用这一加强效应,在满足下应尽量使.A≤0.5R m(), 即
即A≤604mm
综合以上取A=600mm (A为封头切线至封头焊缝间距离,L为筒体和两封头的总长)
则两鞍座间距S=(L+2h)-2A=(8400+2×40)-2×600=7280mm,
鞍座位置及结构如下图所示。
(3)鞍座载荷计算
由前面可得的液氨的压力容器设计存储质量:
筒体质量:查得圆筒体材料Q345R密度ρ=7850㎏/m³,筒体长度加上封头的直边长度为40mm,则
单个封头的质量:查文献[2]中表B.2 EHA椭圆形封头质量为507.3㎏,可知,
水压试验时量:
附件质量:人孔质量为302kg,其他接管质量300 kg,即
综上所述,设备总质量为51587.2kg.
即每个鞍座承受的重量为G=mg/2=257936N=257.936KN
由此查文献[9]容器支座,选取轻型,焊制为BI, 筋板数为6,直径DN=2400mm包角为120°,高度为250mm有垫板的鞍座,允许载荷Q435kN>257.936kN。查文献[4]表6得鞍座结构尺寸如下表:。
表2-10:鞍式支座结构尺寸
| 公称直径 | DN | 2400 | 腹板 | 16 | 垫板 | 510 | ||
| 允许载荷 | Q/kN | 435 | 筋板 | 265 | 10 | |||
| 鞍座高度 | h | 250 | 208 | e | 100 | |||
底板 | 1720 | 290 | 螺栓间距 | 1520 | ||||
| 240 | 8 | 螺孔/孔长 | D/l | 24/40 | ||||
| 14 | 垫板 | 弧长 | 2800 | 鞍座质量 | Kg | 234 |
2.2.5焊接接点的设计
(1)压力容器焊接结构设计要求
根据文献[3]焊缝分散原则;避免焊缝多条相交原则;对称质心布置原则;避开应力复杂区或应力峰值去原则;对接钢板的等厚连接原则;接头设计的开敞性原则;焊接坡口的设计原则(焊缝填充金属尽量少;避免产生缺陷;焊缝坡口对称;有利于焊接防护;焊工操作方便;复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率)。
(2)封头与圆筒焊接接头
封头与圆筒连接的环向接头采用A类焊缝。焊接方法:采用手工电弧焊,封头与圆筒采用对接焊接。平行长度任取。坡口形式为Y型坡口。
根据Q345R的抗拉强度=5000Mpa和屈服点=325Mpa选择E50系列(强度要求:≥500Mpa;≥400Mpa)的焊条,型号为E5018.该型号的焊条是铁粉钛型药皮(药皮成分:氧化钛30%,加铁粉),适用于全位置焊接,熔敷效率较高,其结构如下图
Y型坡口
筒体和封头的焊接:δ=6~20 α=60~70 b=0~2 p=2 ~3
(3)管法兰与接管的焊接接头
管法兰与接管焊接接头形式和尺寸参照文献[3],根据公称通经选择相应的坡口宽度结构如附图中为几种常用的管法兰与结接管焊接形式的局部放大图。
(4)接管与壳体的焊接接头
本设计除人孔接管带补强圈外其它接管都是不带补强圈的插入式接管,接管插入壳体,接管与壳体间的焊接有全焊透和部分焊头两种,它们的焊接接头均属T形或角接接头。标准中代号为G2的接头形式,基本尺寸为;;;,且,它适用于,,因为所选接管的厚度都为壳体厚度的一半,壳体的厚度为16mm,所以符合要求。选择全焊透工艺,可用于交变载荷,低温及有较大温度梯度工况。如附图中的局部放大图所示。
带补强圈焊接接头结构
β=50°+5°=30°±2° b=2+0.5,=5±1,=δt ,
=﹙ ≤8) k=0.7
2.3设备的强度计算
2.3.1设备总体壁厚计
(1)材料的选择
常见的压力容器用碳素钢和低合金钢钢板有Q245,Q345R,Q370R等;无缝钢管材料有10,20,等。考虑到该容器的内径为2400mm,介质的工作温度为-20℃~48℃,由下表查得,所以可以选择Q235R或者Q345R作为筒体的材料。所以选用筒体由钢板卷制而成,由于低合金钢有较高的强度,良好的塑性,价格相对较低,所以选用Q345R。封头材料也为Q345R。
表2-11 钢板材料使用条件表
| 材料名称 | 使用条件 |
| Q235R或者Q345R | 容器设计压力P≤35MPa,钢板使用温度-20~475℃,对容器中的介质没有。 |
①设计温度下材料的许用应力
设计温度为50℃,假设筒体厚度为,由《材料许用应力表》可得的=345
表2-12:钢材许用应力表
| 钢号 | 板厚/㎜ | 在下列温度(℃)下的许用应力/ Mpa | |||||
| ≤20 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | ||
| 3~16 | 1 | 1 | 1 | 183 | 167 | 153 | |
| 16~36 | 185 | 185 | 183 | 170 | 157 | 143 | |
本次液氨储罐的设计采用双面对接焊的全焊透对接接头,全部无损探伤
所以=1.0
③计算压力
由前面计算知道计算压力=2.0075
④筒体内径
由前面计算知道筒体内径=2400mm
⑤筒体的计算厚度
按公式:计算
即=12.81mm >=3mm
取腐蚀裕量 2mm
设计厚度12.81+2=14.81mm
查文献[3]中列举的锅炉和压力容器专用钢板的厚允许偏差按GB/T 709中的B类要求,即钢材厚度负偏差。
所以名义厚度,经过圆整后为16mm,在之间,故假设是成立的。
有效厚度。
(2)封头壁厚计算
根据标准椭圆形封头的计算厚度公式:
取腐蚀裕量2mm,钢材厚度负偏差。则:
设计厚度12.78+2=14.78mm
名义厚度
有效厚度
可见标准椭圆形封头与筒体等厚。
2.3.2压力试验校核
(1)压力试验类型
耐压试验是在设计压力下对压力容器的检验,在本设计中采用水压试验进行验证。
(2)压力试验校核
①筒体耐压试验校核
耐压试验压力根据
其中,为耐压试验压力系数,对于钢和有色金属,液压试验是,
所以水压试验压力,
筒体的薄膜应力:
液压试验时,应满足以下公式的要求,
其中 =0.91345=
<符合要求。
最终筒体选用材料为Q345R的钢板,且厚度为16mm。
②封头耐压试验校核
水压试验压力
封头的薄膜应力:
液压试验时,应满足以下公式的要求,
其中 =0.91345=
<,符合要求。
最终封头选用材料为Q345R的钢板,且厚度为16mm。
2.3.3设备的应力校核
| 钢制卧式容器 | 计算单位 | 河北工程大学 | ||||
| 计 算 条 件 | 简 图 | |||||
| 设计压力 p | 2.0075 | MPa | ||||
| 设计温度 t | 50 | ℃ | ||||
| 筒体材料名称 | Q345R | |||||
| 封头材料名称 | Q345R | |||||
| 封头型式 | 椭圆形 | |||||
| 筒体内直径 Di | 2400 | mm | ||||
| 筒体长度 L | 8400 | mm | ||||
| 筒体名义厚度 n | 16 | mm | ||||
| 支座垫板名义厚度 rn | 10 | mm | ||||
| 筒体厚度附加量 C | 2.3 | mm | ||||
| 腐蚀裕量 C1 | 2 | mm | ||||
| 筒体焊接接头系数 | 1 | |||||
| 封头名义厚度 hn | 16 | mm | ||||
| 封头厚度附加量 Ch | 2.3 | mm | ||||
| 鞍座材料名称 | Q235-A | |||||
| 鞍座宽度 b | 240 | mm | ||||
| 鞍座包角 θ | 120 | ° | ||||
| 支座形心至封头切线距离 A | 600 | mm | ||||
| 鞍座高度 H | 250 | mm | ||||
| 地震烈度 | 低于七 | 度 | ||||
内压圆筒校核 | 计算单位 | 河北工程大学 | ||||||||||||
| 计算所依据的标准 | GB 150.3-2011 | |||||||||||||
| 计算条件 | 筒体简图 | |||||||||||||
| 计算压力 Pc | 2.02 | MPa | ||||||||||||
| 设计温度 t | 0.00 | C | ||||||||||||
| 内径 Di | 2400.00 | mm | ||||||||||||
| 材料 | Q345R ( 板材 ) | |||||||||||||
| 试验温度许用应力 | 1.00 | MPa | ||||||||||||
| 设计温度许用应力 t | 1.00 | MPa | ||||||||||||
| 试验温度下屈服点 s | 345.00 | MPa | ||||||||||||
| 钢板负偏差 C1 | 0.30 | mm | ||||||||||||
| 腐蚀裕量 C2 | 2.00 | mm | ||||||||||||
| 焊接接头系数 | 1.00 | |||||||||||||
| 厚度及重量计算 | ||||||||||||||
| 计算厚度 | = = 12.90 | mm | ||||||||||||
| 有效厚度 | e = n - C1- C2= 13.70 | mm | ||||||||||||
| 名义厚度 | n = 16.00 | mm | ||||||||||||
| 重量 | 8007.60 | Kg | ||||||||||||
| 压力试验时应力校核 | ||||||||||||||
| 压力试验类型 | 液压试验 | |||||||||||||
| 试验压力值 | PT = 1.25P = 2.5100 (或由用户输入) | MPa | |||||||||||||
| 压力试验允许通过 的应力水平 T | T 0.90 s = 310.50 | MPa | |||||||||||||
| 试验压力下 圆筒的应力 | T = = 221.11 | MPa | |||||||||||||
| 校核条件 | T T | ||||||||||||||
| 校核结果 | 合格 | ||||||||||||||
| 压力及应力计算 | |||||||||||||||
| 最大允许工作压力 | [Pw]= = 2.14550 | MPa | |||||||||||||
| 设计温度下计算应力 | t = = 177.99 | MPa | |||||||||||||
| t | 1.00 | MPa | |||||||||||||
| 校核条件 | t ≥ t | ||||||||||||||
| 结论 | 合格 | ||||||||||||||
左封头计算 | 计算单位 | 河北工程大学 | |||||||||||||
| 计算所依据的标准 | GB 150.3-2011 | ||||||||||||||
| 计算条件 | 椭圆封头简图 | ||||||||||||||
| 计算压力 Pc | 2.02 | MPa | |||||||||||||
| 设计温度 t | 0.00 | C | |||||||||||||
| 内径 Di | 2400.00 | mm | |||||||||||||
| 曲面深度 hi | 600.00 | mm | |||||||||||||
| 材料 | Q345R (板材) | ||||||||||||||
| 设计温度许用应力 t | 1.00 | MPa | |||||||||||||
| 试验温度许用应力 | 1.00 | MPa | |||||||||||||
| 钢板负偏差 C1 | 0.30 | mm | |||||||||||||
| 腐蚀裕量 C2 | 2.00 | mm | |||||||||||||
| 焊接接头系数 | 1.00 | ||||||||||||||
| 压力试验时应力校核 | |||||||||||||||
| 压力试验类型 | 液压试验 | ||||||||||||||
| 试验压力值 | PT = 1.25Pc= 2.5100 (或由用户输入) | MPa | |||||||||||||
| 压力试验允许通过的应力 t | T 0.90 s = 310.50 | MPa | |||||||||||||
| 试验压力下封头的应力 | T = = 220.48 | MPa | |||||||||||||
| 校核条件 | T T | ||||||||||||||
| 校核结果 | 合格 | ||||||||||||||
| 厚度及重量计算 | |||||||||||||||
| 形状系数 | K = = 1.0000 | ||||||||||||||
| 计算厚度 | h = = 12.86 | mm | |||||||||||||
| 有效厚度 | eh = nh - C1- C2= 13.70 | mm | |||||||||||||
| 最小厚度 | min = 3.60 | mm | |||||||||||||
| 名义厚度 | nh = 16.00 | mm | |||||||||||||
| 结论 | 满足最小厚度要求 | ||||||||||||||
| 重量 | 808.40 | Kg | |||||||||||||
| 压 力 计 算 | |||||||||||||||
| 最大允许工作压力 | [Pw]= = 2.15161 | MPa | |||||||||||||
| 结论 | 合格 | ||||||||||||||
| 右封头计算 | 计算单位 | 河北工程大学 | ||||||
| 计算所依据的标准 | GB 150.3-2011 | |||||||
| 计算条件 | 椭圆封头简图 | |||||||
| 计算压力 Pc | 2.02 | MPa | ||||||
| 设计温度 t | 0.00 | C | ||||||
| 内径 Di | 2400.00 | mm | ||||||
| 曲面深度 hi | 600.00 | mm | ||||||
| 材料 | Q345R (板材) | |||||||
| 设计温度许用应力 t | 1.00 | MPa | ||||||
| 试验温度许用应力 | 1.00 | MPa | ||||||
| 钢板负偏差 C1 | 0.30 | mm | ||||||
| 腐蚀裕量 C2 | 2.00 | mm | ||||||
| 焊接接头系数 | 1.00 | |||||||
| 压力试验时应力校核 | ||||||||
| 压力试验类型 | 液压试验 | |||||||
| 试验压力值 | PT = 1.25Pc= 2.5100 (或由用户输入) | MPa | ||||||
| 压力试验允许通过的应力 t | T 0.90 s = 310.50 | MPa | ||||||
| 试验压力下封头的应力 | T = = 220.48 | MPa | ||||||
| 校核条件 | T T | |||||||
| 校核结果 | 合格 | |||||||
| 厚度及重量计算 | ||||||||
| 形状系数 | K = = 1.0000 | |||||||
| 计算厚度 | h = = 12.86 | mm | ||||||
| 有效厚度 | eh = nh - C1- C2= 13.70 | mm | ||||||
| 最小厚度 | min = 3.60 | mm | ||||||
| 名义厚度 | nh = 16.00 | mm | ||||||
| 结论 | 满足最小厚度要求 | |||||||
| 重量 | 808.40 | Kg | ||||||
| 压 力 计 算 | ||||||||
| 最大允许工作压力 | [Pw]= = 2.15161 | MPa | ||||||
| 结论 | 合格 | |||||||
| 卧式容器(双鞍座) | 计算单位 | 河北工程大学 | |||||||||
| 计 算 条 件 | 简 图 | ||||||||||
| 计算压力 pC | 2.0075 | MPa | |||||||||
| 设计温度 t | 0 | ℃ | |||||||||
| 圆筒材料 | Q345R | ||||||||||
| 鞍座材料 | Q235-B | ||||||||||
| 圆筒材料常温许用应力 [ ] | 1 | MPa | |||||||||
| 圆筒材料设计温度下许用应力[ ]t | 1 | MPa | |||||||||
| 圆筒材料常温屈服点 | 345 | MPa | |||||||||
| 鞍座材料许用应力 [ ]sa | 147 | MPa | |||||||||
| 工作时物料密度 | 566.3 | kg/m3 | |||||||||
| 液压试验介质密度 | 1000 | kg/m3 | |||||||||
| 圆筒内直径Di | 2400 | mm | |||||||||
| 圆筒名义厚度 | 16 | mm | |||||||||
| 圆筒厚度附加量 | 2.3 | mm | |||||||||
| 圆筒焊接接头系数 | 1 | ||||||||||
| 封头名义厚度 δhn | 16 | mm | |||||||||
| 封头厚度附加量 Ch | 2.3 | mm | |||||||||
| 两封头切线间距离 | 8480 | mm | |||||||||
| 鞍座垫板名义厚度 δm | 10 | mm | |||||||||
| 鞍座垫板有效厚度 | 10 | mm | |||||||||
| 鞍座轴向宽度 b | 240 | mm | |||||||||
| 鞍座包角 θ | 120 | ° | |||||||||
| 鞍座底板中心至封头切线距离 A | 600 | mm | |||||||||
| 封头曲面高度 hi | 600 | mm | |||||||||
| 试验压力 pT | 2.51 | MPa | |||||||||
| 鞍座高度 H | 250 | mm | |||||||||
| 腹板与筋板组合截面积 | Asa | 29920 | mm2 | ||||||||
| 腹板与筋板组合截面断面系数Zf | 1.00608e+06 | mm3 | |||||||||
| 地震烈度 | <7 | ||||||||||
| 圆筒平均半径 Ra | 1208 | mm | |||||||||
| 物料充装系数 Φ0 | 0.85 | ||||||||||
| 一个鞍座上地脚螺栓个数 | 2 | ||||||||||
| 地脚螺栓公称直径 | 20 | mm | |||||||||
| 地脚螺栓根径 | 17.294 | mm | |||||||||
| 鞍座轴线两侧的螺栓间距 | 1520 | mm | |||||||||
| 地脚螺栓材料 | 16Mn | ||||||||||
支 座 反 力 计 算 | |||||||||||
| 圆筒质量(两切线间) | 8084.11 | kg | |||||||||
| 封头质量(曲面部分) | 794.717 | kg | |||||||||
| 附件质量 | 9605 | kg | |||||||||
| 封头容积(曲面部分) | 1.80956e+09 | mm3 | |||||||||
| 容器容积(两切线间) | V = 4.19817e+10 | mm3 | |||||||||
| 容器内充液质量 | 工作时, 20208.1压力试验时, = 41981.7 | kg | |||||||||
| 耐热层质量 | M5=0 | kg | |||||||||
| 总质量 | 工作时, 39486.7 压力试验时, 61260.3 | kg | |||||||||
| 单位长度载荷 | 41.7503 .7722 | N/mm | |||||||||
| 支座反力 | 193722 300543 300543 | N | |||||||||
| 筒 体 弯 矩 计 算 | |||||||||||
| 圆筒中间处截 面上的弯矩 | 工作时= 2.70526e+08 压力试验= 4.19699e+08 | N·mm | |||||||||
| 支座处横 截面弯矩 | 操作工况: -6.06148e+06 压力试验工况: -9.403e+06 | N·mm | |||||||||
系 数 计 算 | ||||||
| K1=1 | K2=1 | K3=0.879904 | ||||
| K4=0.401056 | K5=0.760258 | K6=0.0132129 | ||||
| K6’=0.010861 | K7= | K8= | ||||
| K9=0.203522 | C4= | C5= | ||||
筒 体 轴 向 应 力 计 算 | ||||||
轴向应力计算 | 操作状态 | 92.8153 88.6023 | MPa | |||
| -4.30948 -0.0965595 | MPa | |||||
| 水压试验状态 | -6.68242 -0.149804 | MPa | ||||
| 117.346 110.81 | MPa | |||||
| 应力校核 | 许用压缩应力 | 0.00105905 | ||||
| 根据圆筒材料查GB150图4-3~4-12 B = 139.152 | MPa | |||||
| 139.152 139.152 | MPa | |||||
| < 1 合格||,|| < 139.152 合格 ||,|| < 139.152 合格 T2 , T3 < 0.9 s = 310.5 合格 | MPa | |||||
| 筒体和封头的切应力 | 时(时,不适用) | MPa | ||||
| 时 | 圆筒中: 15.9792 封头中: 7.28323 | MPa | ||||
应力校核 | 封头 | 椭圆形封头, 175.839 碟形封头, 半球形封头, | MPa | |||
| 圆筒 封头 | [ ] = 0.8 [ ]t = 151.2 60.4106 | MPa | ||||
| 圆筒, < [ ] = 151.2 MPa 合格 封头, h < [ h] = 60.4106 MPa 合格 | ||||||
| 鞍 座 处 圆 筒 周 向 应 力 | ||||||
| 无加强圈圆筒 | 圆筒的有效宽度 | 456.879 | mm | |||
| 无垫板或垫板不起加强作用时 | 在横截面最低点处 | MPa | ||||
| 在鞍座 边角处 | L/Rm≥8时, | MPa | ||||
| L/Rm<8时, | MPa | |||||
| 无 加 强 圈 筒 体 | 垫板起加强作用时 | 鞍座垫板宽度; 鞍座垫板包角 | ||||
| 横截面最低点处的周向应力 | -2.11017 | MPa | ||||
| 鞍座边角处 的周向应力 | L/Rm≥8时, | MPa | ||||
| L/Rm<8时, -30.5347 | MPa | |||||
| 鞍座垫板边 缘处圆筒中 的周向应力 | L/Rm≥8时, | MPa | ||||
| L/Rm<8时, -41.7333 | MPa | |||||
| 应力校核 | | 5| < [ ]t = 1 合格 | 6 | < 1.25[ ]t = 236.25 合格 | ’6 | < 1.25[ ]t = 236.25 合格 | MPa | ||||
有加强圈圆筒 | 加强圈参数 | 加强圈材料, | ||
| e = | mm | |||
| d = | mm | |||
| 加强圈数量, n = | 个 | |||
| 组合总截面积, A0 = | mm2 | |||
| 组合截面总惯性矩, I0 = | mm4 | |||
| 设计温度下许用应力 | MPa | |||
| 加强圈位于 鞍座平面上 | 在鞍座边角处圆筒的周向应力: | MPa | ||
| 在 鞍 座 边 角 处 ,加 强 圈 内 缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 : | MPa | |||
有加强圈圆筒 | 加强圈靠近鞍座 | 横 截 面 最 低 点 的 周 向 应 力 | ||
| 无垫板时,( 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 ) 采用垫板时,(垫板起加强作用) | MPa | |||
| 在横截上靠近水平中心线的周向应力: | MPa | |||
| 在横截上靠近水平中心线处,不与筒壁相接的加强圈内缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 : | MPa | |||
| 加强圈靠近鞍座 | 鞍座边角处点处的周向应力 | 无垫板或垫板不起 加强 作用 L/Rm≥8时, | MPa | |
| 无垫板或垫板不起 加强 作用 L/Rm<8时, | MPa | |||
| 采用垫板时,(垫板起加强作用) L/Rm≥8时, | MPa | |||
| 采用垫板时,(垫板起加强作用) L/Rm<8时, | MPa | |||
应力校核 | | 5| < [ ]t = 合格 | 6 | < 1.25[ ]t = 合格 | 7 | < 1.25[ ]t = | 8 | < 1.25[ ]tR = | MPa | |||
| 鞍 座 应 力 计 算 | |||||
| 水平分力 | 61167 | N | |||
| 腹板水平应力 | 计算高度 | 250 | mm | ||
| 鞍座腹板厚度 | 10 | mm | |||
| 鞍座垫板实际宽度 | 500 | mm | |||
| 鞍座垫板有效宽度 | 456.879 | mm | |||
| 腹板水平应力 | 无 垫 板 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 ,
垫板起加强作用, 8.65311 | MPa | |||
| 应力判断 | 9 < [ ]sa = 98 合格 | MPa | |||
| 腹板与筋板组合截面应力 | 由地震水平分力引起的支座强度计算 | ||||
| 圆筒中心至基础表面距离 1466 | mm | ||||
| 轴向力 | N | ||||
| , | MPa | ||||
| , | MPa | ||||
| | sa| 1.2[ bt]= | |||||
| 地脚螺栓应力 | 拉应力 | MPa | |||
| bt 1.2[ bt] = MPa | |||||
| 剪应力 | MPa | ||||
| bt 0.8 Ko [ bt] = MPa | |||||
| 温差引起的应力 | N | ||||
| -25.7298 | MPa | ||||
| | tsa| < [ ]sa = 147 | |||||
| 开孔补强计算 | 计算单位 | 河北工程大学 | |||||||||||||
| 接 管: N1, φ530×12 | 计算方法: GB150.3-2011等面积补强法,单孔 | ||||||||||||||
| 设 计 条 件 | 简 图 | ||||||||||||||
| 计算压力 pc | 2.0205 | MPa | |||||||||||||
| 设计温度 | 50 | ℃ | |||||||||||||
| 壳体型式 | 圆形筒体 | ||||||||||||||
| 壳体材料 名称及类型 | Q345R 板材 | ||||||||||||||
| 壳体开孔处焊接接头系数 | 1 | ||||||||||||||
| 壳体内直径 Di | 2400 | mm | |||||||||||||
| 壳体开孔处名义厚度δn | 16 | mm | |||||||||||||
| 壳体厚度负偏差 C1 | 0.3 | mm | |||||||||||||
| 壳体腐蚀裕量 C2 | 2 | mm | |||||||||||||
| 壳体材料许用应力[σ]t | 1 | MPa | |||||||||||||
| 接管轴线与筒体表面法线的夹角(°) | 0 | ||||||||||||||
| 凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角(°) | |||||||||||||||
| 接管实际外伸长度 | 250 | mm | 接管连接型式 | 安放式接管 | |||||||||||
| 接管实际内伸长度 | 0 | mm | 接管材料 | 20(GB9948) | |||||||||||
| 接管焊接接头系数 | 1 | 名称及类型 | 管材 | ||||||||||||
| 接管腐蚀裕量 | 2 | mm | 补强圈材料名称 | Q345R | |||||||||||
| 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 | mm | 补强圈外径 | 840 | mm | |||||||||||
| 补强圈厚度 | 20 | mm | |||||||||||||
| 接管厚度负偏差 C1t | 1.2 | mm | 补强圈厚度负偏差 C1r | 0.3 | mm | ||||||||||
| 接管材料许用应力[σ]t | 150.12 | MPa | 补强圈许用应力[σ]t | 185 | MPa | ||||||||||
| 开 孔 补 强 计 算 | |||||||||||||||
| 非圆形开孔长直径 | 512.4 | mm | 开孔长径与短径之比 | 1 | |||||||||||
| 壳体计算厚度δ | 12.8 | mm | 接管计算厚度δt | 3.4281 | mm | ||||||||||
| 补强圈强度削弱系数 frr | 0.9788 | 接管材料强度削弱系数 fr | 0.7943 | ||||||||||||
| 开孔补强计算直径 d | 512.4 | mm | 补强区有效宽度 B | 1024.8 | mm | ||||||||||
| 接管有效外伸长度 h1 | 78.414 | mm | 接管有效内伸长度 h2 | 0 | mm | ||||||||||
| 开孔削弱所需的补强面积A | 6609 | mm2 | 壳体多余金属面积 A1 | 411 | mm2 | ||||||||||
| 接管多余金属面积 A2 | 669 | mm2 | 补强区内的焊缝面积 A3 | 36 | mm2 | ||||||||||
| A1+A2+A3= 1116 | mm2 ,小于A,需另加补强。 | ||||||||||||||
| 补强圈面积 A4 | 5978 | mm2 | A-(A1+A2+A3) | 5492 | mm2 | ||||||||||
| 结论: 合格 | |||||||||||||||
3.1容器类别的确定
由文献[4]和文献[11]常见介质危害程度查液氨为毒性危害程度为中度危害,腐蚀,有毒,属于第二组介质,则再根据文献[5]相关规定,液氨储罐为第三类压力容器。
3.2材料要求
筒体材料:Q345R
封头材料:Q345R
接管材料:无缝钢管20
法兰材料:16MnⅡ
鞍座材料:Q235A
垫片:石棉橡胶垫片
3.3无损检测要求
设备按文献[3]进行制造、检验、验收,并接受《固定式压力容器安全技术监察规程》的监察。
本设计中设备的A、B类焊接接头应按文献[3]进行100%射线检测,其透照质量不低于AB级,合格级别按JB4730-94中RT-Ⅱ级要求;C、D类焊接接头及公称直径小于250mm的接管和法兰的焊接接头按JB/T4730.1~6-2005进行100%磁粉检测,合格级别按JB4730-94中MT-Ⅰ级要求
3.4材料供货要求
钢板要求正火状态供货,使用。
3.5锻件要求
法兰锻件应按JB4726-94中二级要求进行制造,检验和验收。
(1)锻件不允许存在白点、内部裂纹和残余缩孔。
(2)锻件不允许有肉眼可见的裂纹、折叠和其他影响使用的外观缺陷。局部缺陷可以清除,但清理深度不得超过加工余量的75%%,锻件非加工表面上的缺陷应清理干净并圆滑过渡。
3.6热处理要求
(1)零件经淬火处理后,硬度应达到50~55HRC。
(2)零件进行高频淬火后、回火至40~45HRC,有效硬化层深度0.8~1.6mm。
(3)渗碳淬火处理,表面硬度56~62HRC,渗层深度0.3~0.8mm,心部硬度28~33HRC。
(4)零件须进行高温时效处理。
(5)经调质处理,28~32HRC。
(6)零件经淬火处理后,硬度应达到50~55HRC
3.7焊接材料要求
压力容器焊接结构设计焊缝分散原则;避免焊缝多条相交原则;对称质心布置原则;避开应力复杂区或应力峰值去原则;对接钢板的等厚连接原则;接头设计的开敞性原则;焊接坡口的设计原则(焊缝填充金属尽量少;避免产生缺陷;焊缝坡口对称;有利于焊接防护;焊工操作方便;复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率)。
该容器上的A,B类接头必须采用对接焊,不允许采用搭接焊。
封头与圆筒等厚采用对接焊接。
管法兰与接管的焊接接头
管法兰与接管焊接接头形式和尺寸参照标准HG20605-97,根据公称通经选择相应的坡口宽度结构如附图中为几种常用的管法兰与结接管焊接形式的局部放大图。
本次设计的壳体A、B类焊接接头应为V型
接管与筒体的焊接接头坡口为。人孔处接管、补强圈的焊接采用角焊,坡口为。而对于法兰与壳体、接管连接的接头,应采用全焊透接头。
无补强接管与壳体的焊接接头
带补强接管与壳体的焊接接头
β=35°±25°=50°±5° b2=2+0.5,b1=5±1,=δn/3 ,
=﹙≤8) k=0.7
常用焊接方法与焊条的选择
采用手工电弧焊,该方法设备简单,便于操作,使用于各种焊接,在压力容器制造中应用十分广泛,钢板对接,接管与筒体、封头的连接等都可以采用。考虑母材力学性能与化学材料,构件的结构与刚性和经济性,根据文献[3]中该容器 所用 焊条使用型号如下表:
表2.10 焊条型号及牌号(JB/T 4709-2007)
| 接头母材 | 焊条型号 | 焊条牌号 |
| Q345R+Q345R | E5016 | J506 |
| 20 +Q345R | E5015 | J507 |
| Q235-A-F+Q345R | E4303 | J422 |
| 20+20 | E4315 | J427 |
(1)根据GB150《压力容器》规定,压力容器盛装介质有应力腐蚀时候,要 进行焊后热处理。焊接形式补充,如法兰与接管的焊接按相应法兰标准中的规定。
(2)采用电弧焊时,焊条材料选用:Q345R之间J507(E5016)Q345R与20 或10之间用J422(E4303)
(3)接管角焊缝应进行着色检测。
(4)设备出厂时,管口用木板密封,液面计拆下装箱。
(5)鞍座垫板应在热处理前焊于筒体上,鞍座的制造安装及基础应严格按JB/4712-92。
参考文献
[1]郑津洋、董其伍、桑芝富,《过程设备设计》,化学工业出版社,2001
[2] 国家经济贸易委员会,JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》,2002
[3]国家质量技术监督局,GB150-2011《压力容器》,中国标准出版社,2011
[4]中国石化集团上海工程有限公司,《化工工艺设计手册》,化工工业出版2009
[5]国家质量技术监督局,《固定式压力容器安全技术监察规程》,中国劳动社会保障出版社,1999
[6]中华人民共和国工业和信息化部,HG2059~2009《钢制管法兰》,2009
[7] 中华人民共和国工业和信息化部,HG/T21514-2005《钢制人孔和手孔》,2005
[8] 国家经济贸易委员会,JB/T4736-2002《补强圈》,2002
[9]中华人民共和国国家发展和改革委员会,JB/T4712-2007《容器支座》,2007
[10] 国家经济贸易委员会,JB/T 4731-2000《卧式压力容器》,2000
[11]闫康平,陈匡民,《过程装备腐蚀与防护》[M]第二版,北京:化学工业出版社
[12]全国化工设备设计技术中心站,《化工设备图样技术要求》,2000,11
结束语
压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、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,按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
近两个星期的液化石油气储罐设计,可以说是对自己综合知识、能力的挑战。从刚开始设计时的不知所措,到如今的灵活运用。在设计期间我锻炼了很多,也收获了很多!首先,通过液氨储罐的设计,我全面综合的增加及巩固了知识,其次,我对液氨储罐的设计过程有了初步的了解,开始设计的那段时间确实比较痛苦,感觉无从下手。正所谓万事开头难,通过与同学们的讨论合作,我们找到了一种绝处逢生的感觉,有了头绪和思路之后设计就显得水到渠成了。不管是筒体、封头、鞍座、法兰、接管还是螺栓螺柱,每一种结构的设计都需要有相关工具书作指导和标准的参考,设计起来的工作量很大。不过我们在设计过程中也找了很多快乐,大家讨论时的积极劲儿,这让大伙儿设计起来非常有动力。我们按着设计的时间安排一步一步的完成设计。
通过这次设计我熟练应用了学过的知识,这既是对学过知识的一种检测,也是一种能力的提升。我还练习使用了office,CAXA, SW6-2011等软件,这无疑又多学习了知识。
在本次设计中,我们不断的提出问题、改正问题,在指导老师的认真指导下,我们完成了液氨储罐设计。最后要感谢指导老师的指导和同学的合作。
