化工设备基础课程设计

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第一章 设计方案的确定............................................................ 错误！未定义书签。

1.1 液氨储罐选型............................................................... 错误！未定义书签。 1.2 液氨储罐选材................................................................ 错误！未定义书签。 第二章 储罐的工艺设计............................................................ 错误！未定义书签。 2.1 筒体壁厚设计................................................................ 错误！未定义书签。 2.2 筒体封头设计................................................................ 错误！未定义书签。 2.3 校核罐体及封头的水压试验强度................................ 错误！未定义书签。 2.4 人孔设计........................................................................ 错误！未定义书签。 2.5 人孔补强........................................................................ 错误！未定义书签。 2.6 接口管............................................................................ 错误！未定义书签。

2.6.1 液氨进料管....................................................... 错误！未定义书签。 2.6.2 液氨出料管........................................................ 错误！未定义书签。 2.6.3 排污管................................................................ 错误！未定义书签。 2.6.4 液面计接管........................................................ 错误！未定义书签。 2.6.5 放空接口管........................................................ 错误！未定义书签。 2.7 鞍座.............................................................................. 错误！未定义书签。

2.7.1 罐体质量.............................................................. 错误！未定义书签。 2.7.2 封头质量.............................................................. 错误！未定义书签。 2.7.3 液氨质量.............................................................. 错误！未定义书签。 2.7.4 附件质量.............................................................. 错误！未定义书签。 第三章 设备总装配图................................................................ 错误！未定义书签。 3.1 设备总装配图.............................................................. 错误！未定义书签。 3.2 储罐技术要求：.......................................................... 错误！未定义书签。 3.3 设计技术特性表.......................................................... 错误！未定义书签。 第四章 设计总结........................................................................ 错误！未定义书签。 参考文献...................................................................................... 错误！未定义书签。

第一章 设计方案的确定

1.1 液氨储罐选型

工业的压力容器种类很多，按形状主要分以下几类：（1）方型或矩形容 器 （2）球型容器 （3）圆筒型容器 。本设计采用圆筒型容器，方型或矩形容 器虽制造简单，但承压能力差，四角的边缘应力较大，容易失效且封头设计较厚， 故不选用。球型容器，虽单位容积所用的材料最少且受力最佳，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，不选用。而圆 筒型容器，制造容易，选用适当的长径比之后，安装、检修方便，承载能力较好。 因此本设计采用圆筒型容器。

1.2 液氨储罐选材

储罐的经济性与实用性重要方面就是材料的选择。根据实际条件，本设计 采用16MnR，主要有几下方面原因：（1）容器的使用条件，如温度、压力等。 当容器温度低于0℃时，不得选用Q235系列的钢板，因其塑性变脆。虽20R的 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， 具有良好的力学性能和足够的强度。（2）综合经济 市场调查（2009年）20R 碳素钢价格：2600元/吨，低合金钢16MnR价格：2680元/吨，两者价格相差不 大，但16MnR制造的储罐比碳素钢的质量轻1/3，同时减少了壁厚。 综上所述，本设计用钢选用16MnR。

第二章 储罐的工艺设计

2.1 筒体壁厚设计

采用内径Di=2200mm ，储罐长度L（不包含封头）=5000mm的工艺尺寸。其长径之比L/Di=2.27，满足一般卧式容器长径比在2—6的范围之内[1]。本设计采用50℃设计温度，这时氨的饱和蒸汽压为2.07MPaP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=1.9691.1=2.16 Mpa 设计壁厚公式：

[2]

。



d





c2[]

it

2

其上式中相关参数如表2-1：



d

1 216312.16

=15.67mm 由表3-13查得：C1=0.8mm 圆整后

d

[3]

=15.67+0.8=16.47mm



n

=18mm 故筒壁用18mm的16MnR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：平板封头四角处在较大边缘应力且厚度较大，故不采用；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、低压设备不宜选用；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，制造容易，受力比蝶形好，故选用此封头。

设计壁厚



： n



d



i

其中=1 t

20.5P



圆整之后

d

=16.43mm



n

=18mm

考虑减少材料间的线性膨胀系数，故采用18mm厚16MnR钢板制造的

标准椭圆形封头。

2.3 校核罐体及封头的水压试验强度

由水压实验公式：

t

pD0.96eT

i

e

S

p

T

1.25P1.252.162.7MPa



e

181.816.2mm 325MPa



S

0.96s3250.9292.5MPa 

可见 ：

2.7220016.2184.7MPa

216.21



2.4 人孔设计



0.96S 所以满足水压试验，强度足够。

根据储罐的设计温度、工作压力、材质及使用要求等条件，选用公称压力PN=2.5Mpa的水平吊盖带颈对焊法兰人孔，其公称直径选定为DN=450mm。采用榫槽密封面（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的标记： 人孔TGⅧ(A.G) 450-2.5 HG21524-95

[4]

人孔PN2.5 DN450（HG21524-95）明细表2-2

其图见后附图 1-1

2.5 人孔补强

人孔开孔补强采用补强圈结构，材质为16MnR。根据补强经验,补强圈的厚度与筒体壁厚相等，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

采用流速为1.5m/s ,3.8小时流到16.5m3（220.75），故Qv,h=4.34m3/h

4

5.5

D

4Qv,s32mm

u3.141.5

采用38mm3.5mm的无缝钢管，管的一端切成45°，深入储罐内少许，配用图面板式平焊管法兰，法兰标记：HG20592 法兰PL32-2.5RF16MnR 。因该

38mm3.5mm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

采用可拆的压出管25mm3mm，将它用法兰固定在接口管

38mm3.5mm内。罐体的接口管法兰采用HG20592 法兰PL32-2.5 RF 16Mn,与该法兰相配并焊接在压出管的 法兰上，其连接尺寸和厚度与法兰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57mm3.5mm，管端装

有一与截止阀J41W-16相配的管法兰：HG20592 法兰PL50-2.5 RF 16Mn 2.6.4 液面计接管

本储罐采用玻璃防霜面计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—液面计的公称长度 50—防霜翅片高度，mm HG/T2155-93—液面计的标准图号

2.6.5 放空接口管

采用32mm3.5mm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,



[4]

=18mm筒件。每米质量q=984kg/m (见附表4) 1n

故m1= q1L=9845=4920kg 2.7.2封头质量

DN=2200mm,



n

=18mm 直角高度40mm的标准椭圆形封头。

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=0.7522.08665=11012.4kg

2.7.4附件质量 人孔质量约重200kg ；

法兰质量列如下表：

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=

mg17956.999.81

==88.08kN

22

即每个鞍座只承受约88.08kN负荷，根据附录16[5] 表40，可以选用轻型带垫板、包角为120°的鞍座。

故选用： 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，各零部件的名称、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：

3.3 设计技术特性

综上计算过程，其结果如技术特性表：

参考文献

[1] 丁伯民,黄正林.等 化工容器[M].北京:化学工业出版,2005 [2] 陈钟秀,顾飞燕.等 化工热力学[M].化学工业出版社,2000:308 [3] 谭蔚.化工设备设计基础[M].天津大学出版社,2007

[4] 刁玉伟,王立业编著.化工机械设计基础(第五版)[M].大连理工大学出版社,

1996:2

[5] 钱自强,林大均,蔡祥兴主编.大学工程制图[M].华东理工大学出版社，

2005.2