15M3-甲醇储罐设计

目录一序言（一）设计任务（二）设计思想（三）设计特点二储罐总装配示意图三材料及结构的选择（一）材料的选择（二）结构的选择四设计计算内容（一）设计温度和设计压力的确定（二）名义厚度的初步确定（三）容器的压力实验（四）容器应力的校核计算（五）封头的设计（六）人孔的设置（七）支座的设计确定（八）各物料进出管位置的确定及其标准的选择（九）液位计的设计（十）焊接接头设计五设计小结六参考资料太原科技大学材料科学与工程学院过程设备课程设计指导书课程设计题目：（15）M3甲醇储罐设计课程设计要求及原始数据（资料）：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.广泛查阅和综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。3.设计计算采用电算，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.工程图纸要求计算机绘图。5.毕业设计全部工作由学生本人独立完成。二、原始数据：设计条件表序号项目数值单位备注1名称甲醇储罐2用途甲醇厂3最高工作压力0.8MPa4工作温度-20～48℃5公称容积（Vg）10M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(φV)0.98工作介质甲醇（易燃，中度危害）9使用地点太原市,室外10安装与地基要求储罐底壁坡度0.01～0.0211其它要求管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称n180HG20592RF液相进口管n280HG20592RF液相出口管n350HG20615RF放气管n4450人孔n550HG20615RF排污管n650HG20615RF压力表接口n740HG20615RF温度计接口s1/s240HG20592RF液位计接口课程设计主要内容：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(折合A1图纸一张)一序言（一）设计任务：针对化工厂中常见的甲醇储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图和零件图，并编写设计说明书。（二）设计思想：综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。（三）设计特点：容器的设计一般由筒体，封头，法兰，支座，接口管及人孔等组成。常，低压化工设备通用零件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零件的选用。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，合理的进行设计。二储罐总装配示意图三材料及结构的选择（一）材料的选择甲醇的物理化学性质化学名称：甲醇，别名：甲基醇、木醇、木精分子式OHCH3,分子量32.04，有类似乙醇气味的无色透明，易挥发性液体，密度（20℃）0.7913g/mL，熔点为—97.8℃，沸点为64.65℃。甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，略有酒精气味。甲醇是最常用的有机溶剂之一，与水互溶且体积缩小，能与甲醇乙酸等多种有机溶剂互溶，甲醇为有毒化工产品，用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料，主要用于精细化工、塑料等领域，用来制造甲醛。醋酸、甲氨、硫酸等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。储罐可选用一般钢材，但由于压力较大，可以考虑20R，16MnR这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，可用20R类的低碳钢板，16Mn钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板较为经济，所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头的材料。（二）结构的选择1封头的选择从受力与制造方面分析来看，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；椭圆封头浓度比半球形封头小的多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来看：球形封头用材最少，比椭圆封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度，结构和制造方面综合考虑，采用椭圆封头最为合理。2人孔的选择压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。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，工作温度以及人，手孔的结构和材料等诸多方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有很大的灵活性。公称压力为1.0MPa，公称直径为450mm,H为250mm的水平吊盖对焊法兰人孔。3法兰的选择法兰连接的主要优点是密封可靠，强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸，制造成本较高。压力容器的法兰分平焊法兰和对焊法兰。法兰设计的优化原则是：法兰设计应使各项应力分别接近许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到充分的发挥。4液面计的选择液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型大体上可以分为四类：有玻璃板液面计，玻璃管液面计，浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度在0~250摄氏度。玻璃管液面计适用于工作压力小于1.6MPa，介质温度在0~250摄氏度情况下。玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料没有结晶等堵塞固体的场合。板式5液面计承压能力强但比较笨重，成本较高。5鞍式支座的选择鞍式支座是应用较为广泛的一种卧式支座。从应力分析来看，理论上支座数目越多越好。但实际上，卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点过多时，各支撑平面的影响均会影响支座反力的分布，因而采用多支座不仅体现不出理论上的优越性反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利影响。在此选择轻型的鞍式双支座，一个S型，一个F型。四设计计算内容（一）设计温度和设计压力的确定１．设计温度的确定根据液氨储罐工作温度为-20～48℃所以选择设计温度t=50℃２．设计压力的确定1】根据甲醇储罐的工作压力MPaPw8.0，确定设计压力P根据《压力容器安全技术监察规程》，当容器上装有安全阀时，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不得低于安全阀的开启压力。所以，P=1.1wP=1.1×0.8=0.88MPa2】计算压力的确定根据工作压力确定计算压力，由于液柱静压力小于5%的设计压力，所以MPaPPC88.0，则对公称压力为1.0MPa3】确定计算温度下的许用应力MPat对于16MnR的低合金钢板，在t=50℃的设计温度下，MPaMPat1634】确定焊接接头系数取值根据接头形式及无损检测的长度比例来确定，采用双面对接接头形式，相当于双面对接接头的全焊透对接头进行100%无损检测。取0.1(二)所需参数的确定2.1筒体长度及公称直径的确定根据VVt已知315mVt，装量系数9.0v，则设备的体积V=16.673m再根据VLDi241,解得3223.21mLDi又规定6~3iDL假设公称直径mmDN2000L=5307mm，则6~36.2DNL假设公称直径mmDN1800L=6552mm，则64.3DNL假设公称直径mmDN1900L=5880mm，则09.3DNL所以取DN=1800mmL=6552mm2.2计算筒体和封头的厚度甲醇储罐选用16MnR制作罐体和封头2.2.1计算厚度1】确定厚度附加量根据钢板的厚度查设计手册，厚度负偏差5.01C当介质为压缩空气，水蒸气或水的碳素钢或低合金钢制容器，腐蚀余量不小于1mm，所以取mmC22筒体：mmPDPctic87.488.011632180088.02封头：mmPDPctic86.488.05.011632180088.05.022.2.2设计厚度（加入腐蚀裕量）筒体：mmCd87.6287.42封头：mmCd86.6286.422.2.3有效厚度筒体：2Ce+圆整=8mm封头：2Ce+圆整=8mm2.2.4名义厚度（设计厚度+钢板厚度负偏差）筒体：21CCen+圆整=8+0.5+2+圆整=12mm封头：21CCen+圆整=8+0.5+2+圆整=12mm根据钢板的常用规格，取筒和封头的名义厚度均为mm12（三）封头的设计标准椭圆形封头是中低压容器中经常采用的封头形式,其最新的标准为JB/T4746-2002.该标准规定以内径为公称直径的标准椭圆形封头(代号EHA)的直边高度只与公称直径有关DN≤2000mm时,直边高度为25mm；DN2000mm时,直边高度为40mm。由于所设计的筒体公称直径DN=1800mm2000mm，所以直边高度为25mm，又根据《EHA椭圆形封头内表面积及容积》查得：DN=1800mm时，总深度H=475mm，内表面积A=3.65352m，容积V=0.82703m所以，封头设计为EHA1800×12-16MnRJB/T4746-2002示意图如下：（四）支座的设计确定容器支座有鞍式支座，腿式支座，支承式支座，耳式支座和裙式支座,本次设计为卧式容器，所以采用鞍式支座。鞍式支座分为轻型(代号为A)和重型(代号为B)，轻型适用公称直径DN1000~2000mm，所以选用轻型鞍座就可满足要求，鞍座与基础的安装形式有固定式（代号F）和滑动式（代号S）两种，一般为满足容器的热胀冷缩的位移要求，固定式和滑动式应配对使用。故设计中选用轻型鞍座，采用固定式和滑动式。根据JBT4712.1—4712.4—2007容器支座查表2公称直径允许载荷鞍座高度螺栓间距鞍座质量底板腹板筋板垫片180027525011201621l1b123l2b3b3弧长4b4e2802201210295190260821004301080筒体的质量1m：DN=1800mmmmn12L=6552mmkglddmi351141221封头的质量查得kgm4.3382甲醇的质量kgVm1066515100079.09.03附件质量4m=0.2×总体质量=0.2×604.4=120.9kg故储罐总质量=kgmmmm3.146354321总负荷F=mg/2=71.7KN查表得mmDN1800时，允许载荷KNQ275；而此设计储罐每个支座所需承受载荷为KNQ7.71，符合条件，于是选取支座：JB/T4712.1-2007，支座A1800-FJB/T4712.1-2007，支座A1800-S根据表可知符合要求（五）人孔的设置5.1人孔位置和尺寸的设置人孔即检查孔。压力容器开设检查孔目的是为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹，变形，腐蚀等缺陷以及装拆设备的内部零部件，一般设备的公称直径在900mm以下时可根据需要设置适当数量的手孔，超过900mm时应开设人孔。人孔有圆形和长圆两种。人孔大小的设置原则是方便人的进出，因此，圆形人孔的公称直径规定为400～600mm，所以本次设计选择人孔公称直径为450mm。人孔位置的确定：取L=500mm根据储罐的设计温度，最高工作压力，材质，介质及使用要求的等条件，选用公称压力PN=1.0MPa，水平吊盖带颈对焊法兰人孔（HG21524—95），人孔公称直径选定为DN=450mm，采用榫槽面和密封面和石棉橡胶板垫片，人孔各零件名称，材质及尺寸如下表根据钢制人孔和手孔HG/T21514—21513—2005公称sdwdD1D1H2Hb1b2bABL0d螺栓个数螺母个数螺柱总质量直径450480×12456670600250126424446375175250242040M33×2×170246人孔开孔补强人孔开孔补强采用补强圈结构，材质为16MnR根据JB/T—4736—2002确定补强圈的内经mmD4841外径mmD7602补强圈厚度为20mm（六）各物料进出管位置的确定及其标准的选择开孔液相进口管DN80，液