化工设备机械基础《课程设计》

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1、第1章前言1.1设计任务课程设计是学校整个教学环节的重要部分，是对学生进行全面考核、综合训 练的必不可少的教学内容。通过课程设计，可以使学生所学的基本理论、基本知 识和基本技能在总结提高的基础上加以综合应用。同时，也是培养学生分析问题、 全面解决问题的有效方法，所以要求每一位参加课程设计的同学，都要本着严肃 认真的精神，以科学的态度独立完成设计的计算，并能发挥自己有创见的设计思 想，搞好本次设计。通过课程设计，培养我们所学化工机械设备基础及其相关课程的理论知 识，在课程设计中综合地加以运用；培养我们对化工工程设计的技能以及独立分 析问题、解决问题的能力；培养我们熟悉、查阅并综合运用各种有关的设

2、计手册、 规范、标准、图册等设计技术资料；进一步培养我们识图、制图、运算、编写设 计说明书等基本技能。本次课程设计的设计任务是设计粗产品贮罐。工艺尺寸为：储罐内径 Di=2600 mm,罐体（不包括封头）长度L=4900 mm，工作压力为0.5Mpa，工作 温度为常温，物料为含水原油。1.2设计思想设计前要预先做好准备，认真研究设计任务书，分析计算题目的原始数据和 工艺条件，明确设计要求和设备内容。综合运用所学的机械基础课程知识，自始至终本着对工程设计负责的态度， 从难从严要求，综合考虑经济性、实用性、安全可靠性和先进性，对储罐进行设 计。在课程设计中遇到问题时，通过查阅资料和复习有关教科书，

3、主动解决问题， 注重能力培养。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，使设计有 法可依、有章可循，当设计与标准规范相矛盾时，进行严格计算和论证，知道符 合要求，正确使用设计方法，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。1.3储罐介绍及设计说明储罐是石油化工工业中广泛使用的储罐设备，用以储存各种气体、液体和固 体材料。在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业广泛应用。储罐设计是集工艺要求，介质性质，容量大小，设置位置，钢材耗量，施工 条件及场地条件（其中包括环境温度、风载荷、地震载荷、雪载荷等）于一体 的综合性问题。因此在设计时，应综合考虑上述因素，确定最佳的设计方案。储 罐的结

4、构形式主要有卧式贮罐，立式贮罐和球形贮罐。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 压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了储 罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。本设计的容器零部件结构应满足如下要求：强度、刚度、稳定性、耐久性、 密封性、节省材料和便于制造、方便操作和便于运输、技术经济指标合理。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。第2章设计计算2.1选材已知工艺条件为:罐体内径Di=2600mm、罐体长度（不包括封头）L=4900mm。 工作压力为0.

5、5MPa工作温度为常温，物料为含水原油。根据压力、温度和介质， 本贮罐选用 Q235-B制作罐体和封头，可查得常温下 Q235-B的许用应力 。=113MPa,。s=235MPa, 45C时 Q235-B 的许用应力。t=113MPa2.2罐体厚度确定罐体计算厚度按下式计算：2b 小一Pc式中：PC圆筒计算压力，已知工作压力Pw=0.5 MPa，且根据压力与温度，本 贮罐需装设安全阀，故可取设计压力P=1.1Pw=1.1X0.5=0.55 MPa,由 于本卧式贮罐液体静压力较小，可忽略不计，因此可取计算压力PC=P=0.55 MPa。一一焊接接头系数，因为本设计为低压贮存容器，且介质易燃，故属

6、于第二类压力容器，考虑介质的危险性，应进行气密性实验，故应对A、B类焊接接头进行100%无损检测，因此取6=1.0。Dj罐体内径；0.55 x 2600/。=6.3mm2 x 113 x 1.0 - 0.55。t设计温度下材料的许用应力；于是，计算厚度8=P2日小一Pc根据腐蚀速率直接选取C2腐蚀裕量C2=2.0，则，设计厚度 8d=5 + C2=5.85+2.0=8.3mm由参考书1表4-9钢板的负偏差查得C1=0.8mm名义厚度 6七+ C1+ A =7.85+0.8+ =10mm式中：圆整值。有效厚度 Se= 6J - C2=10-0.8-2.0=7.2mm确定选用6 n=10mm厚的Q

7、235-B钢板制作罐体2.3封头厚度确定本设计采用标准椭圆形封头，其计算厚度按下式计算:P?2日小0.5Pc0.55 x 2600式中符号同前于是，计算厚度5=-4=vu = 6.3 mm 2日小-P2 x 113 x 1.0 0.5 x 0.55同上取 C2=2.0 C1=0.8mm6n=6 + C+C2=5.85+0.8+2.0+ =10mm有效厚度 Se= 6C1 - C2=10-0.8-2.0=7.2mm故选取6 n=10mm厚的Q235-B钢板制作封头。其标记为：椭圆封头EHA2600X 10 JB/T4737-95 根据参考书4表16-17标准椭圆形封头的直边高度h0=40mm,表

8、16-6查得曲面高 度 h =650mm1根据GB150-1998国家标准规定标注椭圆形封头的有效高度不小于封头内径的0.15%，则计算封头有效高度 0.15%Dj=0.15%X2600=3.9mm0.15%DiSe故满足要求，即选用10mm壁厚的Q235-B标准椭圆形封头标准椭圆形封头的尺寸及视图见附图一2.4压力试验校核设备制造完毕后，应进行水压试验。水压试验压力按下式计算:Pt = 1.25P 导式中：。试验温度下材料的许用应力，MPa；ot设计温度下材料的许用应力，MPa；P设计压力Pt试验压力；于是，试验压力 P = 1.25P 旦=1.25 x 0.55 x 1 = 0.6875M

9、PaTg t试验压力下罐体强度按下式校核：b = PT（D +8“如t28se式中：Pt试验压力；Dj罐体内径；5e有效厚度；6焊接接头系数，因为本设计为低压贮存容器，且介质易燃，故属于 第二类压力容器，考虑介质的危险性，应进行气密性实验，故应对 A、B类焊接接头进行100%无损检测，因此取6=1.0；于是b = Pt（D +8。）二爵875x（2600 + 华）/yat282 x 7.2e而 0.9g = 0.9 x 1.0 x 235 = 211.5MPa可见，bt 0.98气，所以，水压试验时强度足够。水压试验的方法与步骤：试验时容器顶部应设排气孔，充液时应将容器内的空气排尽。试验过程中

10、， 应保持容器的观察表面干燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保持时间一般不少于30min。 然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以对所有焊接接头和 连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验。对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后在焊夹套，经过检查在进行夹 套的液压试验。容器的开孔补强圈应在压力试验以前通入0.40.5MPa的压缩空气检查焊 缝质量，且压力试验时应将补强圈上的试验孔打开。外压容器和真空容器以内压进行压力试验，校核相邻壳壁在试验压力下的稳 定性，如果不能满足稳定性要求，则需规定在进行压力试验时，相邻压力室内必 须保持一定的压力，以使整个试验过程(升

11、压、保压、卸压)中的任一段时间内， 各压力室的压力差不超过允许压差。液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。2.5鞍座负荷计算及鞍座的选用首先粗略计算鞍座负荷：贮罐总重 m=m1+m2+m3+m4 Kg式中：m1罐体重量,Kgm2封头重量,Kgm3罐内充满水质量,Kgm4附件重量,Kg 计算罐的质量m1由参考书4表16-5查得DN=2600 6 n=10mm的筒节每米质量为644Kg，筒 体长为 4.9m，所以 m1=644X4.9=3155.6Kg 计算封头质量m2由参考书4表16-7查得DN=2600mm，6 =10mm，直边高度40mm的标准 椭圆封头质量为586Kg,所以m

12、2=586X2=1172Kg 罐体内充满水的质量m3由参考书4表16-5和16-6查得筒体每米的体积为5.31m3和封头体积为 2.51m3，所以罐体内充满水的质量m3=Vp=(2X2.51+4.9X5.31) X 1000=31039Kg 附件重量m4由参考书表11-2查得PN=1.0MPa,DN=500mm的水平吊盖人孔质量为 163Kg，其他质量总和取 400Kg，则 m4=163+400=563Kg设备总质量 m=m1+m2+m3+m4=3155.6+1172+31039+563=35929.6Kg设备每个支座的实际最大载荷Q =35929.6X9.8：2=176.1KN每个鞍座只承受

13、176.1KN负荷，根据参考书1附录16,可以选用轻型带垫 板包角为120的鞍座，即JB/T4712-92 鞍座 A2600-FJB/T4712-92 鞍座 A2600-S鞍座各部相关尺寸及视图见附图二2.6人孔选择及开孔补强设计1) 人孔根据储罐的设计压力及操作温度，人孔标准应按公称压力1.0MPa的等级选 用，由参考书表11-2选的人孔形式为水平吊盖带颈平焊法兰人孔，公称直径 选为500mm，密封压紧面采用榫面密封面和石棉橡胶板垫片。此人孔标记为人孔及水平吊盖的结构尺寸及视图见附图三2) 补强措施补强及其结构的确定根据GB150-1988钢制压力容器的规定壳体开孔满足下列全部要求时可 不另

14、行补强：设计压力小于或等于2.5Mpa两相邻开孔中心距离小于两孔直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要求：接管公称直径25455776(mm)3248658938最小壁厚(mm)3.54.05.06.0由于人孔的直径超出了国际规定的不另行补强的最大开孔直径89mm，所以 应采取补强措施。补强结构补强圈JB/T4736-2002贴焊在壳体与接管连接处，结构简单，制造方便，使 用经验丰富。根据GB150-1988钢制压力容器规定，采用补强圈结构时应满足下列条件：a. 钢材的标准抗拉强度下限值ObW540Mpab. 补强圈厚度小于或等于1.5 6nc. 壳体名义厚度6nW

15、38mm该开孔满足补强圈的使用要求，因此选用补强圈补强结构补强形式及补强面级的计算 .选用外加强平齐接管形式 .补强计算a. 确定设计参数壳体：Pc=0.55MpaDi=2600mm6=1.0C=2.8mm6 =5.85mm6 =10mm6 =7.2mm ot=113MPa人孔接管(筒节)：d XS=530X8mmH =300mm1H2=0Di=530-8X2=514mm开孔直径：D= Di+2C=514+2X2.8=519.6mmfr=。tt/。t=1b. 开孔所需补强面积A=D 6+2 6X6 t(1 fr)=519.6X6.3二3273.5mm2c. 有效补强范围由参考书2(12-2)式有效宽度；=2