液氨儲罐設(shè)計
已知工藝參數(shù):
使用溫度:T=50℃
公稱直徑:DN=3000mm
筒體長度:L=4500mm
1 工藝尺寸的確定
1.1 儲罐的體積
筒體長度:L=4500mm 公稱直徑:DN=3000mm
則圓柱形筒體的體積為: (1.1)
筒體的總內(nèi)表面積: (1.2)
封頭壁厚為22mm ,則取直邊高度為50mm。經(jīng)查表的
則封頭的總?cè)莘e為:
單個封頭的表面積:
封頭的總內(nèi)表面積為:
筒體的總體積為:V=
筒體的總內(nèi)表面積:
長徑比為: (1.3)
2 工藝計算
2.1 筒體壁厚的計算
根據(jù)公式: (2.1)
式中: ——圓筒的計算壓力,MPa;
——圓筒的內(nèi)徑,mm;
——鋼板在設(shè)計溫度t下的許用應(yīng)力,MPa;
——焊接接頭系數(shù),≤1;
在設(shè)計溫度為50℃時候,氨的飽和蒸汽壓為(壓力),
儲罐的表壓為:,
在容器上有安全閥的時候取1.05 ~1.1為工作壓力的設(shè)計壓力。即:P=1.1
16MnR在40℃的時候許用壓力為:(見附表)
公稱直徑Di=3000mm
(雙面對接焊縫,99%探傷,見表)
由于液氨有一定的腐蝕性,故屬于單面腐蝕,取
查表:取鋼的負(fù)偏差
則筒體的計算壁厚
圓整后,圓筒的名義厚度為δ
2.2 封頭壁厚的計算
本設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭(2:1)即:K(形狀系數(shù))=1.0。
根據(jù)公式,封頭的設(shè)計壁厚為: (2.2)
查表:取鋼板的負(fù)偏差,
則筒體的計算壁厚為:。
上式中
(因鋼板的寬度為3m,此儲罐直徑為3000mm故封頭需焊后沖壓),
其他符號同前。
考慮沖壓減薄量,圓整后取名義厚度的16MnR鋼制作封頭。
2.3 水壓試驗
很據(jù)公式: (2.3)
其中:
(查表得:)
故符合工藝條件的要求。
2.4 支座
2.4.1 支座的選取
支座用來支撐容器的重量,固定容器的位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。臥式圓筒形容器的支座分為鞍座、圈座和支腿三類。常見的臥式容器和大型臥式儲罐大多采用鞍座。主要由于鞍座的承壓能力較好且對筒體的局部阻力較小,故采用鞍座。
鞍座又分為輕型(A)和重型(B)兩大類,每種形式的鞍座又分為固定支座(F)和滑動支座(S),在一臺容器上F型與S型總是配對使用。
本設(shè)計中由于儲罐的體積較小且長徑比較小,故采用A型雙鞍座,在、其中一個為F型另一個為S型。
2.4.2 鞍座的計算
首先估算鞍座的負(fù)荷。
儲罐的總質(zhì)量:
式中:m1為筒體質(zhì)量(kg),m2為封頭質(zhì)量(kg),m3為液氨質(zhì)量(kg),m4為附件質(zhì)量(kg)。
筒體的質(zhì)量m1
DN=3000mm,的筒節(jié),每米的質(zhì)量為1640kg(查表4得)
故
封頭的質(zhì)量m2
DN=3000mm,直邊高度h=50mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,其質(zhì)量為1780kg(查表6),
故
液氨的質(zhì)量m3
上式中:為裝料系數(shù),取0.7; V為貯罐容積,V=39.58m3
為液氨在-200C時候的密度為665kg/m3。
故:18424.5kg
附件的質(zhì)量:
人孔約重200kg ,其他接口管的總重約為350kg。
則:m4=550kg
經(jīng)過上述計算得:
由于每個鞍座承受約146kN負(fù)荷,故選用輕型帶墊板包角為1200的鞍座,即JB/T4712.3-2007鞍座A3000-F, JB/4712.3-2007鞍座A3000-S。
表3.1 A型支座系列參數(shù)尺寸
公稱直徑DN | 允許 載荷kN | 高度H | 底板 | 腹板 | 筋板 | 墊板 | 地腳螺栓 | ||||||||
弧長 | 規(guī)格 | ||||||||||||||
3000 | 786 | 250 | 2180 | 360 | 14 | 10 | 341 | 316 | 406 | 3490 | 500 | 10 | 65 | 28 | M24 |
2.4.3 安裝高度
儲罐的總長我為:L=4500+(750+50)x2=6100mm=6.1m
由公式:L=2a+l a=0.208L得:
a為鞍座離罐體一端的距離,
l為兩鞍座之間的距離。
計算的,a=1.27m=1270mm,
l=3.56m=3560mm。
2.5 人孔的選取
壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般的人孔有兩個手柄。人孔分為:板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔、帶頸對焊法蘭人孔。根據(jù)儲罐在常溫下及高溫工作壓力為2.125Mpa的條件下工作,人孔的標(biāo)準(zhǔn)公稱壓力為2.125Mpa等級選取,考慮到人孔較大較重,故選用水平呆吊蓋帶頸對焊法蘭人孔。公稱直徑為450mm,突面法蘭密封面。
表4-1 水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔標(biāo)準(zhǔn)尺寸
公稱壓力MPa | 公稱直徑mm | dw×S | D | D1 | d | b | b1 | b2 | A | H1 | H2 | d0 |
2.5 | 450 | 480×12 | 670 | 600 | 450 | 46 | 40 | 44 | 380 | 320 | 214 | 36 |
該人孔標(biāo)記為:人孔RF Ⅲ(A·G)450-2.5 HG21524-95
2.6 人孔補(bǔ)強(qiáng)
2.6.1 人孔補(bǔ)強(qiáng)的計算
為了滿足各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求,不可避免的要在容器的筒體或封頭上開孔并安裝接管。開孔后,殼壁因除去可一部分承載的金屬材料而被消弱,進(jìn)而出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。為保證容器的安全運(yùn)行,對開孔必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右匝a(bǔ)強(qiáng)以降低峰值的應(yīng)力。這里采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng),因其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、使用經(jīng)驗豐富進(jìn)而被廣泛使用。
由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管,故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn),本設(shè)計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑為,壁厚。由標(biāo)準(zhǔn)查得補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸為:外徑,內(nèi)徑。
開孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計算如下:
(1) 不計焊縫系數(shù)的筒體計算壁厚:
(2.5)
(2) 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積A:
開孔直徑:
開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積:
(3) 補(bǔ)強(qiáng)有效區(qū)的范圍:
有效寬度B:
(2.6)
取二者中之大值
外側(cè)有效高度: (2.7)
或
取二者中的最小值
內(nèi)側(cè)有效高度: (2.8)
或
取二者中之小值
(4) 有效補(bǔ)償面積 (2.9)
式中 ——補(bǔ)強(qiáng)面積,;
——殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積,;
——接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積,;
——焊縫金屬截面積,;
其中 (2.10)
筒體的有效厚度為:
接管材料選擇與筒體相同的材料(16MnR)進(jìn)行補(bǔ)償,故,代入上式得
接管計算厚度
(2.11)
有效補(bǔ)強(qiáng)面積
因,所以開孔需另加補(bǔ)強(qiáng)。
所需補(bǔ)強(qiáng)面積
(5) 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度
圓整后取26mm,補(bǔ)強(qiáng)材料與殼材料相同,為16MnR
2.6.2 不需補(bǔ)強(qiáng)的開孔直徑
由于鋼板具有一定的規(guī)格,殼體的壁厚往往超過實(shí)際強(qiáng)度的需要,厚度增加,使應(yīng)力降低,相當(dāng)于容器已被整體加強(qiáng),并且容器的開孔總有接管相連,其接管多于實(shí)際需要的壁厚也起補(bǔ)強(qiáng)作用。同時由于容器材料具有一定的塑性儲備,允許承受不大的局部應(yīng)力。故當(dāng)孔徑不超過一定數(shù)值時,可不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
不需要補(bǔ)強(qiáng)的條件:
○設(shè)計壓力小于或等于 2.5MPa;
○兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔徑之和的兩倍;
○接管公稱外徑小于或等于89mm;
○接管最小壁厚滿足下表的要求。
接管最小壁厚
接管公稱直徑 | 25 | 32 | 38 | 45 | 48 | 57 | 65 | 76 | 89 |
最小壁厚 | 3.5 | 4.0 | 5.0 | 6.0 |
注:接管的腐蝕裕量為1mm
2.7 接口管
2.7.1 液氨進(jìn)料管
進(jìn)料管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)部并將管口的一端切成450 ,為了是避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動一減少磨蝕和腐蝕。為了在短時間內(nèi)將物料注滿容器。
取的低合金無縫鋼管。配用具有凸面密封的平焊管法蘭,法蘭標(biāo)記:HG20592 法蘭PL68-1.6 RF 16Mn
2.7.2 液氨出料管
在化工生產(chǎn)中,有時需要將液體介質(zhì)運(yùn)送到與容器平行的或較高的設(shè)備中去,并且獲得純凈無雜質(zhì)的物料。
故采用可拆的壓料管排料方式。取壓出管,將它用法蘭固定接口管內(nèi)。
筒體的接口管法蘭采用HG20592 法蘭PL32-1.6RF16Mn相配并焊接在壓出管的法蘭上,其連接尺寸和厚度與HG20592 法蘭PL32-1.6RF16Mn內(nèi)徑為25mm
液氨壓出管的端部法蘭采用HG20592 法蘭PL20-1.6 RF16Mn。
2.7.3 排污管
在清洗儲罐時候,為了能將廢液排除儲罐外,液氨介質(zhì)會腐蝕管壁而出現(xiàn)沉淀,故需在筒體底部安設(shè)排污管一個。
因此管子規(guī)格取為:,管端焊有一與截止閥J41W-16相配的法蘭HG20592法蘭PL50-1.6 RF 16Mn。
2.7.4 液面計接管
液面計是用來觀察設(shè)備內(nèi)部液位變化的一種裝置,通過測量液位來確定容器中物料的數(shù)量。由于設(shè)備不大且壓力較小,物料潔凈。
故采用玻璃管防霜液面計AI2.5-1260-50HG/T21550-93兩支。
與液面計相配的接口管尺寸為:,管法蘭HG20592 法蘭PL15-1.6RF 16Mn
2.7.5 放空接口管
為了在注入液體時,能將容器內(nèi)的空氣排到罐體外以便能順利快速的注入,需要安設(shè)一個放空管。
采用的無縫鋼管,管法蘭為:HG20592 法蘭 PL25-2.5RF 16Mn
2.7.6 安裝閥接口管
安全閥是通過閥的自動開啟排出氣體來降低容器內(nèi)過高的壓力。為了操作的安全,因此需設(shè)一安全閥,安全閥的接口管尺寸由安全閥泄放量決定。
因此選用的無縫鋼管,管法蘭HG20592 法蘭 PL25-1.6 RF 16 Mn。
接口管中,因其選擇的條件在不需補(bǔ)強(qiáng)的條件之內(nèi),因此,以上接口管在筒體上的開孔不需要補(bǔ)強(qiáng)。