煤焦化脫硫工段卸堿槽課程設計說明書

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　姓 名： 學 號： </p><p>　　學 院： 化工學院 </p><p>　　專業(yè)班級： 過

2、程裝備與控制工程 　 </p><p>　　課 程： 過程裝備與控制專題設計—機械部分 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2016 年 1 月 </p&g

3、t;<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1設計任務1</b></p><p>　　1.2設計要求及成果1</p><p><b>　　1.3技術要求1</b&

4、gt;</p><p>　　第二章 設計參數確定2</p><p>　　2.1 設計溫度2</p><p>　　2.2 設計壓力2</p><p><b>　　2.3材料選擇2</b></p><p><b>　　2.4腐蝕余量2</b></p>&l

5、t;p><b>　　2.5焊縫系數3</b></p><p>　　2.6 許用應力3</p><p>　　第三章 設計計算3</p><p>　　3.1儲罐高度確定3</p><p>　　3.2人孔設計與人孔補強確定4</p><p>　　3.2.1 人孔的尺寸選擇5</p

6、><p>　　3.2.2 人孔開孔補強5</p><p><b>　　3.3壁厚計算7</b></p><p>　　第四章 管口選擇7</p><p>　　4.1進料管及管口7</p><p><b>　　4.2出料口8</b></p><p>

7、;<b>　　4.3排污管8</b></p><p>　　4.4液面計接口管8</p><p>　　4.5放空管接口管8</p><p><b>　　4.6鞍座設計8</b></p><p>　　4.6.1 罐體質量的計算:9</p><p>　　4.6.2 封頭質

8、量的計算：9</p><p>　　4.6.3充液質量9</p><p>　　4.6.4附件質量：9</p><p>　　4.6.5設備總質量10</p><p>　　4.6.6鞍座安放位置10</p><p>　　4.7閥門選型10</p><p>　　4.7.1 止回閥10&l

9、t;/p><p>　　4.7.2 閘閥11</p><p>　　4.7.3截止閥11</p><p>　　第五章 設計結果13</p><p><b>　　參考文獻13</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>

10、<b>　　1.1設計任務</b></p><p>　　結合管道儀表流程圖及設備布置圖設計——煤焦化脫硫工段卸堿槽。</p><p><b>　　表1-1 設計數據</b></p><p>　　1.2設計要求及成果</p><p>　?。?） 根據工藝要求，確定基本設計參數；</p>

11、<p>　?。?）根據控制儀表及工藝要求，完成設備管口的設計；</p><p>　?。?）根據給定設計參數，完成設備結構設計，包括：</p><p><b>　　確定容器材質；</b></p><p>　　確定罐體、封頭形狀尺寸、壁厚；</p><p>　　確定支座，人孔以及開孔補強情況；</p>

12、<p>　?。?）完成相關管路上閥門型號的確定</p><p>　?。?）完成設備施工圖紙及設計說明書。</p><p><b>　　1.3技術要求</b></p><p>　　設備按GBl50-2010《鋼制壓力容器》進行制造、試驗和驗收 ；</p><p>　　焊接材料，對接焊接接頭型式及尺寸可按GB98

13、5-88中規(guī)定(設計焊接接頭系 數) </p><p>　　焊接采用電弧焊，焊條型號為E4303 ；</p><p>　?。ㄈんw焊縫應進行無損探傷檢查，探傷長度為100％ 。</p><p>　　第二章 設計參數確定</p><p><b>　　2.1 設計溫度</b></p><p>

14、;　　設計溫度為壓力容器的設計載荷條件之一，它是指壓力容器在正常的工作條件下，設定元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。</p><p>　　由設計條件知，該卸堿槽的的工作溫度為常溫，故設計溫度為25℃。</p><p><b>　　2.2 設計壓力 </b></p><p>　　設計壓力P：容器工作時，由于操作參數（如溫度、給、排料量

15、等）的波動，其內部壓力也相應波動，即使操作參數不變，由于介質的流態(tài)和形態(tài)不同，容器內不同部位的壓力也不相同。與容器強度有關的是最高工作壓力。由于壓力表通常裝在容器的頂部，因此規(guī)定在正常操作情況下，容器頂部可能出現的最高工作壓力稱為工作壓力、以pw表示。設計壓力P是用于設計壓力容器的壓力，規(guī)定P ≤ Pw。</p><p>　　當內壓容器裝有安全泄放裝置時，其設計壓力應根據不同形式的安全泄放裝置確定，裝有安全閥的容

16、器，考慮安全閥開啟動作的滯后，容器不能及時泄壓，設計壓力不應低于安全閥的開啟壓力。設計壓力應采用最大工作壓力Pw的1.05—1.1倍，此次設計取設計壓力P=1.05Pw=1.05x0.3=0.315MPa。</p><p><b>　　2.3材料選擇</b></p><p>　　根據液氨貯罐的工作壓力、工作溫度和介質的性質可知該設備為一低壓常溫設備，介質對碳鋼有弱腐蝕

17、作用,從耐蝕角度考慮采用含鎳不銹鋼，但考慮到該設備不屬于重要設備，介質對碳鋼的腐蝕作用很小，可選用碳鋼材料。</p><p>　　考慮的強度指標（指和）和塑性指標適合的材料有：A3R、20g、Q345R、15MnVR、20R。為了節(jié)省金屬，高壓設備應優(yōu)先選取普通低合金鋼、中強度。凡屬強度計算為主要的中壓設備亦以采用普通低合金鋼為宜。因為屈服強度分別為 和 的普通低合金鋼，其材料價格與碳素鋼差不多，但強度比碳素鋼

18、約高 ，采用該類鋼材制造壓力容器，可以有效地減少設備質量，降低成本，給設備的制造、運輸、安裝帶來很大的方便。所以主要考慮Q345R和20R這兩種。</p><p>　　如果純粹從技術角度看，建議選用20R類的低碳鋼板，Q345R鋼板的價格比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設備的計價，Q345R鋼板為比較經濟。因此，此設計的卸堿槽采用Q345R鋼板作為制造筒體和封頭材料。</p><p>

19、;<b>　　2.4腐蝕余量</b></p><p>　　腐蝕余量主要是防止容器受壓元件由于均勻腐蝕、機械磨損而導致的厚度削弱減薄。與腐蝕介質直接接觸的筒體、封頭、接管等受壓元件，均應考慮材料的腐蝕余量。腐蝕余量一般可根據鋼材在介質中的均勻腐蝕速率和容器的設計壽命確定。查閱相關資料得a=0.1 mm/ y,若該卸堿槽的設計壽命為20年，則腐蝕余量C2=0.1×20=2mm。<

20、/p><p><b>　　2.5焊縫系數</b></p><p>　　卸堿槽屬于中壓貯存容器，根據中國《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，氨水屬中度毒性介質，容器筒體的縱向焊接接頭和封頭基本上都采用雙面焊或相當于雙面焊的全焊透的焊接接頭，所以取1.0或0.85常見。 </p><p>　　表2-1 鋼制壓力容器的焊接接頭系數φ值<

21、;/p><p>　　此卸堿槽采用100％無損探傷，故焊接接頭系數取1.0。</p><p><b>　　2.6 許用應力</b></p><p>　　查《過程設備設計》附錄表D-1,得25℃時，Q345R鋼材的許用應力表如下：</p><p>　　表2-2 Q345R鋼材的許用應力表</p><p&

22、gt;　　即可得25℃時，Q345R鋼材的許用應力為=189 MPa</p><p><b>　　第三章 設計計算</b></p><p><b>　　3.1儲罐高度確定</b></p><p>　　根據布置要求，儲罐長度不超過7m查表：</p><p><b>　　表3-1 筒身常量&l

23、t;/b></p><p><b>　　表3-2 封頭常量</b></p><p>　　筒的內徑D1i按下式估算</p><p>　　m (2-2) </p><p>　　式中 V——全容積，m3；</p><p&

24、gt;　　I ——長（高）徑比（2~9合理）</p><p>　　V=10，I 取3.25</p><p>　　帶入計算D=1576mm，取內徑為1600mm</p><p>　　由表知，筒體1米高容器體積，</p><p><b>　　封頭的容積為。</b></p><p>　　利用公式+2V2

25、 代入，</p><p><b>　　得： </b></p><p>　　則總長為L=[2 x(400+25)+4400]mm=5250mm</p><p>　　由于液氨筒體的長徑比值為為合適值，所選的長徑比</p><p>　　所以，選用公稱直徑為的筒體合適。</p><p>　　3

26、.2人孔設計與人孔補強確定</p><p>　　3.2.1 人孔的尺寸選擇</p><p>　　查參考文獻2得，人孔的尺寸如下表：</p><p>　　表3-3 人孔尺寸選擇表</p><p>　　本設計選用，公稱壓力PN=1.0MPa,公稱直徑DN=450，H1=230mm,RF型密封面，采用第材料，其中的墊片采用石棉橡膠，墊片的回轉

27、蓋帶頸法蘭人孔。</p><p>　　3.2.2 人孔開孔補強</p><p>　　由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補強圈標準。本設計所選的人孔筒節(jié)外徑Do=480mm,壁厚8mm,故補強計算如下：</p><p>　　1.補強計算方法判別</p><p><b>　　開孔直徑：</b></p>

28、<p>　　人孔開孔直徑d=468mm<=800mm，滿足等面積補強計算的適用條件，故可以用等面積法進行開孔補強。</p><p>　　2.開孔所需補強面積</p><p><b>　?。?）筒體計算厚度</b></p><p>　?。?）開孔所需補強面積</p><p><b>　　強度削

29、弱系數 </b></p><p><b>　　人孔有效厚度 </b></p><p><b>　　開孔所需補強面積</b></p><p><b>　　3.有效補強范圍</b></p><p><b>　?。?）有效寬度B</b></p&

30、gt;<p>　　取二者較大值，故B=936mm</p><p><b>　?。?）有效高度</b></p><p><b>　　外側有效高度</b></p><p>　　取二者較小值，故=61.19mm</p><p><b>　　內側有效高度</b></

31、p><p>　　取二者較小值，故=0</p><p><b>　　4.有效補強面積</b></p><p><b>　　筒體有效厚度 </b></p><p><b>　　筒體多余金屬面積</b></p><p><b>　　人孔計算厚度 <

32、/b></p><p><b>　　人孔多余金屬面積</b></p><p><b>　　人孔區(qū)焊縫面積 </b></p><p><b>　　有效補強面積</b></p><p>　　由于有效補強面積大于所需補強面積A，因此不需要補強。</p><p

33、><b>　　3.3壁厚計算</b></p><p><b>　　計算壁厚公式如下：</b></p><p><b>　　==1.27mm</b></p><p>　　δd=δ+c2=1.27+2=3.27mm</p><p>　　對于Q345R，鋼板的負偏差是C1=0.

34、3mm,δn=δd+c1+Δ=3.27+0.3+0=3.57mm, 因而可取名義厚為4mm。</p><p>　　低合金鋼板不包括腐蝕裕量的最小壁厚δmin=3mm，則：</p><p>　　δn=δmin+C2=3+2=5mm</p><p>　　由鋼材標準規(guī)格，名義厚度取為δn=6mm</p><p><b>　　第四章 管口

35、選擇</b></p><p>　　管子尺寸根據公稱直徑按下表選擇：</p><p><b>　　4.1進料管及管口</b></p><p>　　根據PID圖可知，進料管為DN80管，選用無縫鋼管(強度驗算略)。一端切成45°。配用具有突面密封的平焊管法蘭。 </p><p>　　法蘭標記：HG20

36、598 法蘭SO80-0.6 RF Q345R。 </p><p>　　伸出長度查設計指導書表1-1為150mm。</p><p><b>　　4.2出料口</b></p><p>　　根據PID圖可知，出料管為DN32管，用 φ38x3mm的無縫鋼管。</p><p>　　法蘭標記：HG20598 法蘭S032-0.6

37、 RF Q345R。</p><p>　　伸出長度查設計指導書表1-1為150mm。</p><p><b>　　4.3排污管</b></p><p>　　根據PID圖可知，排污管為DN50管，貯罐左端最底部安設排污管1個，選用的管子規(guī)格為φ57*3.5 mm，管端焊有一與截止閥J41W-16相配的管法蘭。</p><p&g

38、t;　　法蘭標記: HG24598法蘭 S050-0.6 RF Q345R。</p><p>　　伸出長度查指導書表1-1為150mm。</p><p><b>　　4.4液面計接口管</b></p><p>　　本貯罐采用兩支玻璃管液面計BIWPN=1.6，L=1400，HG-5227-80一支。與液面計相配的接管φ25mm x 2.5mm

39、的無縫鋼管。</p><p>　　法蘭標記：HG20595 法蘭WN32-0.6 RF Q345R。</p><p><b>　　4.5放空管接口管</b></p><p>　　根據PID圖可知，管為DN50管，選用φ57 x 3.5 mm的無縫鋼管。</p><p>　　法蘭標記：HG20598 法蘭S050-0.

40、6 RF Q345R。</p><p>　　伸出長度查指導書表1-1為150mm 。</p><p><b>　　4.6鞍座設計</b></p><p>　　支座的選用注意事項：</p><p>　　1、支座的承重 ：支座設計時必須考慮它可能承受的最大荷重。因此，對用于盛裝氣體或密度比水小的液體的臥式容器支座，由于進行水

41、壓試驗的需要，應按支承裝滿水的容器來設計。</p><p>　　2、支座型式的選擇：在一般情況下建議采用鞍式支座支承臥式容器。</p><p>　　3、鞍式支座型式選擇：</p><p>　?。?） 重型鞍座可滿足臥式換熱器，介質比重較大或L/D較大臥式容器的要求；輕型鞍座則滿足一般臥式容器的使用要求。但容器直徑小于1 米鞍座未設輕型結構，原因容器直徑太小其重量差別

42、不大。</p><p>　　（2） 當容器直徑小于1米時，分帶墊板和不帶墊板兩種。當容器直徑小時，有些容器的壁厚裕量較大，可不帶墊板；但有些容器壁厚裕量較小或筒體材質與鞍座材質差別較大或容器需熱處理等，此時須加墊板；當容器直徑大時，一般壁厚裕量較小，需加設墊板，以改善支座處受力狀況。</p><p>　?。?） 容器因溫度變化，固定側應采用固定鞍座；滑動側采用滑動鞍座。固定鞍座一般設在接管

43、較多的一側。采用三個鞍座時，中間鞍座宜選固定鞍座，兩側鞍座可選滑動鞍座。</p><p>　　安裝位置 :鞍座應盡可能靠近封頭，鞍座距封頭切線距離應小于或等于D0/4 且不宜大于0.2倍的筒體長度。</p><p><b>　　儲罐總質量：</b></p><p>　　式中：——罐體質量 ——封頭質量</p><p&g

44、t;　　——充液質量 ——附件質量</p><p>　　4.6.1 罐體質量的計算:</p><p>　　罐體質量，筒節(jié) ，δn=6mm 。</p><p>　　查指導書表6得：每米質量為q1=238Kg/m，;</p><p>　　故 m1= q1 L=238 4.4=1047.2 Kg</p><p>　　4

45、.6.2 封頭質量的計算：</p><p>　　封頭質量：，δn=6mm</p><p><b>　　查指導書表5得：</b></p><p><b>　　其質量為，</b></p><p><b>　　故： </b></p><p><b>

46、　　4.6.3充液質量</b></p><p><b>　　式中：——儲罐容積</b></p><p><b>　　——水的密度為</b></p><p><b>　　故：</b></p><p>　　4.6.4附件質量：</p><p>　

47、　人孔質量為，其他接管總和按計，故： </p><p>　　4.6.5設備總質量</p><p><b>　　。</b></p><p>　　M=m1+m2+m3+m4=1047.2+459.26+10000+500=12006.46 Kg</p><p>　　每個鞍座只約承受負荷60.03KN負荷，所以選用輕型墊板，包

48、角120度的鞍座，即：</p><p>　　JB/T74712-92鞍座A1600-F；</p><p>　　JB/T74712-92鞍座A1600-S。</p><p>　　4.6.6鞍座安放位置</p><p><b>　　筒體長度：。</b></p><p>　　式中：——兩鞍座間距離<

49、;/p><p>　　——鞍座與封頭切線之間距離</p><p>　　由于筒體L/D較大，且鞍座所在平面又無加強圈，取</p><p><b>　　4.7閥門選型</b></p><p>　　從工藝流程圖可以知道需用閥門的設計壓力、設計溫度和所接觸介質的性質。由工藝圖可知，出料管b設一個止回閥和一個切斷閘閥；旁通管線c設一個切

50、斷閘閥；排污管設一個截止閥，共計四個閥門。本系統(tǒng)所選的閥門的壓力等級大都偏高，這是因為壓力等級在1.0MPa以下的閥門規(guī)格很少。所以，當管道工作壓力較低時，實際選用的閥門公稱壓力往往高于需要的公稱壓力等級。在管道設計中選用法蘭時要特別注意使之與閥門上的法蘭連接尺寸一致。</p><p>　　4.7.1 止回閥</p><p>　　止回閥按結構可分為升降式和旋啟式兩種 。</p>

51、;<p>　　升降式止回閥較旋啟式止回閥的密封性好，流體阻力大，臥式的宜裝在水平管線上，立式的應裝在垂直管線上；旋啟式止回閥不宜制成小口徑閥門。它可裝在水平、垂直或傾斜的管線上。如裝在垂直管線上，介質流向應由下向上，分析本系統(tǒng)的工藝流程，選用旋啟式止回閥，閥門型號為：H44J-0.6。</p><p>　　表4-1 止回閥選型表</p><p><b>　　4.

52、7.2 閘閥</b></p><p>　　閘閥的密封性能較截止閥好，流體阻力小，具有一定的調節(jié)性能 。閘閥可按閥桿上螺紋位置分為明桿式和暗桿式兩類。從閘板的結構特點又可分為楔式與平行式兩類 。分析本系統(tǒng)的工藝流程，選用明桿楔式雙閘板閘閥：Z42W-16A</p><p>　　表4-2 閘閥選型表</p><p><b>　　4.7.3截止閥

53、</b></p><p>　　截止閥與閘閥相比，其調節(jié)性能好，密封性能差，結構簡單，制造維修方便，流體阻力較大，價格便宜。適用于蒸汽等介質，不宜用于粘度大、含有顆粒易沉淀的介質，也不宜作放空閥及低真空系統(tǒng)的閥門 ，分析本系統(tǒng)的工藝流程，選用截止閥：J41W-16</p><p>　　表4-3 截止閥選型表</p><p>　　所選的閥門匯總表如下：&

54、lt;/p><p>　　表4-4 本工藝流程中閥門所在管道的有關參數及選型</p><p>　　第五章 設計結果</p><p>　　經過上面的初步設計，設計結果如下：</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]《過程裝備成套技術設計指南》，黃振仁.化學工業(yè)出版，