20M3液氨储罐设计说明书..doc

20液氨储罐设计说明书专业班级： 化工071班 姓 名： 张 炫 学 号： 07101237 太原理工大学化学工程工艺学院2009年 5 月20液氨储罐设计说明书氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，为运输及储存便利，通常，将气态的氨气通过加压或冷却，得到液态氨。液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈的刺激性气味，液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，且容易挥发，采用钢瓶和槽车装运。本次设计为20液氨储罐。20一选择压力容器1 压力容器的类型化工设备的主体是压力容器，容器的强度决定着设备的安全性，为了加强压力容器的安全监察，保护任命生命和财产的安全，国家质量监督局颁布了压力容器安全技术监察规程这是一部对压力容器安全技术监督提出基本要求的法规，压力容器设计、安装、使用、检验、修理和改造等单位必须遵守的法规，为了有利于安全技术监督和管理，压力容器安全技术监察规程将其管辖范围内的压力容器划分为三类，分别为第一类压力容器、第二类压力容器和第三类压力容器。本次设计压力容器中的介质为液态氨，属于中度危害，且设计压力为中压，所以将其划分为第三类压力容器。2 压力容器的用材正确选择材料对于保护设备的安全使用和降低成本是至关重要的。压力容器用材料包括容器及压壳体用钢和设备零部件用材料，零部件有受压元件（如接管、法兰）和非受压元件（如支座），所用材料涉及钢板、钢管、锻件、型钢及钢棒等。压力容器受元件用钢应符合GB150钢制压力容器中的有关规定，对于非受压元件用钢，当与受压元件焊接时，也应是焊接性能良好的钢材。压力容器通常采用钢板经过成型焊接而成，法兰视具体情况可采用钢板或锻件，螺栓和螺柱应采用钢棒，接管一般应采用无缝钢管，支座所用材料涉及钢板，型钢及钢管，因为使用温度在-2050，设计压力为2.0MPa，所以选用16MnR， 封头采用标准椭圆形封头，同样采用16MnR。16MnR的使用温度为-20475，设计压力p35MPa，对容器中的介质没有限制，是压力容器专用钢。二设计压力和设计温度的确定设计温度的确定根据液氨储罐工作温度为-2048所以选择设计温度t=50设计压力的确定经查下表得50下液氨饱和蒸汽压为1.925MPa，所以工作压力=（1.9250.101）MPa=1.824MPa，设计压力为容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力，而最高工作压力系指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。装设安全阀的容器，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，通常可取最高工作压力的1.051.10倍，所以设计压力P=2.0Mpa液化气饱和蒸汽压及饱和液密度温度-20204050饱和蒸汽压Bar氨1.931.9315.2019.25氯0.825.6510.2713.03丙烷2.558.9614.4817.93丙烯2.969.6515.8619.99饱和液密度Kg/升氨0.66500.61030.57950.5663氯1.5281.4061.3421.307丙烷0.560.530.470.45丙烯0.570.5150.4750.45三.储罐构形的确定1筒体公称直径和筒体长度的确定 公称容积20，则L20。设计筒长与筒径3.4（1.54.5）计算，得 1900mm，L6700mm.。直边长度为25mm，得封头容积20.96871.9374 ，计算筒体容积18.845 筒体体积V20.782420 故公称直径DN1900 mm，筒体长度L=6700mm2封头结构型式尺寸的确定公称直径DN1900 mm，封头的公称直径必须与筒体的公称直径相一致，且中低压容器经常采用的封头型式是标准椭圆形封头，根据JBT4746，选用封头标准号为EHA 19001116MnR。公称直径DN1900mm，总深度H500mm，内表面积 A4.0624，容积V0.9687。4筒体名义厚度的初步确定卧式容器不考虑液柱静压力，故计算压力p2.0 MPa。筒体设计选用616 mm厚度的16MnR，50下其许用应力170 MPa。计算厚度 式中， 计算压力，MPa；圆筒内直径，mm；容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa；圆筒的焊接接头根GB3531，负偏差0.25系数，1.0。设计容器 11.243mm。腐蚀裕量2mm。厚度附加量2.25mm。名义厚度即 =11mm此厚度在假设范围之内，故计算有效因此，有效厚度=11.243-2-0.25=8.993mm所以选用616 mm厚度的16MnR5容器的压力试验所谓压力试验，就是用液体或气体作为工作介质，在容器内施加比它的设计压力还要高的试验压力，以检查容器在试验压力下是否有渗漏、明显的塑性变形以及其他缺陷。压力试验分为液压试验和气压试验两种，一般采用液压试验，而且普遍采用水为液压试验介质，故本次设计采用水压试验。根据GB150标准的规定，液压试验时 式中，容器元件材料在试验温度下的许用应力，MPa； 容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa。所以 1.252170/170=2.5Mpa而圆筒的应力 式中 试验压力下圆筒的应力，MPa； 圆筒内直径，mm； 圆筒的有效厚度，mm； 圆筒材料在试验温度下的屈服点，MPa； 圆筒的焊接接头系数。所以设计容器2.5(1900+8.993)/28.993=265.344Mpa2000mm时,直边高度为40mm。由于所设计的筒体公称直径DN=1900mm2000mm，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=1900mm时，总深度H=500mm，内表面积A=4.0624，容积V=0.9687所以，封头设计为EHA190011-16MnR JB/T4746-2002见下图五零部件的设计人孔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400600mm，所以本次设计选择人孔公称直径为500 mm。人孔位置的确定：人孔的壁厚，：人孔的公称直径，：筒体壁厚，：筒体公称直径故L1=300mm支座的设置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)，对于一般直径在1000 mm以上的容器，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，见下图。各物料进出管及检测仪表接口管的位置及其标准的选择各物料进出管及检测仪表等接管内伸形式为插入式。开孔：液氨入口DN40，液氨出口DN40，气氨出口DN40，放空口DN25，排污管DN32，安全阀接口DN80两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍，其他管口如液相出口管，安全阀接口，压力表接口，气相管，放气管，排污管等管间的间距均由下述来设计并计算： 上部：安全阀接口，气氨出口，放空口，液氨入口。安全阀接口中心线与人孔中心线间距:气氨出口中心线与安全阀接口中心线的间距:放空口中心线与气氨出口中心线的间距:液氨入口中心线与放空口中心线的间距:所以=1500mm,=400mm,=300mm,=300mm下部：排污管和液氨出口管：排污管和液氨出口管中心线与焊缝间距：1000mm六接管法兰的设计PN2.5Mpa带颈对焊钢制管法兰及密封面尺寸 （mm）公称直径DN管外径法兰外径D法兰厚度C法兰颈法兰高度H密封面d密封面螺栓孔中心圆直径kNAB2025105164040640562752532115164646640652853238140185656642762100404515018646474584211080892002411011012581322160七液位计的设计液位计型式有很多种，本次设计采用磁性液位计，普通型，压力等级为2.5 Mpa。根据实际要求，选用液位计的中心距为1400 mm。磁性液位计连接法兰的规格一般为DN20，采用带对焊法兰，密封面型式采用突面。磁性液位计的特点：1.适用范围广、安装形式多样，适合任何介质的液位、界面的测量；2.集现场指示、远传变送、报警控制开关于一体，功能齐全；3.被测介质与指示结构完全隔离，密封性能好，防泄露，不受高、低温度剧变的影响，不需多组液位计的组合，适应高压、高温、腐蚀条件下的液位测量，可靠性高；4.全过程测量无盲区，双色指示、连续直观、醒目、测量范围大，观察方向可任意改变；5.耐振动性能好，能适应液位波动大的情况下工作；6.结构简单，方便安装，维护费用低。八焊接接头设计容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝,熔合线和热影响区的总称，焊缝是焊接接头的主要部分。焊接接头的型式直接影响到焊接的质量与容器的安全。焊接接头的型式及焊接材料应在化工设备的装配图及零部件图中以适当的方式表示出来。1) 回转壳体的焊接结构设计回转壳体的拼接接头必须采用对接接头，壳体上的所有纵向及环向接头，凸形接头上的拼接接头，即A，B类接头，是容器要求最高的焊缝，对容器的安全至关重要，必须采用对接焊，不允许采用搭接焊.对接焊易于焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。2) 接管与壳体的焊接结构设计接管与壳体及补强圈之间的焊接一般只能采用角焊和搭焊，具体的焊接结构还与对容器的强度与安全的要求有关，涉及到是否开坡口，单面焊与双面焊，焊透与否等问题。1. 无补强圈接管的焊接结构 中低压容器不需另作补强的小直径接管可直接插入壳体所开孔内，有平齐式和内伸式两种。插入出接管与壳体总有一定间隙，但此间隙不大于3 mm，过大的间隙在焊接收缩时易产生裂纹或其他焊接缺陷。 2. 带补强圈的接管的焊接结构 作为开孔补强元件的补强圈，一方面要求尽量与补强出的壳体贴合紧密，另外与接管与壳体之间的焊接结构设计也应力求完善合理。 各物料进出管及检测仪表等接口管的外伸长度，接管内伸形式的确定及接管法兰的设计液相进口管安全阀接口放气管液相出口管排污管液位计接口气氨出口公称直径（mm）408025403220 40外径(mm)5903550422750壁厚(mm)5.0 6.0 5.0 5.0 5.0 3.55.0安装位置筒体上部筒体上部筒体上部筒体下部筒体下部右侧封头筒体上部外伸长度(mm)102102102102102120102接管法兰SO 402.5 RFSO 802.5 RFSO 252.5 RFSO 402.5 RFSO 322.5 RFSO 202.5 MSO40-2.5RF九.结束语 随着化学工业的发展，液氨作为一种化工基本原料，此设计的一套储罐为20m3。通过查阅各种相关书籍，对各种设备的结构、强度进行详细的计算，从附件、可能引起的突发因素等多角度考虑，建立了比较完善的安全防范系统。我首先介绍了液氨的性质，包括物理性质和热力性质。随后进行了储罐的设计，着重设计了筒体和封头的厚度设计以及强度的校核，开孔及补强的计算，钢瓶的设计和附件的选取，附件包括安全阀，温度计，压力计，液位计和管道设计。十.参考文献：1GB105-1998钢制压力容器。北京：中国标准出版社，19982国家质量技术监督局。压力容器安全技术监察规程。北京：中国劳动社会保障出版社，19993国家医药管理局上海医药设计院。化工工艺设计手册（第二版）。北京：化学工业出版社，19964吴粤主编。压力容器安全技术手册。北京：机械工业出版社，19995HG/T20668-2000化工设备设计文件编制规定。国家石油和化学工业局发布，2001.06实施6全国化工设备设计技术中心站。化工设备图样技术要求。2000年11月7JB/T4712-2007容器支座。北京：新华出版社，20078HG2059220637-97钢制管法兰、垫片、紧固件。9JB47004707-2000。压力容器法兰。昆明：云南科技出版社，200010HG/T21584-85