液氨储罐机械设计说明书.docx

液氨储罐机械设计说明书第一章、绪论（一）、液氨贮罐的设计背景化学工业和其它流程工业的生产都离不开容器。所有的化工设备的壳体都是一种容器，容器的应用遍及各行各业，诸如航空、航海、机械制造、轻工、动力等行业。然而化工容器又有其本身特点，不仅要适应化学工艺过程所要求的压力和温度条件，还要承受化学介质的作用，要能长期的安全工作且保证良好的密封。因此在容器的设计中应综合考虑个方面的因素，使之达到最优。液氨主要用于生产硝酸、尿素和其它化学肥料，还可用作医药和农药的原料。在国防工业中用于制造火箭、导弹的推进剂，可用作有机化工产品的氨化原料，还可用作冷冻剂，将氨进行分解，分解成氢氮混合气体这种混合气体是一种良好的保护气体，可以广泛地应用于半导体工业、冶金工业以及需要保护气氛的其它工业和科学研究中。为能够进行连续的生产，需要有储存液氨的容器，因此设计液氨贮罐是制造贮罐的必备步骤，是化工生产能够顺利进行的前提。（二）、液氨贮罐的分类及选型储罐的形状有圆形或球形。圆筒形储罐两端的封头有椭圆形、球形、锥形和平盖等形状。在本设计中由于设计体积较小且工作压力较小，可采用卧式圆筒形容器，方形和矩形容器大多在很小设计体积时采用，因其承压能力较小且使用材料较多；而球形容器虽承压能力强且节省材料，但制造较难且安装内件不方便；立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱，故选用卧式圆筒形容器。卧式圆筒形液氨储罐通常由卧式圆筒形筒体和两端的椭圆形封头组成，按照化学生产工艺的要求设置进料口、出料口、放空口、排污口、压力表、安全阀和液面计等。为了检修方便，还要开设人孔，用鞍式支座支承于混凝土基座上。选择化工容器的材料也是设计中的重要问题，应该综合考虑容器的操作条件和钢材的性能、价格等。氨对钢材的腐蚀作用很小，但是，置于室外的液氨储罐，它的操作温度就是大气温度，它的操作压力就是操作温度对应的饱和蒸汽压。随着气温的变化，液氨储罐的操作温度和压力也随之变化，制造储罐的钢材应能承受这种变化。液氨储罐通常选择16MnR钢，它是屈服强度为350MPa级的普通低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性。在我国北方严寒地区，冬季最低气温可达-30，这时普通碳钢将会出现低温脆性（冲击韧性严重下降），就应选用低温设备用钢（如09Mn2VDR）。（三）、设计温度和设计压力的确定罐储存的是经过压缩机压缩后，被冷却水冷凝的液态氨，由于冷却水的温度随气候变化而波动，通常氨被压缩到0.94MPa才能被冷却水冷凝。储罐通常置于室外，罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响，在冬季可达-30，在夏季储罐经太阳曝晒后，液氨的温度可达50，这时候氨的饱和蒸汽压，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断改变（参考下表1）。表1：液氨的饱和蒸汽压和密度温度（）50403020100-10-20-30饱和蒸汽压（绝压，MPa）2.071.5531.1650.8560.6140.4280.2910.1900.120密度（kg/m3）563580595610625639652665678液氨储罐的操作温度通常可取夏季的最高气温50。为了确保操作安全，我国劳动和社会保障部颁布的压力容器安全技术监察规程第25条规定：临界温度高于50的氨，无保温常温储存，储罐必须安装安全阀，工程中其设计压力不低于安全阀开启压力（安全阀开启压力取1.051.10倍工作压力），通常选取为2.17MPa（相当于取50时饱和蒸汽压对应的设计压力）。（四）、设计任务、设计思想、设计特点1、设计任务：根据储罐筒体公称直径D i = 1400mm ，罐体公称容积 V=15m3 ,设计一液氨储罐, 通过设计储罐的厚度，使其能满足工艺要求。设计任务主要分两个阶段：（1）、准备阶段A、准备好设计资料、手册、图纸、说明书的报告纸B、认真研究、分析设计任务及有关设计数据，明确设计要求及设计内容C、认真复习有关教科书内容，熟悉有关资料及步骤D、结合有关图纸，了解设备结构及作用（2）、机械设计阶段A、根据设计参数，论证选材、论证物料的腐蚀性及对环境的污染情况B、根据计算有关壳体的尺寸，根据压力计算壳体壁厚，校核壳体的强度，确定合理尺寸C、选用零部件，查标准及手册，确定尺寸和结构D、计算设备重量，列表有关附件的重量E、绘制设备总装图，进行缩小或放大绘图比例F、提出技术要求，对设备制造、检验、安装提出技术地求，并在总图上标注清楚G、编写设计说明书2、设计思想：各种石油化工设备，虽然大小不一、形状不同，但都有一个受到内压或外压作用的称之为压力容器的外壳。压力容器是化工生产所用的各种各样化工设备外部壳体的总称。所以，容器设计是所有化工设备设计的基础。3、设计特点对化工压力容器的基本要求：（1）、安全可靠性的要求要求所使用的设备具有足够的强度、韧性和刚度，以及良好的密封性和腐蚀性。（2）、工艺条件的要求化工设备是为工艺过程服务的，应保证在指定的生产工艺条件下完成指定的生产任务，即满足相应的工艺条件要求（3）、经济合理性要求在满足设备的安全运行和工艺条件的前提下，结构要合理，制造要简单，尽量减少加工量，降低制造成本。（4）、便于操作和维护例如所设置的阀门、平台、人孔形位置要合适，易损件便于更换等。（5）、环境保护要求所谓化工设备失效的一个新概念是“环境失败”即有害物质泄露到环境中，生产过程残留无法消除的有害物质及噪音等，化工容器在设计时包括化工工厂的选址均应考虑这些因素的影响。（五）、主要设计参数的确定及说明本储罐在夏季最高温度可达，这时液氨的饱和蒸气压为（绝对压力）。选用16MnR制作罐体和封头，估计筒体厚度为10mm左右，应此许用应力 =170MPa（查教材表53）；焊缝接头系数=1.0（双面对接焊缝，100%探伤，教材表5-4）；腐蚀余量C =1mm（轻微腐蚀，教材表5-6），钢板厚度负偏差C =0.8mm（教材表5-5）。在下设计压力取的11.1倍，筒体长为3500mm，筒体厚度可由公式核算得，液面计、进料管、压力表、安全阀、放空阀、人孔、排污管的公称直径确定参数参照各目的标准及筒体的公称直径确定其参数见下表技 术 特 性公称容积(m3)15公称直径Dg(mm)1400介 质液氨筒体长度L(mm)4000工作压力(MPa)1.6工作温度(0C)40厂 址广州推荐材料16MnR管 口 表编号名称公称直径(mm)编号名称公称直径(mm)a1-2液位计18e安全阀32b进料管57f放空管32c出料管38g人孔450d压力表15h排污管57第二章 材料及结构的选择与论证（一）、材料的选择与认证纯液氨腐蚀性很小，贮罐可选用一般钢材，但由于压力较大，可以考虑16MnR这种钢种。16MnR钢板： 式中P设计压力为1.6MPa；Di=1400mm; =170MPa; =1.0（双面对接焊，100%无损探伤）；C=1mm那么，代入数据得：=7.62 mm取C=0.8mm，圆整后取=10mm因此，选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。（二）、结构的选择与认证1、封头形式的确定 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得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。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(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性。根据设计温度和压力表以及标准JB585-79查得人孔标准按压力为2.2MPa的等液选取：选择碳钢水平吊盖人孔，密封压紧面采用C型，人孔筒节轴线垂直安装。3、法兰型式法兰连接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。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。本设计中采用乙型平焊法兰。乙平焊法兰比甲型平焊法兰增加了百度大于筒体的短节，增加了法兰的刚度，适用于直径较大和压力较高的条件。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，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接，分别用于不同型式的液面计。液面计的选用：（1）、玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。板式液面计承压能力强，但是比较笨重、成本较高。（2）、玻璃板液面计一般选易观察的透光式，只有当物料很干净时才选反射式。（3）、当容器高度大于3m时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受到限制，应改用其它适用的液面计。液氨为较干净的物料，易透光，不会出现严重的堵塞现象。所以，在此液面计选用玻璃板式PN1.6 DN15 GB9119.8-88 板式液面计用于较高压力，液面计上均设阀门，以防液面计破裂。5、鞍式支座的选择容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论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的影响。而且，现在储罐等的支座已经标准化了，所以鞍座采用了双支座，一个S型，另外一个F型，为了充分利用封头对筒体的加强作用，支座应靠近封头，即ARi ，A不大于0.2L，以便使筒体的中间部分截面与支撑部分截面的弯矩值相等或相近。第三章 设计计算储罐的技术要求：本设备按GB150-1998 钢制压力容器进行制造、试验和验收；焊接材料、对接焊接接头及尺寸按GB985-80中规定进行设计，采用双面对接焊，全部无伤检测，=1.00；焊接采用电弧焊，焊条E4303；壳体焊缝要进行无损伤检测，探伤长度为100%；设备制造后，有2.75MPa表压进行水压试验。（一）、计算筒体的壁厚选取储罐材料16MnR，制作罐体和封头，查得16MnR材料在 时，焊缝为双面对接焊，100%无损探伤，故 =1.00 ,设备内径，P=1.6MPa。于是罐体计算厚度为：查表得，取，则根据，查钢板厚度，取（二）、计算筒体的长度公称直径DN1米高容器体积V1米高容器内表面积Fi1米高容器钢板质量Kg钢板厚度1014001.5394.4348公称直径DN曲面高度h1直边高度h0内表面积F容积V厚度质量G1400350252.290.42110160试选用公称直径为，由表知，筒体1米高容器体积，封头的容积为。利用公式 代入，得： 则总长为 ,则。 由于液氨筒体的长径比值为为合适值，所选的长径比 所以，选用公称直径为的筒体合适。（三）、计算封头的壁厚 采用标准椭圆形封头，封头厚度计算根据，向上圆整后取取标准校核罐体与封头水压试验强度：其中：故，水压试验时强度足够。（四）选择鞍座并核算承载能力其中：m1罐体质量，kg； m2封头质量，kg； m3液氨质量，kg； m4附件质量，kg。1、罐体质量：根据，的筒节，可得每米筒体质量，由 可求得： 向上圆整后取标准圆筒长度为 所以： 2、封头质量：查标准椭圆封头可得，直边高为，椭圆封头质量为 183.3所以 3、液氨质量：其中：a充料系数，取0.7； v储罐容积， 液氨在-20C时的密度，为于是：4、附件质量：附件取设备总质量： 每个鞍座负荷：选取鞍座为：轻型带垫板，包角为120的鞍座。即 : 鞍座A1400-F 鞍座A1400-S（五）、选择人孔并核算开孔补强查标准，按，进行选用，选取水平吊盖人孔，如图结构，标准JB585-79，人孔公称直径，密封面采用C型。人孔筒节内径 ，壁厚。人孔补强圈采用内径，外径厚度为： 考虑到罐体和人孔筒节都有一定的壁厚余量，取（六）、选配工艺接管1、液氨进料口：采用，查表选法兰：平焊平面密封管法兰，标准号为， 管的一端切成45。因为壳体 ，接管公称直径小于80mm，故不用补强。2、液氨出料口：采用可拆压出管，将它套入罐体的固定接口管内，并用一非标准法兰固定在借口管法兰上，液氨出料管也不用补强。固定接口管标准号: 压出管法兰标准号: 但其内径为25mm液氨压出料管也不用补强。3、排污管：在储罐最底部，管子规格，管端焊有管法兰： ；排污管与截止阀联接。正常工作时截止阀关闭，检修时截止阀打开，排除罐内液体。4、液面计接管： 本柱罐采用玻璃管液面计AIW PN1.6，L=820mm，HG5-227-80两支。与其相配的接管尺寸=183mm,管法兰为PN1.6DN15 GB 9119.8-88。其标记符号意义如下：第一项用A,B,C表示法兰连接处的密封面型式。第二项用，表示液面计各零件的材料类别，它决定着液面计的最大工作压力。第三项用D,W分别表示液面计外不保温和保温。第四项表示液面计的公称压力。第五项表示液面计长度。第六项是该液面计的标准图号。5、放空管采用 无缝钢管，法兰为 6、安全接管采用 l=210mm 无缝钢管，法兰为 设备总装图附图，应标明罐的安装技术要求，以及接管明细表、材料、零件为明细表等。技术要求1) 本设备按GB 150-1998钢制压力容器进行制造、试验和验收2) 焊接材料、对焊接接头型式及尺寸可按GB 985-80中规定（设计焊缝强度系数=1.00）3) 壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100%4) 设备制造完毕后，进行水压实验5) 管口方位按本图技术特性表技术特性表序号名称指标1设计压力1.6MPa2工作温度403物料名称液氨4公称容积(m3)15接管表序号接管法兰标准密封面形式用途a1-2PN1.6 DN20 GB9119.8-88平 面液面接管口b1-2PN1.6 DN20 GB9119.8-88平 面液面接管口cBIIPN1.6 DN450 JB583-64榫 槽人孔dPN1.6 DN32 GB9119.8-88平 面出料口ePN1.6 DN50 GB9119.8-88平 面进料口fPN1.6 DN25 GB9119.8-88平 面安全阀接管口gPN1.6 DN25 GB9119.8-88平 面放空阀hPN1.6 DN50 GB9119.8-88平 面排污口设计心得经过了几天的努力，终于完成了课程设计。在设计的过程中，给