液氨储罐的设计说明书.docx

课程设计题 目液氨储罐的设计院 (系)化学与化工学院专 业过程装备与控制工程学 号0806250118姓 名杨律化指导老师 范晓勇目录附：课程设计任务书一 序言（一）设计任务（二）设计思想（三）设计特点二 材料及构件的选择（一）材料的选择（二）构件的选择三 设计计算内容（一）封头的设计（二）计算压力的确定（三）名义厚度的初步确定（四）容器的压力实验（五）人孔的设置（六）容器载荷的计算（七）支座的设计确定（八）各物料进出管位置的确定及其标准的选择（九）液位计的设计（十）焊接接头设计四 设计小结五 储罐总装配示意图六 参考资料附：课程设计任务书题目：液氨储罐设计设计条件表序号名称数值单位1罐体长度（不包括封头）（）60002罐体内径() 20003夏季最高温度（）504此时的饱和蒸汽压()2.075最高工作压力()由介质温度决定6工作介质液氨7装量系数（设定值）（）0.85 假定其工作温度为-2048，压力波动不考虑。设计要求：设计说明书一本、计算过程、设计、计算校核、图纸一张（用CAD画）并用图纸打印出来。一 序言：（一）设计任务： 设计液氨储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图和零件图，并编写设计说明书。（二）设计思想： 综合运用所学的化工容器设计的基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。（三）设计特点： 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件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液氨储罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零件的选用。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，合理的进行设计。二 材料及构件的选择：（一）材料的选择：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。纯液氨腐蚀性小，储罐可选用一般钢材，但由于压力较大，可以考虑20R，16MnR这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，可用20R类的低碳钢板，16MnR钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板较为经济，所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头的材料。（二）构件的选择：（1）封头的选择：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的多，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。从钢材耗用量来看：球形封头用材最少，比椭圆封头节约，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，工作温度以及人，手孔的结构和材料等诸多方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有很大的灵活性。在此，考虑到人孔盖直径较大较重，故选用碳钢水平吊盖人孔，人孔筒节轴线垂直安装。（3）容器支座的选择：容器支座有鞍式支座、圆座和支腿三种，用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用较为广泛的一种卧式支座。从应力分析来看，理论上支座数目越多越好。但实际上，卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点过多时，各支撑平面的影响均会影响支座反力的分布，因而采用多支座不仅体现不出理论上的优越性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影响。所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于两个。圆座一般对于大直径薄壁容器和真空操作的容器。支腿式支座在于容器壳壁连接处会造成严重的巨臂应力，故只适合用于小型容器（DN1600，L5000）。综上考虑在此选择轻型的鞍式支座。 （4）法兰的选择：法兰连接的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。压力容器的法兰分平焊法兰和对焊法兰。法兰设计的优化原则是：法兰设计应使各项应力分别接近许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到充分的发挥。设计法兰时，须注意：钢制管法兰、垫片、紧固件设计要参照规定来选择和设计。（5）液面计的选择：液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型大体上可以分为四类：有玻璃板液面计，玻璃管液面计，浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度在0250摄氏度。玻璃管液面计适用于工作压力小于1.6MPa，介质温度在0250摄氏度情况下。玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料没有结晶等堵塞固体的场合。板式液面计承压能力强但比较笨重，成本较高。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用反射式。当容器的高度大于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，应该用其它适用的液面计。由于液氨为较干净的物料，易透光，不会出现严重堵塞现象，所以在此选用反射式玻璃管液面计两个，两个液面计的质量共180kg。（6）进出料接管的选择：容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进出料口接管材料选择无缝钢管，采用无缝钢管标准GB8163-87.材料为16MnR。结构：接管伸进设备内切成45，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对内壁的磨损和腐蚀。接管壁厚的要求：接管的壁厚除了要考虑上述的要求，还要考虑焊接的方法、焊接参数、加工条件、焊接位置等制造上的因素及运输、安装中的刚度要求。一般情况下，壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或是整体锻件，以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。不需另行补强的条件：当壳体上的考空满足下述全部要求时。可以不另行补强。设计压力小于或等于2.5。两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。接管公称外径小于或等于89接管的最小壁厚满足以下要求。表1 接管最小壁厚要求接管公称直径/57766589最小壁厚/5.06.0因此热轧无缝钢管的尺寸。取接管伸出长度为。管法兰的选择：根据平焊法兰使用的压力范围（PN2000mm时,直边高度为40mm。由于所设计的筒体公称直径DN=2000mm2000mm，所以直边高度为h=25mm，根据JB/T47462002钢制压力容器用封头的规定，以内径为基准的标准椭圆形封头形式代号为EHA，以外径为基准的椭圆形封头形式代号为EHB，这两种封头的内表面积、容积和质量分别列于表2、表3中：表2 EHA椭圆形封头内表面积、容积（JB/T47462002）序号公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m3序号公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2 容积V/m313001000.12110.00533429007659.48073.456723501130.16030.008035300079010.13293.817034001250.20490.011536310081510.80674.201544501380.25480.015937320084011.50214.611055001500.31030.021338330086512.21935.046365501630.37110.027739340089012.95815.508076001750.43470.035340350091513.71865.997286501880.50900.044241360094014.50086.514497002000.58610.054542370096515.30477.0605107502130.66860.066343380099016.13037.6364118002250.75660.0796443900101516.97758.2427128502380.84990.0946454000104017.84648.8802139002500.94870.1113464100106518.73709.5498149502631.05290.1300474200109019.649310.25231510002751.16250.1505484300111520.583210.98831611003001.39800.1980494400114021.538911.75881712003251.65520.2545504500116522.516212.56441813003501.93400.3208514600119023.515213.40601914003752.23460.3977524700121524.535914.28442015004002.55680.4860534800124025.578215.20032116004252.90070.5864544900126526.642216.15452217004503.26620.6999555000129027.728017.14792318004753.65350.8270565100131528.835318.18112419005004.06240.9687575200134029.964419.25502520005254.49301.1257585300136531.115220.37042621005655.04431.3508595400139032.287621.52812722005905.52291.5459605500141533.481722.72882823006156.02331.7588615600144034.697523.97332924006406.54531.9905625700146535.935025.26243025006657.08912.2417635800149037.194126.59693126006907.65452.5131645900151538.475027.97763227007158.24152.8055656000154039.777529.40533328007408.85033.1198表3 EHA椭圆形封头质量（JB/T47462002）/kg序号公称直径DN/mm封头名义壁厚n/mm2345681012141618202224262830321300 1.92.83.84.8 5.87.82350 2.53.75.06.3 7.610.334004.86.48.0 9.713.116.520.023.644505.97.910.012.016.220.424.829.255007.29.612.114.6 19.624.730.035.340.746.251.865508.611.514.417.423.429.535.741.948.354.861.4760010.113.517.020.427.534.641.849.256.764.271.9865011.715.719.723.8 31.940.248.557.065.674.483.2970013.518.122.727.336.646.155.765.475.385.295.31075015.420.625.831.141.752.563.474.485.6 96.8108.3 1180023.329.235.1 47.159.3 71.583.996.5109.2122.0135.0148.2161.4174.91285026.132.839.452.966.580.294.1 108.1122.3136.6 151.1165.8180.6195.51390029.236.544.058.974.189.3104.8 120.4136.1152.0168.1184.4200.8217.31495032.340.548.8 65.382.199.0116.1 133.3150.7168.3186.0203.9 222.0240.315100035.744.753.8 72.190.5109.1 127.9146.9166.0185.3204.8224.5 244.4264.416110053.764.686.5108.6130.9153.3176.0198.9221.9245.2 268.6292.2316.1340.1364.317120063.576.4102.2128.3154.6181.1207.8234.7 261.8289.1 316.6344.4372.3400.5428.918130089.2 119.3149.7180.3211.1 242.2273.4 304.9336.7 368.6400.8 433.2465.9498.7191400102.9137.7172.7208.0243.5279.2315.2 351.4387.9424.6461.5 498.7536.25 573.8201500117.7157.4197.4237.6278.1318.9359.9401.1442.7484.4526.5568.8611.4654.2211600133.4178.4223.7269.2315.0361.1407.5454.1501.1548.3595.7643.5 691.5739.8注：DN1700以上（至DN6000）的数据没有摘引。又根据EHA椭圆形封头内表面积及容积查得：DN=2000mm时，总深度H=525mm，内表面积A=4.4930，容积。所以，封头设计为EHA200016-16MnR JB/T4746-2002。示意图如图（1）所示：（二）计算压力的确定（由设计压力与液柱静压力来确定）：的临界温度 对于承装临界温度大于的液化气体的压力容器，设计有可靠的保冷措施，则其最高工作压力为所盛液化气体在可能达到的最高工作温度下的保和蒸汽压。设计压力； 液柱静压力为： ，于是忽略了液柱静压力的影响，得到 （）-设计温度下的许用应力 对于的低合金钢钢管，在的设计温度下。-焊接接头系数 （取值根据接头形式及无损检测的长度比例来确定）采用双面对接接头或相当于双面对接接头的全焊透对接头，进行100%无损检测时，。（三）名义厚度的计算：3.1 计算厚度：筒体厚度：封头厚度：根据计算厚度大约在15mm左右，则查书（P65表2-4）得钢板的厚度负偏差，查腐蚀数据手册知液氨对16MnR钢材的每年的年腐蚀余量为0.1mm，若该液氨储罐使用10年，则总腐蚀余量，则有：3.2 设计厚度（加入腐蚀裕量）：筒体厚度：封头厚度：3.3 名义厚度（设计厚度+钢板厚度负偏差）：筒体厚度：封头厚度：根据钢板的厚度还需要圆整，则取筒体和封头的名义厚度均为，厚度附加量3.4 有效厚度：筒体厚度：封头厚度：封头的刨面图形如图（2）所示：（四）容器的压力实验：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 取设计实验温度为，查表有所以 而圆筒的应力 所以 查表（课本附录-压力容器材料的许用应力）得到 所以，厚度校核合格。（五）人孔的设置：5.1 人孔位置和尺寸的设置：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，所以本次设计选择可选用MFM型，A型盖轴耳，公称压力为2.5MPa，人孔公称直径为500 mm。外伸200mm。质量为256kg。如图（3）所示：人孔位置的确定：人孔的壁厚，：人孔的公称直径，：筒体壁厚，：筒体公称直径取5.2 人孔补强的计算：2.1 圆筒开孔所需补强面积 式中：d-开孔直径，507mm。 -圆筒计算厚度，12.251mm。 -接管有效厚度，10.946mm。 -强制削弱系数，等于设计温度下接管材料的许用应力与壳体材料的许用应力之比，当比值大于1时，取=1。 于是2.2 有效补强范围内补强面积的计算 为壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积为接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积上式中： 外侧高度 人孔实际外伸200mm 取 内侧高度 人孔内伸0 取 所以： 由于，所以需要补强。则补强面积。查JB/T47362002补强圈厚度尺寸得：补强圈内径D=504mm，外径D2=840mm，接管公称直径补强厚度圆整后取得补强圈的设计如图（4）所示：（六）容器载荷的计算：6.1容器自重：容器自重包括筒体质量、封头质量和以及各零部件的质量（包括人孔、进出料管、两个液面计、安全阀、排污管以及与阀门相连接的接管附件） 容器自重6.2 充液质量：储罐的总体积 充水时：充液氨时：（七）支座的设计确定7.1鞍座的位置的设置：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。在此选择轻型的鞍式双支座，一个S型，一个F型。查表得时，允许载荷；而此设计储罐每个支座所需承受载荷为，符合条件，于是选取支座： JB/T4712.1-2007，支座A2100-F JB/T4712.1-2007，支座A2100-S鞍座位置的选择一方面要考虑到利用封头的加强效应，另一方面又要考虑到不使壳体中因荷重引起的弯曲应力过大。由此，鞍座的位置按，并尽量使的条件来确定，其中a为鞍座中心线至圆筒端部的距离，L为圆筒长度（两封头切线间距离），为筒体内半径。取q 力学模型LBAaa7.2圆筒最大弯矩的计算：将由上述计算所得的质量产生的重力简化为沿容器轴线作用的均布载荷，计算跨中截面处的弯矩M。取而支座位置分析受力图可知 由于两支座距罐两端距离相等，两支座A,B受力相同，均为罐重力的一半，且在罐中心截面上弯矩最大。液压实验时：正常操作时：7.3计算圆筒跨中截面最大拉应力和最大压应力，进行应力校核： 最大拉应力由介质压力及弯矩M引起，位于该截面的最低点即 其强度条件为 条件符合。 最大压应力位于该截面的最高点，并且在盛满物料而升压时压应力有最大值，故有最大压应力为： 其强度条件为 条件符合。 稳定性条件为：，式中为稳定许用压缩应力。 由以上计算可知此稳定性条件符合。（八）各物料进出管位置的确定：液氨入口DN40，液氨出口DN40，气氨出口DN40，放空口DN30，排污管DN50，安全阀接口DN45，压力表接口DN15上部：从罐的右侧至左侧依次设置：人孔，压力表接口，安全阀接口，气氨出口，放空口，液氨入口。下部：罐左侧设置液氨出口，右侧设置排污管：排污管和液氨出口管中心线为：150mm。 附：各管设计条件表：液氨入口液氨出口气氨出口放空口排污管安全阀接口压力表接口DN40403030504515外径48483837577222壁厚4.04.04.03.53.56.03.5安装位置上部下部上部上部下部上部上部外伸尺寸100100100100100100100内伸尺寸1500000000（九）液位计的设计：1 根据罐内工作压力选取压力等级为2.5 MPa。2选普通型，外加保温层的液位计。3中心距L的选择： 液位： 液位计位置在处： 取的液位计4材质选择：0Cr18Ni9Ti（321）。5 介质 。6 采用规格为DN25的接管 外伸500，内伸0。7采用带对焊法兰，法兰规格为DN32，密封面型式采用突面。（十）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