液氨储罐的设计.doc

液氨储罐设计1 序言 压力容器 是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。储罐属于贮运容器。 压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。 储罐及其分类 储罐属于贮运容器。储罐用以存放酸、醇、气体等提炼的化学物质。其种类很多，大体上有：滚塑储罐，玻璃钢储罐，陶瓷储罐、橡胶储罐、焊接塑料储罐等。就储罐的性价比来讲，现在以滚塑储罐最为优越，滚塑储罐又可以分钢衬塑储罐，全塑储罐两大系，分别包括立式，卧式，运输，搅拌等多个品种。 用于储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐，防腐储罐工程是石油、化工、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业必不可少的、重要的基础设施，我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制储罐，钢制储罐，防腐储罐在国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的。钢制储罐是储存各种液体（或气体）原料及成品的专用设备，对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产，特别是国家战略物资储备均离不开各种容量和类型的防腐储罐等储罐。 由于储存介质的不同，储罐的形式也是多种多样的，大致分为以下几类 按位置分类：可分为地上储罐、地下储罐、半地下储罐、海上储罐、海底储罐等；按油品分类：可分为原油储罐、燃油储罐、润滑油罐、食用油罐、消防水罐等； 按用途分类：可分为生产油罐、存储油罐等； 按形式分类：可分为立式储罐、卧式储罐等； 按结构分类：可分为固定顶储罐、浮顶储罐、球形储罐等； 按大小分类： 100以上为大型储罐，多为立式储罐； 100以下的为小型储 罐，多为卧式储罐； 按储罐的材料：储罐工程所需材料分为罐体材料和附属设施材料。罐体材料可按抗拉屈服强度或抗拉标准强度分为低强钢和高强钢，高强钢多用于5000以上储罐；附属设施（包括抗风圈梁、锁口、盘梯、护栏等）均采用强度较低的普通碳素结构钢，其余配件、附件则根据不同的用途采用其他材质，制造罐体常用的国产钢材有20、20R、16Mn、16MnR、以及Q235系列等。 2 液氨储罐的设计计算2.1 设计参数介质：液氨 使用寿命 15年 体积=35m 充装系数 =0.9 工作压力= 1.57MPa 腐蚀速率0.1mm/年 =706.7kg/m（25，相对于水=1） 双面焊对接接头，100%无损检测 =1.02.2 设计计算2.2.1 罐体壁厚计算 1 确定材料=1.1=1.11.57=1.727MPa, 1.610（MPa）属于中压容器，故选用16MnR钢。2 确定内径 =35m 最佳长径比约为3左右，查附表4-2得，对比得：/mm24002200/mm6860.28938.22.894.06其中=（V-2V封头）/由表可知，2.89接近3，故选取=2400mm查表得=600mm，=40mm ，=6.5453， =1.9905m得=6860.2mm3 设计压力=1.1=1.11.57=1.727MPa，因选用材料为16MnR钢，假设厚度在6-16mm之间，查附表6-1得，=170MPa,腐蚀余量=150.1=1.5mm，由表4-9得，=0.80，厚度计算为：=12.25mm=+=12.25+1.5=13.75mm，=+圆整量=13.75+0.8+圆整量，取=16mm，计算厚度在所选范围内，即选取合理。2.2.2 封头厚度计算采用标准椭圆封头，厚度计算为：=12.20mm=+=12.20+1.5=13.70mm=+圆整量=13.70+0.8+圆整量， 取=16mm，与筒壁厚度相同。2.2.3 校核水压试验强度 （1） =1.25=1.251.57=1.9625MPa 圆筒材料在试验温度下的屈服点，查附表6-1得， =345MPa =-=16-1.5=14.5mm 圆筒在试验压力下： =163.40MPa 0.9=0.91345=310.5MPa 0.9,即水压强度足够。2.2.4 各种工况下的载荷计算1 =2400mm,=600mm，=40mm =1.9905m(1) 筒体质量=6860.2mm，=16mm，查附表4-1得，=960， =6.8602960kg=6.59(2) 封头质量 查附表4-3得，=808.42 =2=1616.82（3） 附件质量人孔质量，查表3-3得， =223其他接管等质量总和按300计，即=523 2 各种工况下的载荷计算（1） 空罐时的重量 =+=6590+1616.82+523=8.73（2） 水压试验下的重量 =2 +=21.9905+6.8602=35m =+=8730+351000=43730（3） 工作状况下的重量 =+=+706.7350.9=8730+706.7350.9=31001.12.2.5 鞍座及应力校核1 鞍座选取取最大质量，即，此时单个鞍座承受负荷： =214.5根据附录16，可以选用轻型带垫板，包角为120度的鞍座，即JB/T 471292 鞍座A2400FJB/T 471292 鞍座A2400S2 双鞍座筒体的轴向应力计算（1） 支座反力的计算 =214.5根据公式， = 可得单位长度载荷为， =56.00（2） 筒体轴向弯矩的计算双鞍座支撑的卧式容器，可视为双支点的外伸梁，在容器轴向存在两个最大弯矩，一个在鞍座处，一个在容器两支座跨距的中点处，如图1-1。 =214.6,=6860.2mm,=600mm=1208mm,A=608mmm(A=,且A)跨距中点处截面上的弯矩计算：= 209.3支座处截面上的弯矩计算：=-8.58（a）载荷与支座反力（b）剪力图（c）弯矩图图1-1（3）筒体轴向应力的计算 在跨距中点处横截面上，由介质压力及弯矩所引起的轴向应力之和如下：（a） 在横截面的最高点： =68.79（b）在横截面的最低点： = 75.09 （4）筒体轴向应力的验算 以上算出的轴向拉应力不得超过材料在设计温度下的许用应力，轴向压缩力不得超过材料在设计温度下的许用应力和轴向许用压缩力中的较小值。 A=1.13查图5-9可知，B=140 因=170，故取最小值140，经计算，轴向压缩应力没有超过140。2.2.6 人孔和补强措施 1 人孔设计根据储罐的设计温度、最高工作压力、材质、介质使用要求等条件，选用工程压力为1.6()的回转盖带颈平焊法兰人孔，如图1-2，明细表如下：回转盖带颈平焊法兰人孔（HG/T 215172005）图1-2 回转盖带颈平焊法兰人孔（HG/T 215172005）明细表件号标准号名称数量材质尺寸/mm1 筒节116MnR2HG 20613螺柱2035CrMoA3HG 20613螺母4035CrMo4HG 20594法兰116Mn(锻件）5HG 20606垫片1非金属平垫6HG 20601法兰盘116MnR7把手1Q235-AF8轴销1Q235-AF9GB/T 91销2Q21510GB/T 95垫圈2100HV11盖轴耳（1）1Q235-AF12法兰轴耳（1）1Q235-AF13法兰轴耳（2）1Q235-AF14盖轴耳（2）1Q235-AF2 人孔补强选用回转盖带颈平焊法兰人孔（RF型）突面密封形式。查表3-3，取标准人孔内径 =500mm, 开孔直径 d=500+30=530mm, =12.25mm筒体开孔处计算厚度：=16mm，=13.7mm，=12.20mm设接管材料与筒体材料相同，即 fr=1人孔接管厚度：=2.68mm（1） 计算A =53012.25=6492.5(2)有效厚度 B=2d=2530=1060mm B=d+2+2=530+216+212.25=586.5mm（3） 有效高度 =81mm =0 =(1060-530)(13.7-12.25)-0=768.5 =281(12.25-2.68-0.8)+0=1420.8 =0 =+=768.5+1420.8=2189.3 =-=6492.5-2189.3=4303.2 得加强补强面积为： =4303.2 查附表4-13得，补强圈尺寸： DN=500mm，外径=840mm,内径=534mm,厚度=14mm,质量m=36.3kg2.2.7 接管图1-3 液氨储罐接管示意图1 液氨进料管 采用573.5mm,无缝钢管，一段削成45角，配用凹凸面的密封对焊管法兰。型号：PN2.5 DN50 HG 20059297 RF 16MnR厚度小于5mm，该孔需补强。2 出料管 采用可拆的压出管253mm将它套入罐体固定接口管为383.5mm内。罐体接口管法兰采用：HG 20592 PL2.5 DN32 法兰 RF 16MnR与该法兰相配并焊接在压出管法兰上，其尺寸与上相同，但内径为25mm。液氨压出管端部法兰采用：HG 20592 PL2.5 DN20 法兰 RF 16MnR查压料管质量为m，查表得，无缝钢管标准型号为DN32 ,PN2.5，外径38mm,壁厚3.5mm，接管公称直径小于8mm，根据条件无需补强。3 排污管 采用573.5mm，管端装有一与截止阀J41W-16，相配管法兰：HG 20592 PL 2.5 DN50 法兰RF 16MnR4 液面计接管采用玻璃管防霜液面计 AI 2.5-1260-50 HG/T 21550-935 放空管接管 采用323.5mm无缝钢管，管法兰为： HG 20592 PL2.5 DN25 法兰 RF 16MnR参考文献1.王洪海等.内压式储罐最佳长径比研究.河北工业大学学报.2002.22.蔡纪宁，张秋翔编.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出