液氨储罐设计任务书

1、实用标准文案 设计任务书 设计题目： 液氨储罐设计 设计任务： 试设计一液氨储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计。 包括筒体、封头、零部件的材料的选择及结构的设计；罐的制造施工及焊接形式等；设计计算及相关校核；各设计的参考标准；附CAD图。 已知工艺参数如下： 最高使用温度：T=50； 公称直径：DN=3000； 筒体长度（不含封头）：Lo=5900。 任务下达时间：2010年11月19日 完成截止时间：2010年12月30日 精彩文档实用标准文案 目录 设计任务书 1 前言 . 3 2 设计选材及结构 . 4 2.1 工艺参数的设定 . 4 2.1.1设计压力 . 4 2.1.2

2、筒体的选材及结构 . 4 2.1.3封头的结构及选材 . 4 3 设计计算 . 6 3.1 筒体壁厚计算 . 6 3.2封头壁厚计算 . 6 3.3压力试验 . 7 4 附件的选择 . 8 4.1人孔的选择 . 8 4.2人孔补强的计算 . 8 4.3进出料接管的选择 . 10 4.4液面计的设计 . 11 4.5安全阀的选择 . 12 4.6排污管的选择 . 12 4.7 鞍座的选择 . 12 4.7.1鞍座结构和材料的选取 . 12 4.7.2容器载荷计算 . 13 4.7.3鞍座选取标准 . 14 4.7.4鞍座强度校核 . 14 5 容器焊缝标准 . 16 5.1压力容器焊接结构设计要

3、求 . 16 5.2筒体与椭圆封头的焊接接头 . 16 5.3管法兰与接管的焊接接头 . 16 5.4接管与壳体的焊接接头 . 16 精彩文档实用标准文案 6 筒体和封头的校核计算 . 18 6.1 筒体轴向应力校核 . 18 6.1.1由弯矩引起的轴向应力 . 18 6.1.2 由设计压力引起的轴向应力 . 19 6.1.3 轴向应力组合与校核 . 19 6.2筒体和封头切向应力校核 . 20 7 总结 . 错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。 精彩文档 实用标准文案 1 前言 本设计的液料为液氨，它是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用广泛。，自燃点-33.35，相

4、对密度0.7714g/L，熔点-77.7，沸点分子式NH，分子量17.033最易引燃浓25%()。蒸汽与空气混合物爆炸极限16，651.11蒸汽压1013.08kPa(25.7在甲醇中溶解度,在无水乙醇中溶解度10%水中溶解度。氨在2034%,25时17%度)16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇热、明火,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。 设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、

5、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。 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，合理地进行设计。 精彩文档实用标准文案 2 设计选材及结构 2.1 工艺参数的设定 2.1.1 设计压力 ，可以判断设计的容器2032.5kpa0 根据化学化工物性数据手册查得5蒸汽压为 压力容器安全技术监察规程规定，盛装液化气体

6、无保冷设施按为储存内压压力容器，时的饱和蒸汽压力，可取液氨容器的设计0的压力容器，其设计压力应不低于液化气5倍的1.32.16 Mpa，属于中压容器。而且查得当容器上装有安全阀时，取1.05压力为属于中的压力合适。最高工作压力作为设计压力；所以取2.16 MpapaMp?010.6Mpa?5 压容器。 200条件下工作属于常温容器。设计温度为50摄氏度，在-20 筒体的选材及结构2.1.2 年以下，碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在0.1/根据液氨的物性选择罐体材料，建议选和16MnR这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，且又属于中压储罐，可以考虑20R贵，但在制造费用方面，同等重量20R16MnR

7、钢板的价格虽比用20R类的低碳钢板， 钢板作为制造筒体和封头材所以在此选择16MnR设备的计价，16MnR钢板为比较经济。 GB6654-1996。料。钢板标准号为安装内件方便，制造容易，筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体，51， 而且承压能力较好，这类容器应用最广。 2.1.3 封头的结构及选材 需要的厚度是同样直封头有多种形式， 半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，直径径圆筒的二分之一，从受力来看，椭圆形封头的应力情况大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。小时，整体冲压困难，可以达到与筒体不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封

8、头与厚度相等的筒体连接时，所用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点，以选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。查椭圆形封头标准 JB/T4737-95（） 精彩文档实用标准文案 表2.1 椭圆封头标准 V/m3 容积h2 内表面积Fi/m2 h1 公称直径DN 曲面高度直边高度 3.89 750 10.2 3000 50 1,5。 封头取与筒体相同材料 精彩文档 实用标准文案 3 设计计算 3.1 筒体壁厚计算 3，熔点为的密度为7.85t/m 查 压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢得16MnR?t? ，许用应力列于下表：1430 表3.1 16

9、MnR许用应力 / Mpa 在下列温度（）下的许用应力 /钢号 板厚300 250 100 20 150 200 144 170 170 616 170 156 170 134 36 159 163 163 147 163 1616MnR 125 3660 150 157 157 138 157 116 153 128 150 100 60141 153 容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采用双面Mpa, 圆筒的计算压力为2.16 全部无损探伤。取许用1.00,焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为 应力为163 Mpa。 壁厚：Dp30006?2.1?ic120.0? 3

10、.1） （?t6.1?163?1?22p2?c0.05下液氨对钢板的腐蚀速率小于查材料腐蚀手册得50钢板厚度负偏差,0.8C?1 。/年，所以双面腐蚀取腐蚀裕量2?C2 所以设计厚度为：? ?81.C?22?C?1d2 。圆整后取名义厚度24 封头壁厚计算3.2 a:b=2:1 标准椭圆形封头 ：封头计算公式pD?ic? （3.2） ?t?p?5.20c 精彩文档 实用标准文案则标准椭圆20可见封头厚度近似等于筒体厚度，则取同样厚度。因为封头壁厚1,4. 形封头的直边高度50h?0 压力试验3.3 ；水压试验，液体的温度不得低于5试验过程中，试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内

11、的空气排尽，保压时间一般应保持容器外表面的干燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，并保持足够长的时间以便对所有焊不少于30min。然后将压力降至规定试验压力的80% 接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验。 水压试验时的压力?Mpa72?.16?2.25p?1.p?1.25 (3.3) ?Tt 水压试验的应力校核： 水压试验时的应力?Dp.72?3000?24?1?Tie44?177.?Mpa (3.4) ?T12?2?24e水压试验时的许用应力为 ? ?0.9?1.00?325?292.590.Mps?10.9故筒体满足水压试验时的强度要求。 ST 精彩文档实用标准文案

12、4 附件选择 4.1 人孔选择 人孔的作用：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。 人孔的结构：既有承受压力的筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件，也有安置与启闭端盖所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。 人孔类型：从是否承压来看有常压人孔和承压人孔。从人孔所用法兰类型来看，承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔和带颈对焊法兰人孔，在人孔法兰与人孔盖之间的密封面，根据人孔承压的高低、介质的性质，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或环连接面。从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖的所处位置看，人孔又可分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔三种。 人孔标准HG21524-

13、95规定PN1.0Mpa时只能用带颈平焊法兰人孔或带颈对焊法兰人孔。 容器上开设人孔规定当Di1000时至少设一个人孔，压力容器上的开孔最好是圆形的，人孔公称直径最小尺寸为400。 综合考虑选择水平吊盖带颈对焊法兰人孔（HG21524-95）,公称压力PN2.5、公称直径DN450、H1=320、RF型密封面、采用类20R材料、垫片采用外环材料为低碳钢、金属带为0Cr19Ni9、非金属带为柔性石墨、C型缠绕垫。标记为：人孔RF（WC-1220）450-2.5HG21524-95总质量为256kg.法兰标准号为HGJ5053-91,垫片标准号为HGJ6972-91,法兰盖标准HGJ6165-91

14、材料为20R，螺柱螺母标准HGJ75-91螺柱材料40Cr螺母材料45，吊环转臂和材料Q235-AF,垫圈标准为GB95-85材料100HV,螺母标准GB41-86，2,3,5。20R ，无缝钢管材料为20，支承板材料为F吊钩和环材料Q235-A尺寸表如下 表4.1 人孔标准尺寸表 总质量密封面PN/ H2 H1 d dws DN D D1 kg Mpa 型式 256214 突面 450 2.5 480600 450 12 670 320 4.2 人孔补强的计算 精彩文档 实用标准文案整体压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、 开孔补强结构： 锻件补强三种。原材料易解决、制造

15、方便、补强圈补强是使用最为广泛的结构形式，它具有结构简单、安全、可靠等优点。在一般用途、条件不苛刻的条件下，可采用补强圈补强形式。但必须 满足规定的条件。即壳体截采用等面积补强法， 压力容器开孔补强的计算方法有多种，为了计算方便，当补强材料与被削弱壳必须由补强材料予以等面积的补偿。面因开孔被削弱的承载面积， 。体的材料相同时，则补强面积等于削弱的面积。补强材料采用16MnR 、内压容器开孔后所需的补强面积1? ） （4.1f?21dA?ret 开孔直径：式中 ?68?461.C?456?2?2.dd?2 ；i 强度削弱系数：?t?0.82f133/163 n?tr? 壳体开孔处的计算厚度1.0

16、?20 接管有效厚度：?29.8?C?12?2? ntet?1332A38?1?9304.2001?2?20.01?9.2?461.6? 则 163 、有效补强面积即已有的加强面积2壳体开孔后，在有效补强范围内，可作为补强的截面积（包括来自壳体、接管、焊缝 金属、补强元件） ）（4.2 ?A?AAA3e21 筒体上多余金属面积：?Af?B-d?2?1? ） （4.3re1eet B=2d 有效补强宽度?.?21224?2.8 筒体的有效厚度e 所以?133227?545.?220.01?1?.A?4616?212?2001?29.221. 1631人孔接管上多余的面积： ?f?Ch?A?2hf

17、?2 ） （4.4r22t12etret 外侧有效高度： 精彩文档 实用标准文案? 43?12?461.6?74h?.dnt1 内侧有效高度即实际内伸高度0h?2 接管计算厚度：?dp242.16?480?ic 733.?tt162?133?1?2.p2?nc 所以?1332 36664.2?3.73?A?2?12?461.6?9.1632 焊缝金属截面积：12 144?2?12?12?A322A144?1353.6AA?545.27?664.36?A? 则3e12 比较的 A?Ae?；补强圈?540Mpa满足以下条件的可选用补强圈补强：刚材的标准常温抗拉强度b?38?；设计；设计压力厚度应小

18、于或等于壳体壁厚的1.5倍；壳体名义厚度Mpa4?n 。可知本设计满足要求，则采用补强圈补强。温度350? 所需补强圈的面积为：2757950.?A?A?A e4以通入压M10的螺孔一个，补强圈的结构及尺寸：为检验焊缝的紧密型，补强圈上钻接管、人孔等与壳体连接的接头，补强圈缩空气检验焊缝质量。按照根据焊接接头分类，T类焊缝。根据补强圈焊缝要求，并查得结构图为带补强圈焊缝与壳体连接的接头取D21506-92 HG 型接头，补强圈坡口取B型（查化工容器及设备简明设计手册）。查标准?760D?5D3d? 得补强圈外径。则取,内径48500i 计算补强圈厚度：A5.77950?41418?. （4.5

19、） c4852?D461.6?Bi ，计算的补强圈厚度也满足补强圈补强的条件。查标准补强圈厚度取203,5. 查得对应补强圈质量为42.3 进出料接管的选择4.3 采用容器接管一般应采用无缝钢管， 材料：所以液体进料口接管材料选择无缝钢管， 16MnRGB8163-87无缝钢管标准。材料为。 精彩文档实用标准文案 结构：接管伸进设备内切成45度，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对壁的磨损与腐蚀。 接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或整体

20、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：当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。 设计压力小于或等于2.5Mpa。 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。 接管最小壁厚满足以下要求。 表4.2 接管最小壁厚要求 7657 接管公称直径/mm89 65 6.0 最小壁厚/mm 5.0 因此热轧无缝钢管的尺寸为8912。 钢管理论重量为22.79/m。取接管伸出长度为150。 管法兰的选择：根据平焊法兰适用的压力范围较低（PN627.765kN,为右鞍座标记JB/T4712-1992 鞍座 A3000-F.，则选取A=700m

21、m。左鞍座标记为.5RA?0m A3000-S. 为JB/T4712-1992 鞍座 具体尺寸如下表： 鞍座标准尺寸表4.3 表 螺栓间距公称直径 允许载荷鞍座高度 鞍座质量 增加100mm高度/kg 增加的质量DN Q/kN l2 /kg h 34 786 250 1940 3000 405 鞍座强度校核4.7.4 鞍座腹板的水平分力： KFF?9S0?.204K 对应系数 查得鞍座包角1209 支座反力：mg kNF?313.88252 鞍座腹板有效界面内的水平方向平拉应力：F?S? 9?bHb?rerS0R?Hmm 计算高度，取鞍座实际高度和两者中的较小值，m3S?bmm 鞍座腹板厚度，

22、0?.b56Rb?1b?b两者与圆筒体的有效宽度鞍座腹板有效宽度，取垫板宽度e2m4rmm 中的较小值，?10mm 鞍座垫板有效厚度，reF5313882.0.204?sMpa?8.538? 则 ?9250?10?500?bbH?10S0rre 精彩文档 实用标准文案2? F应力校核：鞍座材料Q235-A的许用应力，则Mpa?125333?83M.pasasa32?3? ?sa93 精彩文档实用标准文案 5 容器焊缝标准 5.1 压力容器焊接结构设计要求 焊缝分散原则；避免焊缝多条相交原则；对称质心布置原则；避开应力复杂区或应力峰值去原则；对接钢板的等厚连接原则；接头设计的开敞性原则；焊接坡口

23、的设计原则（焊缝填充金属尽量少；避免产生缺陷；焊缝坡口对称；有利于焊接防护；焊工操作方便；复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率）。 5.2 筒体与椭圆封头的焊接接头 压力容器受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类，查得封头与圆筒连接的环向接头采用A类焊缝。 焊接方法：采用手工电弧焊，其原理是利用电弧热量融化焊条和母材，由融化的金属结晶凝固而形成接缝，焊接材料为碳钢、低合金钢、不锈钢，应用范围广，适用短小焊缝及全位置施焊，可适用在静止、冲击和振动载荷下工作的坚固密实的焊缝焊接，这种方法灵活方便，适应性强，设备简单，维修方便，生产率低，劳动强度高。 封头与圆筒等厚采用对接焊接。平行长

24、度任取。坡口形式为I型坡口。 ?=325Mpa选择E50=490Mpa和屈服点系列根据16MnR的抗拉强度（强度要求：bbs?400Mpa）的焊条，型号为E5014.该型号的焊条是铁粉钛型药皮（药皮成490Mpa；s分：氧化钛30%，加铁粉），适用于全位置焊接，熔敷效率较高，脱渣性较好，焊缝表面光滑，焊波整齐，角焊缝略凸，能焊接一般的碳钢结构。 5.3 管法兰与接管的焊接接头 管法兰与接管焊接接头形式和尺寸参照标准HG20605-97,根据公称通经DN 80选择坡口宽度b=6mm，如附图中的局部放大图所示。 5.4 接管与壳体的焊接接头 所设的接管都是不带补强圈的插入式接管，接管插入壳体，接管

25、与壳体间的焊接有全焊透和部分焊头两种，它们的焊接接头均属T形或角接接头。选择HG20583-1998标准中 精彩文档 实用标准文案1?，且；代号为G2的接头形式，基本尺寸为；?k50.?2?b5?0.?50p?5?13t1?，它适用于，因为所选接管的厚度都为壳体厚度的一半，壳体?425?6?ksst2的厚度为24mm，所以符合要求。选择全焊透工艺，可用于交变载荷，低温及有较大温度4,5。 梯度工况。如附图中的局部放大图所示 精彩文档 实用标准文案 6 筒体和封头的校核计算 6.1 筒体轴向应力校核 由弯矩引起的轴向应力6.1.1 筒体中间处截面的弯矩：?22?hR?2im?1? A4FL2L?

26、M(6.1) 1h4L4?i?1? L3? ；式中 F鞍座反力，NR ；椭圆封头长轴外半径，mmm L两封头切线之间的距离，mm； A鞍座与筒体一端的距离，mm； hi封头短轴内半径，mm。?2?DN3000?2?24nmm?1524R? m22?22?750?15242?1? 7504?313.8825?5900259005mm?2.0?10NM? 17504?59004?1 ?59003? 支座处截面上的弯矩：22?R?hAim1? L2AL?M?FA1?(6.2) 24h?i?1? 3L?22?7001524?7501? 5900700?59002?4Mmm10N?1?1?.4?825?313.8?700 所以 ? 24?750?1? ?3?5900?由化工机械工程手册（上卷，P1199）得K1=K2=1.