【《液氨储罐系统设计》7600字】

液氨储罐系统设计前言压力容器属于一种完全密闭承载式的压力容器,其适应范围广,使用量多,但又相对容易出现事故,而且会导致事故危害非常严重。与任何一种压力容器的设计相同,压力容器的主要设计宗旨也就是对新出现的或者该进工程系统和设备的技术进行了创新和改良,以满足现代社会的各种需要。具体来说,压力容器的技术设计者应根据其设计任务的具体要求,遵循其设计工作的基本原则或技术规范,以及对材料的控制﹑结构细节﹑生产工艺﹑质量监督﹑检测及产品的质量监督管理等各个方面的原则,并尽量采用国家标准。化工相关专业的课程设计就是指我们掌握了机械原理和工艺装备与自动控制技术以及工程基础等相关的课程内容之后所进行的一门课程设计,它既是我们在实践中应用了所学的知识而进行阶段性地设计的单体机械设备或者是单元件的设计等各个方面相关技术的专业一个培训过程,也是我们在理论课程中获取成果的检验。通过这个环节让学生从查阅相关资料,理论计算,数据处理,机械制图等各个方面都得到了基本的训练,培养了我们在实践中综合利用理论知识进行分析、解决实际问题的能力。本产品的设计采用了液氨贮藏储罐,它是一种典型的卧式贮藏容器。液氨贮罐系统是在合成氨生产工业中必不可少的一种储存压力的容器,所以本次设计阶段的主要内容应该包括各种压力容器的材料选取、容器筒体结构和高强度设计,密封的装置设计、筒体壁厚的设计、封头壁厚的设计、确定的支座,人孔及接管、开孔补强等情况以及其他连接管道的设计与选择。绪论液氨储罐的作用液氨储罐作为一种典型的压力容器它常见适用于各种石油、化工、粮油、食物、消防、冶金、国防等其他特殊工程和行业中必不可少的、重要而又有利于安全保护的基本压力容器装置,在我们日常生活中总会需要一些防腐性能好的储罐,防腐性能好的储罐对于市场的发展中起到的重要作用也是举足轻重的。对许多的化工企业而言没有一个储罐也就没有任何办法正常地产出一种新型产品,尤其特别是一些国家物资的储备,根本都离不开各种类型的液氨储罐。液氨储罐的最新技术1.通过创新来优化升级仪表系统能够有效保障液氨储罐的安全性能,提升我们企业的日常产出水平。2.根据氨极易直接溶于水中的化学和物理特征,建立了氨吸收罐,对液体氨存贮装置安全阀所排放出来的氨气进行了吸收和净化,大致可以解决氨的不能被组织排出,提高了设备环保效率。3.出于进一步强化提升贮存液氨放在贮存中的储罐本身安全使用性能生产质量的根本考虑,鉴于最近出台国家关于使用化学品重大有害危险源设备贮存液氨储罐的安全使用性能质量标准和规范的具体要求,对于将液氨放在贮存中的储罐本身进行了几项技术性升级改造,其中的几项具体措施主要内容涵盖了在每个储存中分别加装一台外贴式视频液位计,温度计,压力计和变送器;气,液两相连的管道分别又各增加一个自动控制阀,设置一台高低位视频液位自动报警器和连锁控制装置及一台应急有毒气体吸附报警仪;同时增设一台自控视频开关液位启动器及应急有毒喷雾气体吸附报警系统;而在贮存中的储罐每个区域将分别增加一个自动视频液位监测;同时建立了完善的一台风向标,洗眼器和一台静电气体释放器.4.安全型液氨储罐。该储罐由多种形式包括罐体,在主罐顶部分别设有一个主罐口,在在主罐嘴上分别设置了耐压外壳密封盖,在罐体外部分别设有耐压排气管,在罐体上部分别设有多道直通罐体内部的排气管,在排气阀上部分别连接到排空阀;罐体内部分别设置了压力浓度传感器,罐体外部分别设有压力浓度传感器、控制板和与液氨储罐相连通的压力浓度传感器,罐体上方分别设有压力喷淋控制装置,在喷淋控制装置上方分别设有压力喷淋机;罐体下部设置有隔振底座,控制板分别与温度传感器、浓度感应器、压力感应器和喷淋装置电性连接。本实用新型提供了一种性能可靠的安全型液氨储罐,具有防泄漏和防振动功能,且能加快进料速度。

第一章设计参数的确定1.1设计温度由毕业设计任务书中给出的设计温度范围为-10℃到50℃，工作温度为50℃，根据设计要求和实际状况，确定设计温度为50℃。1.2设计压力参考本次毕业设计工作任务书中给出的毕业设计压力范围一般为-0.1mpa到2.5mpa,工作时的压力范围为2.5mpa,根据毕业设计的要求和实际情况,确定设计压力为P=2.5Mpa.1.3焊缝系数由《压力容器安全技术监察规程》明确规定,这次设计的压力容器贮藏储罐是为了保证储存的液氨和氨气，而氨为中度毒性物质，采用纵向焊接接头和封头，使用双面焊，根据《过程设备设计》，参考焊缝系数的取值为1.0或者0.85。考虑自身设计情况，焊接系数取1.0.表1.1焊接接头系数序号焊接接头结构焊接接头系数φ全部无损探伤局部无损探伤.1双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊接接头1.00.852单面焊的对接接头，在焊接过程中沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板0.90.851.4腐蚀裕量参考任务说明书和实际条件，负偏差壁厚C1等于0.3，腐蚀裕量C2等于2.0mm。第二章液氨储罐的材料选取2.1筒体和封头根据在GB150-2011中已经明确提到的,碳素合金钢和其他低碳合金钢对于各种液氨材料具有较好的导热耐腐蚀性和经济实用性,参考考虑设计工作压力以及参考设计工作温度,考虑到其使用经济性和适用性以及刚才材料质量和产品使用寿命等多个关键方面,采用钢板Q345R钢板可以作为筒体和包装密封件接头的主要结构材料Q345R钢板具有良好的筒体综合的热力学性能和产品制造生产工艺。磷、硫比较强度低于其他低合金高腐蚀强度复合钢板比如Q345钢,并且既可以具有更好的防腐耐拉性和强度又可以提高延伸率,还因此可有效保证其抗冲击韧性。2.2其他附属设备参考制造和设计对压力容器的焊接以及经济性，补强圈以及人孔采用Q345R.具体参数如下；人孔：Q345R:Rm=510MPaRel=345MPa补强圈：Q345R:Rm=510MPaRel=345MPa考虑到设备工作的最低温度，最后根据《压力容器设计手册》以及GB150-2011，接管的材料采用Q345D。接管:Q345D:Rm=470MPaRel=345MPa第三章筒体和封头的厚度计算3.1筒体厚度计算计算压力取设计压力Pc=P=2.5MPa,由此根据GB150-2011中设计部分有关同体的厚度计算公式得出筒体的计算厚度为δ筒体的设计厚度：δd筒体的名义厚度：δn圆整后取名义厚度：δn有效厚度：δe3.2封头的计算厚度根据GB150-2011，对于封头的厚度计算，由设计部分可得公式，选择标准椭圆形封头，而标准椭圆形封头K=1.0，由此可以得出封头的厚度：δ=13.27，已知C1=0.3mm，C封头的设计厚度：δd封头的名义厚度：δn圆整后得名义厚度：16mm封头的有效厚度：δe第四章水压试验校核4.1筒体的水压试验强度校核根据《过程设备设计》中关于压力容器液压实验时校核的有关公式：（见附录4-1）PT=1.25水压试验时的应力校核：（见附录4-2）σT=3.125∗(2000+13.5)2∗13.5液压试验时，σT应该满足σT≤0.9φRel。所以σT≤0.9φ第五章零部件的选择5.1接管以及人孔参数表表5-1接管符号名称公称直径钢管规格数量材料标准NNH3DN250∅273×81Q345DGB/T8163-1999NNH3DN200∅219×61Q345DGB/T8163-1999NNDN20∅25×31Q345DGB/T8163-1999N泵溢留口DN150∅159×4.51Q345DGB/T8163-1999N氨气出口DN150∅89×4.51Q345DGB/T8163-1999NNH3DN80∅89×41Q345DGB/T8163-1999NNH3DN80∅89×41Q345DGB/T8163-1999NNH3DN80∅89×41Q345DGB/T8163-1999NNH3DN80∅89×41Q345DGB/T8163-1999N废物管DN100∅108×41Q345DGB/T8163-1999NNH3DN100∅108×41Q345DGB/T8163-1999N油水管DN25∅32×3.51Q345DGB/T8163-1999NNH3DN20∅32×3.51Q345DGB/T8163-1999NNH3DN25∅32×3.51Q345DGB/T8163-1999N废弃出口DN25∅32×3.51Q345DGB/T8163-1999N压力控制器DN25∅32×3.51Q345DGB/T8163-1999N安全阀DN25∅32×3.51Q345DGB/T8163-1999N人孔DN500∅530×121Q345DGB/T8163-1999N液位控制器DN100∅100×41Q345DGB/T8163-1999N液流保护口DN50∅50×41Q345DGB/T8163-1999N排放口DN25∅25×31Q345DGB/T8163-1999表5-1由《压力容器-数据速查手册》查询，钢管规格也同样由《压力容器-数据速查手册》查询。5.2开孔补强计算可以不用进行开孔补强计算的接管条件根据GB150-2011给出的要求如下：设计压力≤2.5MPa两个相邻开孔中心的间距应不小于开孔直径之和，对于三个或以上的相邻开孔，任意两中心的间距应不小于该两开孔直径之和的2.5倍接管外径应该≤89mm接管外径应满足表5-2要求，表中接管壁厚的腐蚀裕量为1mm需要加大腐蚀裕量时，同时也应该增加壁厚开孔不得位于A,B类焊接接头上。钢材的标准抗拉强度下限值Rm表5-2接管外径253238454857657689接管壁厚≥3.5≥4.0≥5.0≥6.0由上表可知及上述要求可知，需要补强的接管有N1,N2,N45.3接管N15.3.1补强计算法判别开孔直径d=diC=8×15%=1.2d=257+2×1.2=259.4而d小于1/3Di5.3.2开孔补强所需面积计算1.筒体计算厚度：（见附录5-1）δ=13.32mm2.开孔所需补强面积：强度削弱系数（见附录5-2）：fr接管有效厚度:δet=开孔所需补强面积（见附录5-3）：A=3477.515.3.3有效不强范围根据GB150-2011可得下列公式：有效宽度B（见附录5-4，5-5）有效宽度B=520有效宽度B=308mm由上可知，二者之间取最大值，因此B=520mm有效高度外侧有效高度h1有效高度：h1有效高度：h1二者取最小值，h内侧有效高度h2h2h2二者取最小值，h25.3.4有效补强面积：1.筒体多余金属面积：由上文可知δA12.接管多余金属面积接管计算厚度（见附录5-1）：δ=1.89（见附录5-8）A3接管区焊缝面积A3=24有效补强面积：（见附录5-9）Ae由于A=3477.51，Ae=577.36，因为A＞参考GB150-2011，根据另行补强的条件-补强圈补强。低合金钢的标准抗拉强度下限值Rm补强圈厚度小于或等于1.5δn壳体名义厚度δ所以另行补强面积；A4≥A-A45.3.5.补强圈设计选择接管为公称直径DN250，参照补强圈标准JB/T4786-2002,选取补强圈外径D’=470mm，而B＞D’，所以，补强圈在有效范围内，补强圈内径：d’=d+（3-5）=273+4=277补强圈厚度计算：（见附录-10）δ考虑实际制造情况，以及钢板的负偏差厚度，将补强圈厚度圆整后得δc5.4接管N25.4.1补强计算法判别开孔直径d=diC=6×15%=0.9d=207+2×0.9=208.8而d小于1/3Di5.4.2开孔补强所需面积计算1.筒体计算厚度：（见附录5-1）δ=13.32mm2.开孔所需补强面积：（见附录5-2）强度削弱系数：fr==174接管有效厚度:δet=开孔所需补强面积（见附录5-3）：A=2794.615.4.3有效不强范围根据GB150-2011可得下列公式：有效宽度B（见附录，5-4，,5-5）有效宽度B=418有效宽度B=253由上可知，二者之间取最大值，因此B=418mm有效高度外侧有效高度h1有效高度：h1有效高度：h1二者取最小值，h内侧有效高度h2h2h2二者取最小值，h25.4.4有效补强面积：1.筒体多余金属面积：由上文可知δA12.接管多余金属面积接管计算厚度（见附录5-1）：δ=1.48（见附录5-8）A3接管区焊缝面积A3=24有效补强面积：（见附录5-9）Ae由于A=2794.61，Ae=351.2，因为A＞参考GB150-2011，根据另行补强的条件-补强圈补强。低合金钢的标准抗拉强度下限值Rm补强圈厚度小于或等于1.5δn壳体名义厚度δ所以另行补强面积；A4≥A-A45.4.5.补强圈设计选择接管为公称直径DN200，参照补强圈标准JB/T4786-2002,选取补强圈外径D’=400mm，而B＞D’，所以，补强圈在有效范围内，补强圈内径：d’=d+（3-5）=209+4=213补强圈厚度计算：（见附录5-10）δ考虑实际制造情况，以及钢板的负偏差厚度，将补强圈厚度圆整后得δc5.5接管N45.5.1补强计算法判别开孔直径d=diC=4.5×15%=0.675d=150+2×0.675=151.35而d小于1/3Di5.5.2开孔补强所需面积计算1.筒体计算厚度：（见附录5-1）δ=13.32mm2.开孔所需补强面积：强度削弱系数（见附录5-2）：fr=174接管有效厚度:δet=开孔所需补强面积（见附录5-3）：A=2024.035.5.3有效不强范围根据GB150-2011可得下列公式：(见附录5-4,5-5)有效宽度B有效宽度B=302.7有效宽度B=192.35由上可知，二者之间取最大值，因此B=302.7mm有效高度（见附录5-6）外侧有效高度h有效高度：h1有效高度：h1二者取最小值，h内侧有效高度h2h2h2二者取最小值，h25.5.4有效补强面积：1.筒体多余金属面积：由上文可知δA12.接管多余金属面积接管计算厚度（见附录5-1）：δ=1.09见附录（5-8）A3接管区焊缝面积A3=24有效补强面积（见附录5-9）：Ae由于A=2024.03，Ae=208.96，因为A＞参考GB150-2011，根据另行补强的条件-补强圈补强。低合金钢的标准抗拉强度下限值Rm补强圈厚度小于或等于1.5δn壳体名义厚度δ所以另行补强面积；A4≥A-A45.5.5.补强圈设计选择接管为公称直径DN150，参照补强圈标准JB/T4786-2002,选取补强圈外径D’=300mm，而B＞D’，所以，补强圈在有效范围内，补强圈内径：d’=d+（3-5）=159+3=162补强圈厚度计算（见附录5-10）：δ考虑实际制造情况，以及钢板的负偏差厚度，将补强圈厚度圆整后得δc5.6接管N105.6.1补强计算法判别开孔直径d=diC=4×15%=0.6d=100+2×0.6=101.2而d小于1/3Di5.6.2开孔补强所需面积计算1.筒体计算厚度（见附录5-1）：δ=13.32mm2.开孔所需补强面积（见附录5-2）：强度削弱系数：fr接管有效厚度:δet=开孔所需补强面积（见附录5-3）：A=1355.135.6.3有效不强范围根据GB150-2011可得下列公式（见附录5-4,5-5）：有效宽度B有效宽度B=202.4mm有效宽度B=141.2mm由上可知，二者之间取最大值，因此B=202.4mm有效高度外侧有效高度h1有效高度：h1有效高度：h1二者取最小值，h内侧有效高度h2h2h2二者取最小值，h25.6.4有效补强面积：1.筒体多余金属面积：由上文可知δA12.接管多余金属面积接管计算厚度（见附录5-1）：δ=0.72mm；（见附录5-8）A2=3接管区焊缝面积A3=24有效补强面积（见附录5-9）：Ae由于A=1355.13，Ae=201.52，因为A＞参考GB150-2011，根据另行补强的条件-补强圈补强。低合金钢的标准抗拉强度下限值Rm补强圈厚度小于或等于1.5δn壳体名义厚度δ所以另行补强面积；A4≥A-A45.6.5补强圈设计选择接管为公称直径DN100，参照补强圈标准JB/T4786-2002,选取补强圈外径D’=200mm，而B＞D’，所以，补强圈在有效范围内，补强圈内径：d’=d+（3-5）=108+3=111补强圈厚度计算（见附录5-10）：δ考虑实际制造情况，以及钢板的负偏差厚度，将补强圈厚度圆整后得δc5.7人孔5.7.1补强计算法判别开孔直径d=diC=2+0.3=2.3mmd=506+2×2.3=510.3而d小于1/3Di5.7.2开孔补强所需面积计算1.筒体计算厚度（见附录5-1）：δ=13.32mm2.开孔所需补强面积：强度削弱系数（见附录5-2）：fr接管有效厚度:δet=开孔所需补强面积（见附录5-3）：A=6817.615.7.3有效不强范围根据GB150-2011可得下列公式（见附录5-4,5-5）：有效宽度B有效宽度B=1020.6mm有效宽度B=566.3mm由上可知，二者之间取最大值，因此B=1020.6mm有效高度外侧有效高度h1有效高度：h1有效高度：h1二者取最小值，h内侧有效高度h2h2h2二者取最小值，h25.7.4有效补强面积：1.筒体多余金属面积：由上文可知δA12.接管多余金属面积接管计算厚度（见附录5-1）：δ=3.66mm（见附录5-8）A2=3接管区焊缝面积A3=24有效补强面积（见附录5-9）：Ae由于A=6817.61，Ae=1127.93，因为A＞参考GB150-2011，根据另行补强的条件-补强圈补强。低合金钢的标准抗拉强度下限值Rm补强圈厚度小于或等于1.5δn壳体名义厚度δ所以另行补强面积；A4≥A-A45.7.5补强圈设计选择接管为公称直径DN100，参照补强圈标准JB/T4786-2002,选取补强圈外径D’=840mm，而B＞D’，所以，补强圈在有效范围内，补强圈内径：d’=d+（3-5）=530+4=534补强圈厚度计算（见附录5-10）：δ考虑实际制造情况，以及钢板的负偏差厚度，将补强圈厚度圆整后得δc5.8法兰的选取表5-3接管符号公称尺寸公称压力连接标准法兰连接面形式NDN25040HG20592-2009WNFFNDN20040HG20592-2009WNFFNDN5040HG20592-2009WNFFNDN15040HG20592-2009WNFFNDN15040HG20592-2009WNFFNDN8040HG20592-2009WNFFNDN8040HG20592-2009WNFFNDN8040HG20592-2009WNFFNDN8040HG20592-2009WNFFNDN10040HG20592-2009WNFFNDN10040HG20592-2009WNFFNDN2540HG20592-2009WNFFNDN2540HG20592-2009WNFFNDN2540HG20592-2009WNFFNDN2540HG20592-2009WNFFNDN2540HG20592-2009WNFFNDN2540HG20592-2009WNFFNDN50040HG20592-2009WNFFNDN10040HG20592-2009WNFFNDN5040HG20592-2009WNFFNDN2540HG20592-2009WNFF第六章鞍座的选取及应力校核6.1液氨储罐总质量的计算6.1.1储罐主体质量m1封头质量m11和容积v11，根据储罐的Di=2000mm，δn=16mm，由《压力容器设计手册》查得，依据JB/T4746-2002查询封头的总深度H=525mm，容积v根据《压力容器设计手册》，由表2-1-12可得1m液氨储罐筒体的单位容积V=3.142m3，质量为G=795kg，DN=2000mm。由长径比L由此可知：筒体的体积：v22=6封头的体积：v储罐的总体积：2v11+v22筒体的质量：m22=由此可得储罐的主体质量m6.1.2液体质量m2由上文可知储罐的总体积V=21.1m3，而进行水压试验时，储罐内全部装满水，所以m2=pv6.1.3其他附件质量其他附件质量，依据设计经验取储罐质量的10%，由此，m3=6.1.4储罐的总质量m=m16.2储罐鞍座的选取根据《压力容器设计手册》，对于公称直径为2000mm的储罐，选取轻型（A），120°包角，焊制，六筋，带垫板，高度h=250mm的鞍座，允许的载荷为 Q=875KN,左鞍座标记为JB/T4712-1992鞍座A2000-F,右鞍座标记JB/T4712-1992鞍座A2000-S.6.3鞍座强度校核参考《压力容器设计实用手册》得到水平推力F0=其中：F-单个支座反力：