20立方米液氨儲罐設計說明書

1、目錄課程設計任務書220m3液氨儲罐設計 2課程設計內(nèi)容3液氨物化性質(zhì)及介紹 31. 設備的工藝計算一 31.1 設計儲存量 31.2 設備的選型的輪廓尺寸的確定 31.3 設計壓力的確定一 41.4 設計溫度的確定 41.5 壓力容器類別的確定 42. 設備的機械設計52.1 設計條件 52.2 結(jié)構(gòu)設計 62.2.1 材料選擇一 62.2.2 筒體和封頭結(jié)構(gòu)設計 62.2.3 法蘭的結(jié)構(gòu)設計6（1 ）公稱壓力確定 7（2 ）法蘭類型、密封面形式及墊片材料選擇 7（3 ）法蘭尺寸 72.2.4 人孔、液位計結(jié)構(gòu)設計 8（1 ）人孔設計8（2）液位計的選擇92.2.5 支座結(jié)構(gòu)設計10（1 ）

2、筒體和封頭壁厚計算10（2）支座結(jié)構(gòu)尺寸確定122.2.6焊接接頭設計及焊接材料的選取14（1 ）焊接接頭的設計14（2 ）焊接材料的選取162.3 強度校核162.3.1 計算條件162.3.2 內(nèi)壓圓筒校核172.3.3封頭計算182.3.4鞍座計算202.3.5 開孔補強計算213. 心得體會 224. 參考文獻 22課程設計任務書20 m3液氨儲罐設計、課程設計要求:1. 按照國家最新壓力容器標準、規(guī)范進行設計，掌握典型過程設備設計的全過程。2. 設計計算采用手算，要求設計思路設計思路清晰，計算數(shù)據(jù)準確、可靠。3. 工程圖紙要求計算機繪圖。4. 獨立完成。、原始數(shù)據(jù)設計條件表序號項目數(shù)

3、值單位備注1名稱液氨儲罐2用途液氨儲存3最咼工作壓力(MPa )1.93由介質(zhì)溫度確定4工作溫度(C)-20 /-505公稱容積(M 3)206工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(shù)（QV）0.858工作介質(zhì)液氨（中度危害）9使用地點太原市室外三、課程設計主要內(nèi)容1. 設備工藝設計2. 設備結(jié)構(gòu)設計3. 設備強度計算4. 技術(shù)條件編制5. 繪制設備總裝配圖6. 編制設計說明書四、學生應交出的設計文件（論文）1. 設計說明書一份；2. 總裝配圖一張 （A1圖紙一張）課程設計內(nèi)容液氨物化性質(zhì)及介紹液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體， 有強烈刺激性氣味。 氨作為一種重要的化工原 料，為運輸及儲存便利，通

4、常將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨。液氨在工業(yè)上應用廣泛，具有腐蝕性且容易揮發(fā)，所以其化學事故發(fā)生率很高。液氨分子式 NH3 ,分子量17.03 ,相對密度0.7714g/L ,熔點-77.7 C,沸點-33.35 C, 自燃點651.11 C,蒸汽壓1013.08kPa（25.7 C ）。蒸汽與空氣混合物爆炸極限為16 25%（最易引燃濃度為17% ）氨在20 C水中溶解度34% ; 25 C時，在無水乙醇中溶解度 10% ; 在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚，它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性。 液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品，橡膠和涂層。遇熱、明火，難以點燃而危險性極低，但氨

5、和空 氣混合物達到上述濃度范圍遇火和燃燒或爆炸，如有油類或其它可燃物存在則危險性極高。1.設備的工藝計算通過計算和選型確定工藝設計的內(nèi)容是根據(jù)設計任務提供的原始數(shù)據(jù)和生產(chǎn)工藝要求, 設備的輪廓尺寸。1.1設計儲存量設計溫度下的飽和溶液的密度,幕3式中：W儲存量，t ；裝量系數(shù)；V壓力容器容積；m3W=0.85 X20 X0.563=9.57 t1.2 設備的選型的輪廓尺寸的確定根據(jù)設計要求，本設計為臥式容器，筒體采用圓筒形，封頭采用標準橢圓形封頭查閱文獻，筒體的基本參數(shù)如下：表1-1筒體基本參數(shù)公稱容積Vg/m 3公稱直徑DN/mm筒體長度L/mm2020005800查閱文獻確定橢圓形封頭基本

6、參數(shù)如下表：表1-2橢圓形封頭參數(shù)公稱直徑DN/mm總深度H/mm內(nèi)表面積A/m 2容積V/m 320005254.49301.1257設備計算容積V 計=冗/4 XDN 2XL+V 封 X2= n4 X2.0 2 X5.8+0.1257 X2=20.46m 3實際工作容積V 工=V 計 Xf=20.46 X0.85=17.39m31.3 設計壓力的確定查閱文獻常溫壓力儲存液化氣體壓力容器規(guī)定溫度下的工作壓力液化氣體臨界溫度規(guī)定溫度下的工作壓力無保冷設施有保冷設施無試驗實測溫度有試驗實測最高工作溫度并且能保證低于臨界溫度50 C50 C飽和蒸氣壓力可能達到的最咼工作溫度下的飽和蒸氣壓力V 50

7、 C在設計所規(guī)定的最大充裝量下為50 C的氣體壓力試驗實測最高工作溫度下的飽和蒸氣壓力液氨液化氣飽和蒸汽壓及飽和液密度溫度C-15103050飽和蒸汽壓（絕壓）MPa0.2690.6031.1562.030飽和蒸汽壓密度kg/m3658625595563液氨臨界溫度為132.4 C,其50 C飽和蒸汽壓為1.93MPa故其設計壓力為Pd=1.1 X1.93=2.12 MPa0.6MPa w Pd wiOMPa屬于中壓容器1.4設計溫度的確定設備工作溫度為-20 C 50 C,故其設計溫度為50 C,在-20200 C條件下工作屬于常溫容器。1.5 壓力容器類別的確定液氨屬于液化氣體，查閱文獻4

8、 ,可知屬于第一組介質(zhì)查第一組介質(zhì)一壓力容器類別劃分圖，可知20m 3液氨儲罐屬于第川類壓力容器10001101.00.10.1 I IQ 1屮 io3 1(Up 1序容積，V/L2 .設備的機械設計2.1 設計條件（見表2-1和表2-2 ）表2-1設計條件表內(nèi)容備注工作介質(zhì)液氨工作壓力 Mpa1.93設計壓力 Mpa2.12工作溫度C-20 50設計溫度C50公稱容積（V） m320計算容積 （V計）m320.46工作容積 （V工）m317.39裝量系數(shù)f0.85介質(zhì)密度 （p） t/m30.563kg/L材質(zhì)Q345R保溫要求無保溫層其他要求表2-2管口表符號公稱規(guī)格DN/mm連接法蘭標準

9、密封面用途或名稱L1丄220HG/T 20592-2009FM液位計接口M450/FM人孔SV70HG/T 20592-2009FM安全閥接口A80HG/T 20592-2009FM液相進口管B100HG/T 20592-2009FM壓力表接口C25HG/T 20592-2009FM放空管D70HG/T 20592-2009FM氨氣出口管E70HG/T 20592-2009FM液相出口管F70HG/T 20592-2009FM排污管2.2 結(jié)構(gòu)設計221材料選擇一般而言，以強度為主的中壓設備采用低合金鋼為宜，而且低合金鋼對液氨也具有良好的耐腐蝕率，可選用低合金鋼，Q245R和Q345R這兩種鋼

10、材可以滿足要求。由于Q345R許用應力高于 Q245R,相同條件下，采用Q345R制造設備，可減小壁厚， 減小設備重量，降低成本，同時壁厚減小，也可以為材料和設備的運輸以及制造加工 帶來很大的方便，所以選擇Q345R制造設備筒體和封頭。2.2.2筒體和封頭結(jié)構(gòu)設計由表1-1可知筒體公稱直徑 DN=2000mm ，長度L=5800mm由表1-2 可知EHA 標準 橢圓形 封頭公稱直徑 DN=2000mm 總深度H=525mm則其直邊長h=25mm2.2.3 法蘭的結(jié)構(gòu)設計法蘭有設備法蘭和管法蘭，設備筒體和封頭焊接在一起，所以不需要設備法蘭，只有管法蘭。1）公稱壓力確定設備設計壓力為2.12MPa

11、，操作溫度為-2050 C,可選用鍛件，材料選16Mn n查文獻可知，在操作溫度范圍內(nèi)，PN25材料為16Mn n的鋼制管法蘭最大允許工作壓力為 2.5MPa ，滿足設計要求，故管法蘭公稱壓力為 PN252）法蘭類型、密封面形式選擇液氨易揮發(fā)，為強滲透性的中度危害介質(zhì)，查文獻可知須采用帶頸對焊型管法 蘭，面封面采用凹凸面密封。3）法蘭尺寸查閱文獻可知各法蘭詳細尺寸及法蘭質(zhì)量，詳細見下圖 2-2 和表 2-3圖 2-2表2-3 PN25帶頸對焊鋼制法蘭單位：mm接管代號公稱尺 寸DN鋼管外 徑Ai連接尺寸法厚度C法蘭頸法、八高 度H法、八質(zhì)量M(kg)法蘭外徑D螺栓 孔中 心圓 直徑K螺 栓 孔

12、 直 徑L螺栓孔數(shù)量n (個)螺栓ThNSH1RB8089200160188M16241053.2128585.0D5057165125184M1620752.986483.0C253211585144M1218462.664401.0SV.A.E.F6576185145188M1622902.9106524.0L1丄2202510575144M1218402.364401.0224人孔、液位計結(jié)構(gòu)設計(1 )人孔設計人孔的作用：為了檢查壓力容器在使用過程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷 以及裝拆設備的內(nèi)部零件。人孔的結(jié)構(gòu)：人孔為組合件，包括承壓零件筒節(jié)、端蓋、法蘭、密封墊片、緊固件等受壓元件

13、，以及人孔啟閉所需要的軸、銷、耳、把手等非受壓件。圓形人孔的公稱直徑規(guī)定為400600mm容器公稱直徑大于或等于 1000mm 且筒體與封頭為焊接連接時，至少設一個人孔。臥式容器的筒體長度大于等于6000mm,應考慮設置2個以上人孔。綜合考慮，選擇回轉(zhuǎn)該帶頸對焊法蘭人孔，公稱壓力PN2.5,公稱直徑DN450，MFM型密封面,材料選用16MnR標記為：人孔 MFM 川 S-35CM (NM-XB350) A 450-2.5 HG/T 21518-2005查閱文獻，得本次選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔結(jié)構(gòu)尺寸，見下圖2-3和表2-4表2-4回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔尺寸表密封面型式公稱壓力PN公稱直徑D

14、Ndw sdDD1H1H2bMFM2.54504801245667060025012142b1b2ABLd 0螺柱螺母螺柱總質(zhì)量數(shù)量直徑長度4146375175250242040M332 165245圖2-3回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔結(jié)構(gòu)圖MFMfjTC5T(2)液位計的選擇液位計是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，液位計的種類很多，常見的有許多 包括玻璃管液面計、玻璃板液面計、浮標液面計、防霜液面計、磁性液位計等其中：玻璃管液面計和玻璃板液面計適用于工作溫度在0 C以上；浮標液面計適用于常壓設備；防霜液面計適用于液體溫度在 0C一下的液體測量；液氨儲罐工作溫度在-2050 C,設計壓力為1.23MP

15、a，以上三種都不適合。，適磁性液位計適用于 PN=1.616MPa ，-40300 C,液體密度0.45g/cm3合于液氨儲罐根據(jù)設計要求選擇磁性液位計，標記如下：HG/T 21584-95UZ2.5M-1400-0.6 BF321C2.2.5 支座結(jié)構(gòu)設計容器支座有鞍式支座、 腿式支座、支承式支座、 耳式支座和裙式支座。腿式支 座和支承式支座用于低矮立式設備的支承， 耳式支座用于中小型立式圓筒形容器的懸 掛式支承， 裙式支座用于高大型高塔的支承， 鞍式支座是臥式容器經(jīng)常采用的支座形 式，本設計也采用鞍式支座。置于支座上的臥式容器，其情況和梁相似，有材料力學分析可知，梁彎曲產(chǎn)生 的應力與支點的

16、數(shù)目和位置有關(guān)。當尺寸和載荷一定時多支點在梁內(nèi)產(chǎn)生的應力較 小，因此支座數(shù)目似乎應該多些好。對于大型臥式容器而言，一般情況采用雙支座。 此外， 臥式容器由于溫度或載荷變化時都會產(chǎn)生軸向的伸縮， 因此容器兩端的支座不 能都固定在基礎上， 必須有一端能在基礎上滑動， 以避免產(chǎn)生過大的附加應力。 通常 的做法是將一個支座上的地腳螺栓孔做成長圓形， 并且螺母不上緊， 使其成為活動支 座，而另一支座仍為固定支座。所以本設計就采用這種雙支座結(jié)構(gòu)。 查閱文獻， 可知一邊為 F 型，一邊為 S 型。 鞍座的材料除墊板外都為 Q235-B ，加強墊板的材料與設備殼體材料相同為 Q345R 。(1)筒體和封頭壁厚

17、計算(筒體壁厚計算圓筒的設計壓力為2.12 Mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭都采用雙面焊或相當于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)為1.00,全部無損探傷。在板厚316mm 時取許用應力為 189 Mpa。液柱靜壓力pgh=1 X9.8 X2000=0.02Mpa而pgh 2.123=0.9% 245.9kN ，滿足要求。由公稱直徑查文獻得具體尺寸如下表 2-5 及圖 2-4圖 2-4 鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸圖公稱直徑DN2000腹板210墊板b4430允許載荷Q/kN29513295410鞍座咼度h250筋板190e80底板li1280260螺栓間距121120b22038螺孔

18、/螺紋D/l24/M20112墊板弧長2100鞍座質(zhì)量Kg162表2-5鞍座結(jié)構(gòu)尺寸表雙鞍座臥式容器的受力狀態(tài)可簡化為受均布載荷的外伸梁，由材料力學知，當外伸長度A=0.207L時，跨度中央的彎矩與支座截面處的彎矩絕對值相等，所以一 般近似取 A 0.2L ,其中 L 取兩封頭切線間距離， A 為鞍座中心線至封頭切線間距 離。AW0.2L=0.2 X( 5800+25 X2)=1170mm 當鞍座鄰近封頭時，則封頭對支座處筒體有加強剛性的作用。為了充分利用這一加強效應因此當滿足 AW0.2L時，最好使 AW0.5R 0,即AW0.5R 0 t結(jié)論合格233 封頭計算左封頭計算：左封頭計算計算單

19、位太原理工大學計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力Pc2.10MPa設計溫度t50.00C內(nèi)徑Di1800.00mm曲面深度hi450.00mm材料Q345R（板材）設計溫度許用應力t189.00MPai試驗溫度許用應力189.00MPa鋼板負偏差Cl0.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)1.00壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值Pt = 1.25 Pc= 2.63(或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應力tt 0.90 s =310.50MPa試驗壓力下封頭的應力T = pT.(KDi Q5 e) = 227 82 2 e.MPa校

20、核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù)2K = 1 2 Di= 1.000062h i計算厚度KPcDih = 2七 0.5 Pc= 11.25mm有效厚度eh = nh - C1 - C2= 11.70mm最小厚度min = 3.00mm名義厚度nh = 14.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量395.82Kg壓力計算最大允許工作壓力2tePw=KDi 0.5 e = 2.20485MPa結(jié)論合格右封頭計算:右封頭計算計算單位太原理工大學計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011計算條件橢圓封頭簡圖2.12MPa計算壓力Pc設計溫度t50.00內(nèi)徑Di2000.00mm曲面深度hi525

21、.00mm材料Q345R（板材）設計溫度許用應力189.00CMPat試驗溫度許用應力189.00MPa鋼板負偏差Cl0.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)1.00壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值Pt = 1.25 Pc丄，2.65FTMPa壓力試驗允許通過的應力tt 0.90 s =310.50MPa試驗壓力下封頭的應力T =5.(20.5 e) = 227.822 e.MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù)2K = 1Di= 1.00002 62h i計算厚度KPcDih = 2 t0.5 Pc = 11.28mm有效厚度eh = nh - C1 -

22、 C2= 11.70mm最小厚度min = 3.00mm名義厚度nh = 14.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量395.82Kg壓力計算最大允許工作壓力2tePw=KDi 0.5 e = 2.20485MPa結(jié)論合格234 鞍座計算臥式容器（雙鞍座）計算單位太原理工大學計 算條 件簡圖計算壓力pc2.12MPa設計溫度t50C圓筒材料Q345R鞍座材料Q235-BfL1V1T圓筒材料常溫許用應力189MPanpip圓筒材料設計溫度下許用應力t189MPa圓筒材料常溫屈服點345MPa鞍座材料許用應力sa147MPa工作時物料密度。563kg/m3液壓試驗介質(zhì)密度T1000kg/m3圓筒內(nèi)直徑D

23、i2000mm圓筒名義厚度n14mm圓筒厚度附加量C2.3mm圓筒焊接接頭系數(shù)1封頭名義厚度hn14mm封頭厚度附加量Ch2.3mm兩封頭切線間距離L6850mm鞍座墊板名義厚度rn10mm鞍座墊板有效厚度re10mm鞍座軸向?qū)挾萣220mm鞍座包角9120o鞍座底板中心至封頭切線距離A450mm封頭曲面咼度hi525mm試驗壓力pt2.65MPa鞍座咼度H250mm腹板與筋板組合截面Asa積16880mm 2腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)Zr360302mm 3地震烈度8(0.2g)圓筒平均半徑 Ra907mm物料充裝系數(shù)0.85一個鞍座上地腳螺栓個數(shù)2地腳螺栓公稱直徑20mm地腳螺栓根徑17.

24、294mm鞍座軸線兩側(cè)的螺栓間距1120mm地腳螺栓材料Q235-A235 開孔補強計算根據(jù)GB150當殼體開孔同時滿足設計壓力w 2.5MPa，兩相鄰開孔中心的間距不小于 兩孔直徑之和的兩倍，接管工程外徑w80mm ,且最小壁厚滿足如下表 2-7要求時，可不另行補強。表2-7接管最小壁厚mm接管公稱直徑253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0經(jīng)計算只有人孔和備用孔需要補強，為了節(jié)省原材料和加工制造方便，使用筒體材料 補強，查閱文獻得到兩孔補強數(shù)據(jù)如表2-8。表2-8人孔備用孔開孔補強數(shù)據(jù)接管名接管公稱直接管外徑補強圈外徑補強圈內(nèi)徑補強圈補強圈質(zhì)稱或用徑 dN/mmd 0/mmD2/mmDi/mm厚度 3量 m/kg途mm人孔4504807604901429.6備用孔808618086142.043 .心得體會在老師的帶領(lǐng)下，經(jīng)過認真的學習。 兩周的儲罐課程設計很快就到了交圖的時候， 這次 課程設計讓我學到了許多東西， 讓我對化工設備機械基礎這門課有了進一步的認識，同時也讓我意識到了許多不足之處。以后