80M3液氨儲罐設(shè)計說明書(20210311155750)

1、液氨儲罐設(shè)計說明書 液氨儲罐設(shè)計說明書 刖言 本說明書為80m3液氨儲罐設(shè)計說明書。本文采用分析設(shè) 計方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質(zhì)等因素并參考相關(guān)標準， 按工藝設(shè)計、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備強度計算的設(shè)計順序，分別對 儲罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管進行設(shè)計，然后采用 1SW6-1998對其進行強度校核，最后形成合理的設(shè)計方案。 15 目錄 附：設(shè)計任務(wù)書.2 第一章緒 論.3 （一）設(shè)計任務(wù).3 （二）設(shè)計思想.3 （三）設(shè)計特點.3 第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證3 （一）材料選擇.3 （二）結(jié)構(gòu)選擇與論證.3 第三章設(shè)計計算5 （一）計算筒體的壁厚.5 （二）計算封頭的壁厚.6 （三）水壓

2、試驗及強度校核 .6 （四）選擇人孔并核算開孔補強 .7 （五）核算承載能力并選擇鞍座.9 （六）選擇液面計.9 （七）選擇壓力計.10 （八）選配工藝接管.10 第五章結(jié)束語.11 第六章 參考文獻.12 第一章緒論 （一）設(shè)計任務(wù)： 針對化工廠中常見的液氨儲罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計和附屬 設(shè)備的選型設(shè)計，繪制總裝配圖和零件圖，并編寫設(shè)計說明書。 （二）設(shè)計思想： 綜合運用所學(xué)的機械基礎(chǔ)課程知識，本著認真負責的態(tài)度，對儲 罐進行設(shè)計。在設(shè)計過程中綜合考慮了經(jīng)濟性，實用性，安全可靠性。 各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準， 這樣讓設(shè)計有 章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進行

3、設(shè)計。 （三）設(shè)計特點： 容器的設(shè)計一般由筒體、封頭、法蘭、支座、接口管及人孔等組 成。常、低壓化工設(shè)備通用零部件大都有標準，設(shè)計時可直接選用。 本設(shè)計書主要介紹了液罐的的筒體、封頭的設(shè)計計算，低壓通用零部 件的選用。 各項設(shè)計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準， 這樣讓設(shè)計有 章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進行設(shè)計。 第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 （一）材料選擇： 純液氨腐蝕性小，貯罐可選用一般鋼材，但由于壓力較大，可以考 慮 20R 16MnF這兩種鋼種。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用 20R類的 低碳鋼板，16MnR鋼板的價格雖比20R貴，但在制造費用方面，同等 重量設(shè)備的計

4、價，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟，且16MnF機械加工性 能、 強度和塑性指標都比較號，所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒 體和 封頭材料。 （二）結(jié)構(gòu)選擇與論證: 1. 封頭的選擇： 從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但 缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多， 易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。 平板封頭 因直徑各厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。 從鋼材耗 用量來年：球形封頭用材最少，比橢圓開封頭節(jié)約，平板封頭用材最 多。因此，從強度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為 合理。 2. 人孔的選擇： 壓力容器人孔是為

5、了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的 內(nèi)部構(gòu)件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有 兩 個手柄。選用時應(yīng)綜合考慮公稱壓力、公稱直徑（人、手孔的公稱 壓 力與法蘭的公稱壓力概念類似。公稱直徑則指其簡節(jié)的公稱直徑）、工 作溫度以及人、手孔的結(jié)構(gòu)和材料等諸方面的因素。 人孔的類型很 多, 選擇使用上有較大的靈活性，其尺寸大小及位置以設(shè)備內(nèi)件安裝和工 人進出方便為原則。通?？梢愿鶕?jù)操作需要，在這考慮到人孔蓋 直徑 較大較重，可選擇回轉(zhuǎn)蓋對焊法蘭人孔。 3. 法蘭的選擇： 法蘭連接主要優(yōu)點是密封可靠、強度足夠及應(yīng)用廣泛。缺點是不 能快速拆卸、制造成本較咼。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法

6、蘭。 平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。甲型平焊法蘭有 PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa 在較小范圍內(nèi)（DN300 mm2000 mm）適用溫 度范圍為-20 C300C。乙型平焊法蘭用于 PN0.25 MPs1.6 MPa壓 力等級中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為DN300 mm3000 mm適用溫度范圍為-20 C350C。對焊法蘭具有厚度更大的頸， 進一步增大了剛性。用于更高壓力的范圍（PN0.6 MPa6.4MPa）適 用溫度范圍為-20 C45C。法蘭設(shè)計優(yōu)化原則：法蘭設(shè)計應(yīng)使各項 應(yīng)力分別接近材料許用應(yīng)力值，即結(jié)構(gòu)材料在各個方向的強度都得到 較充

7、分的發(fā)揮。 法蘭設(shè)計時，須注意以下二點：管法蘭、鋼制管法蘭、墊片、緊 固件設(shè)計參照原化學(xué)工業(yè)部于1997年頒布的鋼制管法蘭、墊片、 緊固件標準（HG2059HG20635-1997的規(guī)定。 4. 液面計的選擇： 液面計是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型很多，大體上 可分為四類，有玻璃板液面計、玻璃管液面計、浮子液面計和浮標液 面計。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計有透光式和反射式 兩種結(jié)構(gòu)，其適用溫度一般在0250C。但透光式適用工作壓力較 反射式高。玻璃管液面計適用工作壓力小于1.6MPa,介質(zhì)溫度在0 250 C的范圍。液面計與容器的連接型式有法蘭連接、頸部連接及嵌 入連接，分別

8、用于不同型式的液面計。液面計的選用： （1）玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料內(nèi)沒有結(jié)晶等堵塞 固體的場合。板式液面計承壓能力強，但是比較笨重、成本較高。 （2 ）玻璃板液面計一般選易觀察的透光式，只有當物料很干凈時 才選反射式。 （3）當容器高度大于3m時，玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面 觀察效果受到限制，應(yīng)改用其它適用的液面計液氨為較干凈的物料， 易透光，不會出現(xiàn)嚴重的堵塞現(xiàn)象，所以 在此選用玻璃管液面計。 4.鞍座的選擇： 鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座。從應(yīng)力分析看，承受同 樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個支承比采用兩個支 承優(yōu)越，因為多支承在粱內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小。

9、所以，從理論上說臥式 容器的支座數(shù)目越多越好。但在是實際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計成 雙 支座，這是因為當支點多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體 的 彎曲度和局部不圓度、支座的水平度、各支座基礎(chǔ)下沉的不均勻性、容 器不同部位抗局部交形的相對剛性等等，均會影響支座反力的分布。 因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會造成容器受力不 均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利的影響。所以一臺 臥式 容器支座一般情況不宜多于二個。 在此選擇鞍式雙支座，一個 S型，一個F型。 第三章設(shè)計計算 （一）計算筒體的壁厚： 因為液氨的儲量為80m3,按原化工部1985年頒布實施的有關(guān)貯 罐尺寸和質(zhì)量的行業(yè)

10、標準（臥式橢圓形封頭貯罐系列HG5-1580-85）, 取 Dj=3200mm Pc設(shè)計壓力 儲罐的最高工作溫度為48C,此時氨的飽和蒸汽壓 為1.93MP，取此壓強的1.10倍作為設(shè)計壓力，故 Pc 1.10 1.93 2.123MPa 在操作溫度-540 C的范圍內(nèi)，估計筒體壁厚大約為22mm在常 用容器鋼板（管）許用應(yīng)力表中按設(shè)計溫度 48C，板厚1636mm 間插值取得o320.45 MP 焊接接頭采用V坡口雙面焊接，采用全部無損檢測，其焊接接頭 系數(shù)由焊接接頭系數(shù)表查得$ =1.00 鋼板負偏差由鋼板厚度負偏差表查得 Ci=0.8 mm;液氨為輕 微腐蝕，腐蝕裕量由（殼體、封頭腐蝕裕

11、量表）查得C2=2 mm 液氨儲罐是內(nèi)壓薄壁容器，按公式計算筒體的設(shè)計厚度為： PC Di 2o t jPC +C 2 =23.19 考慮到鋼板負偏差，所以筒體厚度應(yīng)再加上 Ci，即 23.19+0.8=24 根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查鋼板的常用厚度表，圓整為S n=24mm （二）計算圭寸頭的壁厚： 采用標準橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同 6d巳 Di+C 2o t jPCC2 =23.19 考慮到鋼板負偏差，所以封頭厚度應(yīng)再加上C1, 即 23.19+0.8+2=24 mm 根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查鋼板的常用厚度表，圓整為 S n=24mm可見跟筒體等厚。 （三）水壓試驗及強度校核： 先按公式確定

12、水壓試驗時的壓力R為： 選取兩者中壓力較大值作為水壓試驗壓力，即取Pt 2.66MPa, 水壓試驗時的應(yīng)力為 Ot R (Di 6e) 26ej 2.66*3200+(24-0.8-2) 2*(24- 0.8- 2)*1 202.08MPa 查表得厚度為36mnS勺16MnF鋼板的鋼材屈服極限os325MPa 故在常溫水壓試驗時的許用應(yīng)力為 0.9o s0.9*325= 292.5MPa 故ot v 0.9o因此滿足水壓試驗要求 s (四) 選擇人孔并核算開孔補強： 根據(jù)儲罐是在常溫下及最高工作壓力為 2.123 MPa的條件下工作， 人孔的標準按公稱壓力為2.5 MPa等級選取，考慮到人孔蓋

13、直徑較大 較重,故選用水平吊蓋人孔(GH21518-2005),公稱直徑500mm,突面 法蘭密封面。 該人孔標記為：MFM S-35CM(W.B-0222)B500-2.5 GH21524-2004 另外,還要考慮人孔補強，確定補強圈尺寸，由于人孔的筒節(jié)不是采用無 縫鋼管，故不能直接選用補強圈標準。本設(shè)計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑 為 di 500mm,壁厚 6m = 10mm 查表得人孔的筒體尺寸為550X 28,由標準查得補強圈尺寸為： 內(nèi)徑D=484外徑DO=760開孔補 強的有關(guān)計算參數(shù)如下： 1. 筒體的計算壁厚： 2. 計算開孔所需補強的面積A： 開孔直徑： 補強的面積： 3. 有效寬

14、度： 4. 有效高度： 外側(cè)高度h1 或d接管實際外伸高=250mm 兩者取較小值hi = 內(nèi)側(cè)高度h2 或h2 兩者取較小值h2 =0mm 5. 筒體多余面積Ai： 筒體有效厚度：e 選擇與筒體相同的材料（16MnR進行補償，故fr=1，所以 6. 接管多余金屬的截面積A2： 接管計算厚度 7. 補強區(qū)內(nèi)焊縫截面積A3： 8. 有效補強面積Ae： 2 因為A A，所以需要補強 9. 所需補強截面積A4： 10.補強圈厚度6 :（補強圈內(nèi)徑 Di 484,外徑 Do 760) 考慮鋼板負偏差并圓整，實取補強厚度 mm,補強材料與殼體 材料相同，制造時為便于備材，且補強圈耗材也不多，設(shè)計時可采

15、用與殼體相同的板厚，即取6 24mm （五）核算承載能力并選擇鞍座： 首先粗略計算鞍座負荷 儲罐總質(zhì)量：W=Wi W2 W3 ，式中 Wi罐體的質(zhì)量，Kg W2 水壓試驗時水的質(zhì)量，Kg W3 附件的質(zhì)量，Kg 1. 罐體質(zhì)量Wi: 儲罐公稱容積為80m 3,筒體公稱直徑D =3200 mrp V=80 m 3 N 罐體的自重由壓力容器設(shè)計手冊可查得，公稱直徑 DN=3200 壁厚Q 24的筒體的重量為16792Kg封頭自重為2316.1Kg，故罐 體自 重 W =16792 2*2316.1=21424.2Kg 2. 水壓試驗時水的質(zhì)量W2： 儲罐的總?cè)?0.396m3 故水壓試驗時罐內(nèi)水重

16、 W, =80396Kg 3. 其他附件質(zhì)量 W3： 人孔質(zhì)量約為400Kg,其他接管總和按350Kg計 4. 設(shè)備總質(zhì)量W: W =Wi W2 W3=21424.2+80000+ 750=102174.21021.742K n故其承載能力足夠。標記 為：支座 BI3200-F（S） JB/T 4712-92 （六）選擇液面計： 液氨儲罐常用玻璃液面計，由儲罐公稱直徑 3200選擇長度為 3550mm液面計二支，體材料（針形閥）為碳鋼,體溫型，液面計接管為 無縫鋼管，液面計相配的接口管尺寸為：20mm平焊管法蘭HG 20592-97液面計標記為：玻璃管液面計HG21589.1-95-5 （七）

17、選擇壓力計： 量程裝在鍋爐、壓力容器上的壓力表，其最大量程（表盤上刻度 極限值）應(yīng)與設(shè)備的工作壓力相適應(yīng)。壓力表的量程一般為設(shè)備工作 壓力的1.53倍，最好取2倍。若選用的壓力表量程過大，由于同 樣精度的壓力表，量程越大，允許誤差的絕對值和肉眼觀察的偏差就 越大，則會影響壓力讀數(shù)的準確性；反之，若選用的壓力表量程過小， 設(shè)備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限， 則會使壓力表中的彈 性元件長期處于最大的變形狀態(tài)，易產(chǎn)生永久變形，引起壓力表的誤 差增大和使用壽命降低。另外，壓力表的量程過小，萬一超壓運行， 指針越過最大量程接近零位，而使操作人員產(chǎn)生錯覺，造成更大的事 故。因此，壓力表的使用壓力范

18、圍，應(yīng)不超過刻度極限的 6070%。 測量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤刻度極限值的百分數(shù) 來表示的。精度等級一般都標在表盤上，選用壓力表時，應(yīng)根據(jù)設(shè) 備的壓力等級和實際工作需要來確定精度。額定蒸汽壓力小于 2.45MPa的鍋爐和低壓容器所用的壓力表，其精度不應(yīng)低于2.5級； 額定蒸汽壓力大于2.45MPa的鍋爐和中、高壓容器的壓力表，精度不 應(yīng)低于1.5級。 表盤直徑為了使操作人員能準確地看清壓力值，壓力表的表盤直 徑不應(yīng)過小。在一般情況下，鍋爐和壓力容器所用壓力表的表盤直徑 不應(yīng)小于100mm如果壓力表裝得較高或離崗位較遠，表盤直徑還應(yīng) 增大。 考慮到液氨有一定腐蝕性，所以綜合考慮選用

19、隔膜壓力表，技術(shù) 指標為： 精度等級：（1.6）公稱直徑：$ 20接頭螺紋：1.5G1 測量范圍：02.4MPa （八）選配工藝接管： 本儲罐設(shè)有如下接口管 1. 液氨進料管 采用無縫鋼管GB/T8163-1999$ 57X 5mm 管的一端伸入罐切成 管長400 mm配用凹凸面式平焊管法蘭 HG20592-97 WN50-2.5 2. 液氨出料管 采用可拆的壓出管$ 58 x 5mm伸入到罐內(nèi)離罐底約100 mm,外套 無縫鋼管$ 87x 20mm管壁加厚，具有補強作用）,都配用HG20592-97 WN50-2.5凹凸面管法蘭和石墨復(fù)合墊片（HG20608-97。 3. 排污管 在罐的右端最底部設(shè)個排污管，規(guī)格是$ 125x 24mm管端焊有 與截止閥相配的管法蘭HG20592-97 WN80-2.5排污管與罐體連接 處焊 有一厚度為10mn的補強圈. 4. 安全閥接口管 安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐