φmm液氨貯罐機(jī)械設(shè)計

1、本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）3000mm液氨貯罐機(jī)械設(shè)計化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生 XXX指導(dǎo)教師 XXX摘要：壓力容器廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)中的傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、物料貯存等各個方面，約占工廠裝備的百分之八十。本文首先介紹容器的基本知識，包括壓力容器的分類與結(jié)構(gòu)；封頭的種類與選擇；容器的零部件（法蘭、支座、接口管、手孔、人孔等）。然后以液氨貯罐的設(shè)計為例，講述了內(nèi)壓薄壁圓筒和標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的強(qiáng)度設(shè)計，以及容器主要零部件的選用。關(guān)鍵詞：容器；封頭；零部件；強(qiáng)度設(shè)計3000mm mechanical design of liquid ammonia storage tankStudent majoring

2、in Chemical Engineering and Technology X X-XTutor XXXAbstract: Pressure vessels are widely used in heat and mass transfer, chemical reaction, material storage, and other aspects of chemical production.And they account for about 80 percent of the factory equipment. This paper first introduces the bas

3、ics of container, including the classification and structure of pressure vessels; the types of sealing head and how to select it; the parts of container (flange, bearing, interface tube, hand hole, manhole, etc.). Then take the design of liquid ammonia storage tank for example, tells the strength de

4、sign of cylinder of internal pressure and standard-elliptical head, and the selection of the main components of container.Key words: Containers; Sealing head; Parts; Strength design 引言 壓力容器是一種能夠承受壓力載荷的密閉容器。一般來說，承受氣態(tài)或液態(tài)介質(zhì)壓力的密閉容器都屬于壓力容器。壓力容器的用途極為廣泛，它在工業(yè)、民用、軍工等許多部門以及科學(xué)研究的許多領(lǐng)域都具有重要的地位和作用。其中以在化學(xué)工業(yè)與石油化學(xué)工業(yè)

5、中應(yīng)用最多。在化學(xué)工業(yè)與石油化學(xué)工業(yè)中，主要用于傳熱、傳質(zhì)、反應(yīng)等工藝過程，以及貯存、運(yùn)輸有壓力的氣體或液化氣體；在其他工業(yè)與民用領(lǐng)域亦有廣泛應(yīng)用，如空氣壓縮機(jī)，各類專用壓縮機(jī)及制冷壓縮機(jī)的輔機(jī)冷卻器、緩沖器、油水分離器、貯氣罐、蒸發(fā)器、液體冷凍劑貯罐等均屬壓力容器1。我國現(xiàn)有固定式壓力容器100多萬臺，各類壓力氣瓶近3000萬只，其安全狀況的總體水平不斷得到提高。但由于在設(shè)計、制造、材料、探傷及管理水平等方面與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距，所以失效率也較高。以70年代中期至80年代中期近10年的統(tǒng)計，我國萬臺鍋爐壓力容器年均爆炸事故率是世界發(fā)達(dá)國家的10倍左右，重大事故是世界發(fā)達(dá)國家的100倍左

6、右。因此，對液氨貯罐的研究有其重大意義2。 本次設(shè)計是在預(yù)定地點山東菏澤設(shè)計一臺=3000mm，L=8000mm的液氨貯罐。液氨貯罐是小氨肥中用于貯存無水液氨的重要設(shè)備。近年來隨著小氮肥工業(yè)的迅猛發(fā)展與壯大，原來的1600mm以下液氨貯罐已逐步被2200、2800、3000mm的金屬16MnR制液氨貯罐所取代。為了保證合成氨裝置的開工率，調(diào)節(jié)合成氨裝置的生產(chǎn)負(fù)荷，一般大型氨廠都有一個或幾個液氨貯罐。根據(jù)裝置用氨冷凍等級及儲存氨量的不同，液氨貯罐可選用不同的貯存溫度。對于新建的大型化肥裝置，尤其是采用低溫甲醇洗凈化工藝的合成氨裝置，至少要設(shè)置一臺液氨貯罐。因此，對正確分析液氨貯罐設(shè)計是人們所關(guān)注

7、的問題。本文擬選定液氨貯罐機(jī)械設(shè)計的方案，進(jìn)行液氨貯罐的工藝計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計和附屬設(shè)備的選型，得到比較合理的物性參數(shù)和化工設(shè)備尺寸3。1 壓力容器1.1 容器的分類根據(jù)不同的要求，壓力容器的分類方法有很多種。從安全管理和技術(shù)監(jiān)督的角度來考察壓力容器一般分為固定式容器和移動式容器兩大類4。所謂固定式容器，是指除了用做運(yùn)輸或貯存氣體、液化氣體的盛裝容器之外的所有容器，它們都有固定的安裝和使用地點，工藝條件和操作人員也比較固定，容器一般不是單獨裝設(shè)，而是處于一定的工藝流程中，用管道與其他設(shè)備相連。移動式容器主要用于盛裝或運(yùn)輸壓縮氣體、液化氣體和溶解氣體。這類容器的特點是流動范圍大，環(huán)境變化大，同時在使

8、用操作上又沒有固定的熟練操作人員，管理比較復(fù)雜，也比較容易發(fā)生事故。移動式容器按其容積的大小和結(jié)構(gòu)形狀的不同，可分為氣瓶、氣桶和槽車三種。壓力是壓力容器的一個最主要的工作參數(shù)。從安全技術(shù)方面來看，容器的工作壓力越高，發(fā)生破裂和爆炸事故的可能性與危險性越大，其后果也越嚴(yán)重。目前我國普遍將壓力容器按設(shè)計壓力的高低分為低壓、中壓、高壓和超高壓容器四種，表1-1為這四種壓力容器劃分的壓力范圍4。表1­1 容器按壓力等級的分類 容器分類 代號 設(shè)計壓力范圍MPa 低壓容器 L 0.1P1.6 中壓容器 M 1.6 P10 高壓容器 H 10P100超高壓容器 U P100 不同壓力等級的容器還

9、可根據(jù)用途進(jìn)行分類。在長期實踐的基礎(chǔ)上，人們根據(jù)壓力容器在生產(chǎn)工藝過程中所起的作用，將其歸納為盛裝容器、反應(yīng)容器、換熱容器和分離容器，表1-2給出了這四種容器的分類情況4。表 1­2 容器按用途分類 容器種類 代號 主要作用 設(shè)備名稱舉例 盛裝容器 C 保持介質(zhì)壓力穩(wěn)定，保證 常用的壓縮氣體或液化氣體 生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)形 貯槽、計量槽等反應(yīng)容器 R 完成介質(zhì)的物理 反應(yīng)鍋、反應(yīng)器、反應(yīng)釜、 化學(xué)反應(yīng) 變換爐、合成塔等 換熱容器 E 使工作介質(zhì)在容器內(nèi) 換熱器、加熱器、冷卻器、 進(jìn)行熱交換 蒸發(fā)器、水洗塔、廢熱鍋爐等 分離容器 S 完成介質(zhì)的流體壓力 分餾塔、吸收塔、干燥塔、平衡、緩沖和氣體

10、凈 洗滌塔、分離器、過濾器、緩 化分離 沖器等1.2 容器的結(jié)構(gòu)壓力容器的主要結(jié)構(gòu)部件是一個能承受壓力的殼體以及其他的連接件和密封件等。除盛裝容器外，其他工藝用途的容器還根據(jù)需要設(shè)置各種工藝附件裝置。但是，所有設(shè)備不論其大小形狀，都有一外殼，這外殼就叫做容器，即容器是化工與石油化工生產(chǎn)所用各種設(shè)備外部殼體的總稱。具體來說，容器一般由幾個殼體（如圓筒殼、橢球殼、半球殼、圓錐殼等），再加上連接法蘭、支座、接口管、人孔、手孔等零部件組合而成。2 封頭2.1 封頭的分類容器封頭又稱端蓋，按其形狀可分為三類：凸形封頭、錐形封頭和平板封頭。其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭（帶折邊的球形封頭

11、）和球冠形封頭（無折邊的球形封頭）四種。凸形封頭半球形封頭 半球形封頭是由半個球殼構(gòu)成的，形狀如圖2-11。在實際工作中，為了焊接方便以及降低邊界處的邊緣應(yīng)力，半球形封頭常和筒體取相同的厚度。半球形封頭常用于壓力較高的貯罐上。圖2-1 半球形封頭橢圓形封頭 橢圓形封頭是由長短半軸分別為a和b的半橢球和高度為h0的短圓筒（通稱直邊）兩部分組成，形狀如圖2-21。直邊的作用是為了保證封頭的制造質(zhì)量和避免筒體與封頭間的環(huán)向焊縫受邊緣應(yīng)力作用。工程上將ab2的橢圓形封頭稱為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。圖2-2 橢圓形封頭碟形封頭碟形封頭由三部分構(gòu)成：以Ri為半徑的球面，以r為半徑的過渡圓弧（即折邊）和高度為h0

12、的直邊，其形狀如圖2-31。其球面半徑越大，折邊半徑越小，封頭的深度將越淺，這對于鍛打成型有利。但是考慮到球面部分與過渡區(qū)連接處的局部高應(yīng)力，規(guī)定碟形封頭球面部分的內(nèi)半徑Ri應(yīng)不大于筒體內(nèi)徑，通常取0.9倍封頭內(nèi)直徑,而折邊內(nèi)半徑r在任何情況下均不得小于筒體內(nèi)徑的10，且應(yīng)不小于3倍封頭名義厚度。 圖2-3 碟形封頭球冠形封頭球冠形封頭又稱無折邊球形封頭。將碟形封頭的直邊及過渡圓弧部分去掉，只留下球面部分，并把它直接焊在筒體上，這就構(gòu)成了球冠形封頭（形狀如圖2-4）1。球冠形封頭多數(shù)情況下用做容器中兩獨立受壓室的中間封頭，也可用做端封頭。封頭與筒體連接的T形封頭必須采用全焊透結(jié)構(gòu)，因此，應(yīng)適當(dāng)

13、控制封頭厚度，以保證全焊透結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量。 圖2-4 球冠形封頭錐形封頭 錐形封頭廣泛應(yīng)用于多種化工設(shè)備（如蒸發(fā)器、噴霧干燥器、結(jié)晶器及沉降器等）的底蓋，它的優(yōu)點是便于收集與卸除這些設(shè)備中的固體物料。此外，有一些塔設(shè)備上、下部分的直徑不等，也常用錐形殼體將之連接起來，這時的錐形殼體稱為變徑段。通常有以下兩種形式： 直接與筒體相連，中間沒有過渡圓弧，叫做無折邊錐形封頭。 在封頭與筒體間增加一個過渡圓弧，則整個封頭由錐體、過渡圓弧及高度為h0的直邊三部分構(gòu)成，這種封頭叫做帶折邊錐形封頭。平板封頭 平板封頭是化工設(shè)備常用的一種封頭。平板封頭的幾何形狀有圓形、橢圓形、長方形、矩形和方形等，最常用的是圓

14、形平板封頭。在高壓容器中，平板封頭用的較為普遍。因為高壓容器的封頭很厚，直徑又相對較小，凸形封頭的制造較為困難。2.2 封頭的選擇幾何方面 單位容積的表面積，以半球形封頭為最小。橢圓形和碟形封頭的容積和表面積基本相同，可近似認(rèn)為相等。錐體的容積和表面積取決于錐頂角的大小。與具有同樣直徑和高度的圓筒相比較，錐形封頭的容積為圓筒體的13，單位容積的表面積比圓筒體大50以上。力學(xué)方面 在直徑、厚度和計算壓力相同的條件下，半球形封頭的應(yīng)力最小，二向薄膜應(yīng)力相等，而且沿經(jīng)線的分布是均勻的。橢圓形封頭的應(yīng)力情況就不如半球形封頭均勻，但比碟形封頭要好些。碟形封頭在力學(xué)上的最大缺點在于具有較小的折邊半徑。在化

15、工容器中采用錐形封頭的目的是因為錐形殼體有利于均勻分布和排料。錐形封頭就力學(xué)特點來說，錐頂部分強(qiáng)度很高，故在錐頂尖開孔一般不需要補(bǔ)強(qiáng)。由以上分析，本設(shè)計要選擇的封頭是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。3 容器零部件 容器零部件一般包括法蘭、支座、接口管、人孔、手孔等。3.1 法蘭聯(lián)接常見的可拆卸結(jié)構(gòu)有法蘭聯(lián)接、螺紋聯(lián)接和承插式聯(lián)接5。3.1.1 法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理 法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)是一個組合件，一般是由聯(lián)接件、被聯(lián)接件、密封元件組成。法蘭密封結(jié)構(gòu)由法蘭、墊片、螺栓、螺母組成。生產(chǎn)實際中，壓力容器常見的法蘭密封失效很少是由于聯(lián)接件或被聯(lián)接件的強(qiáng)度破壞而引起的，很多情況下是因為密封不好而造成介質(zhì)泄露。故法蘭設(shè)計中主

16、要解決的問題是防止介質(zhì)泄露。防止液體泄漏的基本原理是在聯(lián)接口處增加流動阻力。當(dāng)壓力介質(zhì)通過密封口的壓力降大于密封口兩側(cè)介質(zhì)壓力差時，介質(zhì)就被密封了。這種壓力的增加是靠密封面上的密封比壓來實現(xiàn)的。3.1.2 法蘭的結(jié)構(gòu)與分類 按法蘭與墊片的接觸面積可將法蘭分為以下兩類5：窄面法蘭與墊片的整個接觸面積都位于螺栓孔包圍的范圍內(nèi)。寬面法蘭法蘭與墊片的接觸面積位于法蘭螺栓中心圓的內(nèi)外兩側(cè)。按法蘭與設(shè)備或管道的聯(lián)接方式可將法蘭分為三類：整體法蘭、活套法蘭、螺紋法蘭5。整體法蘭與設(shè)備或管道不可拆地固定在一起的法蘭叫做整體法蘭。常見的整體法蘭型式有兩種：平焊法蘭、對焊法蘭。平焊法蘭這種法蘭制造容易，應(yīng)用廣泛，

17、但剛性較差。法蘭受力后，法蘭盤的矩形斷面發(fā)生微小轉(zhuǎn)動，與法蘭相連的筒壁隨著發(fā)生彎曲變形。于是，在法蘭附近筒壁的截面上，將有附加的彎曲應(yīng)力產(chǎn)生，所以平焊法蘭適用的壓力范圍較低。對焊法蘭對焊法蘭又叫高頸法蘭或長頸法蘭。頸的存在提高了法蘭的剛性，同時，由于頸的根部比器壁厚，也降低了此處的彎曲應(yīng)力。此外，法蘭與筒體聯(lián)接采用的是對接焊縫，這也比平焊法蘭中的填角焊縫強(qiáng)度好。所以，對焊法蘭適用于壓力、溫度較高和設(shè)備直徑較大的場合。活套法蘭 活套法蘭的特點是法蘭與設(shè)備或管道不直接聯(lián)成一體，而是把法蘭盤套在設(shè)備或管道的外面。這種法蘭不需要焊接，法蘭盤可以采用與設(shè)備或管道不同的材料制造，因此，適用于銅制、鋁制、陶

18、瓷、石墨及其他非金屬材料制作的設(shè)備或管道。這類法蘭受力后不會對筒體或管道產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力。但一般只適用于壓力較低的場合。螺紋法蘭螺紋法蘭的特點是法蘭與管壁通過螺紋進(jìn)行聯(lián)接，二者之間既有一定聯(lián)接，又不完全形成一個整體。因此，法蘭對管壁產(chǎn)生的附加應(yīng)力較小。螺紋法蘭多用于高壓管道。法蘭的形狀，除常見的形狀外，還有方形與橢圓形。方形法蘭有利于把管子排列緊密。橢圓形法蘭通常用于閥門和小直徑的高壓管。3.1.3 影響法蘭密封的因素 影響法蘭密封的因素是多方面的，現(xiàn)從以下方面討論。螺栓預(yù)緊力螺栓預(yù)緊力是影響法蘭密封的一個重要因素。由于預(yù)緊力是通過壓緊面?zhèn)鬟f給墊片的，要達(dá)到良好的密封，必須使預(yù)緊力均勻的作用

19、于墊片。因此，螺栓所需要的預(yù)緊力一定時，采取減小螺栓直徑，增加螺栓個數(shù)的方法對密封有利。壓緊面 壓緊面直接與墊片接觸，因而為達(dá)到預(yù)期的密封效果，壓緊面的形狀和表面粗糙度應(yīng)與墊片相配合。法蘭壓緊面的型式，主要根據(jù)工藝條件（壓力、溫度、介質(zhì)等）、密封口直徑以及準(zhǔn)備采取的墊片等選擇。壓緊面的類型主要有：平面型壓緊面、凹凸型壓緊面、榫槽型壓緊面、錐形壓緊面、梯形槽壓緊面。墊片性能 適當(dāng)?shù)膲|片變形和回彈能力是形成密封的必要條件。墊片變形和回彈能力與墊片材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)。最常用的墊片可分為非金屬墊片、金屬墊片以及非金屬與金屬混合制的墊片。法蘭剛度實際生產(chǎn)中，由于法蘭剛度不足而產(chǎn)生過大的翹曲變形，往往是導(dǎo)致密

20、封失效的原因。法蘭剛度的提高可以通過增加法蘭厚度，減小螺栓力作用力臂和增大法蘭盤外徑來實現(xiàn)。由以上分析及附表2，本設(shè)計中選用HG 20592 法蘭 PL502.5 RF 16Mn。3.2 容器支座3.2.1 支座的作用 容器和設(shè)備的支座，用來支承其重量，并使其固定在一定的位置上。在某些情況下，支座還要承受操作時的振動，有時還受地震載荷。如果設(shè)備放置在室外，支座還要承受風(fēng)載荷。3.2.2 支座的分類 容器與設(shè)備支座的結(jié)構(gòu)型式很多，根據(jù)容器與設(shè)備自身的型式，支座的型式基本上可以分成兩大類，即臥式容器支座和立式容器支座5。臥式容器支座臥式容器支座有三種：鞍座、圈座和支腿。其形式如圖3-1。 圖3-1

21、 臥式容器的支座形式常見的臥式容器和大型臥式貯槽、熱交換器等多采用鞍座，這是應(yīng)用最廣泛的一種臥式容器支座。但對大直徑薄壁容器和真空操作的容器，或支承數(shù)多于兩個的容器，采用圈座比采用鞍座受力情況更好。支腿一般只適用于小直徑的容器。設(shè)備受熱會伸長，如果不允許設(shè)備有自由伸長的可能性，則在器壁中將產(chǎn)生熱應(yīng)力。如果設(shè)備在操作和安裝時的溫度相差很大，可能由于熱應(yīng)力而導(dǎo)致設(shè)備破壞。因此對于在操作時需要加熱的設(shè)備，總是將一個支座做成固定式的，另一個做成活動式的，使設(shè)備與支座間有相對的位移?；顒邮街ё谢瑒邮胶蜐L動式兩種?；瑒邮街ё侵ёc器身固定，而支座能在基礎(chǔ)面上自由滑動。這種支座結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，但支座

22、與基礎(chǔ)面間的摩擦力很大。滾動式支座是支座本身固定在設(shè)備上，支座與基礎(chǔ)面間裝有滾子。這種支座移動時摩擦力很小，但造價較高。立式容器支座 立式容器的支座主要有耳式支座、腿式支座、支承式支座和裙式支座四種。中小型直立容器常采用前三種支座，高大的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。耳式支座又稱懸掛式支座，它由筋板和支腳板組成，廣泛用在反應(yīng)釜及立式換熱器等直立設(shè)備上。它的優(yōu)點是簡單、輕便，但與支座聯(lián)接處器壁會產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力。因此，當(dāng)設(shè)備較大或器壁較薄時，應(yīng)在支座與容器間加一墊板。由以上分析本設(shè)計選用鞍座。3.3 容器附件3.3.1 接管 設(shè)備上的接管，有的用于連接其他設(shè)備和介質(zhì)的輸送管道，有的用于安裝測量、控

23、制儀表等。設(shè)備的鑄造接管可與筒體一并鑄出。螺紋接管主要用來連接溫度計、壓力表和液面計，根據(jù)需要可制成陰螺紋或陽螺紋6。3.3.2 凸緣 當(dāng)接管長度必須很短時，可用凸緣來代替。凸緣本身具有加強(qiáng)開孔的作用，不需在另外補(bǔ)強(qiáng)。缺點是如果螺栓在螺栓孔中折斷，取出較困難。由于凸緣與管道法蘭配用，它的聯(lián)接尺寸應(yīng)根據(jù)所選用的管法蘭來確定。3.3.3 手孔與人孔 設(shè)置手孔和人孔是為了檢查設(shè)備和便于安裝與拆卸設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件7。手孔的直徑一般為150 250mm,標(biāo)準(zhǔn)手孔的公稱直徑有DN150和DN250兩種。手孔的結(jié)構(gòu)一般是在容器上接一短管，并在其上蓋一盲板。人孔和手孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。橢圓形人孔和手孔的短

24、軸應(yīng)與受壓容器的筒身軸線平行。圓形人孔的直徑一般為450mm,容器壓力不高或有特殊需要時，直徑可以大些，標(biāo)準(zhǔn)圓形人孔的公稱直徑有DN400、DN450、DN500和DN600四種。橢圓形人孔的尺寸為400mm×250mm、380mm×280mm。容器在使用過程中，人孔需要經(jīng)常打開時，可選用快開式結(jié)構(gòu)人孔。3.3.4 視鏡 視鏡可用來觀察設(shè)備內(nèi)部情況，也可以用做物料液面指示鏡。用凸緣構(gòu)成的視鏡，結(jié)構(gòu)簡單，不易結(jié)料，有比較廣泛的觀察范圍，其標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可以用到0.6MPa。當(dāng)視鏡需要斜裝，或設(shè)備直徑較小時，則需采用帶頸視鏡。視鏡玻璃容易因沖擊、振動或溫度劇變而發(fā)生故障時，可選用雙層

25、玻璃視鏡或帶罩視鏡。4 容器設(shè)計舉例設(shè)計一液氨貯罐。貯罐內(nèi)徑Di3000，罐體（不包括封頭）長度 L8000。使用地點：菏澤。4.1 材料選擇分析貯罐操作條件8介質(zhì)貯罐內(nèi)盛裝經(jīng)氨壓縮機(jī)壓縮并被水冷凝下來的液氨。液氨對大多數(shù)材料無腐蝕作用。選擇液氨貯罐材料溫度與壓力根據(jù)冷卻水的溫度，氨氣冷凝時一般需要加壓至0.91.4MPa，由于液氨貯罐大都露天放置，因而罐內(nèi)液氨的溫度和壓力直接受到大氣溫度的影響。夏季貯罐經(jīng)太陽暴曬，溫度可達(dá)50甚至更高，冬季溫度又較低，因此，貯罐的溫度和壓力是波動的。根據(jù)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程關(guān)于固定式液化氣壓力為2.16MPa。選擇材料品種8 通過操作條件的分析可知，該容

26、器屬于中壓、低溫范疇，同時溫度壓力有波動。對材料的要求是耐壓，耐低溫，且抗壓力波動。根據(jù)選擇原則，應(yīng)優(yōu)選用低合金鋼，如16MnR、15MnVR、15MnTi等材料。根據(jù)以上分析，本貯罐選用16MnR制作罐體和封頭。4.2 罐體壁厚與封頭厚度設(shè)計4.2.1 罐體壁厚設(shè)計9 壁厚計算式為 =PcDi（2tPc）其中 Pc計算壓力，MPa； Di圓筒的內(nèi)徑，mm； 圓筒的計算厚度，； t圓筒材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa； 焊接接頭系數(shù)。 本貯罐按50考慮，氨飽和蒸汽壓為2.07MPa（絕對壓力），貯罐上需要安裝安全閥，故取Pc=2.16MPa，Di=3000mm; t=163MPa; 屈服點s

27、=325MPa;=1.0(雙面焊對接接頭，100無損檢測) 取腐蝕裕量C2=2mm, 于是 =2.16×3000（2×163×1.02.16）20.0( mm)圓筒的設(shè)計厚度d=C2=20.02=22.0（mm）根據(jù)d=22.0mm,查得鋼板厚度的負(fù)偏差C1=0.25mm,則 dC1=22.00.25=22.25( mm)圓整后取 名義厚度n=23mm 確定選用n=23mm厚的16MnR鋼板制作罐體。4.2.2 封頭厚度設(shè)計9 前已確定采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。厚度計算式： =PcDi（2t0.5Pc）其中 Pc計算壓力，MPa； Di球殼的內(nèi)徑，mm； 球殼的計算厚度

28、，； t球殼材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa； 焊接接頭系數(shù)=1.0（鋼板最大寬度為3m,該貯罐直徑為3m ,故封頭需將鋼板并焊后沖壓）。于是 =2.16×3000（2×163×1.00.5×2.16）19.9(mm)厚度附加量 C= C1C2=0.2522.25（）故C19.92.2522.15圓整后取 n=23mm確定選用n=23mm厚的16MnR鋼板制作封頭。4.2.3 校核罐體和封頭水壓試驗強(qiáng)度 壓力試驗的應(yīng)力校核TPTDie2e 液壓試驗T應(yīng)滿足 TPTDie2e0.9s其中 PT試驗壓力，MPa；PT1.25P； P設(shè)計壓力，MPa； Di

29、圓筒或球殼的內(nèi)徑，mm； e圓筒或球殼的有效厚度，mm； 焊接接頭系數(shù) s屈服點。所以 PT1.25P1.25×2.162.7MPa enC232.2520.75 s=325MPa則 T2.7×300020.752×20.75196.5MPa而 0.9s0.9×1.0×325292.5MPa 因為T0.9s，所以水壓試驗強(qiáng)度足夠4.3 鞍座設(shè)計首先粗略計算鞍座負(fù)荷。貯罐總質(zhì)量 mm1m2m3m4 式中 m1罐體質(zhì)量； m2封頭質(zhì)量； m3液氨質(zhì)量； m4附件質(zhì)量；罐體質(zhì)量m1DN3000, n23的筒節(jié)，質(zhì)量為q1=1290kg/m（化工設(shè)備設(shè)

30、計手冊第一冊，化學(xué)工業(yè)出版社，328頁3），所以 m1q1×L=1290×8=10320（）封頭質(zhì)量m2DN3000, n23，直邊高度h=40的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其質(zhì)量m21230(化工設(shè)備設(shè)計手冊第一冊，化學(xué)工業(yè)出版社，333頁3），所以 m22 m22×12302460（）液氨質(zhì)量m3其中，裝填系數(shù)取0.9（壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定：介質(zhì)為液化氣體的固定式壓力容器，裝填系數(shù)一般取0.9）。貯罐容積（化工設(shè)備設(shè)計手冊第一冊，化學(xué)工業(yè)出版社，331頁3）VV封V筒2×4.8928×6.451=61.39(m3)液氨在20的密度為665kgm

31、3, 則 m30.9×61.39×66536742（） 附件質(zhì)量m4人孔質(zhì)量約200，其他接管等質(zhì)量總和按300計。于是m4500 貯罐總質(zhì)量 mm1m2m3m4 10320+2460+36742+50050022（） Fmg250022×9.812245.35(kN)每個鞍座承受245.35kN負(fù)荷，根據(jù)附表1可以選用輕型帶墊板，包角為120。的鞍座，即 JBT 472192 鞍座A3000F 4.4 人孔與人孔補(bǔ)強(qiáng)人孔根據(jù)貯罐的設(shè)計溫度、最高工作壓力、材質(zhì)、介質(zhì)及使用要求等條件，選用公稱壓力為2.5MPa的水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔（HG 2152495），人孔

32、公稱直徑選定為450 mm。該水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔的標(biāo)記為 人孔 TG(A·G) 450-2.5 HG 21524-9510人孔補(bǔ)強(qiáng) 人孔開孔補(bǔ)強(qiáng)采用補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為16MnR，根據(jù) JBT 47362002，確定補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑D1=484 mm，外徑D2=760 mm，補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為23mm。4.5 接管液氨進(jìn)料管采用57mm×3.5mm無縫鋼管。管的一端切成45°，伸入貯罐內(nèi)少許。配用突面板式平焊管法蘭： HG 20592 法蘭 PL502.5 RF 16Mn10 因為該接管為57mm×3.5mm，厚度小于5 mm,故該接管開孔需要補(bǔ)強(qiáng)。液氨出料管

33、采用可拆的壓出管25 mm×3 mm，將它套入罐體的固定接口管38mm×3.5 mm內(nèi)，并用一非標(biāo)準(zhǔn)法蘭固定在接口管法蘭上。罐體的接口管法蘭采用“HG 20592 法蘭 PL322.5 RF 16Mn”，與該法蘭相配并焊接在壓出管的法蘭上，其連接尺寸和厚度與法蘭：“HG 20592 法蘭 PL322.5 RF 16Mn”相同，但其內(nèi)徑為25 mm。液氨壓出管的端部法蘭采用“HG 20592 法蘭 PL202.5 RF 16Mn”。液氨出料管不必補(bǔ)強(qiáng)。排污管貯罐右端最底部安設(shè)一個排污管，管子規(guī)格是57mm×3.5 mm，管端裝有一與截止閥J41W16 相配的管法蘭：

34、“HG 20592 法蘭 PL502.5 RF 16Mn”。液面計接管 本貯罐采用玻璃管防霜液面計“ A I 2.5126050 HGT 2155093”兩支。其標(biāo)記符號意義如下：第1項用A I表示防霜液面計類型；第2項2.5表示液面計公稱壓力等級，MPa ；第3項1260表示液面計公稱長度，mm；第4項50表示防霜翅片高度，mm；第5項HGT 2155093表示該液面計的標(biāo)準(zhǔn)圖號。放空管接管采用32mm×3.5 mm無縫鋼管，管法蘭為“HG 20592 法蘭 PL252.5 RF 16Mn”。5 設(shè)計結(jié)果一覽表 標(biāo)準(zhǔn)號 名稱 材料 數(shù)量GB/T 90192001筒體DN3000&#

35、215;23 L=8000 16MnR 1 JB/T 47462002封頭DN3000×23 h=40 16MnR 2 HG 2059297法蘭PL 322.5 RF 20 20 2HG 2059297法蘭PL 152.5 RF 20 20 4HG 2059297法蘭PL 502.5 RF 16 Mn 16 Mn 1接管57×3.51=400 10（GBT 8163） 2接管57×3.51=210 10（GBT 8163） 2進(jìn)料接管57×3.5 l=400 10（GBT 8163） 1排污接管57×3.5 l=21010（GBT 8163）

36、1放空管接管32×2.5 l=21020（GBT 8163） 1安全閥接管32×2.5 l=210 20（GBT 8163） 1HGT 2155093防霜液面計 AI 2.5126050 組合件 2HG 2152495人孔 PN2.5 DN450組合件 1 JB/T47362002補(bǔ)強(qiáng)圈760484 =23 16MnR 1 JB/T 47462002 鞍座 A3000F Q235A .F 26 總結(jié)經(jīng)過液氨貯罐機(jī)械設(shè)計，其各部分結(jié)構(gòu)如下：根據(jù)GB/T 90192001標(biāo)準(zhǔn)，筒體DN3000×23，長度為8000mm，材料選16MnR。上下封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。

37、根據(jù)JB/T 47462002標(biāo)準(zhǔn)，封頭DN3000×23，曲面高度h1=750mm，直邊高度h0=40mm，材料選用16MnR。下封頭與支座焊接，直邊高度取40。根據(jù)JB/T 471292標(biāo)準(zhǔn),選用A3000F的臥式鞍座,材料為Q235A .F。選用57×3.5 l=400，材料為10（GBT 8163）的進(jìn)料接管；57×3.5 l=210，材料為10（GBT 8163）的排污接管；32×2.5 l=210，材料為20（GBT 8163）的放空管接管；32×2.5 l=210，材料為20（GBT 8163）的安全閥接管。根據(jù)HGT 21550

38、93標(biāo)準(zhǔn),選用AI 2.5126050的防霜液面計。根據(jù)HG 2152495標(biāo)準(zhǔn),選用PN2.5 DN450的人孔。根據(jù)JB/T47362002標(biāo)準(zhǔn),選用760484 =23的補(bǔ)強(qiáng)圈，材料為16MnR。參考文獻(xiàn)：1刁與瑋，王立業(yè)，喻健良.化工設(shè)計機(jī)械基礎(chǔ)第六版M.大連理工大學(xué)出版社，2003年.2徐英，楊一凡，朱萍等.球罐和大型儲罐M.化學(xué)工業(yè)出版社，2005年. 3朱有庭，曲文海，于浦義.化工設(shè)備設(shè)計手冊第一冊S.化學(xué)工業(yè)出版社，2005年.4上?；ぴO(shè)計院. 最新壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)匯編G. 1984.5董大擒. 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)M. 北京：中央廣播電視大學(xué)出版社1993.6國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局

39、. 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程M. 北京：中國勞動社會保障出版社，1999.7范欽珊. 壓力容器的應(yīng)力分析與強(qiáng)度設(shè)計M. 北京：原子能出版社，1979.8余國琮. 化工機(jī)械手冊M. 天津：天津大學(xué)出版社，1991.9吳澤煒. 化工容器設(shè)計M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1983.10國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.鋼制化工容器制造技術(shù)要求HG20584-1998 S.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.附表 附表1 A型鞍座標(biāo)準(zhǔn)系列（DN21004000） PN1.6Mpa帶頸平焊、帶頸對焊法蘭尺寸及質(zhì)量附表2（根據(jù)HG 20594，20595， GB/T 9116，9115綜合）/公稱通徑DN鋼管外徑 A1 連接尺寸法蘭厚度 C頸部過度圓角半徑R 帶頸平焊 帶勁對焊法蘭高度 法蘭質(zhì)量法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺孔直徑 L螺孔數(shù)量 n法蘭內(nèi)徑 B1頸根直徑 N焊縫坡口寬度b頸根直徑 N頸的焊