20m3液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)

word文檔可自由復(fù)制編輯20m3液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)摘要儲(chǔ)罐按其形式可分為方形和矩形容器、球形容器、圓筒形容器（立式、臥式）。按其承壓性質(zhì)和能力可分為內(nèi)壓和外壓，內(nèi)壓容器又可分為常壓、低壓、中壓、高壓、超高壓等五類。根據(jù)使用時(shí)候的壁溫，可分為常溫容器、高溫容器、中溫容器和低溫容器。按其結(jié)構(gòu)材料分類，容器有金屬制的和非金屬制的兩類。按其反應(yīng)情況可分為反應(yīng)壓力容器（R）、換熱壓力容器（E）、分離壓力容器（S）、儲(chǔ)存壓力容器（C）等。本次設(shè)計(jì)，我選用的是臥式圓筒形、中壓常溫的內(nèi)壓容器。經(jīng)計(jì)算，筒體規(guī)格為：公稱直徑DN1800mm，1m高的容積V12.545m3，1m高的內(nèi)表面積F15.66m2，1m高筒節(jié)質(zhì)量536kg。封頭選用橢圓形標(biāo)準(zhǔn)封頭，其規(guī)格為：公稱直徑DN1800mm，曲面高度h1450mm，直邊高度h040mm，內(nèi)表面積Fi,3.73m2,，容積V0.866m3。筒體外伸端到支座的距離a=1.8m。word文檔可自由復(fù)制編輯目錄TOC\o"1-3"\h\u313241引言 122842設(shè)計(jì)任務(wù)書 164813設(shè)計(jì)參數(shù)及材料的選擇 1270933.1設(shè)備的選型與輪廓尺寸 144493.2設(shè)計(jì)壓力 2135343.3筒體及封頭材料的選擇 229993.4許用應(yīng)力 3215494結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 384404.1筒體壁厚計(jì)算 3247094.2封頭設(shè)計(jì) 499244.2.1半球形封頭 485174.2.2標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 5302654.2.3標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭 5259554.2.4圓形平板封頭 6234234.2.5不同形狀封頭比較 7177454.3壓力試驗(yàn) 778374.4鞍座 873984.4.1鞍座的選擇 8225774.4.2鞍座的位置 9178655結(jié)果 116344參考文獻(xiàn) 13word文檔可自由復(fù)制編輯1引言液氨，是一種無(wú)色液體，有強(qiáng)烈刺激性氣味。氨作為一種重要的化工原料，為運(yùn)輸及儲(chǔ)存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過(guò)加壓或冷卻得到液態(tài)氨。氨易溶于水，溶于水后形成氫氧化銨的堿性溶液。液氨多儲(chǔ)于耐壓鋼瓶或鋼槽中，且不能與乙醛、丙烯醛、硼等物質(zhì)共存。液氨在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，具有腐蝕性且容易揮發(fā)，所以其化學(xué)事故發(fā)生率很高。為能夠進(jìn)行連續(xù)的生產(chǎn)，需要有儲(chǔ)存液氨的容器，因此設(shè)計(jì)液氨貯罐是制造貯罐的必備步驟，是化工生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行的前提。設(shè)計(jì)儲(chǔ)存設(shè)備，首先必須滿足各種給定的工藝要求，考慮存儲(chǔ)介質(zhì)的性質(zhì)、容量、鋼材的耗費(fèi)量等等。而且液化氣體必須考慮它的膨脹性和壓縮性，液化氣體的體積會(huì)因溫度的改變而變化，所以必須嚴(yán)格控制儲(chǔ)罐的充裝量（指裝量系數(shù)與儲(chǔ)罐實(shí)際容積和設(shè)計(jì)溫度下介質(zhì)的飽和液體密度的乘積）。在總貯量小于500m，單罐容積小于100m時(shí)選用臥式貯罐比較經(jīng)濟(jì)。設(shè)計(jì)基本思路：本設(shè)計(jì)綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，結(jié)合給定的工藝參數(shù)，機(jī)械按容器的選材、壁厚計(jì)算、強(qiáng)度核算、附件選擇、焊縫標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)順序，分別對(duì)儲(chǔ)罐的筒體、封頭、鞍座、焊接形式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選擇。設(shè)備的選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可以直接選用符合設(shè)計(jì)條件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒(méi)有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，則選擇合適的非標(biāo)設(shè)備。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。2設(shè)計(jì)任務(wù)書請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一20m3的液氨儲(chǔ)罐，具體要求：1）儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)及材料的選定2）壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3）壓力試驗(yàn)及強(qiáng)度校核4）使用地點(diǎn)：北京5）編寫儲(chǔ)罐說(shuō)明書（摘要，目錄，正文，參考文獻(xiàn)）3設(shè)計(jì)參數(shù)及材料的選擇3.1設(shè)備的選型與輪廓尺寸筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓筒形。因?yàn)樽鳛槿萜髦黧w的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，這類容器應(yīng)用最廣。筒體直徑一般由工藝條件決定，但是要符合壓力容器的公稱直徑。立式圓筒形容器承受自然原因引起的應(yīng)力破壞的能力較弱，綜合上訴考慮本設(shè)計(jì)選用圓筒形臥式容器。粗略計(jì)算內(nèi)徑：，一般，取，得Di=1749mm，圓整至Di=1800mm，則L=9000mm。3.2設(shè)計(jì)壓力本儲(chǔ)罐在北京使用，夏季最高溫度為42℃，冬季最低溫度為-27.4℃，工作溫度在-27.4~42℃，取最高工作溫度為45℃。根據(jù)《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》查得：44℃蒸汽壓為，46℃蒸汽壓為，用內(nèi)差法求得45℃時(shí)蒸汽壓為：?？梢耘袛嘣O(shè)計(jì)的容器為內(nèi)壓容器，按《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，盛裝液化氣體無(wú)保冷設(shè)施的壓力容器，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于液化45℃時(shí)的飽和蒸汽壓力1.7818MPa。當(dāng)容器上裝有安全閥時(shí)，取1.05～1.1倍的最高工作壓力作為設(shè)計(jì)壓力，液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力P為1.96MPa。查閱文獻(xiàn)，最高溫度45℃時(shí)，液氨密度為571.29kg/m3，最低溫度-28℃時(shí)，液氨密度為675kg/m3，由《各地區(qū)重力加速度表》查得北京地區(qū)的重力加速度g=9.8m/s2，則因?yàn)?，所以可忽略靜壓強(qiáng)，即Pc=P設(shè)。由于1.6MPa≦1.96MPa<10.0MPa[1]，故該儲(chǔ)罐屬于中壓容器。3.3筒體及封頭材料的選擇本貯罐選用16MnR制作罐體和封頭。16MnR表示平均含碳量為0.16%的容器鋼，屬于低碳鋼，它的塑性好，焊接性和鍛造性良好，適宜制造化工容器等焊接件和設(shè)備封頭等沖壓件，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟(jì)，也可用來(lái)制造受載不大的螺栓，或經(jīng)滲碳后制作齒輪和軸等零件。所以，本液氨儲(chǔ)罐選用16MnR制作罐體和封頭。3.4許用應(yīng)力設(shè)計(jì)溫度為45oC，屬于常溫容器。查閱文獻(xiàn)[2]，當(dāng)16MnR鋼板厚度δ=6~16mm時(shí)，16MnR鋼板的強(qiáng)度極限σb=510MPa，屈服極限σs=345MPa。常溫下，當(dāng)取強(qiáng)度極限作為16MnR鋼板的極限應(yīng)力時(shí)，許用應(yīng)力，查閱文獻(xiàn)得nb=3，；當(dāng)取屈服極限作為16MnR鋼板的極限應(yīng)力時(shí)，許用應(yīng)力，查閱文獻(xiàn)得ns=1.6，。則許用應(yīng)力[σ]取兩者這間的較小值，則[σ]t=170MPa。4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1筒體壁厚計(jì)算計(jì)算壁厚δ按照（4-1）式計(jì)算。（4-1）式中：pc：計(jì)算壓力，MPaDi：筒體內(nèi)徑，mm[σ]t：設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPaφ：焊接接頭系數(shù)容器筒體的縱向焊接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)φ=1.00，全部無(wú)損探傷。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（4-1）式，得到圓柱形筒體的計(jì)算壁厚δ。查材料腐蝕手冊(cè)，45℃下液氨對(duì)鋼板的腐蝕速率小于0.05mm/年，取雙面腐蝕裕量C2=2mm。所以，筒體的設(shè)計(jì)壁厚δd=δ+C2=12.4mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，鋼板厚度在8.0~25mm范圍內(nèi)，負(fù)偏差C1=0.8mm。所以，筒體的名義壁厚δn=δd+C1+圓整量=14mm。在之間，故假設(shè)是成立的。查GB150—1998，得到圓柱形筒體的規(guī)格尺寸見(jiàn)表4-1。表4-1筒體標(biāo)準(zhǔn)公稱直徑DN/mm1m高的容積V1/m31m高的內(nèi)表面積F1/m21m高筒節(jié)質(zhì)量/kg18002.5455.665364.2封頭設(shè)計(jì)4.2.1半球形封頭球形封頭的計(jì)算壁厚δ按照（4-2）式計(jì)算。（4-2）式中：pc：計(jì)算壓力，MPaDi：半球形封頭的內(nèi)徑，mm[σ]t：設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPaφ：焊接接頭系數(shù)封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)φ=1.00，全部無(wú)損探傷。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（4-2）式，得到半球形封頭的計(jì)算壁厚δ。查材料腐蝕手冊(cè)，45℃下液氨對(duì)鋼板的腐蝕速率小于0.05mm/年，取雙面腐蝕裕量C2=2mm。所以，筒體的設(shè)計(jì)壁厚δd=δ+C2=7.2mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，鋼板厚度<8mm，負(fù)偏差C1=0.6mm。所以，筒體的名義壁厚δn=δd+C1+圓整量=8mm。4.2.2標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算壁厚δ按照（4-3）式計(jì)算。（4-3）式中：pc：計(jì)算壓力，MPaDi：橢圓形封頭的內(nèi)徑，mm[σ]t：設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPaφ：焊接接頭系數(shù)封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)φ=1.00，全部無(wú)損探傷。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（4-3）式，得到標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算壁厚δ。查材料腐蝕手冊(cè)，45℃下液氨對(duì)鋼板的腐蝕速率小于0.05mm/年，取雙面腐蝕裕量C2=2mm。所以，筒體的設(shè)計(jì)壁厚δd=δ+C2=12.4mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，鋼板厚度在8.0~25mm范圍內(nèi)，負(fù)偏差C1=0.8mm。所以，筒體的名義壁厚δn=δd+C1+圓整量=14mm。4.2.3標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭的計(jì)算壁厚δ按照（4-4）式計(jì)算。（4-4）式中：pc：計(jì)算壓力，MPa[σ]t：設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPaφ：焊接接頭系數(shù)（4-5）式中：M：碟形封頭系數(shù)Ri=0.9Di；ri=0.17Di封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)φ=1.00，全部無(wú)損探傷。把相關(guān)數(shù)據(jù)及式（4-5）帶入（4-4）式，得到標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭的計(jì)算壁厚δ。查材料腐蝕手冊(cè)，45℃下液氨對(duì)鋼板的腐蝕速率小于0.05mm/年，取雙面腐蝕裕量C2=2mm。所以，筒體的設(shè)計(jì)壁厚δd=δ+C2=14.5mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，鋼板厚度在8.0~25mm范圍內(nèi)，負(fù)偏差C1=0.8mm。所以，筒體的名義壁厚δn=δd+C1+圓整量=16mm。4.2.4圓形平板封頭圓形平板封頭的計(jì)算壁厚δ按照（4-6）式計(jì)算。（4-6）式中：pc：計(jì)算壓力，MPaK：平板封頭的結(jié)構(gòu)特征系數(shù)Dc：圓形平板封頭的計(jì)算直徑，mm[σ]t：設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPaφ：焊接接頭系數(shù)圓形平板封頭的計(jì)算直徑Dc等于壓力容器內(nèi)徑Di,則Dc=1800mm。封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)φ=1.00，全部無(wú)損探傷。對(duì)于圓形平板封頭，取K值等于0.25。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（4-6）式，得到圓形平板封頭的計(jì)算壁厚δ。查材料腐蝕手冊(cè)，50℃下液氨對(duì)鋼板的腐蝕速率小于0.05mm/年，取雙面腐蝕裕量C2=2mm。所以，筒體的設(shè)計(jì)壁厚δd=δ+C2=98.6mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，負(fù)偏差C1=1.7mm。所以，筒體的名義壁厚δn=δd+C1+圓整量=102mm。4.2.5不同形狀封頭比較不同形狀封頭壁厚見(jiàn)表4-2。從表4-2可以看出，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的壁厚與筒體的壁厚相同。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時(shí)，可以達(dá)到與筒體等強(qiáng)度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優(yōu)點(diǎn)，用沖壓法易于成形，制造比球形封頭容易，所以，選擇橢圓形封頭，結(jié)構(gòu)由半個(gè)橢球面和一圓柱直邊段組成。因?yàn)榉忸^壁厚>10mm則標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度h0=40mm。表4-2不同形狀封頭的壁厚封頭半球形標(biāo)準(zhǔn)橢圓形標(biāo)準(zhǔn)蝶形圓形平板名義壁厚/mm81416102查橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)（JB/T4737-95），得到橢圓形封頭規(guī)格尺寸見(jiàn)表4-3。表4-3標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭公稱直徑DN/mm曲面高度h1/mm直邊高度h0/mm內(nèi)表面積Fi/m2容積V/m31800450403.730.8664.3壓力試驗(yàn)水壓試驗(yàn)，液體的溫度不得低于5℃；試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時(shí)容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充液時(shí)應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)保持容器外表面的干燥。試驗(yàn)時(shí)壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力后，保壓時(shí)間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80%，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以便對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行檢查。如有滲漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力：（4-7）筒體的有效壁厚δe=δn-(C1+C2)=14-(0.8+2)=11.2mmσs=345MPa水壓試驗(yàn)時(shí)的計(jì)算應(yīng)力：（4-8）水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力為，故筒體滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度要求。4.4鞍座4.4.1鞍座的選擇儲(chǔ)罐總質(zhì)量m按照（4-9）式計(jì)算。（4-9）式中：m1:罐體質(zhì)量，kgm2:封頭質(zhì)量，kgm3:充液質(zhì)量，kg1）罐體質(zhì)量根據(jù)DN=1800mm，δn=14mm的筒節(jié)，每米質(zhì)量為m1’=627kg/m，L=9m。則：（4-10）2）封頭質(zhì)量根據(jù)DN=1800mm，δn=14mm，直邊高度h0=40mm的橢圓形封頭，其質(zhì)量為m2’=419kg，則（4-11）3）充液質(zhì)量?jī)?chǔ)罐容積V按照（4-12式）計(jì)算。（4-12）式中：V:儲(chǔ)罐容積，m3V1:1m高的筒體容積，m3V2:封頭容積，m3根據(jù)DN=1800mm，1米高的筒體容積V1=2.545m3。根據(jù)DN=2600mm，直邊高度h0=40mm的橢圓形封頭的容積V2=0.866m3。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式（4-12），得：充液質(zhì)量按照（4-13）式計(jì)算。（4-13）式中：m3:充液質(zhì)量，kgV:儲(chǔ)罐容積，m3ρ:液氨在-28oC時(shí)的的密度，ρ=675kg/m3設(shè)備總質(zhì)量為每個(gè)支座需承受113.25kN的負(fù)荷。根據(jù)筒體DN=1800mm，支座負(fù)荷295kN，鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)JB/T4712.1-2007，選取輕型帶墊板、包角120°的鞍座,即JB/T4712-92鞍座A2600-F，JB/T4712-92鞍座A2600-S。4.4.2鞍座的位置臥式容器可以簡(jiǎn)化成受均布載荷的外伸梁。圖4-1表示受均布載荷q作用的筒體總長(zhǎng)L=9000mm。qqaalLRARBCD圖4-1臥式容器簡(jiǎn)化圖1）求支反力根據(jù)：，（4-14），（4-15）得到2）寫彎矩方程截面1-1處的彎矩方程：，（4-16）當(dāng)x1=a時(shí)，彎矩最大值為：截面2-2處的彎矩方程：，（4-17）當(dāng)時(shí)，彎矩最大值為截面3-3處的彎矩方程：，（4-18）當(dāng)時(shí)，彎矩最大值為欲使設(shè)備受力情況最好，就必須適當(dāng)選擇a和L的比例,使得外伸段和中間段的最大彎矩的絕對(duì)值相等，即要，由此得到