20立方米液氨储罐设计说明书书

1、实用标准文案目录课程设计任务书 220m 3液氨储罐设计2课程设计内容3液氨物化性质及介绍31. 设备的工艺计算31.1 设计储存量31.2 设备的选型的轮廓尺寸的确定31.3 设计压力的确定41.4 设计温度的确定41.5 压力容器类别的确定42. 设备的机械设计52.1 设计条件52.2 结构设计62.2.1 材料选择62.2.2 筒体和封头结构设计 62.2.3 法兰的结构设计6（1 ）公称压力确定7（2 ）法兰类型、密封面形式及垫片材料选择7（3 ）法兰尺寸72.2.4人孔、液位计结构设计8精彩文档(1 )人孔设计8(2)液位计的选择9225支座结构设计 10(1)筒体和封头壁厚计算1

2、0(2)支座结构尺寸确定122.2.6焊接接头设计及焊接材料的选取14(1 )焊接接头的设计14(2 )焊接材料的选取162.3 强度校核162.3.1 计算条件162.3.2 内压圆筒校核172.3.3 封头计算182.3.4 鞍座计算202.3.5 开孔补强计算213. 心得体会224. 参考文献22课程设计任务书20m 3液氨储罐设计、课程设计要求:1. 按照国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2. 设计计算采用手算，要求设计思路设计思路清晰，计算数据准确、可靠。3. 工程图纸要求计算机绘图。4. 独立完成。、原始数据设计条件表序号项目数值单位备注1名称液氨

3、储罐2用途液氨储存3最咼工作压力（MPa）1.93由介质温度确定4工作温度（C）-20 505公称容积（M3）206工作压力波动情况可不考虑7装量系数（QV）0.858工作介质液氨（中度危害）9使用地点太原市室外三、课程设计主要内容1. 设备工艺设计2. 设备结构设计3. 设备强度计算4. 技术条件编制5. 绘制设备总装配图6. 编制设计说明书四、学生应交出的设计文件（论文）1. 设计说明书一份；2. 总装配图一张 （A1图纸一张）课程设计内容液氨物化性质及介绍液氨，又称为无水氨，是一种无色液体， 有强烈刺激性气味。 氨作为一种重要的化工原 料，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却

4、得到液态氨。液氨在工业上应用广泛，具有腐蚀性且容易挥发，所以其化学事故发生率很高。液氨分子式 NH3 ,分子量17.03 ,相对密度0.7714g/L ,熔点-77.7 C,沸点-33.35 C,自燃点651.11 C,蒸汽压1013.08kPa（25.7 C ）。蒸汽与空气混合物爆炸极限为16 25%（最易引燃浓度为17% ）氨在20 C水中溶解度34% ; 25 C时，在无水乙醇中溶解度 10% ; 在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚，它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性。 液态氨将侵蚀某些塑料制品，橡胶和涂层。遇热、明火，难以点燃而危险性极低，但氨和空 气混合物达到上述浓度范围

5、遇火和燃烧或爆炸，如有油类或其它可燃物存在则危险性极高。1 .设备的工艺计算工艺设计的内容是根据设计任务提供的原始数据和生产工艺要求，通过计算和选型确定设备的轮廓尺寸。1.1设计储存量式中：w储存量，t ；装量系数；V压力容器容积；m3设计温度下的饱和溶液的密度,?m3W=0.85 X20 X0.563=9.57 t1.2设备的选型的轮廓尺寸的确定根据设计要求，本设计为卧式容器，筒体采用圆筒形，封头采用标准椭圆形封头查阅文献，筒体的基本参数如下：表1-1筒体基本参数公称容积Vg/m公称直径筒体长度3DN/mmL/mm2020005800查阅文献确定椭圆形封头基本参数如下表:表1-2椭圆形封头参

6、数公称直径总深度内表面积A/m容积V/mDN/mmH/mm2320005254.49301.1257设备计算容积V 计=冗/4 XDN 2XL+V 封 X2=冗/4 X2.02 X5.8+0.1257 X2=20.46m 3实际工作容积V 工=V 计 Xf=20.46 X0.85=17.39m31.3 设计压力的确定查阅文献常温压力储存液化气体压力容器规定温度下的工作压力液化气体临界温度规定温度下的工作压力无保冷设施有保冷设施无试验实测温度有试验实测最高工作温度并且能保证低于临界温度>50 C50 C饱和蒸气压力可能达到的最咼工作温度下的饱和蒸气压力在设计所规定的最大充装量下为50 C的

7、试验实测最高工作温度下的饱和蒸V 50 C气体压力气压力液氨液化气饱和蒸汽压及饱和液密度温度C-15103050饱和蒸汽压（绝压）MPa0.260.601.152.039360饱和蒸汽压密度kg/m6586255955633液氨临界温度为132.4 C,其50 C饱和蒸汽压为1.93MPa故其设计压力为Pd=1.1 X1.93=2.12 MPa0.6MPa w PdwiOMPa属于中压容器1.4 设计温度的确定设备工作温度为-20 C 50 C,故其设计温度为 50 C,在-20200 C条件下工作属于常温容器。1.5 压力容器类别的确定液氨属于液化气体，查阅文献4 ,可知属于第一组介质查第一

8、组介质一压力容器类别划分图，可知20m 3液氨储罐属于第川类压力容器10容札V.-L2 .设备的机械设计2.1设计条件（见表2-1和表2-2 ）表2-1设计条件表内容备注工作介质液氨工作压力 Mpa1.93设计压力 Mpa2.12工作温度C-20 50设计温度C50公称容积（Vg）m 320计算容积（V计）m320.46工作容积（V工）m317.39装量系数f0.85介质密度（p） "m30.563kg/L材质Q345R保温要求无保温层其他要求表2-2管口表符号公称规格DN/mm连接法兰标准密封面用途或名称L1丄220HG/TFM液位计接口20592-2009M450/FM人孔SV7

9、0HG/TFM安全阀接口20592-2009A80HG/TFM液相进口管20592-2009B100HG/TFM压力表接口20592-2009C25HG/TFM放空管20592-2009D70HG/TFM氨气出口管20592-2009E70HG/T20592-2009FM液相出口管F70HG/TFM排污管20592-20092.2 结构设计221材料选择一般而言，以强度为主的中压设备采用低合金钢为宜，而且低合金钢对液氨也具有良好的耐腐蚀率，可选用低合金钢，Q245R和Q345R这两种钢材可以满足要求。 由于Q345R 许用应力高于Q245R,相同条件下，采用Q345R制造设备，可减小壁厚，减小

10、设备重 量，降低成本，同时壁厚减小，也可以为材料和设备的运输以及制造加工带来很大的方便，所以选择 Q345R制造设备筒体和封头。2.2.2筒体和封头结构设计由表1-1可知筒体公称直径 DN=2000mm ，长度L=5800mm由表1-2可知EHA标准椭圆形封头公称直径 DN=2000mm 总深度H=525mm则其直边长h=25mm2.2.3法兰的结构设计法兰有设备法兰和管法兰，设备筒体和封头焊接在一起，所以不需要设备法兰，只有管法兰。(1)公称压力确定设备设计压力为2.12MPa，操作温度为-2050 C,可选用锻件，材料选16Mn n查文献可知，在操作温度范围内，PN25材料为16Mn n的

11、钢制管法兰最大允许工作压力为2.5MPa，满足设计要求，故管法兰公称压力为PN25(2 )法兰类型、密封面形式选择液氨易挥发，为强渗透性的中度危害介质， 查文献可知须采用带颈对焊型管法兰，面封面采用凹凸面密封。(3 )法兰尺寸2-2和表2-3查阅文献可知各法兰详细尺寸及法兰质量，详细见下图图2-2表2-3 PN25带颈对焊钢制法兰单位：mm接管代号公称尺 寸DN钢 管 外 径Ai连接尺寸法厚度C法兰颈法高度H法兰质量M(kg)法兰外径D螺栓 孔中 心圆 直径K螺 栓 孔 直 径L螺栓孔数量n (个)螺栓ThNS>H1>RB8089200160188M124103.18585.065

12、22D5057165125184M120752.86483.069C253211585144M118462.64401.026SV.A.E.6576185145188M122902.16524.0F690L1.L2202510575144M118402.64401.023224人孔、液位计结构设计(1 )人孔设计人孔的作用：为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷以及装拆设备的内部零件。人孔的结构：人孔为组合件，包括承压零件筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固 件等受压元件，以及人孔启闭所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。圆形人孔的公称直径规定为400600mm容器公称直径大于或

13、等于1000mm 且筒体与封头为焊接连接时，至少设一个人孔。卧式容器的筒体长度大于等于6000mm,应考虑设置2个以上人孔。综合考虑，选择回转该带颈对焊法兰人孔，公称压力PN2.5,公称直径DN450，MFM型密封面,材料选用16MnR标记为：人孔 MFM 川 S-35CM (NM-XB350) A 450-2.5 HG/T 21518-2005查阅文献，得本次选用回转盖带颈对焊法兰人孔结构尺寸，见下图2-3和表2-4表2-4回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表密封面型式公称压力PN公称直径DNdw sdDD1H1H2bMFM2.54504801245667060025012142b 1b2ABLd

14、0螺柱螺母螺柱总质量数量直径长度4146375175250242040M332 165245图2-3回转盖带颈对焊法兰人孔结构图MFMIgTC5f刖曲(2)液位计的选择液位计是用以指示容器内物料液面的装置，液位计的种类很多，常见的有许多 包括玻璃管液面计、玻璃板液面计、浮标液面计、防霜液面计、磁性液位计等 其中：玻璃管液面计和玻璃板液面计适用于工作温度在0 C以上；浮标液面计适用于常压设备；防霜液面计适用于液体温度在0 C下的液体测量；液氨储罐工作温度在-2050 C,设计压力为1.23MPa，以上三种都不适合。磁性液位计适用于PN=1.616MPa , -40300 C,液体密度0.45g/

15、cm 3，适合于液氨储罐根据设计要求选择磁性液位计，标记如下：HG/T 21584-95UZ2.5M-1400-0.6 BF321C2.2.5 支座结构设计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设备的支承，耳式支座用于中小型立式圆筒形容器的悬挂式支承，裙式支座用于高大型高塔的支承，鞍式支座是卧式容器经常采用的支座形式，本设计也采用鞍式支座。置于支座上的卧式容器，其情况和梁相似，有材料力学分析可知，梁弯曲产生的应力与支点的数目和位置有关。当尺寸和载荷一定时多支点在梁内产生的应力较小，因此支座数目似乎应该多些好。 对于大型卧式容器而言，一般情

16、况采用双支座。此外，卧式容器由于温度或载荷变化时都会产生轴向的伸缩，因此容器两端的支座不能都固定在基础上，必须有一端能在基础上滑动，以避免产生过大的附加应力。通常的做法是将一个支座上的地脚螺栓孔做成长圆形，并且螺母不上紧，使其成为活动支座，而另一支座仍为固定支座。所以本设计就采用这种双支座结构。查阅文献，可知一边为F型，一边为S型。鞍座的材料除垫板外都为Q235-B，加强垫板的材料与设备壳体材料相同为Q345R。（1）筒体和封头壁厚计算（筒体壁厚计算圆筒的设计压力为2.12 Mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采1.00,全部无损探用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接

17、头系数为伤。在板厚316mm 时取许用应力为 189 Mpa。液柱静压力pgh=1 X9.8 X2000=0.02Mpa而pgh 2.123=0.9% <5%所以可以忽略。故筒体壁厚 1PcD2 r -pc=(2.12 X2000)/(2X189-2.12)=11.28mm查得钢板厚度负偏差 C1=0.3mm,双面腐蚀取腐蚀裕量 C22伽。1筒体的设计厚度为:Sd= S+C 2= 11.28+2=13.28mmSn = Sd +C 1 = 13.28+0.3=13.58mm对厚度进行圆整可得名义厚度为：n =14mm确定用n 14mm厚的Q345R钢板制作筒体。有效厚度 e n C2 C

18、111.7mm mm寸头壁厚计算本容器用标准椭圆封头，厚度根据公式:巳Dit20.5巳1其中各数据跟筒体相同,Pc Dit20.5巳=(2.12 X2000)/(2X189-0.5 X2.12)=11.25mm封头的设计厚度为：2Sd= S+C2= 11.25+2=13.25mm&二 8d+C 1= 13.25+0.3=13.55mm对厚度进行圆整可得名义厚度为：n =14mm确定用n14mm厚的Q345R钢板制作封头。有效厚度e n C2 Ci 11.7mm可见封头厚度近似等于筒体厚度，所以圆整后取S=14mm,有效厚度e 11.7mm试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容

19、器内的空气排尽，试验过程中，应保持容器外表面的干燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验。水压试验，液体的温度不得低于5 C；试验校核：材料 Q345R 的M=189Mpa,讦=189Mpa , P=2.12Mpa, os=345Mpa 。水压试验时的压力pT 1.25PJ-tPt=1.25 X2.12=2.65Mpa水压试验的应力校核： 水压试验时的应力1Pt Di e2.65 X ( 2000+11.7) /( 2 X 11.7 )=227

20、.82Mpa水压试验时的许用应力为0.9 s 0.9 345 310.5MpaT v 0.9 S故筒体满足水压试验时的强度要求。(2)支座结构尺寸确定1鞍座载荷计算：储罐总质量mm1 2m2m m«筒体的质量 m1 :查得圆筒体材料 Q345R密度p =7800 kg /m 3,筒体长度5.8m, 则质量：m1=冗DL & p=3.14 X2.0 X5.8 X0.014 X7800=3977.50kg封头的质量口2 :根据封头的名义厚度查阅文献可知封头质量为395.8kg水压试验时水的质量 m3:m 3=20 X1000=20000kg。附件的质量叫：人孔重245kg，补强圈

21、31.64kg，管法兰27kg，钢管7.721kg , 液位计16.47kg。m4=327.83kg所以设备总质量为m=3977.50+2 X395.8+20000+327.83=25096.93kg即G=mg=25096.93 X9.8=245.9kN每个鞍座所受支座反力F=122.95 kN座尺寸标准查阅文献根据筒体公称直径，选取公称直径 DN=2000mm, 120 °包角轻型(A)带垫板鞍式支座，允许载荷Q295kN>245.9kN，满足要求。由公称直径查文献得具体尺寸如下表2-5及图2-4图2-4鞍式支座结构尺寸图表2-5鞍座结构尺寸表公称直径DN2000腹板210垫

22、板430允许载荷Q/k29513295410N鞍座咼度h250筋板d190e80底板li128260螺栓间距1 211200b22038螺孔/螺D/24/纹lM20112垫板弧长210鞍座质量K1620g(3鞍座位置的确定双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外伸梁，由材料力学知，当外伸长度A=0.207L时，跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝对值相等，所以一般近似取A 0-2L ,其中L取两封头切线间距离，A为鞍座中心线至封头切线间距离。AW0.2L=0.2 X( 5800+25 X2)=1170mm当鞍座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强刚性的作用。为了充分利用这一加强效应因此当满

23、足 AW0.2L时，最好使 AW0.5R 0,即AW0.5R 0<0.5 X(1000+14 ) =507mm综合以上：取 A=507mmS=L-2A=5800+50-1000=4850mm,2.2.6 焊接接头设计及焊接材料的选取容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝和热影响区的总称。焊接接头的形式直接影响到焊接的质量与容器安全。(1 )焊接接头的设计本设计中，壳体上的所有纵向及环向接头、椭圆形封头上的拼接街头及壳体与封头的接头，即A、B类接头，必须采用对接焊，不允许采用搭接焊，且对接接头都为等厚度焊接。焊接接头坡口形式及尺寸：对接接头坡口形式及尺寸筒体壁厚为14mm，所以选

24、择X形坡口，适用于筒体上 A、B类接头，具体结构尺寸如下图2-5图2-5对接接头结构尺寸图接管与筒体连接接头坡口形式与尺寸接管与壳体及补强圈之间的焊接一般只能采用角焊和搭焊，具体的焊接结构还与对容器强度与安全的要求有关，有多种形式，涉及到是否开坡口、单面焊、焊透与焊不透等问题。本设计接管与筒体的连接有带补强圈与不带补强圈两种，查阅文献，结合本设计实际综合考虑，确定接头结构尺寸如下图2-6、图2-7图2-6不带补强圈接管与筒体连接接头结构尺寸图2-7带补强圈接管与筒体连接接头结构尺寸(2 )焊接材料的选取本设计采用手工电弧焊，其设备简单，便于操作， 适用于各种焊接，在压力容器制造中应用十分广泛，

25、钢板对接，接管与筒体、封头的连接等都可以采用。手工电弧焊的焊接材料是焊条，本设计材料主要为低合金钢和碳钢，需要用到低合金焊条和碳钢焊条，对于这二者的选用主要考虑如下因素：对低碳钢和低合金钢，要按等强度原则选择焊条，即要求焊缝与母材强度相等或基本相等，而不要求焊缝金属的化学成分与母材相同；当低碳钢与低合金钢之间、或不同种类的低合金钢之间进行焊接时，应选用与其中强度较低的钢材等强度的焊条进行焊接。Q345R钢板抗拉强度510640MPa16Mn无缝钢管抗拉强度 510660MPaQ235B钢板抗拉强度375500MPa查阅文献结合本设计实际综合考虑，所选用焊条如下表2-6表2-6焊条的选取材料Q3

26、45R16MnQ235-BQ345E501E501E4303R5516MnE501E501E430355Q235E430E430E4303-B332.3 强度校核231 计算条件钢制卧式容器计算单位太原理工大学计算条件简图设计压力p2.12MPa设计温度t50C筒体材料名称Q345RTTf封头材料名称Q345RI)封头型式椭圆形筒体内直径Di2000mm筒体长度L5800mm筒体名义厚度n14mm支座垫板名义厚度 rn10mm筒体厚度附加量C2.3mm腐蚀裕量Cl2mm筒体焊接接头系数1封头名义厚度hn14mm封头厚度附加量 Ch2.3mm鞍座材料名称Q235-B鞍座宽度b220mm鞍座包角e

27、120o支座形心至封头切线距离 A450mm鞍座咼度H250mm地震烈度八(0.2g)度232 内压圆筒校核内压圆筒校核计算单位太原理工大学计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图'计算压力P2TT2MPa设计温度 t50.00C3'内径D2000.00mm材料Q345R(板材)试验温度许用应力189.00MPa设计温度许用应力f189.00MPa试验温度卜屈服点345.00MPa'钢板负偏差C0.30mm腐蚀裕量C2.00mm焊接接头糸数厚度及重量计算计算厚度PcDi=2 tPc = 11.28mm有效厚度=-C -C = 11.70mm名义厚度=1

28、4.00mmB量3977.50Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值Pt = 1.25 P =2.65FTMPa压力试验允许通过的应力水平TT 0.90 s =310.50MPa试验压力下圆筒的应力T = pT.(Die) = 203622 e.MPa校核条件TT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力2 e七Pw=(q e) = 2.44113MPa设计温度下计算应力Pc(Die)t =2 e= 162.59MPat189.00MPa校核条件t > t结论合格233 封头计算左封头计算：左封头计算计算单位太原理工大学计算所依据的标准GB 150.3-2011实用标准文案

29、2精彩文档计算条件计算压力Pc2.10MPa设计温度t50.00C内径Di1800.00mm曲面深度hi450.00mm材料Q345R(板材)设计温度许用应力t189.00MPa试验温度许用应力189.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00椭圆封头简图压力试验类型试验压力值压力试验允许通过的应力试验压力下封头的应力校核条件校核结果形状系数压力试验时应力校核液压试验Pt = 1.25 Pc【= 2.63（或由用户输入）t 0.90310.50T = PT.(KDi 0.5 e) = 227.822 e.MPaMPaMPa合格厚度及重量计算K = 1 2

30、Di6 2h i1.0000实用标准文案计算厚度h =KPcD=11.25mm2 t0.5F>有效厚度eh =nh - Cl - C 2 =11.70mm最小厚度min =3.00mm名义厚度nh =14.00mm结论满足最小厚度要求重量395.82Kg压力计算2 f eMPa最大允许工作压力Pw=KDi 0.5 e=2.20485结论合格右封头计算:精彩文档右封头计算计算单位太原理工大学计算所依据的标准计算条件计算压力Pc2.12MPa设计温度t50.00C内径Di2000.00mm曲面深度hi525.00mm材料Q345R（板材）设计温度许用应力t189.00MPa试验温度许用应力1

31、89.00MPa钢板负偏差C10.30mmGB 150.3-2011椭圆封头简图实用标准文案精彩文档腐蚀裕量C22.00mm压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值Pt = 1.25 Pc = 2.65rrMPa压力试验允许通过的应力tT 0.90 s =310.50MPa试验压力下封头的应力T = P(KDi 0.5 e) = 227.822 e.MPa校核条件TT校核结果合格厚度及重量计算形状系数2K = 1 2 Di= 1.000062h i计算厚度KPcDih =2十 0.5FC = 11.28mm有效厚度eh = nh - C1 - C2= 11.70mm最小厚度min =

32、3.00mm名义厚度nh = 14.00mm结论满足最小厚度要求重量395.82Kg压力计算最大允许工作压力2 tePw=KDi 0.5 e = 2.20485MPa焊接接头系数1.00234 鞍座计算卧式容器（双鞍座）计算单位太原理工大学计算条件简图计算压力pc2.12MPa设计温度t50C圆筒材料Q345Rf鞍座材料Q235-B1丄TI圆筒材料常温许用应力189MPa圆筒材料设计温度下许用应力t189MPa圆筒材料常温屈服点345MPa鞍座材料许用应力sa147MPa工作时物料密度 °563kg/m3液压试验介质密度T1000kg/m3圆筒内直径 Di2000mm圆筒名义厚度n1

33、4mm圆筒厚度附加量c2.3mm圆筒焊接接头系数1封头名义厚度hn14mm封头厚度附加量 Ch2.3mm两封头切线间距离 L6850mm鞍座垫板名义厚度rn10mm鞍座垫板有效厚度re10mm鞍座轴向宽度 b220mm鞍座包角9120o鞍座底板中心至封头切线距离 A450mm封头曲面咼度hi525mm试验压力pt2.65MPa鞍座咼度H250mm腹板与筋板组合截面Asa积16880mm 2腹板与筋板组合截面断面系数Zr360302mm 3地震烈度8(0.2g)圆筒平均半径 Ra907mm物料充装系数o0.85一个鞍座上地脚螺栓个数2地脚螺栓公称直径20mm地脚螺栓根径17.294mm鞍座轴线两侧的螺栓间距1120mm实用标准文案地脚螺栓材料Q235-A235 开孔补强计算根据GB150当壳体开孔同时满足设计压力w 2.5MPa，两相邻开孔中心的间距不小于两孔直径之和的两倍，接管工程外径w 80mm ,且最小壁厚满足如下表 2-7要求时，可不另行补强。表2-7接管最小壁厚mm接管公称直径253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0经计算只有人