液氨储罐设计

1、目 录第一章 绪论.2设计任务.2设计思想.2设计特点.2第二章 材料及结构的选择与论证.3材料选择.3结构选择与论证.4第三章 设计计算.5筒体厚度设计.5封头壁厚设计.6水压试验及强度校核.6人孔并核算开孔补强.6核算承载能力并选择鞍座.7液面计选择.8压力表选择.9接口管选择.10设计小结.11第四章 主要参考资料12第一章 绪论1.设计任务综合运用所学的机械基础课程知识设计一个常温下储存液氨的储罐2设计思想综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可

2、循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。3设计特点容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。第二章 材料及结构的选择与论证(1)材料选择纯液氨腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20R、16MnR.这两种钢种。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板， 16MnR钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备

3、的计价，16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。（2）结构选择与论证(一) 封头的选择从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。(二) 人孔的选择压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄

4、组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性。通常可以根据操作需要,在这考虑到人孔盖直径较大较重,故选用碳钢水平吊盖人孔，人孔筒节轴线垂直安装。(三) 容器支座的选择容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。

5、但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。圈座一般对于大直径薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座简称支腿，因这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备（DN1600，L5m）。综上考虑在此选择双个鞍式支座作为储罐的支座。(四) 法兰型式法兰连接主要优

6、点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。甲型平焊法兰有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在较小范围内（DN300 mm -2000 mm）适用温度范围为-20-300。乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa-1.6 MPa压力等级中较大的直径范围，适用的全部直径范围为DN300 mm -3000 mm，适用温度范围为-20-350。 对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性。用于更高压力的范围（PN0.6 MPa-6.4MPa）适用温度范围为-20-45。法兰设计优化原

7、则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。法兰设计时，须注意以下二点：管法兰钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照HG5010或GB 9119GB 91126中的规定。(五) 液面计的选择液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在0250。但透光式适用工作压力较反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa，介质温度在0250的范围。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接，

8、分别用于不同型式的液面计。液面计的选用1玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。板式液面计承压能力强，但是比较笨重、成本较高。2玻璃板液面计一般选易观察的透光式，只有当物料很干净时才选反射式。3当容器高度大于3m时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受到限制，应改用其它适用的液面计。液氨为较干净的物料，易透光，不会出现严重的堵塞现象所以在此选用玻璃管液面计。第三章 设计计算(一) 筒体厚度设计p设计压力。储罐在夏季最高温度可达到目的40，查常温下液体饱和蒸气压表,这时氨的饱和蒸气压为1.55MPa(绝对压力)。取此压强的1.05倍,故取P=1.6 MPa作为设计

9、压力。=2200mm在操作温度-540的范围内,估计些筒体的厚度在16 mm 左右,为安全计=170 MPa(查钢制压力容器中使用的许用应力表)焊接接头采用V坡口双面焊接,采用局部无损检测,其焊接接头系数由焊接接头系数表查得=0.85壁厚附加量C，在钢制压力容器中，只考虑腐裕量，不计钢板厚度负偏差，单面腐蚀取=1 mm。2874筒体厚度 圆整后选取厚度为14 mm的16MnR钢板来制造筒体。(二) 封头壁厚设计按照教材公式计算内压椭圆形封头的壁厚S：采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同，因为封头的直径较大，需用两块钢板拼接毛坯，仍取焊缝系数=0.85。钢制压力容器规定封头的壁厚附加量C只考虑腐

10、蚀裕量，不计钢板厚度负偏差，也不考虑封头在热压成型时的壁厚减薄量，这个问题由封头制造工厂考虑，保证制成的凸型封头厚度符合图纸规定值，故仍取C1mm。封头壁厚 因此椭圆型封头的壁厚也是14mm（JB115473;材料与零部件）。(三) 水压试验及强度校核先按公式确定水压试验时的压力为：选取前两者中压力较大值作为水压试验压力为=2.0MPa水压试验时的应力14mm16MnR钢板在常压下的许用应力,故筒体满足水压试验时的强度要求(四) 人孔并核算开孔补强根据储罐是在常温下及最高工作压力为1.6 MPa的条件下工作,人孔的标准按公称压力为1.6 MPa等级选取，考虑到人孔盖直径较大较重,故选用碳钢水平

11、吊盖人孔(JB583-79)，公称直径450mm,凹凸法兰密封面（C型），该人孔结构中有吊钩和销轴，检修时只须松开螺栓将盖板旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖松取下。查得如下图水平吊盖人孔（JB583-7925;材料与零部件）各零件的名称、材料及尺寸如下：件号标准号名称数量材料尺寸/mm1筒节1Q235A2GB3076煤栓20A4直径×长度=M27×1203GB3076螺母20Q235AM274法兰1Q235AD=640，D1=5855垫片1=36盖1Q235AB1=42;b2=447吊环1Q235Ad=208转臂1Q235Ad=369吊钩1Q235A螺纹部分M2010GB

12、4176螺母2Q235A11GB9576垫圈1Q235A12环1Q235A外径d=50,内径d=3613无缝钢管111067×3.514支承板1Q235A=10另外,还要考虑人孔补强,确定补强圈尺寸,由于人孔的筒节不是采用无缝钢管,故不能直接选用补强圈标准。本设计所选用的人孔筒节内径为d=450mm,壁厚=10mm。故补强圈尺寸如下：查表得人孔的筒体尺寸为480×10，由标准查得补强强圈内公式=484mm,外径=760mm，不计焊缝系数的筒体计算壁厚开孔补强的有关计算参数如下：考虑腐蚀后的开孔内径d=+2×460+2×1=462补强区的宽度B2d=2&#

13、215;462=924mm接管的计算壁厚附加量补强区的外侧高度mm补强区的内侧高度mm由教材公式计算因开孔被削弱的金属面面积A：Ad×=462×10.4=4805由教材公式计算筒体超过承压所需的多余金属截面积（B-d）(-C1-)=(924×462)(14-1-10.4)=484=2h1(-c)- =2×67.97×（14-2.5）-3.24=1123若不计焊缝补强的金属截面面积，得补强金属截面面积为A-（）4805-（1123+484）3198由教材公式求得补强圈的厚度/(D2-D1)=3198/(760-484)mm=11.6mm由于考虑到

14、筒体的厚度为14mm,故选取补强圈为12mm厚的16MnR补强圈,其标记为:补强圈Dg450×12 JB 1207-73(五) 核算承载能力并选择鞍座首先粗略计算鞍座负荷储罐总质量式中罐体的质量，Kg水压试验时水的质量，Kg附件的质量，KgA.罐体质量筒体公称直径=2200 mm，那么每米长的容积为3.801 ，由材料与零部件查得封头容积=1.54/m，则 解得 L=4.97m 取 L=5m为宜。罐体的自重（材料与零部件）可查得，公称直径为2200壁厚为14mm的筒体每米长的重量为714Kg,封头的自重为616Kg，罐体自重为：=2×616+5×714=4802K

15、gB.水压试验时罐内的水重为=22100KgC. 其它附件质量人孔质量约为210Kg,其他附件重量约为200 Kg，共410Kg。于是，设备总质量为 =（22100+4802+410）Kg=27312 Kg其总重力Q为273.12KN，查材料与零部件得，公称直径为2200 mm，高度H200 mm的A型鞍座，其单个承载能力为179 KN >273.12/2 KN.故其承载能力足够。标记为：DN2200-AM-200 JB 1167-81 DN1600-AM-200 JB 1167-81 (六) 液面计的选择 液氨储罐常用玻璃液面计,由储罐公称直径2200选择长度为1000mm 液面计两支

16、，体材料(针形阀)为碳钢,体温型, 液面计接管为无缝钢管，液面计相配的接口管尺寸为: 25×3mm,平焊管法兰HG 5010-58 Pg16Dg20 液面计标记为：玻璃管液面计 AD L1000 HG 5-227-80 (七) 压力计选择（1）量程装在锅炉、压力容器上的压力表，其最大量程（表盘上刻度极限值）应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力的153倍，最好取2倍。若选用的压力表量程过大，由于同样精度的压力表，量程越大，允许误差的绝对值和肉眼观察的偏差就越大，则会影响压力读数的准确性；反之，若选用的压力表量程过小，设备的工作压力等于或接近压力表的刻度极限，则会使压

17、力表中的弹性元件长期处于最大的变形状态，易产生永久变形，引起压力表的误差增大和使用寿命降低。另外，压力表的量程过小，万一超压运行，指针越过最大量程接近零位，而使操作人员产生错觉，造成更大的事故。因此，压力表的使用压力范围，应不超过刻度极限的6070。  （2）测量精度压力表的精度是以允许误差占表盘刻度极限值的百分数来表示的。精度等级一般都标在表盘上，选用压力表时，应根据设备的压力等级和实际工作需要来确定精度。额定蒸汽压力小于2.45MPa的锅炉和低压容器所用的压力表，其精度不应低于25级；额定蒸汽压力大于2.45MPa的锅炉和中、高压容器的压力表，精度不应低于1.5级。 

18、（3）表盘直径为了使操作人员能准确地看清压力值，压力表的表盘直径不应过小。在一般情况下，锅炉和压力容器所用压力表的表盘直径不应小于100mm，如果压力表装得较高或离岗位较远，表盘直径还应增大。又考虑到液氨有一定腐蚀性,所以综合考虑选用隔膜压力表, 技术指标为：精度等级：(1.) 公称直径：50 接头螺纹：1.5 G1 测量范围：0-2.4Mpa (八) 接口管选择本储罐设有如下接口管a) 液氨进料管采用无缝钢管76×6mm (管壁加厚，具有补强作用).管的一端伸入罐切成45°,管长400 mm。配用凸面式平焊管法兰Pg16Dg65 GB9119.8-88b) 液氨出料管采用可拆的压出管76×4mm,伸入到罐内离罐底约100 mm,外套无缝钢管89×6mm(管壁加厚，具有补强作用),都配用凸面板式平焊管法兰（GB9119.8-88），凸面管法兰盖（GB9119.8-