32立方米液氨储罐课程设计

1、?过程设备设计?课程设计说明书 设计题目：32M液氨储罐设计学 院：化学化工学院班 级：化学工程与工艺1101班姓 名：宋旭杰学 号：2021002248指导老师：晁攸明目 录设计任务书 1课程设计内容 5 工艺设计 5一、设计压力确实定 5二、设计温度确实定 6 机械设计 6一、结构设计 6 设计条件 6 结构设计 7 1、压力容器选择 7物料的物理化学性质压力容器的类型压力容器的用材 2、筒体和封头的结构设计 8筒体公称直径和筒体长度确实定椭圆形封头内外表积、容积 3、各个接管的位置及法兰的选择 9接管的设计法兰的设计垫片的选择 4、人孔的选取12 5、液面计的设计14 6、鞍座的计算14

2、筒体的质量封头的质量液氨的质量附件的质量确定鞍座类型鞍座安装位置确定 7、焊接接头设计16回转壳体的焊接结构设计接管与壳体的焊接结构设计带补强圈的接管的焊接结构强度计算17 容器的筒体和封头壁厚的设计18 1、筒体名义厚度的初步确定18 2、封头壁厚的计算18 开孔补强计算19 1、补强设计方法判别19 2、有效高度确实定20 3、有效补强面积20 4、接管的多余面积20 强度校核21 1、容器的水压试验21 2、圆筒切向剪应力计算并校核22一、设计任务书32M液氨储罐设计课程设计要求及原始数据资料课程设计根本要求按照国家压力容器设计标准、标准设计要求，掌握典型过程设备设计的过程。设计计算采用

3、手算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠。工程图纸要求计算机绘图。独立完成。原始数据表1 设计条件表序号工程数值备注1名称液氨储罐2用途液氨储存30最高工作压力MPa由介质温度确定43工作温度 C-20505公称容积M6工作压力波动情况可不考虑7装置系数f8工作介质液氨中毒危害9使用地点太原市，室外课程设计主要内容设备工艺设计设备结构设计设备强度设计技术条件编制绘制设备总装配图6、编制设计说明书学生应交出的设计文件论文 1、设计说明书一份 2、总装配图一张折合A1图纸一张二、课程设计内容 课程设计内容包括工艺设计和机械设计两局部工艺设计 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

4、求，通过计算和选型确定设备的轮廓尺寸。其中设计储量： 式中 f =0.85 V =32m由表2得：t =563/m故 W32表二 液化气体饱和蒸汽压及饱和液密度温度-15103050饱和蒸汽压MPa绝压氨饱和液密度Kg/m氨658625595563设计压力确实定设计压力应根据最高工作压力来确定。对于盛装液化气体的压力容器，可根据?固定式压力容器平安技术监察规程?TSG R0004-2021中条例3.9.3来确定： 经查表2得50下液氨饱和蒸汽压绝压为2.030MPa。工作压力 EQ pa 液柱静压力为： ，于是忽略了液柱静压力的影响，得到 二、设计温度确实定 根据液氨储罐工作温度为-2050

5、选择设计温度t=50 机械设计机械设计包括结构设计和强度计算两局部 一、结构设计 设计条件表3 结构设计条件表工程内容备注工作介质液氨工作压力 MPa由介质温度决定设计压力 MPa工作温度 -2050设计温度 50公称容积Vgm32计算容积V计m32工作容积V工m装量系数f介质密度tt/m材质Q345R保温要求无其他要求无表4 管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称aDN80HG/T20592-2021FM液氨入口bDN80HG/T20592-2021FM液氨出口cDN40HG/T21518-2005FM气氨出口管dDN25HG/T20592-2021FM放空口eDN32HG/

6、T20592-2021FM排污管fDN80HG/T20592-2021FM平安阀接口gDN25HG/T20592-2021FM压力表借口hDN500HG/T20592-2021MFM人孔kDN20HG/T20592-2021FM磁性液位计 结构设计 化工设备的结构设计包括设备承压壳体一般为筒体和封头及其零部件的设计。设备零部件包括支座、接管和法兰、人孔和手孔、液面计、视镜等。我国已经制订了化工设备通用零部件的系列标准，设计时可根据具体设计条件按照附录中给出的相关标准进行选用。 1、压力容器选择 a物料的物理化学性质 氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，为运输及储存便利，通常，将气态的氨气通过加

7、压或冷却，得到液态氨。液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈的刺激性气味，液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，且容易挥发，采用钢瓶和槽车装运。 b压力容器的类型化工设备的主体是压力容器，容器的强度决定着设备的平安性，为了加强压力容器的平安监察，保护任命生命和财产的平安，国家质量监督局公布了压力容器平安技术监察规程这是一部对压力容器平安技术监督提出根本要求的法规，压力容器设计、安装、使用、检验、修理和改造等单位必须遵守的法规，为了有利于平安技术监督和管理，压力容器平安技术监察规程将其管辖范围内的压力容器划分为三类，分别为第一类压力容器、第二类压力容器和第三类压力容器。本次设计压力容器中的介

8、质为液态氨，属于中度危害，是第二组介质且设计压力为中压，所以将其划分为第二类压力容器。 c压力容器的用材 正确选择材料对于保护设备的平安使用和降低本钱是至关重要的。压力容器用材料包括容器及压壳体用钢和设备零部件用材料，零部件有受压元件如接管、法兰和非受压元件如支座，所用材料涉及钢板、钢管、锻件、型钢及钢棒等。 压力容器受元件用钢应符合GB150?钢制压力容器?中的有关规定，对于非受压元件用钢，当与受压元件焊接时，也应是焊接性能良好的钢材。压力容器通常采用钢板经过成型焊接而成，法兰视具体情况可采用钢板或锻件，螺栓和螺柱应采用钢棒，接管一般应采用无缝钢管，支座所用材料涉及钢板，型钢及钢管，因为使用

9、温度在-2050，设计压力为，所以选用Q345R，封头采用标准椭圆形封头，同样采用Q345R。采用16Mn为钢管的材料。 2、筒体和封头的结构设计 a筒体公称直径和筒体长度确实定：筒体直径一般由工艺条件决定，但是要符合压力容器的公称直径。标准椭圆型封头是中低压容器经常采用的封头形式。封头公称直径必须与筒体的公称直径相一致。公称体积Vg=32m 那么根据公式 取L/DN = 4 计算得Di=2168mm 圆整得Di=2200mm 由 得 b 椭圆形封头内外表积、容积： 查GB/T25198-2021?压力容器用封头?中EHA椭圆形封头内外表积、容积，如下表：表5 EHA椭圆形封头内外表积、容积公

10、称直径DN/mm总深度H/mm内外表积A/m容积V封/m2200590 整个储罐体积V=Vg+2V封 ，装量系数为0.85，得，即 解得L=7605mm，圆整后L=7610mm 故符合要求 3、各个接管的位置及法兰的选择 a接管的设计：各物料进出管及检测仪表等接管内伸形式为插入式。 开孔：液氨入口DN80，液氨出口DN80，气氨出口DN40，放空口DN25，排污管DN32，平安阀口DN80，压力表接口DN25。 由?输送流体用无缝钢管?查得各管的外径以及壁厚；外伸的尺寸由实际工程决定；对于液氨的入口管，其伸进的管长应大于筒体中心线的100-200mm,进料管伸进设备内部并将管口的一端切成450

11、 ，为了是防止物料沿设备内壁流动,减少磨蚀和腐蚀并且为了在短时间内将物料注满容器。液氨入口液氨出口气氨出口放空口排污管平安阀接口压力表接口DN80804025328025外径B系列89894532388932壁厚6646安装位置上部下部上部上部下部上部上部外伸尺寸150150150150150150150内伸尺寸130000000 0数量1111111伸出量质量 Kg接管法兰型号HG/T 20592 WN80(B)-4.0 FM S=4 16MnHG/T 20592 WN80(B)-4.0 FM S=4 16MnHG/T 20592 WN40(B)-4.0 FM S=4 16MnHG/T 20

12、592 WN25(B)-4.0 FM S=3.5 16MnHG/T 20592 WN32(B)-4.0 FM S=3.5 16MnHG/T 20592 WN80(B)-4.0 FM S=6 16MnHG/T 20592 WN25(B)-4.0 FM S=3.5 16Mn 表6 各接管设计表 两相邻开孔中心的间距对曲面间距以弧长计算应不小于两孔直径之和的两倍，其他管口如液相出口管，平安阀接口，压力表接口，气相管，放气管，排污管等管间的间距均由下述来设计并计算： 上部：人孔，平安阀接口，气氨出口，放空口，液氨入口，压力表，人孔平安阀接口中心线与人孔中心线间距:气氨出口中心线与平安阀接口中心线的间距

13、:放空口中心线与气氨出口中心线的间距:液氨入口中心线与放空口中心线的间距:液氨入口中心线与压力表中心线的间距:压力表中心线与人孔中心线间距:下部：排污管和液氨出口管：液氨出口管中心线与焊缝间距：2000mm排污管中心线与焊缝间距：3020mm b法兰的设计：法兰设计可根据法兰标准进行选型设计，也可按GB150相关条款进行设计。法兰有压力容器法兰和管法兰，二者属相同的标准体系。设计内容如下： 根据设计压力、操作温度和法兰材料决定法兰的公称压力PN；水压实验的压力PT=MPa，因此选择高一级别的公称压力，因此PN= 根据公称直径DN、公称压力PN及介质特性决定法兰类型及密封面型式，法兰选带颈对焊法

14、兰标准HG20954 带颈对焊钢制凹凸面法兰表7 PN40带颈对焊钢制管法兰及密封面尺寸公称尺寸钢管外径连接尺寸法兰厚度法兰颈法兰高度DNA1DKLnThCNSH1RH253211585144M12184664403238140100184M16185666424045150110184M16186476458089200160188M162410512858 mm c垫片的选择：根据温度、压力及介质腐蚀性选择垫片材料 石棉橡胶垫片的使用条件 P4.0MPa t的范围为-40 0C290 0C 所以选用石棉橡胶垫片 表8 垫片尺寸公称通径DN垫片内径D1垫片外径D2垫片厚度T253271232

15、38822404592280891422 4、人孔的选取 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、盖板和手柄组成。一般的人孔有两个手柄。人孔选择回转焊带颈法兰人孔，根据储罐在常温下及高温工作压力为MpaMpaMpa等级选取，公称直径为500mm，凹凸面法兰密封面。由于此卧式容器筒体长度大于等于6000mmm时，应设置2个人孔 表9 回转盖带颈对焊法兰人孔明细表件号标准号名称数量材料1筒节116MnR2HG20613等长双头螺柱2035CrMoA3螺母4035CrMo4HG20595法兰116MnII5HG20606垫片1非金属平垫6HG20601

16、法兰盖116MnR7把手1Q235 -AF8轴销1Q235 -AF9GB/T91销2Q21510GB/T95垫圈2100HV11盖轴耳1A1Q235 -AF12法兰轴耳11Q235 -AF13法兰轴耳21Q235 -AF14盖轴耳21Q235 -AF查表得回转盖带颈平焊法兰人孔的各零件名称、材料及尺寸：表10 回转盖带颈平焊法兰人孔的尺寸总质量530*14755670430225300575257290132498400kg ：人孔的壁厚，：人孔的公称直径，：筒体壁厚，：筒体公称直径 故L1=840mm 5、液面计的设计 1根据罐内水压试验压力选取压力等级为4MPa。 2选普通型，外加保温层的

17、液位计。 3中心距L的选择： 液位： 液位计位置在处： 取的液位计 4材质选择：0Cr18Ni9304。 5 介质 。 6采用规格为DN20的接管 外伸120，内伸0。 7采用带对焊法兰，法兰规格为DN20，密封面型式采用突面。 6、鞍座的计算首先估算鞍座的负荷。储罐的总质量： 式中：m1为筒体质量kg，m2为封头质量kg，m3 为水质量kg，m4为附件质量kg。 a筒体的质量m1 DN=2200mm，的筒节，Q345的密度为7.83*1000千克/立方米V=(D+2n)2-D23 故 b封头的质量m2DN=2200mm，故 c液氨的质量m3，m3=W 为水在500C时候的密度为1000kg/

18、m3。 d附件的质量：人孔约重2400+36.3=872.6kg ，其他接口管、法兰的总重约为50kg。那么：m4 e经过上述计算得：由于每个鞍座承受约148kN负荷，应选用轻型带垫板包角为1200的鞍座，即JB/T4712.1-2007鞍座A2200-F,材料Q345R和JB/T4712.1-2007鞍座A2200-S,材料Q345R表11 A型支座系列参数尺寸 JB/T4712.1-2007公称直径DN允许载荷kN高度H底板腹板筋板垫板螺栓配置弧长质量2200405250158024014102452082902570500101001380160 f鞍座安装位置确定 双鞍座卧式容器的受力

19、状态可简化为受均布载荷的外伸梁，由材料力学知，当外伸长度时，跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，所以通常取尺寸A不超过0.2L值，中国现行标准JB 4731?钢制卧式容器?规定A0.2L=0.2L+2h+2，A最大不超过0.25L.否那么由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。 由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。假设支座靠近封头，那么可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB 4731还规定当满足A0.2L时，最好使A m,即 ，取A=550mm综上有：A=550mm。 7、焊接接头设计

20、容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝,熔合线和热影响区的总称，焊缝是焊接接头的主要局部。焊接接头的型式直接影响到焊接的质量与容器的平安。焊接接头的型式及焊接材料应在化工设备的装配图及零部件图中以适当的方式表示出来。 a回转壳体的焊接结构设计回转壳体的拼接接头必须采用对接接头，壳体上的所有纵向及环向接头，凸形接头上的拼接接头，即A，B类接头，是容器要求最高的焊缝，对容器的平安至关重要，必须采用对接焊，不允许采用搭接焊.对接焊易于焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。此采用Y型对接接头。 b接管与壳体的焊接结构设计 接管与壳体及补强圈之间的焊接一般只能采用角焊和

21、搭焊，具体的焊接结构还与对容器的强度与平安的要求有关，涉及到是否开坡口，单面焊与双面焊，焊透与否等问题。中低压容器不需另作补强的小直径接管可直接插入壳体所开孔内，有平齐式和内伸式两种。插入出接管与壳体总有一定间隙，但此间隙不大于3 mm，过大的间隙在焊接收缩时易产生裂纹或其他焊接缺陷。 c带补强圈的接管的焊接结构补强元件的补强圈，一方面要求尽量与补强出的壳体贴合紧密，另外与接管与壳体之间的焊接结构设计也应力求完善合理。 二、强度计算 容器的筒体和封头壁厚的设计 1、筒体名义厚度的初步确定： 筒体设计选用616 mm厚度的Q345R，50下其许用应力189MPa。计算厚度 ：式中， 计算压力，M

22、Pa；圆筒内直径，mm；容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa；圆筒的焊接接头系数双面对接焊缝，100%无损检测那么计算厚度 由于液氨有一定的腐蚀性，故属于单面腐蚀，取。那么设计厚度根据GB3531，负偏差名义厚度即：=16mm14.38+0.30=14.68mm 2、封头壁厚的计算本设计采用标准椭圆封头2:1即：K形状系数=1.0。式中根据公式，封头的设计壁厚为： 查表：取钢板的负偏差，那么筒体的名义壁厚为：。标准规定以内径为公称直径的标准椭圆形封头(代号EHA)的直边高度只与公称直径有关：DN2000mm时,直边高度为25mm；DN2000mm时,直边高度为40mm。由于所设计的筒体公

23、称直径DN=2200mm2000mm，所以直边高度为h=40mm， 开孔补强计算 1、补强设计方法判别 接管直径d=d接+2c2=500+21.50=503 故可以采用等面积法进行开孔补强计算。此开孔补强所用材料选用Q345R,其负偏差C1=，腐蚀欲量C2=1.5，接管的许用应力=187MPa, 计算压力p=。 削弱系数fr =0.9 C=C1+C2 筒体的壁厚16 消弱的金属面积 = 503=6512(mm2) =503+2559(mm) B2=2503=1006(mm)B的值是两者中的大者 那么 B=1006(mm) 2、有效高度确实定 a外侧有效高度确实定 b内侧有效高度确实定 ， 3、有效补强面积 筒体多余面积 =(1006-503) =661(mm2) 4、接管的多余面积 a接管计算壁厚 b焊缝金属截面积 焊角取 A1+A2+A3=1687(mm2) A4=A- (A1+A2+A3)=4825(mm2) 因为 那么开了人孔后需要加补强圈 查表可知补强圈的D=840mm d=510mm 补强圈的厚度 圆整后取得 那么所选择的的补强圈的标记为50014-D-Q345R JB/T 4736 强度校核 1、容器的水压试验