液氨卧式储罐

1、前言本说明书为31却液氨储罐设计说明书。本文采用分析设 计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准， 按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对 储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管进行设计，然后采用1SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。目录 TOC o 1-5 h z 附：设计任务书2第一章绪论3（一）设计任务3（二）设计思想3（三）设计特点3第二章 材料及结构的选择与论证3（一）材料选择3（二）结构选择与论证3第三章设计计算5（一）计算筒体的壁厚5 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document （二）计算封

2、头的壁厚6 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document （三）水压试验及强度校核6 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document （四）选择人孔并核算开孔补强7（五）核算承载能力并选择鞍座9（六）选择液面计9（七）选择压力计10（八）选配工艺接管10第四章设计汇总11 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 第五章结束语12 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 第六章参考文献13第_章绪论（一）设计任务：针对化工厂中常见的液氨

3、储罐，完成主体设备的工艺设计和附属 设备的选型设计，绘制总装配图和零件图，并编写设计说明书。（二）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 章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。（三）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

4、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（一）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， 同等重量设备的计价，16MnR钢板为比较经济，且16MnR机械加工性 能、强度和塑性指标都比较号，所以在此选择16MnR钢板作为制造筒 体和封头材料。（二）结构选择与论证：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

5、， 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。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。人孔主要由简节、法兰、盖板和手柄组成。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。人孔的类型彳艮 多，选择使用上有较大的灵活

6、性，其尺寸大小及位置以设备内件安装 和工人进出方便为原则。通常可以根据操作需要在这考虑到人孔盖 直径较大较重，可选择回转盖对焊法兰人孔。法兰的选择：法兰连接主要优点是密封可靠、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 mm2000 mm)适用温 度范围为-20C300C。乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa1.6 MPa压 力等级中较大的直径范围，适用的全部直径范围为DN300 mm3000 mm，适用温度范围

7、为-20 C350C。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 MPa6.4MPa)适 用温度范围为-20C45C。法兰设计优化原则：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 固件设计参照原化学工业部于1997年颁布的钢制管法兰、垫片、 紧固件标准(HG20592HG20635-1997)的规定。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

8、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0250C。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0 250C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，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

9、，不会出现严重的堵塞现象，所以 在此选用玻璃管液面计。4.鞍座的选择：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。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 布。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

10、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。在此选择鞍式双支座，一个S型，一个F型。第三章设计计算（一）计算筒体的壁厚：因为液氨的储量为31m3,按原化工部1985年颁布实施的有关贮 罐尺寸和质量的行业标准（卧式椭圆形封头贮罐系列HG5-1580-85）, 取 D=2700mmiPc设计压力储罐的最高工作温度为40C，此时氨的饱和蒸汽压 为1.55MPa，取此压强的1.10倍作为设计压力，故P = 1.10 X 1.55 = 1.705 MP在操作温度-540C的范围内，估计筒体壁厚大约为16mm，在常 用容器钢板（管）许用应力表中按设计温度40C，板厚616mm 间插值取得2 =

11、 200.75 MP焊接接头采用V坡口双面焊接，采用全部无损检测其焊接接头系数由焊接接头系数表查得 =1.00钢板负偏差由钢板厚度负偏差表查得C=0.8 mm；液氨为轻 微腐蚀，腐蚀裕量由（壳体、封头腐蚀裕量表）查得C=2 mm。2液氨储罐是内压薄壁容器，按公式计算筒体的设计厚度为：5 = Pc Di + C = 1,705 X 2700 + 2 = 13.515 mmd 2b 叩P2 2 X 200 .75 X 1.00考虑到钢板负偏差，所以筒体厚度应再加上C即13.515+0.8=14.315根据钢板的厚度规格，查钢板的常用厚度表圆整为。n=16mm（二）计算封头的壁厚：封头的设计厚度采用

12、标准椭圆形封头，各参数与筒体相同。封头的设计厚度5 = + C =1,705 X 2700+ 2 = 13.515 mmd2b f 中一P 22 x 200 .75 x 1.00考虑到钢板负偏差，所以封头厚度应再加上C 即 12.515+0.8=14.315 mm根据钢板的厚度规格，查钢板的常用厚度表圆整为6 n=16mm，可见跟筒体等厚。（三）水压试验及强度校核：先按公式确定水压试验时的压力尸为：P = 1.25 P = 1.25 x 1.705 = 2.13 MPa 1c 9 tP = P + 0.10 = 1.705 + 0.10 = 1.805 MPa选取两者中压力较大值作为水压试验压

13、力，即叫=2.13 MP，ta水压试验时的应力为P (D +5 )2 5 9e=P (D +5 )2 5 9e=218 .91MPa2 x (16 0.8 2) x 1查表得厚度为16mm的16MnR钢板的钢材屈服极限，=345 MP sa故在常温水压试验时的许用应力为0.9。 = 0.9 x 345 = 310 .5MP故。0.9。因此满足水压试验要求选择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1.705MPa的条件下工作， 人孔的标准按公称压力为2.5 MPa等级选取，考虑到人孔盖直径较大 较重，故选用水平吊盖人孔(GH21524-2004)，公称直径450mm 突面 法兰密

14、封面。该人孔标记为：人孔RF IV(AG)450-2.5 GH21524-2004另外，还要考虑人孔补强确定补强圈尺寸,由于人孔的简节不是采 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 = 450 mm，壁厚8二吨查表得人孔的筒体尺寸为480X 10,由标准查得补强圈尺寸为：内径D=484外径D=760开孔林强的有关计算参数如下：筒体的计算壁厚：8 = 一PCDi一 =1.705 x 2700= 11.515 mm2。叩-P2 x 200 .75 x 1 - 1.705c计算开孔所需补强的面积A：开孔直径：d = di + 2C = 450 + 2 x (0.8 +

15、 1) = 453 .6mm补强的面积：a = d -8 = 453 .6 x 11 .515 = 5223 .204 mm 2有效宽度：B = 2 - d = 2 x 453 .6 = 907 .2mmB = d + 2 -8n + 2 -8m = 453 .6 + 2 x 16 + 2 x 10 = 505 .6mm取最大值B=907.2mm有效高度：外侧高度h =*代 =，：453 .6 x 10 = 67 .35 mm或 =接管实际外伸高度 =250 mm两者取较小值67.35mm内侧高度h = Jd .8 =山53 .6 x 10 = 67.35mm或h =接管实际内伸高度=0 mm

16、2两者取较小值h = 0 mm2筒体多余面积A1：筒体有效厚度广气一 C = 16 - 1.8 = 14.2 mm选择与筒体相同的材料(16MnR)进行补偿，故f =1,所以A = (B - d)(8 -8 ) - 2 8 (8 - 8 )(1 - f=(907 .2 - 453 .6)(14 .2 - 11 .515 ) - 2 x 10 x (14.2 - 11 .515 )(1 - 1)=1 2 1.9 1 mm 21.705 x 453 .6接管计算厚度8接管多余金属的截面积A1.705 x 453 .6接管计算厚度8=1.93 mm2 x 200 .75 x 1 - 1.705A =

17、 2 - h (8 8 ) f + 2 - h (8 C ) f21 et t y2 et2 y=2 - h (8 C - 8 ) f + 0=2 x 67.35 x (10 1.8 1.93)=844 .569 mm 2补强区内焊缝截面积A3：A = 2 x - x 10 x 10 = 100 mm 232有效补强面积A :eA = A. + A + A = 1217 .916 + 844 .569 + 100 = 2162 .485 mm 2 因为a 403.9168Kn，故其承载能力足够。标记 为：支座 Dg2008 A JB/T 4712-1992（六）选择液面计：液氨储罐常用玻璃液面

18、计，由储罐公称直径2700选择长度为 2000mm液面计二支，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：$32 x3.5mm平焊管法兰HG 5010-58 Pg16Dg25液面计标记为：玻璃管液面计 AIDL-1200 HG 5-227-80（七）选择压力计：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1.53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

19、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%。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2.5级； 额定蒸汽压力大于2.45MPa的锅炉和

20、中、高压容器的压力表，精度不 应低于1.5级。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。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：（i6）公称直径：$ 50接头螺纹：15G1测量范围：2.4MPa（八）选配工艺接管：本储罐设有如下接口管1.液氨进料管采用无缝钢管YB231-70 $ 76X4mm，管的一端伸入罐切成45 ,管长400 mm。配用凸面式平焊管法兰HG 5010-58 Pg16Dg25液氨出料管采用可拆

21、的压出管 76 X 4mm,伸入到罐内离罐底约100 mm,外套 无缝钢管 89X6mm(管壁加厚，具有补强作用)，都配用凸面板式平焊 管法兰(HG 5010-58 Pg16Dg25)，凸面管法兰盖(GB9123.9-88)和 石棉橡胶垫片(GB9126.2-88)。排污管在罐的右端最底部设个排污管，规格炖76 X4mm，管端焊有与 截止阀相配的管法兰HG 5010-58 Pg16Dg7Q排污管与罐体连接处焊 有一厚度为10mm的补强圈.安全阀接口管安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用/6 X 4mm的 无缝钢管，管法兰HG 5010-58 Pg16Dg70压力表接口管压力表接口管由最大工作压力决定，因此选用采用 57X 3.5mm 无缝