卧式液氨储罐课程设计说明书

卧式液氨储罐课程设计说明书设计任务：针对化工厂中常见的卧式液氨储罐，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。本次设计的卧式液氨储罐的工艺尺寸为：储罐径D=1000mm，罐体（不包括i封头）长度L=1200mm，使用地点：新疆。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，这样设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，综合的进行设计。设计特点：容器的设计一般由筒体,封头，法兰，支座，接管等组成。常，低压化工设备通用零部件大都有标准，设计师可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的筒体，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使用标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理的进行设计。材料选择根据本次课程设计的安排和要求，本次设计采用Q235-C号钢。所以在此选择Q235-C钢板作为制造筒体和封头材料。结构选择4.2.1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。4.2.2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(DN<1600,LW<5m)。综上考虑在此选择鞍式支座作为储罐的支座。4.3法兰型式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PN0.25MPa0.6MPa1.0MPa1.6MPa，在较小围(DN300mm-2000mm)适用温度围为-20oC-30oC。乙型平焊法兰用于PN0.25MPa-1.6MPa压力等级中较大的直径围，适用的全部直径围为DN300mm-3000mm适用温度围为-20°C-350°C。对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性。用于更高压力的围(PN0.6MPa-6.4MPa)适用温度围为-20°C-45°C。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HG20592~HG20635的规定。4.4液面计的选择液面计是用以指示容器物料液面的装置，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0~250°C。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0~250oc的围。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4.4.1玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料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。4.4.2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。4.4.3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。

五、结构计算5.1罐体壁厚设计本储罐选用Q235-C制作罐体和封头，壁厚5根据式（12-5）计算：只「PD2门i】Pc本储罐在夏季最高温度（按46°c考虑）时氨的饱和蒸汽压为1.8MPa（绝对压力），储罐上需要安装安全阀，故取Pc二1.98MPa【《容规》规定液氨储罐设计温度为46C,设计压力为1.98MP,aDi二1000mm,二125MPa,1-°（双面焊接接头，100%无损检测，表12-8）取C2=2mm,于是：5=3%1000〜7.982x125x1.0-1.985=5+C=7.98+2=9.98mmd2根据5d=9.98mm由表12-9查得C1=°25mm,又该值小于名义厚度的6%，所以钢板负偏差可以忽略不计为0。5+C=9.98+0=9.98mmn1圆整后5n=10mm因此确定选用5n=10mm厚的Q235-C钢板制作的罐体。注.：计算压力P为c饱和蒸压的1.05-1.1倍，本次计算按1.1计算。

5.2封头厚度设计5.2.1计算封头厚度厚度5按（12-21）计算：6_2&0.5Pc1.0钢板最大厚度为3m,该储罐直径为1.05m，故封头需将钢板拼焊后冲压成型。乂1.98x1000讣6=沁7.95mm于是：2x125x1-0.5x1.98同上：C=C+C=0+2=2mm故：6+C=7.95+2=9.95圆整后取6n=10mm确定选用6=10mm厚的Q235C钢板制作封头。5.2.2校核罐体与封头水压实验强度P（D+6）—c=——i丄＜0.9忙根据公式（12-18）：t26eS式中P=1.25P=1.25x1.98=2.475MPa6=6一C=10一2=8mmenc=235MPasc=2・475x（100°+8）=155.93MPa则丁2x8而0.90=0.9x1.0x235=211.5MPa因为c兀0.9忙，所以水压强sts度足够

5.3选择人孔并核算开孔补强设置人孔和手孔是为了检查设备和便于安装与拆卸设备部构件。为检查设备使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷，应开设检查孔；当设备径500mm兀D<1000mm时，至少开设1个①400i的人孔或两个0100的手孔。本次设计的储罐设计压力为1.98MPa，根据下表，得出结论可采用帯颈对焊法法兰人孔。人孔类型公称压力MPa公称直径mm板式平焊法法兰人孔0.6400450500600板式平焊法兰人孔或帯颈平焊法法兰1.04004505006001.6400450500600帯颈对焊法法兰2.54004505006004.0400450500600人孔公称直径选定为400mm采用榫槽密封面(TG型)和石棉橡胶垫片。该帯颈对焊法法兰人孔的标记为：人孔RF(AG)450-2.5GH21524-2004PD2PD2存0二Pc二7.98mm1.98x二7.98mm2x125x1-1.98计算开孔所需补强的面积A：开孔直径：d二d+2C二400二2x2二404mmi补强的面积：A=d8=4047x7.98=3223.92mm2有效宽度:B二2d=2x404二808mmB=d+28+28=404+2x10+2x10=4444mmnm取最大值：B=808有效高度：外侧高度：h=,d=七：404x10二63.56mm1m

或h=接管实际外伸高度=250mm1两者取较小值h=63.56mm1侧高度：h=Jd•§=J404x10=63.56mm2m或h二接管实际內伸高度=02两者取较小值h=0mm2筒体多余面积A:1筒体有效厚度：5=6—C=10—2=8mmen选择与筒体相同的材料Q235-C进行补偿，故f=1，所以rA=(B—d)(6—5)—26(5—5)(1—f)1emer=(808—404_)(8—7.98)—2x10(8—7.98)(1—1)=8.08mm2接管多余金属的截面积A2P•d接管计算厚度5=「；丄dQ-Pc1.98x4042”==3.23mm2x125x1—1.98A=2h(5—5)f+2h(5—C)f1ettr2et2r=2x63.56x(10—2—3.232)x1=606.36mm2补强区焊缝截面积A3A=2x—x10x10=100mm22有效补强面积AeA=A+A+A=8.08+606.3.6+100=714.44mm2e123因为A<A所以需要补强e

(9)所需要补强截面积A4A二A—A二3223.92—714.44二2509・48mm24e(10)补强圈厚度6'：(补强圈内径D二434外径D二650)i0.、A2509.48[[<6'>4——==11.6mm2D—D650—4340i考虑钢板负偏差并圆整实取补强厚度12mm,补强材料与壳体材料相同，制造便于备材。5・4储罐零部件的选取5.4.1储罐支座此容器为卧式储罐压力容器，本次设计采用鞍式支座首先粗略计算鞍座的负荷储罐总质量mm=m+m+m+m1234m罐体质量1m封头质量2m液氨质量3m――附件质量45・4・2罐体质量m1D=1000mm,6二10mm,L二1200的筒节im二兀D6Lp二3.14x(1000+10)x10x1200x7850二299kg1i5・4・3封头质量m2D=1000mm,6=10mm，直边高度h=25mm的标准椭圆形封头，n其质量：m，=0.35兀D26pin=0.35x3.14x10002x10x7850=86kg(JB/T4746-2002),注：《容规》规定：介质为液化气体的固定式压力容器，装量系数一般取0.9注：V参照p♦…珪寸二"..-244表12-24

所以：m二2m，二2x86二172kg225・4・4液氨质量m3m=Qvp,3其中，装量系数为0.9兀314封头体积：V-D3--x10003-0.13m3封24i24兀314筒体体积：V-D2L-•x10002x1200-0.942m3筒4i4储罐容积：V-2V+V-2x0.13+0.942-1.2m3储封筒液氨在-20°C时的密度为665kg/m3则：m-pVQ-0.9x665x1.2-719.41kg3氨氨5・4・5附件质量m4人孔质量约200kg，其他接管等质量总和按150kg计。于是，m-350kg。储罐总质量：m-m+m+m+m1234=299+172+719.4+350=1540.4(kg)F-mg-1540.4x9.81-7.6(KN)22每个鞍座只承受7.6KN负荷，根据附录12,可以选用轻型带垫板，包角为1200的鞍座，即JB/T4712-92鞍座A2600-FJB/T4712-92鞍座A2600-S六、接管的选取6.1液氨进料管6.1.1接管的计算厚度为：只PD1.98x478、十o二c_0二二3.75mmt2匚』0+P2x125x1+1.98c开孔直径为：d=q+2C=(478一12x2)+2x2=458mm6.1.2开孔有效补强宽度B,有效补强高度的确定接管有效补强宽度为：B=2d=2x458=916mm接管外侧有效补强高度为：h=：do=<458x10=68mm1'nt6.1.3需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积的计算需要补强的金属面积为A=do=458x7.95=3641(mm2):可以作为补强的金属面积为：A=(B-d)(0-0)=(916-458)(16-7.95)=3687TOC\o"1-5"\h\z1eA=2h(0—0)©=2x68x(16-3.75)x1.0=1666mm221ettA=A+A=3687+1666=5353mm2e12比较A与A,A(=5353mm2)A(=3641mm2)，同时考虑接ee管与壳体焊缝面积A之后，该开孔接管补强的强度足够。36.2平衡口管平衡口采用045x2.5mm无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要补强SD-RF45T.6HG20594

6.3液位指示口管液位指示口采用©57x3.5mm无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要补强SD-RF57T.6HG205946.4放空口管放空口采用©32x3.5mm无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要补强SD-RF32-1.6HG205946.5液体进口管液体进口采用©45x2.5mm无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要补强SD-RF45-1.6HG205946.6液体出口管液体出口采用©45x2.5mm无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要补强SD-RF45-1.6HG20594七、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1.5〜3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，压力表的使用压力围，应不超过刻度极限的60〜70%。（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2.5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。（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：（1.6）公称直径：50接头螺纹：1.5G1测量围：0-2.4Mpa八、符号说