15立方米液氨储罐杨砺

指导教师；刘俊明目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、设计条件表 3\o"CurrentDocument"二、设计数据表 3\o"CurrentDocument"三、焊缝结构及无损检测 3四、管口表 4\o"CurrentDocument"五、封头设计 4\o"CurrentDocument"六、筒体长度确定 5七、设备的材料及其厚度计算 5\o"CurrentDocument"八、卧式容器应力校核 7九、开孔及开孔补强 8\o"CurrentDocument"十、零部件设计 9\o"CurrentDocument"1、支座设计 9\o"CurrentDocument"2、人孔其法兰设计 10\o"CurrentDocument"3、安全阀接口管及其法兰设计 10\o"CurrentDocument"4、液氨出口接管及其法兰设计 115、放空口接管及其法兰设 11\o"CurrentDocument"6、液氨入口接管与其法兰设计 117、压力表接管及其法兰设计 12\o"CurrentDocument"8、气氨出口接管及其法兰设计 129、排污管及其法兰设计 12\o"CurrentDocument"10、液位计及其法兰的选择 13十一、焊接接头设计 13\o"CurrentDocument"十二、参考资料 14\o"CurrentDocument"十三、结束语 15一、设计条件表序号项目数值单位备注3最高工作压力1.91MPa由介质温度确定4工作温度50°c具体值安储存介质形式定5公称容积(V)g15M37装量系数0.858工作介质液氨9使用地点太原市，室外设计数据表设计技术条件及数据监察规程TSGR0004制造技术条件JB/T4731设计规范JB/T4731-2005,GB150焊接规程JB/T4709容器类别第三类压力容器无损检测标准JB/T4730介质液氨介质特性中度危害工作温度 °C50腐蚀裕量mm2设计温度 C50焊接接头系数1.0工作压力MPa1.76全容积15.0设计压力MPa1.9装量系数0.85全阀开启压力MPa1.9保温层厚度/防火层厚度mm最大允许工作压力Mpa1.91主体材料与供货状态16MnR，热轧水压试验压力(卧式)Mpa2.38设备净质量 kg2985气密性压力试验 MPa1.9设备空质量kg2985管口及支座方位按本图操作质量11420接地要求接地充水后质量kg17930三、焊缝结构及无损检测焊接接头类别无损检测检测率方法-合格级别标准备注A/B类100%RT-IIJB/T4730.2-2005类DCB、D、E、SV、PI接管与壳体的焊接100%MT-IJB/T4730.3-2005外表面A、C接管与壳体的焊接100%MT-IJB/T4730.3-2005外表面人孔补强圈与壳体的焊接100%MT-IJB/T4730.3-2005外表面1•法兰与接管的焊接按相应法兰标准中的规定。2•采用焊条电弧焊时，焊接材料选用：16MnR之间J506(E5016),20之间J426(E4316),16Mn与20之间J422(E4303)。管口表符号公称尺寸公称压力连接标准法兰型式密封面形式用途或名称设备中心线至法栏面距离/mmITEMN.SIZEPNCONNECT.STDTYPEFACINGSERVICEL1,L2202.5HG20594SOFM液面计见图PI252.5HG20594SOFM压力表接口1155SV802.5HG20594SOFM安全阀接口1155A402.5HG20594SOFM液氨出口1155B252.5HG20594SOFM放空口1155C402.5HG20594SOFM液氨入口1155D402.5HG20594SOFM气氨出口1155E322.5HG20594SOM排污口1155M5002.5HG/T21518SOMFM人孔五、封头设计1、选用标准椭圆形封头2、确定EHA椭圆形封头内表面积及容积（1）确定封头的大概直径因为："逻=15m3，筒体长为L:Di^3设：L=3Di1 （4V则：V=兀D2L,于是D=3逻«1853mm逻4 i- i\3n（2）选取EHA椭圆形封头的直径将圆筒直径圆整为DN=1900mm,选取的椭圆形封头为：公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V封头/m319005004.06240.9687表1得V=0.9687m3封头则V=V-2V=15-2x0.9687=13.0626m3筒体（实） 逻 封头兀V=—（DN）2L=13.0626m3筒体（实） 4 实解得l'=4607mm，将其圆整为L=4600mm。实实兀兀V=一（DN)2L +2V =x1.92x4.6+2x0.9687—14.9797m3。实4实 封头 4V—V误差很小，可忽略。误差为：*—f 逻-0.1352%<5%V逻六、筒体长度确定1、筒体长度确定DN=1900mm，取L=4600mm2、卧式容器内部总长确定由表知封头深度H=500mm容器内部总长L乂=2H+L=4600+500X2=5600mm总3、直边段长度的确定封头为标准椭圆形封头，则DNV2000mm直边段长度为H=25mm温度°C-20204050饱和蒸汽压Bar1.93&6115.2019.25饱和液密度kg/L0.66500.61030.57950.5663表2——液氨物理性质根据规定：常温压力储存——容器内物料温度随季节温度变化，工作压力为相应温度下的饱和蒸汽压。最高工作温度取50°C，则液氨的饱和蒸汽压为198匚=1.86MPa（绝压），1.033故工作压力p=1.76MPw设计压力P=1.05P=1.848MPaW取p=1.9MP>1.848MPa且介质为中度危害p>2.0MP属于第三类压力容器v故可忽略静压力的影响，取公称压力P=P=1.9MPc故容器壁及封头壁采用16MnR钢板负偏差C1=0.3mm 腐蚀裕量C2=2mm查寻钢板需用应力表钢号钢板标准使用状态厚度/mm常用强度指标在下列温度（C）下的许用应力/MPAobos=2010015020025016MnRGB6654热扎或正<16510345170170170170156火16-36490325163163163159147表3对筒体有：取Pc=1.90MPa,设&W16mm，焊接采用双面焊，全部无损探伤，即U=1。查表得：[o]t=170MPa,Ot=345MPa,svPcXDi 1.90X1.9o= = =10.67mm2[g]叩—Pc 2X170X1—1.90取腐蚀余量C=2mm,查表得负偏差C=0.3mm，216 =6+C=10.67+2=12.67mmd26n=6+C=12.67+0.3=12.97mmnd1于是取6n为13mm,则有效厚度6=6-C-C=13-2-0.3=12.7mm，en21压力试验采用水压试验：忽略液柱压力，P=1.25PcO/[o]t=1.25Pc=1.25X1.90=2.38MPa,TP(P+0) 2.38x(1900+12.7)g=rie= =179.221MPaT2Xo 2X12.7e0.9Uot=0.9X1X345=310.5MPasO<0.9uOt,所以压力试验强度合格Ts所以选用13mm厚度的钢板符合要求。由于此压力容器为第三类压力容器，故应该进行气密性试验，气密性试验压力等于1倍的设计压力，同上述试验计算，所以此容器符合要求。对封头有：取Pc=1.90MPa,设6W16mm，焊接采用双面焊，全部无损探伤，即U=1。查表得：[O]t=170MPa,Ot=345MPa,sePcXDi 1.90X1.9o= = =10.65mm2[g]t9—Pc 2x170x1—0.5x1.90取腐蚀余量C=2mm,查表得负偏差C=0.3mm，216 =6+C=10.65+2=12.65mmd26n=6+C=12.65+0.3=12.95mmnd1于是取6n为13mm，即封头厚度为13mm。八、卧式容器应力校核1、长度折算将两封头体积折算为与筒体直径相同的圆柱，则其长度2XV 2X0.9687L= = =683.66mm封兀 兀xD2 x1.92

L=L+2xL+L=5333.66mme筒 直边 封2、载荷q的确定对进行封头折算后的容器可看作受均布载荷作用，查表得钢材密度p=7850kg/m3,椭圆形封头&=13mm,A=4.0624m2,n则两个封头m=2Xp&A=2X7850X0.013X4.0624=829.14kgn筒体：TOC\o"1-5"\h\z代。 3.14 「 nm=px—x(D2—(D-5)2)xL=7850x x1.92-(1.9-0.013)2x4.6=1395.52Kg4 i i n 4 L 」直边：兀。 3.14 「 nm=px—x(D2-(D-5)2)xL=7850x x1.92-(1.9-0.013)2x0.025=7.58Kg4 i i n 4 L 」设备净质量m=2240kg因为p <p，所以可以用水作为介质进行校核：液氨水充水质量m=15.0x1000+2240=17240kg水充介质质量m=665x15x0.85+2240=10718.75kg3、 卧式容器应力校核a）正常工作条件下：mgq=—水—mgq=—水—L

e17240x9.815.33366=31676.5598R=R=翌=2240x9.8+2=10976Nab2已知支座的最佳位置a=0.2L=4600x0.2=920mm“1M—-qx2+R(x-0.2L)2A1:.M=R(—一a)L一maxA2—^~)2=58563.30N•m22Gmax=86.277MPaPDM 1.9Gmax=86.277MPamax —45 0.758D25 4x10.7 0.785x1.92x10.7eeMG =MG = maxmin0.758D255863.300.785x1.92x10.7=82.414MPa1M=R1M=R(—一a)LmaxA2-(L)2—101113.72N・m22PDM 1.9x4600 101113.72(Jmax+max— + =114.316(Jmax45 0.758D25 4x10.7 0.785x1.92x10.7ee_ MG = _ MG = maxmin0.758D25101113.720.785x1.92x10.7=3.335MPa正常操作条件：o<[o]t*=170MPamax液压试验条件：o<0.9[o]t*=310.5MPamax所以强度校核均合格。又max{—o ,-o }=82.414MPamin Tmin0.0940.094A=—=1.05874x10-3R/50e1900( )/10.72查相关图表，A位于曲线右方，得系数B=120MP=[o]acro＜[o]，最大压应力合格mincr（1） 开孔以及条件开孔破坏了原有应力分布并使应力集中。接管处和筒体形成不连续应力。壳体和接管处连接的拐角因不等截面而引起应力集中（2） 开孔位置计算开孔距离筒体边＞2.5VR筒体&e=201.64mm（3） 开孔的直径不另行补强的最大开口的最大直径根据GB150-1998规定1） 设计压力小于等于2.5Mpa2） 两开孔之间距离＞2（DN]+DN2）3） 接管公称外径小于等于98mm4） 满足接管公称外径253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0所以液氨入口、液氨出口、气氨出口、放空管、安全阀接口、排污管、压力表接口根据要求不进行补强。而人孔需进行开孔补强。（4）人口开孔补强计算1） 16MnR钢材标准拉强o=510MPa^540MPab2） 筒体壁&n=20=38mm采用补强圈局部补强。[1]所需的补强面积为A=d6+26&et（1_圻）其中：开孔直径d=530mm,圆筒计算厚度6=10.7mm,接管有效厚度2.84mm,fT=1，所以A=530X10.7=5655.1mm2[2]有效补强范围内的补强面积Ae有效补强范围的宽度B=max{2d,d+2(Bn+6nt)}•.•2d=2*530=1060mm,d+2(6n+6nt)=530+2X(10.67+12)=700mm,.*.B=1060mm有效补强范围内的高度外侧高度h1=fd5 =79.5mmvnt内侧高度h2=0mm.壳体有效厚度减去计算范围之外的多余面积A]=(B-d)(&e_&)-26et(&e_°)(1-圻)=15.9mm2接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A2=2h](6et一6t)fT+2h2(6et乂2)圻=1249.74mm2A35.A=A+A+A=1265.64mm2 •Ae<A.需要另外补强e1 23其补强面积为A4NA-Ae=4389.46mm2uA …〜5= 4 =14.63mmD—D21所以5=16mmc十、零部件设计1、支座设计选择鞍式支座A型，支座与焊缝的距离为920mm,两支座间距2760mm筒体的公称直径DN=1900mm。查表可得DN=1900mm这一行：公称直径DN(mm)允许载荷Q(kN)鞍座高度h(mm)底板(mm)腹板6”筋板(mm)1b6b631900295250136022012101902608垫板(mm)螺栓间距鞍座质量每100mm质

弧长be1(kg)量(kg)22204301080120016216则鞍座标记为：左端JB/T4712.1支座A1900F右端JB/T4712.1支座A1900F2、人孔其法兰设计储罐的公称直径1900mm>900mm，需要开设人孔，取其DN=500mm；⑴取人孔中心线距右焊缝1080mm⑵人孔采用带颈平焊法兰法兰密封面形式为凹凸面(MFM)⑶材料•••Pc=1.90MPa〈2.5MPa,工作温度-20°C〜50°C,「・可使用W型材料15CrMoR⑷紧固螺栓：因六角螺栓①公称压力〈1.6MPa〈Pc=1.970MPa②不适用毒性较大的介质(液氨)所以不能使用；因全螺纹螺柱适用于①压力〉16MPa②高温，所以不采用全螺纹螺柱;标记为HG20613HG20613标记为HG20613HG20613⑸法兰HG20595双头螺柱M36*3*195螺母M3616MnDIII35CrMoA30CrMo・•・使用等长双头螺柱S-35CML，尺寸如表型式型式代号材料材料代号螺柱代号等长双头螺柱S35CrMoA35CMLS-35CML表6⑹垫片•••Pc=1.970MPa〈2.5MPa,工作温度-20°C〜48°C・使用缠绕式垫片，密封面选凹凸面，材质选中环无，金属带材料为304，非金属带为柔性石墨，内环材料为304⑺法兰盖B型HG20601W15CrMoR⑻把手和轴销Q235-AF⑼销 GB/T91 Q215⑽垫圈GB/T垫圈30 100HV盖轴耳和法兰轴耳 Q235-AF人孔选用DN=600mm的钢管综上所述，人孔设计为：人孔MFMWS-35CML(W・B-0222)B500-2.5HG/T21518-20053、安全阀接口管及其法兰设计安全阀接口管设计要求的公称通径为80mm,其中心线距左端筒体环焊缝间的距离为640mm,安全阀接口管伸出筒体外192mm,管口与筒体内表面平齐取等级压力2.5MPa,选用16Mn为其材料，查表得钢管数据：公称通径DN(mm)外径(mm)壁厚(mm)80896法兰设计为：选用带颈平焊法兰(S0),凹面密封面(FM),等级压力2.5MPa，选材16MnR。查表得：公称通径DN钢管外径B法兰外径D法兰厚度C法兰高度H理论重（kg）808920024404.5HG20592法兰SO80（B）-25FM4、液氨出口接管及其法兰设计根据设计要求得：液氨出口接管选用的公称通经DN为40mm液氨出口接管与安全阀接口中心线的距离为320mm液氨出口接管的外伸为192mm,管口与筒体内表面平齐液氨出口接管的PN为2.5MPa，选用16Mn为其材料查表得钢管数据：公称通径外径壁厚40mm45mm4mm法兰设计为：选用带颈平焊法兰（S0）,凹面密封面（FM）,等级压力2.5MPa，选材16MnR。查表得：公称通径DN钢管外径B法兰外径D法兰厚度C法兰高度H理论重（kg）404515018322.00HG20592法兰SO40（B）-25FM5、放空口接管及其法兰设计根据设计要求得：放空口接管选用的公称通经为DN25放空口接管与安全阀接管中心线间的距离为320mm放空管伸出筒体外192mm，管口与筒体内表面平齐，放空口接管的PN为2.5MPa，选用16Mn为其材料查表得钢管数据：公称通经DN/mm外径/mm壁厚/mm25323.5法兰设计为：选用带颈平焊法兰（SO），凹面密封面（FM）,等级压力2.5MPa，选材16MnR。查表得：公称通径法兰外径法兰厚度法兰咼度法兰理论重量2511516281.5HG20592法兰SO25（B）-2.5FM6、液氨入口管与法兰设计根据设计要求得：液氨入口管接管选用的公称通经DN为40mm液氨入口管接与安全阀接管中心线间的距离为320mm液氨入口管接伸出筒体外192mm，管口与筒体内表面平齐，液氨入口管接的PN为2.5MPa，选用16Mn为其材料其钢管数据如下表：公称通径外径壁厚40mm45mm6mm法兰设计为：选用带颈平焊法兰（SO），凹面密封面（FM）,等级压力2.5MPa，选材16MnR。查表得：公称通径DN钢管外径B法兰外径D法兰厚度C法兰高度H理论重（kg）

404515018322.00HG20592法兰SO40(B)-25FM7、压力表接管及其法兰设计有实际要求得：压力表接管选用的公称通经为DN25，压力表接管与液氨入口管接中心线间的距离为320mm，压力表管伸出筒体长度为190mm,管口与筒体内表面平齐,压力表接管的PN为2.5MPa，选用16Mn为其材料其钢管数据如下表：公称通经DN/mm外径/mm壁厚/mm25323.5表10法兰设计为：选用带颈平焊法兰（S0）,凹面密封面（FM）,等级压力2.5MPa，选材16MnR。查表得：公称通径法兰外径法兰厚度法兰咼度法兰理论重量2511516281.5HG20592法兰SO25(B)-2.5FM8、气氨出口接管及其法兰设计根据设计要求得：选用的公称通经为DN40mm气氨出口接管距液氨出口接管中心线间的距离为320mm气氨出口接管伸出筒体长度为192mm,管口与筒体内表面平齐气氨出口接管的等级压力为2.5MPa，选用16Mn为其材料其钢管数据如下表：公称通经外径壁厚40454法兰设计为：选用带颈平焊法兰（SO）,凹面密封面（FM）,等级压力2.5MPa，选材16MnR。查表得：公称通径DN钢管外径B法兰外径D法兰厚度C法兰高度H理论重（kg）404515018322.00HG20592法兰SO40(B)-25FM9、排污管及其法兰设计：排污管设计要求的公称通径为32mm排污管中心线距右边壳体焊缝的距离为1712mm排污管伸出筒体外192mm，管口与筒体内表面平齐排污管的等级压力为2.5MPa,选用16Mn为其材料查表得钢管数据为：公称通径DN外径壁厚32mm38mm3.5mm法兰设计为：选用带颈平焊法兰（SO）,凹面密封面（FM）,等级压力2.5MPa，选材16MnR。查表得：公称通经法兰外径法兰厚度法兰咼度法兰理论重量3214018422.00

HG20592法兰SO32（B）-2.5FM10、液位计及其法兰的选择•・•磁性液位计HG/T21584的使用条件为PN=1.6〜16MPa实际条件为Pc=1.970MPa〈2.5MPa工作温度-20C实际条件为Pc=1.970MPa〈2.5MPa工作温度-20C〜48C液体密度大于等于0.45g/cm3③液氨密度大于0.5663kg/L粘度小于150MPa*s ④粘度小于150MPa*s・••液位计选用磁性液位计HG/T21584，液位计选用的PN=2.5MPa，液位计选用的公称直径为20mm,液位计必须安装在最咼液面以上液氨的装量系数为e=0.85计算可得最高液面距离筒体底部1506mm,故选中心距L=1700mm的，液位计标记为：HG/T21584-95 U2.5-1700-0.5663BF321C其垫片才用缠绕式垫片（W,B-0222）B20-2.5法兰螺栓采用全螺纹螺柱M12X60 25Cr2MoV与之相配的螺母才用螺纹规格为M12、性能等级8级的I型六角螺母：GB6170螺母M128级与M12六角螺母相配用、性能等级为140HV的平垫圈：GB97.1垫圈12140HV查表的得：液位计接管数据公称通径/mm外径/mm厚度/mm20253.5法兰设计为：选用带颈平焊法兰（S0）,凹面密封面（FM）,等级压力2.5MPa,选材16MnR。查表得：公称通径法兰外径法兰厚度法兰咼度法兰理论重量2511516401.26平一、法焊接焊头跖1、 壳体A、B类焊接接头的设计壳体上的所有纵向及环向接头，凸型封头上的接头即A、B类接头是容器要求最高的焊封，对容器的安全至关重要，必须采取对焊接，不允许采用搭焊接，对焊接易于焊透，质量容易保证，易于作检测，可获得最好的焊接接头质量，对接接头应采用等厚度焊接，这样可以减少刚度差，降低应力集中，并便于焊接，对某些无损检测要求较高的容器应使用一些角接头设计成对接接头。2、 壳体C、D类焊接接头的设计平盖，管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体，接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头，但已规定为A、B类的焊接接头除外。接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头均属D类焊接接头，但已规定为A、B类的除外。3、 焊接焊头的坡口设计焊接焊头的坡口设计是焊接结构设计的重要内容，坡口的基本尺寸为坡口角度a，钝边高度P和根部间隙b。坡口形式的选择主要考虑以下因素：填充于焊封部位的金属尽量少，这样既可以节省焊接材料又可以减少焊接工作量根据需要尽量采用双面焊或单面焊双面成型。便于施焊，改善劳动条件，减少容器内部焊接的工作量，尽可能在容器外部进行尽量减少焊接变形和残余应力。属于壳体的对接接头，当厚度较小时可进行双面焊则可不开坡口，厚度较大时则必须开坡口，常用的坡口有V型,U型,X型.一般板厚较薄时可采用V型坡口，但应作双面焊，厚度较厚时V型坡口的底部要填入大量的金属，此时可该用U型坡口。厚度相同时U型坡口比V型坡口节省，而X型坡口更节省。为保证焊透，按操作视野，空间位置，焊条运动角度来分析，V型坡口优于U型坡口，若罕见可翻转，则X型更好。4、常用焊接方法与焊条的选择采用手工电弧焊，该方法设备简单，便于操作，使用于各种焊接，在压力容器制造中应用十分广泛，钢板对接，接管与筒体、封头的连接等都可以采用。焊条的选用当低碳钢与合金钢之间，和不同种类的合金钢之间进行异种焊接时，应选用与其强度较低的钢