20立方米液氨储罐设计说明书书

实用标准文案目录课程设计任务书220m3液氨储罐设计2课程设计内容3液氨物化性质及介绍3.设备的工艺计算3设计储存量3设备的选型的轮廓尺寸的确定3设计压力的确定4设计温度的确定4压力容器类别的确定4.设备的机械设计5设计条件5结构设计6材料选择6筒体和封头结构设计6法兰的结构设计6(1)公称压力确定7(2)法兰类型、密封面形式及垫片材料选择7(3)法兰尺寸7人孔、液位计结构设计8精彩文档实用标准文案(1)人孔设计8(2)液位计的选择9支座结构设计10(1)筒体和封头壁厚计算10(2)支座结构尺寸确定12焊接接头设计及焊接材料的选取14(1)焊接接头的设计14(2)焊接材料的选取16强度校核16计算条件16内压圆筒校核17封头计算18鞍座计算202.3.5开孔补强计算21.心得体会22.参考文献22课程设计任务书20m3液氨储罐设计一、课程设计要求：精彩文档实用标准文案.按照国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。.设计计算采用手算，要求设计思路设计思路清晰，计算数据准确、可靠。.工程图纸要求计算机绘图。.独立完成。二、原始数据设计条件表序号项目数值单位备注1名称液氨储罐2用途液氨储存3最高工作压力（MPa）1.93由介质温度确定4工作温度（℃）-20〜505公称容积（M3）206工作压力波动情况可不考虑7装量系数⑷V）0.858工作介质液氨（中度危害）9使用地点太原市室外三、课程设计主要内容.设备工艺设计.设备结构设计.设备强度计算.技术条件编制.绘制设备总装配图精彩文档实用标准文案.编制设计说明书四、学生应交出的设计文件（论文）:.设计说明书一份；.总装配图一张（A1图纸一张）课程设计内容液氨物化性质及介绍液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈刺激性气味。氨作为一种重要的化工原料，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。液氨在工业上应用广泛，具有腐蚀性且容易挥发，所以其化学事故发生率很高。液氨分子式NH3，分子量17.03，相对密度0.7714g/L，熔点-77.7℃，沸点-33.35℃，自燃点651.11℃，蒸汽压1013.08kPa（25.7℃）。蒸汽与空气混合物爆炸极限为16—25%精彩文档实用标准文案（最易引燃浓度为17%）氨在20℃水中溶解度34%;25℃时，在无水乙醇中溶解度10%;在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚，它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品，橡胶和涂层。遇热、明火，难以点燃而危险性极低，但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇火和燃烧或爆炸，如有油类或其它可燃物存在则危险性极高。.设备的工艺计算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求通过计算和选型确定设备的轮廓尺寸。设计储存量W=。VPt式中：W一储存量，t；。一一装量系数；V——压力容器容积；m3Pt——设计温度下的饱和溶液的密度，:机3W=0.85x20x0.563=9.57t设备的选型的轮廓尺寸的确定根据设计要求，本设计为卧式容器，筒体采用圆筒形，封头采用标准椭圆形封头查阅文献，筒体的基本参数如下：精彩文档

实用标准文案表1-1筒体基本参数公称容积Vg/m公称直径筒体长度3DN/mmL/mm2020005800查阅文献确定椭圆形封头基本参数如下表：表1-2椭圆形封头参数公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m320005254.49301.1257设备计算容积V计二n/4xDN2xL+V封x2=n/4x2.02x5.8+0.1257x2=20.46m3实际工作容积V工二V计xf=20.46x0.85=17.39m3设计压力的确定查阅文献常温压力储存液化气体压力容器规定温度下的工作压力液化气体临界温度规定温度下的工作压力无保冷设施有保冷设施无试验实测温度有试验实测最高工作温度并且能保证低于临界温度>50℃50℃饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下的饱和蒸气压力精彩文档实用标准文案<50℃在设计所规定的最大充装量下为50℃的气体压力试验实测最高工作温度下的饱和蒸气压力液氨液化气饱和蒸汽压及饱和液密度温度℃-15103050饱和蒸汽压（绝压）MPa0.2690.6031.1562.030饱和蒸汽压密度kg/m3658625595563液氨临界温度为132.4℃,其50℃饱和蒸汽压为1.93MPa故其设计压力为Pd=1-1x1-93=2-12Mpa0.6MPa<Pd<10MPa属于中压容器设计温度的确定设备工作温度为-20℃〜50℃,故其设计温度为50℃,在-20〜200℃条件下工作属于常温容器。压力容器类别的确定液氨属于液化气体，查阅文献[4],可知属于第一组介质查第一组介质一压力容器类别划分图，可知20m3液氨储罐属于第m类压力容器精彩文档实用标准文案iV=5x10-1.6容积IVZLiV=5x10-1.6容积IVZL2.设备的机械设计设计条件（见表2.设备的机械设计设计条件（见表2-1和表2-2）表2-1设计条件表精彩文档内容备注工作介质液氨工作压力Mpa1.93设计压力Mpa2.12工作温度℃-20-50设计温度℃50公称容积（Vg）m320计算容积（V计）m320.46工作容积（V工）m317.39装量系数f0.85实用标准文案介质密度（p）t/m30.563kg/L材质Q345R保温要求无保温层其他要求表2-2管口表符号公称规格DN/mm连接法兰标准密封面用途或名称L1.L220HG/T20592-2009FM液位计接口M450/FM人孔SV70HG/T20592-2009FM安全阀接口A80HG/T20592-2009FM液相进口管B100HG/T20592-2009FM压力表接口C25HG/T20592-2009FM放空管D70HG/T20592-2009FM氨气出口管精彩文档实用标准文案E70HG/T20592-2009FM液相出口管F70HG/T20592-2009FM排污管2.2结构设计材料选择般而言，以强度为主的中压设备采用低合金钢为宜，而且低合金钢对液氨也具有良好的耐腐蚀率，可选用低合金钢，Q245R和Q345R这两种钢材可以满足要求。由于Q345R许用应力高于Q245R,相同条件下，采用Q345R制造设备，可减小壁厚，减小设备重量，降低成本，同时壁厚减小，也可以为材料和设备的运输以及制造加工带来很大的方便，所以选择Q345R制造设备筒体和封头。筒体和封头结构设计由表1-1可知筒体公称直径DN=2000mm，长度L=5800mm由表1-2可知EHA标准椭圆形封头公称直径DN=2000mm总深度H=525mm则其直边长h=25mm法兰的结构设计法兰有设备法兰和管法兰，设备筒体和封头焊接在一起，所以不需要设备法兰，只有管法兰。精彩文档实用标准文案(1)公称压力确定设备设计压力为2.12MPa，操作温度为-20〜50℃,可选用锻件，材料选16Mn口查文献可知，在操作温度范围内，PN25材料为16Mn口的钢制管法兰最大允许工作压力为2.5MPa，满足设计要求，故管法兰公称压力为PN25(2)法兰类酿密封面形式选择液氨易挥发，为强渗透性的中度危害介质，查文献可知须采用带颈对焊型管法兰，面封面采用凹凸面密封。⑶法兰尺寸查阅文献可知各法兰详细尺寸及法兰质量，详细见下图2-2和表2-3图2-2精彩文档

实用标准文案表2-3PN25带颈对焊钢制法兰单位：mm接管代号公称尺寸DN钢管外径A1连接尺寸法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量M(kg)法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n(个)螺栓ThNS>H1>RB8089200160188M16241053.2128585.0D5057165125184M120752.86483.0精彩文档实用标准文案69C253211585144M118462.64401.026SV.A.E.6576185145188M122902.16524.0F690L1.L2202510575144M118402.64401.0232.2.4人孔、液位计结构设计(1)人孔设计人孔的作用：为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷以及装拆设备的内部零件。。人孔的结构：人孔为组合件，包括承压零件筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件，以及人孔启闭所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。圆形人孔的公称直径规定为400~600mm容器公称直径大于或等于1000mm且筒体与封头为焊接连接时，至少设一个人孔。卧式容器的筒体长度大于等于6000mm，应考虑设置2个以上人孔。综合考虑，选择回转该带颈对焊法兰人孔，公称压力PN2.5,公称直径DN450，MFM型密封面，材料选用16MnR标记为：人孔MFMms-35CM(NM-XB350)A450-2.5HG/T21518-2005查阅文献，得本次选用回转盖带颈对焊法兰人孔结构尺寸，见下图2-3和精彩文档

实用标准文案表2-4表2-4回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表密封面型式公称压力PN公称直径DNdxsdDD1H1H2bMFM2.5450480x1456760025012142b1b2ABLd0螺柱螺母螺柱总质量数量直径x长度414637517525242040M33x2x165245图2-3回转盖带颈对焊法兰人孔结构图精彩文档

实用标准文案实用标准文案(2)液位计的选择液位计是用以指示容器内物料液面的装置，液位计的种类很多，常见的有许多包括玻璃管液面计、玻璃板液面计、浮标液面计、防霜液面计、磁性液位计等其中：玻璃管液面计和玻璃板液面计适用于工作温度在0℃以上；浮标液面计适用于常压设备；防霜液面计适用于液体温度在0℃一下的液体测量；液氨储罐工作温度在-20〜50℃，设计压力为1.23MPa，以上三种都不适合。精彩文档实用标准文案磁性液位计适用于PN=1.6~16MPa,-40~300℃,液体密度1.45g/cm3,适合于液氨储罐根据设计要求选择磁性液位计，标记如下：HG/T21584-95UZ2.5M-1400-0.6BF321C2.2.5支座结构设计容器支座有鞍式支座、腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座。腿式支座和支承式支座用于低矮立式设备的支承，耳式支座用于中小型立式圆筒形容器的悬挂式支承，裙式支座用于高大型高塔的支承，鞍式支座是卧式容器经常采用的支座形式，本设计也采用鞍式支座。置于支座上的卧式容器，其情况和梁相似，有材料力学分析可知，梁弯曲产生的应力与支点的数目和位置有关。当尺寸和载荷一定时多支点在梁内产生的应力较小，因此支座数目似乎应该多些好。对于大型卧式容器而言，一般情况采用双支座。此外，卧式容器由于温度或载荷变化时都会产生轴向的伸缩因此容器两端的支座不能都固定在基础上，必须有一端能在基础上滑动，以避免产生过大的附加应力。通常的做法是将一个支座上的地脚螺栓孔做成长圆形，并且螺母不上紧，使其成为活动支座，而另一支座仍为固定支座。所以本设计就采用这种双支座结构。查阅文献，可知一边为F型，一边为S型。鞍座的材料除垫板外都为Q235-B，加强垫板的材料与设备壳体材料相同为Q345R。(1)简体和封头壁厚计算1筒体壁厚计算圆筒的设计压力为2.12Mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采精彩文档实用标准文案用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为1.00，全部无损探伤。在板厚3〜16mm时取许用应力为189Mpa。液柱静压力pgh=1x9.8x2000=0.02Mpa而pgh/2.123=0.9%<5%所以可以忽略。故筒体壁厚⑴入—PD6=2q]t&p=(2.12x2000)/(2x189-2.12)=11.28mmc查得钢板厚度负偏差C1=0.3mm,双面腐蚀取腐蚀裕量C2=2mm。[1]筒体的设计厚度为：bd=b+C2=11.28+2=13.28mmbn=bd+C1=13.28+0.3=13.58mm对厚度进行圆整可得名义厚度为：6n=14mm确定用6n=14mm厚的Q345R钢板制作筒体。有效厚度6=6—C2-C1=11.7mmmm2封头壁厚计算本容器用标准椭圆封头，厚度根据公式：[1]其中各数据跟筒体相同，=(2.12x2000)/(2x189-0.5x2.12)=11.25mm封头的设计厚度为：[2]精彩文档

实用标准文案bd=b+C2=ii.25+2=13.25mm6n=bd+C1=i3.25+0.3=13.55mm对厚度进行圆整可得名义厚度为：5n=i4mm确定用5n=14mm厚的Q345R钢板制作封头。有效厚度5=5—C2-C1=11.7mm可见封头厚度近似等于筒体厚度，所以圆整后取b=14mm,有效厚度5=11.7mm3水压试验试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中，应保持容器外表面的干燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验。水压试验，液体的温度不得低于5℃;试验校核:材料Q345R的[Q]=189Mpa,[Q]t=189Mpa,P=2.12Mpa,os=345Mpao水压试验时的压力pT=pT=1.25P[o][o]]PT=1.25x2.12=2.65Mpa水压试验的应力校核：水压试验时的应力[1]精彩文档实用标准文案p(D+5)0t=T28~~―= 2.65x(2000+11.7)/(2x11.7)e=227.82Mpa水压试验时的许用应力为0.9g5=0.9义345=310.5Mpa°T<0.9狗s故筒体满足水压试验时的强度要求。(2)支座结构尺寸确定1鞍座载荷计算：储罐总质量m—m+2m+m+m1 2 3 4筒体的质量mi:查得圆筒体材料Q345R密度p=7800kg/m3,筒体长度5.8m,则质量：m严DLbnp=3.14x2.0x5.8x0.014x7800=3977.50kg封头的质量m2:根据封头的名义厚度查阅文献可知封头质量为395.8kg水压试验时水的质量m3：m3=20x1000=20000kg。附件的质量m4：人孔重245kg，补强圈31.64kg，管法兰27kg，钢管7.721kg,液位计16.47kg。m4=327.83kg所以设备总质量为m=3977.50+2x395.8+20000+327.83=25096.93kg即精彩文档实用标准文案G=mg=25096.93x9.8=245.9kN每个鞍座所受支座反力F=122.95kN2鞍座尺寸标准：查阅文献根据筒体公称直径，选取公称直径DN=2000mm，120°包角轻型(A)带垫板鞍式支座，允许载荷Q295kN>245.9kN，满足要求。由公称直径查文献得具体尺寸如下表2-5及图2-4图2-4鞍式支座结构尺寸图精彩文档

实用标准文案表2-5鞍座结构尺寸表公称直径DN200腹板5210垫板b430允许载荷Q/kN295筋板132955410鞍座高度h250b2190e80底板11128b260螺栓间距12112%220538螺孔/螺纹D/24/M2精彩文档实用标准文案5112垫板弧长2100鞍座质量Kg1623鞍座位置的确定双鞍座卧式容器的受力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A=0.207L时，跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝对值相等，所以一般近似取A<0.2L艮中L取两封头切线间距离，A为鞍座中心线至封头切线间距离。A<0.2L=0.2x(5800+25x2)=1170mm当鞍座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强刚性的作用。为了充分利用这一加强效应因此当满足A<0.2L时，最好使A<0.5R0,即A<0,5R0<0.5x(1000+14)=507mm综合以上：取A=507mmS=L-2A=5800+50-1000=4850mm,2.2.6焊接接头设计及焊接材料的选取容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝和热影响区的总称。焊接接头的形式直接影响到焊接的质量与容器安全。(1)焊接接头的设计本设计中，壳体上的所有纵向及环向接头、椭圆形封头上的拼接街头及壳体与封头的接头，即A、B类接头，必须采用对接焊，不允许采用搭接焊，且对接接头都为等厚精彩文档实用标准文案度焊接。焊接接头坡口形式及尺寸：勺对接接头坡口形式及尺寸筒体壁厚为14mm，所以选择X形坡口，适用于筒体上A、B类接头，具体结构尺寸如下图2-5图2-5对接接头结构尺寸图50°2接管与筒体连接接头坡口形式与尺寸接管与壳体及补强圈之间的焊接一般只能采用角焊和搭焊具体的焊接结构还与对容器强度与安全的要求有关，有多种形式，涉及到是否开坡口、单面焊、焊透与焊不透等问题。本设计接管与筒体的连接有带补强圈与不带补强圈两种，查阅文献，结合本设计实际综合考虑，确定接头结构尺寸如下图2-6、图2-7图2-6不带补强圈接管与筒体连接接头结构尺寸精彩文档实用标准文案图2-7带补强圈接管与筒体连接接头结构尺寸精彩文档实用标准文案(2)焊蝴料的选取本设计采用手工电弧焊，其设备简单，便于操作，适用于各种焊接，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。手工电弧焊的焊接材料是焊条，本设计材料主要为低合金钢和碳钢，需要用到低合金焊条和碳钢焊条，对于这二者的选用主要考虑如下因素：对低碳钢和低合金钢，要按等强度原则选择焊条，即要求焊缝与母材强度相等或基本相等，而不要求焊缝金属的化学成分与母材相同；当低碳钢与低合金钢之间、或不同种类的低合金钢之间进行焊接时，应选用与其中强度较低的钢材等强度的焊条进行焊接。Q345R钢板抗拉强度510~640MPa16Mn无缝钢管抗拉强度510~660MPaQ235B钢板抗拉强度375~500MPa查阅文献结合本设计实际综合考虑，所选用焊条如下表2-6表2-6焊条的选取材料Q345R16MnQ235-BQ345RE5015E5015E430316MnE501E501E4303精彩文档

实用标准文案55Q235-BE430E430E43032.3强度校横计算条件钢制^卜式容器计算单位太原理工大学计算条件简图设计压力p _2.12MPa设计温度t 50℃筒体材料名称 Q345R\封头材料名称 Q345RX 封头型式 椭圆形筒体内直径Di 2000mm筒体长度L 5800mm筒体名义厚度3n14mm支座垫板名义厚度3rn10mm筒体厚度附加量C2.3mm腐蚀裕量C12mm筒体焊接接头系数①1封头名义厚度3而14mm精彩文档

实用标准文案封头厚度附加量Ch2.3mm鞍座材料名称Q235-B鞍座宽度b220mm鞍座包角e120°支座形心至封头切线距离A450mm鞍座高度H250mm地震烈度八(0.2g)度2.3.2内压圆筒枝核内压圆筒校横计算单位太原理工大学计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件筒体简图A■Anar\计算压力P2.12F"AAAMPa一一设计温度t1-4-1Z-7C50.00ACCCAO°C内径D材料试验温度许用应力M—2000.00Q345R(板材)189.00 mm-IMPa—L、一Di.设计温度许用应力[o]t189.00MPa试验温度下屈服点。345.00MPa钢板负，偏差Crji=AJ-2./A日「0.30mm----腐蚀裕量C2.00 mm焊接接头系数中 1.00厚度及重量计算计算厚度PD3=2［。］；。［Pc=江28mm-f ||—।c c 厂 厂 11有效厚度o—o-C-C—11.70mm名义厚度量 o-14.003977.50 mm Kg精彩文档

实用标准文案压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT=1.25P皿=2.65[O]tMPa压力试验允许通过的应力水平[O]T[G]t<0.900s=310.50MPa试验压力下圆筒的应力0T二匕.(Di+3)=203.62T23飞eeMPa校核条件0t<[0]t校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力[P厂2yoM=2.44113Lw (D+3)i eMPa设计温度下计算应力ot=勺+3e)=162.59eMPa[o]t。189.00MPa校核条件[o]t心ot结论合格2.3.3封头计算左封头计算:左封头计算计算单位太原理工大学计算所依据的标准GB150.3-2011精彩文档精彩文档实用标准文案计算厚度KPD5,= ,ci =11.25h 2[o]t。—0.5Pcmm有效厚度5eh=5nh-C1-C2=11.70mm最小厚度5min=3.00mm名义厚度5nh=14.00mm结论满足最小厚度要求重量395.82Kg压力计算最大允许工作压力2[o]t桢FJ=KD+0.55?=2.20485i eMPa结论合格右封头计算:右封头计算 计算单位 太原理工大学计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力Pc2.12MPa设计温度t50.00。C内径22000.00mm曲面深度hi525.00mm材料Q345R（板材）戊 _设计温度许用应力［O］t189.00MPa试验温度许用应力［可189.00MPa钢板负偏差C10.30mm精彩文档

实用标准文案腐蚀裕量C2 2.00 mm焊接接头系数。 1.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT=1.25Pc皿=2.65[o]tMPa压力试验允许通过的应力[o]t[c]T<0.900s=310.50MPa试验压力下封头的应力0T=p.(KD+0.53)=227.8212s,eMPa校核条件0T<[0]T校核结果合格厚度及重量计算形状系数K=1r(D丫]=1.00002+i6 2h11J」计算厚度KPD. „„„3,= ,ci =11.28h 2[o]t。—0.5Pcmm有效厚度3eh=3nh-C1-C2=11«70mm最小厚度3min=3.00mm名义厚度3nh=14.00mm结论满足最小厚度要求重量395.82Kg压力计算最大允许工作压力2[o]t。3[P/KD+0.53°=2.20485i eMPa精彩文档

实用标准文案结论 合格2.3.4鞍座计1卧式容器（双鞍座）计算单位 太原理工大学^计算条件简图计算压力pC2.12MPa设计温度t50℃圆筒材料Q345R 鞍座材料Q235-B圆筒材料常温许用应力［。］189MPa圆筒材料设计温度下许用应力［O］t189MPa圆筒材料常温屈服点。345MPa鞍座材料许用应力［O］,aSa147MPa工作时物料密度丫O563kg/m3液压试验介质密度丫T1000kg/m3圆筒内直径Di2000mm圆筒名义厚度5n14mm圆筒厚度附加量。2.3mm圆筒焊接接头系数G1精彩文档

实用标准文案封头名义厚度5hn14mm封头厚度附加量Ch2.3mm两封头切线间距离L6850mm鞍座垫板名义厚度5rn10mm鞍座垫板有效厚度5re10mm鞍座轴向宽度b220mm鞍座包角e120°鞍座底板中心至封头切线距离a450mm封头曲面高度hi525mm试验压力pT2.65MPa鞍座高度H250mm腹板与筋板组合截面Asa积16880mm2腹板与筋板组合截面断面系数Zr360302mm3地震烈度8(0.2g)圆筒平均半径Ra907mm物料充装系数^o0.85一个鞍座上地脚螺栓个数2地脚螺栓公称直径20mm地脚螺栓根径17.294mm鞍座轴线两侧的螺栓间距1120mm精彩文档

实用标准文案地脚螺栓材料Q235-A2.3.5开孔补强计算根据GB150当壳体开孔同时满足设计压力42.5MPa，两相邻开孔中心的间距不小于两孔直径之和的两倍，接管工程外径480mm，且最小壁厚满足如下表2-7要求时，可不另行补强。经计算只有人孔和备用孔需要补强，为