内蒙古科技大学化工机械设计

1、内蒙古科技大学化学化工学院,化工设备机械基础课程设计计算说明书 课程设计题目：液氨储罐设计 小组成员：张晓亮、冯秀艳、赵俊婷、侯建龙、郑晓东、罗恒 专业年级：2008级化学工程与工艺 指导教师：张永强 日期：2010年12月,一、设计任务书,试设计一液氨储罐，设计参数见技术特性表、管口表和工艺条件图，使用地点：内蒙古科技大学。 技术特性表,管口表,二、液氨储罐设计参数的确定,1、罐体和封头的材料的选择 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钢板的价格比20R贵，但在制造费用方面，

2、同等重量设备的计价， 16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。 2、设计温度与设计压力的确定 液氨储罐通常置于室外，罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响，在夏季液氨储罐经太阳暴晒，液氨温度可达40以上，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断变化。,通过查阅气相资料可知该地区夏季最高气温低于400C，因此液氨储罐的操作温度通常最低可取夏季气温40，通过查表可知，在400C 时液氨的饱和蒸汽压(绝对压力)为1.55MPa，密度为580kg/m3。 压力容器安全监察规程规定液化气体储罐必须安装安全阀，设计压力可取最大操作压力的1.05-1.10 倍。所以设

3、计压力p = 1.10(1.55 0.1) = 1.595MPa ，故取设计压力p=1.6MPa。 3、其他设计参数 容器公称直径见技术特性表即公称直径DN=2.2m；罐体和封头的材料为16MnR，查教材P168 表8-7可知其设计温度下的许用应力 t = 170MPa。液氨储罐封头从受力,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，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和

4、制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。液氨储罐筒体为板卷焊，焊接接头采用V 坡口双面焊接,采用局部无损检测,根据焊接接头结构和无损探伤比例确定焊接接头系数 = 1。,三、筒体和封头的壁厚的计算,1.筒体壁厚的计算 设计压力p c = 1.6 MPa ，筒体内径 DN = 2200mm ， 设计温度下的许用应力 t = 170MPa，焊接接头系数 = 1。 所以，筒体的计算厚度=PcDi/2 t-p=1.6*2200/(2*170*1-1.6)=10.4mm 在钢制压力容器中，只考虑钢板腐蚀裕量，钢板的厚度负偏差取C1=0.8，平面腐裕量取C2=2 mm。 则筒体的设计厚度d=+C2=10.

5、4+2=12.4mm 根据钢板厚度规格表，圆整后选取名义厚度 n= 14mm 的16MnR 钢板.,2.封头壁厚的计算,采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同. 封头的计算厚度=PcDi/2 t-p=1.6*2200/(2*170*1-1.6)=10.4mm 设计厚度d=+C2=10.4+2=12.4mm 圆整后选取名义厚度n = 14mm的16MnR 钢板 3.水压试验 3.1确定水压试验的试验压力值 根据公式，试验压力Pt=p/ t 其中，耐压试验压力系数，查教材表15-3知 = 1.25，而 = t 所以试验压力Pt=1.25*1.6=2MPa 3.2计算水压试验时的器壁应力值,试压时的器

6、壁应力t=PtDi+e/(2e)=2*2200+(14-2.8)/2*(14-2.8)*1=197.47MPa 3.3校核强度 查教材表8-7 可知14mm 的16MnR 钢板的常温强度指标s = 345 ，所以0.9s = 0.9345 1= 310.5MPa， t 0.9s ，故器壁厚度满足水压试验要求。 四、选择人孔并核算开孔补强 4.1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。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。根据储罐是在常温下及最高工作压力为1.6 MPa 的条件下工作,人孔的标准按公称压力为1.6 MPa 等级选取，考虑到

7、人孔盖直径较,大较重,故选用碳钢水平吊盖人孔(JB583-79)，人孔筒节轴线垂直安装。公称直径450mm,凹凸法兰密封面（C 型），该人孔结构中有吊钩和销轴，检修时只须松开螺栓将盖板旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖松取下。 该人孔标记为：HG2152-95 人孔CPg1.6 Dg450,JB583-79 4.2开孔补强的计算 由于人孔的筒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=450mm,壁厚 m =10mm。故补强圈尺寸如下： 查表得人孔的筒体尺寸为 48010，由标准查得补强强圈内公式D1=484mm, 外径D2=760mm，,开孔补强的有关计算参

8、数如下： 1.不计焊缝系数的筒体计算壁厚： =PcDi/(2 t-p)=1.6*2200/(2*170-1.6)=10.4mm 2.开孔所需补强的面积A： 开孔直径：d = di + 2C = 450 + 2 (0.8 +2) = 455.6mm 补强的面积：A = d = 455.6*10.4 = 4738.24mm2 3.有效宽度B： B = 2 d = 2 455.6 = 911.2mm B = d + 2 n + 2 m = 455.6 + 2 14 + 2 10 = 503.6mm 取最大值B=911.2mm 4.有效高度h：,外侧高度h1= (d*m)=(455.6*10) =67

9、.498mm 或 h1 =接管实际外伸高度=250mm 两者取较小值h1 =67.498mm 内侧高度h2= (dm)= (455.6*10) =67.498mm 或 h2 =接管实际内伸高度=0mm 两者取较小值h 2=0mm 5.筒体多余面积A1： 筒体有效厚度：e=n-C=14-2.8=11.2mm 选择与筒体相同的材料（16MnR）进行补偿，故r f =1，所以 A 1=(B-d)(e-)-2m(e-)(1-fr) =(911.2-455.6)(11.2-10.4)-0 =364.48mm2,6.接管多余金属的截面积A2： 接管计算厚度t=Pc*d/(2 t-Pc)=1.705*455

10、.6/(2*170*1-1.705)=2.296mm A2=2h1(et-t)fr+2h2(et-C2)fr =2h1(m-C-t)fr+0 =2*67.498*(10-2.8-2.296) =662.02mm2 7.补强区内焊缝截面积A3： A3=2*0.5*10*10=100mm2 8.有效补强面积Ae： Ae=A1+A2+A3=364.48+662.02+100=1126.5mm2,因为A e =A4/(D0-Di)=3611.74/276=13.086mm 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，制造时为便于备材，且补强圈耗材也不多，设计时可采用与壳体相同的

11、板厚，即取 = 16mm 五、选择鞍座并核算承载能力 首先粗略计算鞍座负荷 储罐总质量;W=W1+W2 +W3 式中 W1 罐体的质量，Kg,W2 水压试验时水的质量，Kg W3 附件的质量，Kg 5.1罐体质量W1 罐体的自重由压力容器设计手册可查得，公称直径DN=2200，壁厚n= 14 的筒体的重量为3141.6Kg，封头自重为616Kg，故 罐体自重W1=3141.6+2*616=4373.6Kg 5.2水压试验时水的质量W2 筒体公称直径DN=2.2m，筒体长度L=5.58m ，由材料与零部件查得封头容积V2 =2.51m3 ，由已给数据知储罐的总容积V=18m3, 故水压试验时罐内

12、水重W2=水V=18000Kg 5.3其他附件质量W3 人孔质量约为200Kg，其他接管总和按350Kg 计。,5.4设备总质量W W=W1+W2+W3=4373.6+18000+550=22923.6Kg 查压力容器设计手册得，公称直径为2200，高度H=250 的A型鞍座单个允许载荷547kN498.2kN,故其承载能力足够。 标记为： JB/T 4724-92 支座A 4 六、选择液面计 液氨储罐常用玻璃液面计,由储罐公称直径2200 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: 252.5mm平焊管法兰HG 5

13、010-58 Pg16Dg20 液面计标记为：玻璃管液面计AIDL-1200 HG 5-227-80 七、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YB231-70 573.5mm ,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 Pg16Dg80 2.液氨出料管 采用可拆的压出管 253mm,伸入到罐内离罐底约100 mm, 外套无缝钢管 383.5mm(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 Pg16Dg80），凸面管法兰（GB9123.9-88）和石棉橡胶垫片（GB9126.2-88）。 3.排污管 在罐的右端最底部设个排污管，规格是 573.5mm，管端焊有与截止阀相配的管法兰HG 5010-58 Pg16Dg65。排污管与罐体连接,处焊有一厚度为10mm 的补强圈. 4.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 322.5mm 的无缝钢管, 管法兰HG 5010-58 Pg16Dg8。 5.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 573.5mm 无缝钢管,管法兰采用HG 5010-58 Pg16Dg65。各接管外伸高度都是150mm. 八、液氨储罐装配图 （见附图）,参考文献： 1、汤善甫，朱思明 编.化工设备机械基础上海：华东理工大学