1、80M3液氨储罐设计说明书液氨储罐设计说明书前言本说明书为80m3 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。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（二）计算封头的壁厚 .6（三）水压试验
2、及强度校核 .6（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 第五章 结束语 .11 第六章 参考文献.12 第一章 绪论（一）设计任务：针对化工厂中常见的液氨储罐，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
3、）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
4、 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：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。2.人孔的选择：压力容器人孔是为了检查设备的部空间以及安装和拆卸设
5、备 的部构件。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。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。人孔的类型很 多，选择使用上有较大的灵活性，其尺寸大小及位置以设备件安装 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。3.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 P
6、N0.25 MPa 0.6MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在较小围（DN300 mm 2000 mm）适用温 度围为-20300。乙型平焊法兰用于 PN0.25 MPa1.6 MPa 压 力等级中较大的直径围，适用的全部直径围为 DN300 mm 3000 mm，适用温度围为-20350。 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（PN0.6 MPa6.4MPa）适 用温度围为-2045。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
7、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。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 0250。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 0250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：（1）玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料没有结
8、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，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
9、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 80m3，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 Di=3200mmPc 设计压力 储罐的最高
10、工作温度为 48，此时氨的饱和蒸汽压为 1.93MPa ，取此压强的 1.10 倍作为设计压力，故Pc = 1.10 *1.93 = 2.123MPa在操作温度-540的围，估计筒体壁厚大约为 22mm，在常用容器钢板（管）许用应力表中按设计温度 48，板厚 1636mma间插值取得o t = 320.45 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 C1=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 C2=2 mm。液氨储罐是压薄壁容器，按公式计算筒体的设计厚度为：6 d =
11、Pc Dic2o t j P+C2 = 23.19考虑到钢板负偏差，所以筒体厚度应再加上 C1，即23.19+0.8=24根据钢板的厚度规格，查钢板的常用厚度表，圆整为n=24mm（二）计算封头的壁厚：采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同6 d =Pc Dic2o t j P+C2 = 23.19考虑到钢板负偏差，所以封头厚度应再加上 C1，即 23.19+0.8+2=24 mm根据钢板的厚度规格，查钢板的常用厚度表，圆整为n=24mm，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 Pt 为：选取两者中压力较大值作为水压试验压力，即取Pt 2.66MPa ，水压试验时
12、的应力为o t Pt (Di 6 e )26 ej2.66*3200+(24-0.8-2)2*(24- 0.8- 2)*1 202.08MPas查表得厚度为 36mm 的 16MnR 钢板的钢材屈服极限o故在常温水压试验时的许用应力为= 325MPa0.9o s = 0.9* 325= 292.5MPat故o 0.9o s因此满足水压试验要求（四）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 2.123 MPa 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(GH21518-2005)，公称直径 500mm，突面
13、法兰密封面。该人孔标记为：MFM S-35CM(W.B-0222)B500-2.5 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 径为di =500mm ,壁厚6m =10mm查表得人孔的筒体尺寸为 55028，由标准查得补强圈尺寸为：径 Di=484 外径 Do=760 开孔补强的有关计算参数如下：1. 筒体的计算壁厚： 2. 计算开孔所需补强的面积 A：开孔直径：补强的面积：3. 有效宽度：4. 有效高度：外侧高度h1 或h1 =接管实际外伸高=250mm两者取较小值h1 =侧高度h2 或
14、h2 两者取较小值h2 =0mm5. 筒体多余面积 A1：e筒体有效厚度：选择与筒体相同的材料（16MnR）进行补偿，故 fr =1，所以 6. 接管多余金属的截面积 A2：接管计算厚度 7. 补强区焊缝截面积 A3：8. 有效补强面积 Ae：2 因为 Ae A ，所以需要补强9. 所需补强截面积 A4: 10. 补强圈厚度6 ：（补强圈径Di 484 ，外径Do 760 ） 考虑钢板负偏差并圆整，实取补强厚度 mm，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 用与壳体相同的板厚，即取6 = 24mm（五）核算承载能力并选择鞍座：首先粗略计算鞍座负荷储罐总质量：
15、W=W1 +W2 + W3W1 罐体的质量，Kg，式中W2 水压试验时水的质量，KgW3 附件的质量，Kg1. 罐体质量 W1：N储罐公称容积为 80m 3 ，筒体公称直径D =3200 mm， V=80 m 3罐体的自重由压力容器设计手册可查得，公称直径 DN=3200，n壁厚6 = 24 的筒体的重量为16792Kg，封头自重为 2316.1Kg，故罐体自 重W1 =16792 +2*2316.1=21424.2Kg2. 水压试验时水的质量 W2:储罐的总容80.396m 3故水压试验时罐水重W2 =80396Kg3. 其他附件质量 W3:人孔质量约为 400Kg，其他接管总和按 350K
16、g 计4. 设备总质量 W:W =W1 + W2 +W3=21424.2+80000+ 750=102174.2Kg查压力容器设计手册得，公称直径为 3200，高度 H=250 的 A型鞍座单个允许载荷 2853kN1021.742Kn,故其承载能力足够。标记 为：支座 BI3200-F(S) JB/T 4712-92（六）选择液面计：液氨储罐常用玻璃液面计,由储罐公称直径 3200 选择长度为3550mm 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:20mm 平焊管法兰 HG20592-97液面计标记为 ：玻璃管液面计 HG21589.1-
17、95-5（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，
18、压力表的使用压力围，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
19、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：$ 20测量围：0 2.4MPa（八）选配工艺接管：本储罐设有如下接口管1.液氨进料管接头螺纹：1.5G1采用无缝钢管GB/T8163-1999 $ 575mm ,管的一端伸入罐切成 45,管长 400 mm。配用凹凸面式平焊管法兰 HG20592-97 WN50-2.52.液氨出料管采用可拆的压出管$ 585mm,伸入到罐离罐底约 100 mm,外套 无缝钢管$ 8720mm(管壁加厚，具有补强作用),都配用HG20592-97 WN50-2.5凹凸面管法兰和石墨复合垫片（HG20608-97）。3.排污管在罐
20、的右端最底部设个排污管，规格是$ 12524mm，管端焊有与 截止阀相配的管法兰 HG20592-97 WN80-2.5。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$ 12524mm 的无缝钢管, 管法兰HG20592-97 WN80-2.55.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$ 47315mm无缝钢管,管法兰采用HG20592-97 WN20-2.5。各接管外伸高度都是150mm。第四章 结束语经过两周的紧忙碌终于把这次设计做完了。两周以来虽然很累， 尤其是画图，因为很久没有用 AUTO C
21、AD 画图，所以感到特别生疏， 但是在使用了一段时间后还是熟悉了，又整天对着电脑，眼睛感到特 别的难受，不过凡事只要坚持就好了。在这次设计中我要感谢我们的永强老师，他总是在我们感到困 惑的时候给我们进行耐心的讲解，正是因为他的耐心与细心，才能够 使我们的设计能够顺利的进行下去。还有要感谢我的同学，是他们一 次次的帮我发现问题，并且耐心的给我指正，谢谢你们了。第五章 参考文献1 国家质量技术监督局，GB150-1998钢制压力容器，中国标准，19982 国家质量技术监督局，压力容器安全技术监察规程，中国劳动社会保障，19993 全国化工设备设计技术中心站，化工设备图样技术要求，2000，114 津洋、董其伍、桑芝富，过程设备设计，化学工业，20015 黄振仁、魏新利，过程装备成套技术设计指南，化学工业，20026 国家医药管理局上海医药设计院，化工工艺设计手册，化学工业，19967 蔡纪宁主编，化工设备机械基础课程设计指导书，化学工业，2003年
