1、50立方米液氨储罐设计过程装备基础课程设计：计算说明书SPECIFICATION学院：化学化工学院专业班级：姓名：一、设计条件表 - 1二、管口表 - 1三、封头设计 - 1四、筒体长度确定 - 2五、设备的设计计算 - 2六、开孔及开孔补强-3七、卧式容器应力校核 - 5八、零部件设计 - 51、支座设计 -5、人孔其法兰设计-73、液氨入口接管与其法兰设计 - 74、液氨出口接管及其法兰设计-75、气氨出口接管及其法兰设计- 76、安全阀接口管及其法兰设计 - 77、压力表接管及其法兰设计- 78、放空口接管及其法兰设- 89、排污管及其法兰设计-810、液位计及其法兰的选择- 8九、焊接
2、接头设计 -9参考资料 -1150 液氨储罐设计计算说明书一、设计条件表序号项目数值单位备注名称液氨储罐用途液氨储存最高工作压力1.952MPa由介质温度确定工作温度-2048公称容积（）50m36装量系数0.857工作介质液氨8使用地点太原市（室外）二、管口表符号ITEM公称尺寸N.SIZE公称压力PN连接标准CONNECT.STD法兰型式TYPE密封面形式FACING用途或名称SERVICE设备中心线至法栏面距离/mma402.5HG20594-97带颈对焊FM液氨进口管b402.5HG20594-97带颈对焊FM出口管c252.5HG20594-97带颈对焊FM放空口d802.5HG20
3、594-97带颈对焊FM安全阀e6002.5HG20594-97带颈对焊FM人孔f322.5HG20594-97带颈对焊FM排污口g402.5HG20594-97带颈对焊FM液氨出口h252.5HG20594-97带颈对焊FM压力表接口I1-2202.5HG20594-97带颈对焊FM液面计三、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： =50，筒体长为L:Di3设：L=3Di则：， 于是 （2）选取EHA椭圆形封头的直径将圆筒直径圆整为,得，则m3解得，将其圆整为。误差为： 误差很小，可忽略。选取的椭圆形封头为：公称直径DN/mm总深
4、度H/mm内表面积A/m2容积封头/m327007158.24152.8055表1 四、筒体长度确定1、筒体长度确定 DN2700mm，取L8100mm2、卧式容器内部总长确定 由表知封头深度H715mm 容器内部总长2H+L=8100+7152=9530mm3、直边段长度的确定 封头为标准椭圆形封头，则DN2000mm 直边段长度为=40mm五、设备的设计计算温度 -20204050饱和蒸汽压Bar1.938.6115.2019.25饱和液密度kg/L0.66500.61030.57950.5663表2液氨物理性质材料的选用条件=1.970Mpa 1.6Mpapc1.6Mpa容器壁及封头壁采
5、用 Q345R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()下的许用应力/MPAbs20100150200250Q345RGB 6654热扎或正火16mm于是设16mm，则t=163MPa, st=325MPa,取腐蚀余量C2=2mm,查表得负偏差C1=0.3mm，d =+ C2=16.4+2=18.4 mmn=d+ C1=18.4+0.3=18.7mm于是取n为20mm,则有效厚度e=n- C2 -C1=20-2-0.3=17.7mm，压力试验采用水压试验：忽略液柱压力，PT=1.25Pc/t=1.25Pc=1.2
6、51.970=2.44MPa，0.9st =0.91345=310.5MPaT1.5 R筒体e =231.87mm（3）开孔的直径不另行补强的最大开口的最大直径根据GB 150-1998 规定1）设计压力小于等于2.5Mpa2）两开孔之间距离2(DN1+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 表4 所以液位计接口、放气管、安全阀接口、排污管、液化石油气进口管、液化石油气出口管、压力表接口、气相管，根据要求不另行补强（4）人孔补强1）Q345R钢材标准拉强b=510 Mpa540Mpa2) 筒体壁n=203
7、8mm采用补强圈局部补强。1所需的补强面积为A=d+2et(1-f) 其中：开孔直径d=630mm, 圆筒计算厚度=15.7mm, 接管有效厚度et =12mm, f=t接管/壳体=163/163=1， A=630*15.7=9891mm2 2有效补强范围内的补强面积Ae 有效补强范围的宽度B=max2d,d+2(n+nt) 2d=2*630=1260mm, d+2(n+nt)=630+2*(20+15)=700mm, B=1260mm3有效补强范围内的高度 外侧高度h1=97mm 内侧高度h2=0mm 4壳体有效厚度减去计算范围之外的多余面积 A1=(B-d)(e-)-2et(e-)(1-f
8、)=1260mm2 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 A2=2h1(et-t)f+2h2(et-C2)f =388mm2 焊缝金属面积： D类接头 K=0.7e A3=1/2K2=77mm2 Ae=A1+A2+A3=1725mm2 AeA 需要另外补强 其补强面积为A4A-Ae=8166mm2,补强厚度为e1.5n=30mm,取30mm 标记为 DN600*30-D-Q345R七、卧式容器应力校核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7850kg/m3,椭圆形封头n20mm,A8.2415m2,则因为液氨900mm，需要开设人孔，取其DN=600mm；又筒体长度810
9、0mm6000mm，所以要开两个人孔。取左人孔中心线距左焊缝900mm231.87mm，右人孔中心线距右焊缝900mm人孔采用带颈对焊法兰法兰密封面形式为突面（RF）材料 Pc=1.970MPa2.5MPa,工作温度-2048，可使用型材料16MnDR紧固螺栓：因六角螺栓 公称压力1.6MPa16MPa 高温，所以不采用全螺纹螺柱； 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6 标记为HG20613 双头螺柱 M36*3*195 35CrMoA HG20613 螺母 M36 30CrMo法兰 HG20595
10、16MnD垫片 Pc=1.970MPa2.5MPa,工作温度-2048 使用非金属平垫片，材质选石棉橡胶板，密封面选凹凸面 标记为HG20606 垫片 FM 600-2.5 NM-XB350法兰盖 A型 HG20601 16MnDR把手和轴销 Q235-AF销 GB/T 91 Q215垫圈 GB/T 垫圈30 100HV盖轴耳和法兰轴耳 Q235-AF接口类型 Pc=1.970MPa2.5MPa,工作温度-2048，液氨 低压，常温，有毒， 可使用D类接头人孔选用DN=600mm的钢管 综上所述，人孔设计为： HG/21518-2005 人孔 RF s-35CML (NM-NR) A 600-
11、2.5 H1=290mm3、液氨入口管与法兰设计液氨入口管中心线与左人孔中心线间的距离b11340mm，取之为1500mm由设计要求得，入口管DN=40mm,取管伸出筒外长度300mm。管子在筒体内的长度为1700+20=1720mm,其钢管数据如下表：公称通径外径壁厚重量40mm45mm6mm10.72kg表7液氨为中度危害液体，且设计压力为1.952Pa,取等级压力2.5MPa,所以选用带颈对焊法兰 WN ,密封面型式：凹面 FM，压力等级：PN=2.5MPaHG 20594 法兰 WN40-2.5 FM 20 2.37kg4、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
12、通经DN为40mm液氨出口接管与液氨入口管中心线的距离为300mm液氨出口接管的外伸为300mm，管子在筒体内的长度为2400+20=2420mm,液氨出口接管的PN为2.5MPa选用的材料为20型号的钢管法兰设计与液氨入口接管法兰设计相同5、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300mm气氨出口接管伸出筒体长度为300mm，管口与筒体内表面平齐气氨出口接管的等级压力为2.5MPa选用的材料仍为20钢查表可得：公称通经外径壁厚重量404541.136表8法兰设计与液氨入口接管法兰的设计相同6、安全阀接口管及其法兰设计安全
13、阀接口管设计要求的公称通径为80mm,其中心线距气氨出口接管中心线间的距离为300mm, 安全阀接口管伸出筒体外300mm, 管口与筒体内表面平齐，取等级压力2.5MPa,选用20钢管为其材料，查表得钢管数据：公称通径DN(mm)外径(mm)壁厚(mm)重量(kg)808963.49表9法兰设计为：HG20592 法兰 80-4.0 FM 20 4.22kg7、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，压力表接管与安全阀接口管中心线间的距离为300mm，压力表管伸出筒体长度为300mm，管口与筒体内表面平齐，压力表的材料选用等级压力为2.5MPa20号钢管 ，查表
14、得：公称通经DN/mm外径/mm壁厚/mm重量/kg25323.50.60表10法兰设计为： HG 20592 法兰 WN 25-2.5 FM 20 1.26k8、放空口接管及其法兰设计有实际要求得：放空口接管选用的公称通经为DN25放空口接管与压力表接管中心线间的距离为2100mm放空管伸出筒体外120mm，管口与筒体内表面平齐，放空口的材料选用等级压力为2.5MPa20钢管 查表得：公称通经DN/mm外径/mm壁厚/mm重量/kg25323.50.372表11法兰设计为： HG 20592 法兰 WN 25-2.5 FM 20 1.26k9、排污管及其法兰设计：排污管设计要求的公称通径为3
15、2mm排污管中心线距放空口接管中心线间的距离为600mm 排污管伸出筒体外120mm，管口与筒体内表面平齐排污管取等级压力2.5MPa,选用20钢管为其材料查表得钢管数据为：公称通径DN外径壁厚重量（kg）32 mm38 mm3.5 mm0.88表12法兰设计： HG 20592 法兰 WN 32-2.5 FM 20 2.05kg10、液位计及其法兰的选择 磁性液位计HG/T 21584的使用条件为 实际条件为 PN=1.616MPa Pc=1.970MPa2.5MPa-40300 工作温度-2048液体密度大于等于0.45g/cm3 液氨密度大于0.5663kg/L粘度小于150MPa*s
16、粘度小于150MPa*s液位计选用磁性液位计HG/T 21584，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高液面以上液氨的装量系数为=0.85计算可得最高液面距离筒体底部2025mm，故选中心距L=2500mm的，液位计标记为：HG/T 21584-95 UZ 2.5-2500-0.6 A F 321 C查表的得：液位计接管数据公称通径/mm外径/mm厚度/mm重量/kg20253.50.521表13与之相匹配的法兰外径为105mm，螺栓孔中心圆直径K=75法兰的密封面形式凹面（FM）法兰为： HG20592 法兰 WN 20-2.5 FM 20 1.
17、05kg九、焊接焊头设计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
18、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，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，
19、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。焊条由焊芯和药皮组成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材等强度的焊条进行焊接。耐热钢，不锈钢的焊接，应保证焊接接头与母材有相同的高温性能和耐腐蚀性能，故要求焊条融敷金属的化学成分与母材相同或相近。 A类焊接接头 C类焊接接头 D类焊接接头参考资料：1、GB150-1998钢制压力容器。北京：中国标准出版社，19982、国家
20、质量技术监督局。压力容器安全技术监察规程。北京：中国劳动社会保障出版社，19993、国家医药管理局上海医药设计院。化工工艺设计手册（第二版）。北京：化学工业出版社，19964、吴粤焱主编。压力容器安全技术手册。北京：机械工业出版社，19995、HG/T20668-2000化工设备设计文件编制规定。国家石油和化学工业局发布，2001.06实施6、全国化工设备设计技术中心站。化工设备图样技术要求。2000年11月7、JB/T 4712-2007容器支座。北京：新华出版社，20078、HG 2059220637-97 钢制管法兰、垫片、紧固件。9、JB 47004707-2000。压力容器法兰。昆明：云南科技出版社，200010、HG/T21584-95 磁性液位计11、JB/T4736-2002，JB/T4746-2002。补强圈 钢制压力容器用封头12、HG/T20580-20585钢制化工容器设计基础规定等六项标准13、JB/T4730-2005承压设备无损检测。北京：新华出版社，200514、JB/T4702-2000钢制压力容器焊接规程。昆明：云南科技出版社，200015、HG/T2151421535-2005钢制人孔和手孔。北京：中国计划出版社，200516、李世玉主编。压力容器设计工程师培训教程。北京：新华
