液氨儲罐機械設計

1、廣東石油化工學院化工機械基礎課程設計說明書二級學院：化工與環(huán)境工程學院 專業(yè)： 姓 名： 班 別： 學 號 指導教師： 過程裝備與控制工程教研室2013年6月廣東石油化工學院化工機械基礎課程設計任務書1. 設計題目：液氨儲罐機械設計2. 設計數據：技 術 特 性公稱容積(m3)8公稱直徑Dg(mm) 1000介 質液氨筒體長度L(mm) 9305工作壓力(MPa)1.99工作溫度(0C)40廠 址茂名推薦材料16MnR管 口 表編號名稱公稱直徑(mm)編號名稱公稱直徑(mm)a1-2液位計20e安全閥50b進料管50f放空管50c出料管50g人孔 450d壓力表20h排污管50工藝條件圖3.計

2、算及說明部分內容（設計內容）：第一部分 緒論：（1）設計任務、設計思想、設計特點；（2）主要設計參數的確定及說明。第二部分 材料及結構的選擇與論證（1）材料選擇與論證；（2）結構選擇與論證：封頭型式的確定、人孔選擇、法蘭型式、液面計的選擇、鞍式支座的選擇確定。第三部分 設計計算（1）計算筒體的壁厚；（2）計算封頭的壁厚；（3）水壓試驗壓力及其強度校核；（4）選擇人孔并核算開孔補強；（5）選擇鞍座并核算承載能力；（6）、選擇液位計（7）、選配工藝接管附設計參考資料清單4繪圖部分內容： 總裝配圖一張（1#）5設計期限：1周（2013年 06 月 22日 2013 年 06月 26 日）6、設計參考

3、進程：(1)設計準備工作、選擇容器的型式和材料 一天(2)設計計算筒體、封頭、選擇附件并核算開孔補強等 兩天(3)繪制裝配圖 三天(4)編寫計算說明書 一天(5)答辯 半天7參考資料：1 化工過程設備機械基礎，李多民、俞慧敏主編，中國石化大學出版社2 化工設備機械基礎，湯善甫 朱思明主編，華東理工大學出版社。3 化工設備機械基礎課程設計指導書，蔡業(yè)彬 宣征南主編。4 鋼制壓力容器GB150-98 指導教師： 2013年 06 月 目錄第一部分 設計緒論1（1）設計任務、設計思想、設計特點1（2）主要設計參數的確定及說明1第二部分 材料及結構的選擇與論證3（1）材料的選擇與認證3（2）結構的選擇

4、與認證3第三部分 設計計算5（1）計算筒體的壁厚5（2）計算封頭的壁厚5（3） 水壓試驗壓力及其強度校核6 （4）選擇人孔并核算開孔補強6（5）選擇鞍座并核算承載能力7（6）選擇液位計7（7）選配工藝接管8技術要求8技術特性表8接管表9參考資料9第四部分 設計心得10第一部分 設計緒論1.設計任務、設計思想、設計特點 設計任務：根據儲罐筒體公稱直徑D i = 1000mm ，罐體公稱容積 V=8m3 ,設計一液氨儲罐, 通過設計儲罐的厚度，選擇合適鞍座及封頭，使其能滿足工藝要求。 設計思想：通過圖書館和上網查找有關的書籍與資料，獲取需要的數據，來完成所要求要設計的部分。液氨儲罐是化工及煉油廠運

5、輸與儲存液氨的一個常用設備，在設計液氨儲罐時，要有利于成批生產，提高質量，便于互換，降低成本，提高勞動的生產率，要對容器的設計（如封頭、法蘭、支座、人孔、液面計等）進行標準化，且部件安裝合理，除此之外還要盡量滿足工藝的要求，密封性能要好。 設計特點：為了滿足工藝過程的需要，必須做到如下要求：（1）強度：液氨儲罐可以抵抗外力破壞能力，以保證生產安全。 （2）剛度：零部件應有抵抗外力使其變形的能力，以防止容器在使用、運輸或安裝的過程中發(fā)生不允許的變形。 （3）穩(wěn)定性：容器或其零部件在外力作用下有維持其原型的能力，防止容器被壓癟或出現(xiàn)皺折。 （4）耐久性：容器有一定的抵抗介質及大氣的腐蝕能力，保持一

6、的使用年限。 （5）氣密性：容器在承受壓力或處理有毒介質時有可靠的氣密性，提供良好的勞動環(huán)境及維持正常的操作。 （6）其他：節(jié)約材料、便于制造、運輸、安裝、操作、維修方便，符合有關的國家標準和行業(yè)標準等的規(guī)定。2.主要設計參數的確定及說明（1）.液氨貯罐的分類及選型及材料的確定儲罐的形狀有圓形或球形。圓筒形儲罐兩端的封頭有橢圓形、球形、錐形和平蓋等形狀。在本設計中由于設計體積較小且工作壓力較小，可采用臥式圓筒形容器，方形和矩形容器大多在很小設計體積時采用，因其承壓能力較小且使用材料較多；而球形容器雖承壓能力強且節(jié)省材料，但制造較難且安裝內件不方便；立式圓筒形容器承受自然原因引起的應力破壞的能力

7、較弱，故選用臥式圓筒形容器。 氨對鋼材的腐蝕作用很小，但是，置于室外的液氨儲罐，它的操作溫度就是大氣溫度，它的操作壓力就是操作溫度對應的飽和蒸汽壓。隨著氣溫的變化，液氨儲罐的操作溫度和壓力也隨之變化，制造儲罐的鋼材應能承受這種變化。液氨儲罐通常選擇16MnR鋼，它是屈服強度為350MPa級的普通低合金高強度鋼，具有良好的綜合力學性能、焊接性能、工藝性能以及低溫沖擊韌性。(2) .設計溫度和設計壓力的確定本儲罐在夏季最高溫度可達，這時液氨的飽和蒸氣壓為（絕對壓力）。選用16MnR制作罐體和封頭，估計筒體厚度為4-6mm左右，應此許用應力 =170MPa（查教材表53）；焊縫接頭系數=1.0（雙面

8、對接焊縫，100%探傷，教材表5-4）；腐蝕余量C =1mm（輕微腐蝕，教材表5-6），鋼板厚度負偏差C =0.6mm（教材表5-5）。在40攝氏度下設計壓力取工作壓力的11.1倍，所以設計壓力P=1.99又有筒體長為9305mm，筒體厚度可由公式核算得，液面計、進料管、壓力表、安全閥、放空閥、人孔、排污管的公稱直徑確定參數參照各目的標準及筒體的公稱直徑確定其參數見下表技 術 特 性公稱容積(m3)8公稱直徑Dg(mm)1000介 質液氨筒體長度L(mm)9305工作壓力(MPa)1.99工作溫度(0C)40廠 址茂名推薦材料16MnR管 口 表編號名稱公稱直徑(mm)編號名稱公稱直徑(mm)

9、a1-2液位計20e安全閥50b進料管50f放空管50c出料管50g人孔450d壓力表20h排污管5011第二部分 材料及結構的選擇與論證1.材料的選擇與認證純液氨腐蝕性很小，貯罐可選用一般鋼材，但由于壓力較大，可以考慮16MnR這種鋼種。16MnR鋼板： 式中P設計壓力為1.99MPa；Di=1000mm; =170MPa; =1.0（雙面對接焊，100%無損探傷）；C=1mm那么，代入數據得：=5.89 mm取C=0.6mm，圓整后取=8mm因此，選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。2.結構的選擇與認證（1） 封頭形式的確定 從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結構形式。但缺

10、點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應用較多的封頭之一。平板封頭因直徑各厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。從鋼材耗用量來年：球形封頭用材最少，比橢圓開封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強度、結構和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。（2） 人孔的選擇 壓力容器人孔是為了檢查設備的內部空間以及安裝和拆卸設備的內部構件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。選用時應綜合考慮公稱壓力、公稱直徑(人、手孔的公稱壓力與法蘭的公稱壓力概念類似。公稱直徑則指其簡節(jié)的公稱直徑)、工作溫度以及人、手孔的結構和材料等諸方面

11、的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性。根據設計溫度和壓力表以及標準JB585-79查得人孔標準按壓力為2.2MPa的等液選?。哼x擇碳鋼水平吊蓋人孔，密封壓緊面采用C型，人孔筒節(jié)軸線垂直安裝。（3）法蘭型式法蘭連接主要優(yōu)點是密封可靠、強度足夠及應用廣泛。缺點是不能快速拆卸、制造成本較高。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。本設計中采用乙型平焊法蘭。乙平焊法蘭比甲型平焊法蘭增加了百度大于筒體的短節(jié)，增加了法蘭的剛度，適用于直徑較大和壓力較高的條件。（4） 液面計的選擇液面計是用以指示容器內物料液面的裝置，其類型很多，大體上可分為四類，有玻璃板液面計、玻璃管液面計、浮子液面計和浮標液面計。

12、液面計與容器的連接型式有法蘭連接、頸部連接及嵌入連接，分別用于不同型式的液面計。液面計的選用：1玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料內沒有結晶等堵塞固體的場合。板式液面計承壓能力強，但是比較笨重、成本較高。2玻璃板液面計一般選易觀察的透光式，只有當物料很干凈時才選反射式。3當容器高度大于3m時，玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面觀察效果受到限制，應改用其它適用的液面計。液氨為較干凈的物料，易透光，不會出現(xiàn)嚴重的堵塞現(xiàn)象。所以，在此液面計選用玻璃板式PN1.6 DN15 GB9119.8-88 板式液面計用于較高壓力，液面計上均設閥門，以防液面計破裂。（5）鞍式支座的選擇容器支座有鞍座,圈座和支

13、腿三種,用來支撐容器的重量。鞍式支座是應用最廣泛的一種臥式支座。從應力分析看，承受同樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個支承比采用兩個支承優(yōu)越，因為多支承在粱內產生的應力較小。所以，從理論上說臥式容器的支座數目越多越好。但在是實際上臥式容器應盡可能設計成雙支座，這是因為當支點多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局部不圓度、支座的水平度、各支座基礎下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對剛性等等，均會影響支座反力的分市。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利的影響。而且，現(xiàn)在儲罐等的支座已經標準化了，所以鞍座采

14、用了雙支座，一個S型，另外一個F型，為了充分利用封頭對筒體的加強作用，支座應靠近封頭，即ARi ，A不大于0.2L，以便使筒體的中間部分截面與支撐部分截面的彎矩值相等或相近。第三部分 設計計算設計一液氨儲罐，工藝尺寸為：儲罐的公稱直徑， 公稱容積。使用地點：茂名；工作溫度：。儲罐的技術要求：本設備按GB150-1998 鋼制壓力容器進行制造、試驗和驗收；焊接材料、對接焊接接頭及尺寸按GB985-80中規(guī)定進行設計，采用雙面對接焊，全部無傷檢測，=1.00；焊接采用電弧焊，焊條E4303；殼體焊縫要進行無損傷檢測，探傷長度為100%；設備制造后，有2.75MPa表壓進行水壓試驗。（1）計算筒體的

15、壁厚選取儲罐材料16MnR，制作罐體和封頭，查得16MnR材料在 時，焊縫為雙面對接焊，100%無損探傷，故 =1.00 ,設備內徑，P=1.99MPa。于是罐體計算厚度為：查表得，取，則根據，查鋼板厚度，?。?）計算封頭的壁厚 采用標準橢圓形封頭，封頭厚度計算根據，向上圓整后取取標準校核罐體與封頭水壓試驗強度：a其中：故，水壓試驗時強度足夠。（3）選擇鞍座并核算承載能力其中：m1罐體質量，kg； m2封頭質量，kg； m3液氨質量，kg； m4附件質量，kg。1） 罐體質量：根據，的筒節(jié)，可得每米筒體質量， 所以： 2）封頭質量：查標準橢圓封頭可得，直邊高為，橢圓封頭質量為 117.1所以

16、3） 液氨質量：其中：a充料系數，取0.7； v儲罐容積， 液氨在-20°C時的密度，為于是：4） 附件質量：附件取設備總質量： 每個鞍座負荷：選取鞍座為：輕型帶墊板，包角為120°的鞍座。即鞍座 鞍座（4）選擇人孔并核算開孔補強查標準，按，進行選用，選取水平吊蓋人孔，如圖結構，標準JB585-79，人孔公稱直徑，密封面采用C型。人孔筒節(jié)內徑 ，壁厚。人孔補強圈采用內徑，外徑厚度為： 考慮到罐體和人孔筒節(jié)都有一定的壁厚余量，?。?）選配工藝接管1）液氨進料口采用，查表選法蘭：平焊平面密封管法蘭，標準號為， 管的一端切成45°。因為殼體，等于8mm，接管公稱直徑小于

17、80mm，故不用補強。2）液氨出料口采用可拆壓出管，將它套入罐體的固定接口管內，并用一非標準法蘭固定在借口管法蘭上，液氨出料管也不用補強。固定接口管標準號: 壓出管法蘭標準號: 但其內徑為50mm液氨壓出料管也不用補強。3）排污管在儲罐最底部，管子規(guī)格，管端焊有管法蘭： ；排污管與截止閥聯(lián)接。正常工作時截止閥關閉，檢修時截止閥打開，排除罐內液體。4） 液面計接管 本柱罐采用玻璃管液面計AIW PN1.6，L=820mm，HG5-227-80兩支。與其相配的接管尺寸=18×3mm,管法蘭為PN1.6DN15 GB 9119.8-88。其標記符號意義如下：第一項用A,B,C表示法蘭連接處

18、的密封面型式。第二項用，表示液面計各零件的材料類別，它決定著液面計的最大工作壓力。第三項用D,W分別表示液面計外不保溫和保溫。第四項表示液面計的公稱壓力。第五項表示液面計長度。第六項是該液面計的標準圖號。5） 放空管采用 無縫鋼管，法蘭為 6） 安全接管 采用 l=210mm 無縫鋼管，法蘭為 設備總裝圖附圖，應標明罐的安裝技術要求，以及接管明細表、材料、零件為明細表等。技術要求1) 本設備按GB 150-1998鋼制壓力容器進行制造、試驗和驗收2) 焊接材料、對焊接接頭型式及尺寸可按GB 985-80中規(guī)定（設計焊縫強度系數=1.00）3) 殼體焊縫應進行無損探傷檢查，探傷長度為100%4)

19、 設備制造完畢后，進行水壓實驗5) 管口方位按本圖技術特性表技術特性表序號名稱指標1設計壓力1.99MPa2工作溫度403物料名稱液氨4公稱容積(m3)8接管表序號接管法蘭標準密封面形式用途a1-2PN1.99DN20 GB9119.8-88平 面液面接管口b1-2PN1.99 DN20 GB9119.8-88平 面液面接管口cBIIPN1.99 DN450 JB583-64榫 槽人孔dPN1.99 DN50 GB9119.8-88平 面出料口ePN1.99 DN50 GB9119.8-88平 面進料口fPN1.99 DN50 GB9119.8-88平 面安全閥接管口gPN1.99 DN50 GB9119.8-88平 面放空閥hPN1.99 DN50 GB9119.8-88平 面排污口參考資料5 化工過程設備機械基礎，李多民、俞慧敏主編，中國石化大學出版社6 化工設備機械基礎，湯善甫 朱思明主編，華東理工大學出版社。7 化工設備機械基