液氨貯罐的設(shè)計(jì)

1、液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)湖北大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)題目 : 液 氨 儲(chǔ) 罐 設(shè) 計(jì)姓名楊穎學(xué)號(hào)2011221106220028專(zhuān)業(yè)年級(jí)2011 級(jí)化學(xué)工程與工藝指導(dǎo)教師魯?shù)缕饺掌?014 年 1 月第 9 頁(yè) （共 9 頁(yè) ）目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 5二、液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 51、罐體和封頭的材料的選擇 52、設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力的確定 63、其他設(shè)計(jì)參數(shù) 6三、筒體和封頭的壁厚的計(jì)算 61. 筒體壁厚的計(jì)算 62. 封頭壁厚的計(jì)算 73. 水壓試驗(yàn) 73.1 確定水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力值 73.2 計(jì)算水壓試驗(yàn)時(shí)的器壁應(yīng)力值 73.3校核強(qiáng)度 8四、選擇人孔并核算開(kāi)孔

2、補(bǔ)強(qiáng) 84.1人孔的選擇 84.2 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算 8五、選擇鞍座并核算承載能力 105.1罐體質(zhì)量 W1 115.2水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量 W2 115.3其他附件質(zhì)量 W3 115.4 設(shè)備總質(zhì)量 W 11六、選擇液面計(jì) 11七、選配工藝接管 121. 液氨進(jìn)料管 122. 液氨出料管 123. 排污管 124. 安全閥接口管 125. 壓力表接口管 12八、液氨儲(chǔ)罐裝配圖 12附錄 9、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)試設(shè)計(jì)一液氨儲(chǔ)罐，設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)技術(shù)特性表、管口表和工藝條件圖，使用地點(diǎn)：家鄉(xiāng)湖北鄂州）。技術(shù)特性表公稱(chēng)容積（M3）40公稱(chēng)直徑（DN）2.6m介質(zhì)液氨筒體長(zhǎng)度（L）6.6m工作壓力（Mpa）1.6工作

3、溫度（）400C使用地點(diǎn)湖北蘄春推薦材料16MnR管口表編號(hào)名稱(chēng)公稱(chēng)直徑（ mm）編號(hào)名稱(chēng)公稱(chēng)直徑（mm）a1-a2液面計(jì)20e安全閥80b人孔450f放空管65c出料管80g排污管65d進(jìn)料管80h壓力表80液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)工藝條件圖（見(jiàn)附錄 I ）、液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)的確定1、罐體和封頭的材料的選擇純液氨腐蝕性小 ,貯罐可選用一般鋼材 ,但由于壓力較大 ,可以考慮 20R、 16MnR.這兩種 鋼種。如果純粹從技術(shù)角度看， 建議選用 20R類(lèi)的低碳鋼板， 16MnR 鋼板的價(jià)格雖比 20R 貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)， 16MnR 鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇16MnR 鋼板作為制

4、造筒體和封頭材料2、設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力的確定液氨儲(chǔ)罐通常置于室外，罐內(nèi)液氨的溫度和壓力直接受到大氣溫度的影響，在夏季液 氨儲(chǔ)罐經(jīng)太陽(yáng)暴曬，液氨溫度可達(dá) 40以上，隨著氣溫的變化，儲(chǔ)罐的操作壓力也在不斷 變化。通過(guò)查閱氣相資料可知該地區(qū)夏季最高氣溫低于 400C，因此液氨儲(chǔ)罐的操作溫度通常 最低可取夏季氣溫 40，通過(guò)查表可知，在 400C 時(shí)液氨的飽 和蒸汽壓（絕對(duì)壓力）為1.55MPa， 密度為580kg/m3。壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程規(guī)定液化氣體儲(chǔ)罐必須安裝安全閥，設(shè)計(jì)壓力可取最大操 作壓力的 1.05-1.10 倍。所以設(shè)計(jì)壓力 p 1.10 1.55 0.1 1.595MPa ，故取設(shè)計(jì)壓

5、力 p=1.6MPa。3、其他設(shè)計(jì)參數(shù)容器公稱(chēng)直徑見(jiàn)技術(shù)特性表即公稱(chēng)直徑 DN=2.6m；罐體和封頭的材料為 16MnR，查 教材 P168 表 8-7可知其設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 t 170MPa 。液氨儲(chǔ)罐封頭從受力方面 分析來(lái)看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點(diǎn)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(yīng)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(lái)年：球形 封頭用材最少，比橢圓開(kāi)封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和制造方面 綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。液氨儲(chǔ)罐筒體為板卷焊，

6、焊接接頭采用 V 坡口雙面 焊接,采用局部無(wú)損檢測(cè) ,根據(jù)焊接接頭結(jié)構(gòu)和無(wú)損探傷比例確定焊接接頭系數(shù)0.85 。三、筒體和封頭的壁厚的計(jì)算1. 筒體壁厚的計(jì)算設(shè)計(jì)壓力 pc 1.6MPa ，筒體內(nèi)徑 Di DN 2600mm ，設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力t 170MPa ，焊接接頭系數(shù) 0.85 。pcDi1.6 260014.39mmC1，平面腐裕所以，筒體的計(jì)算厚度 2 t p 2 170 0.85 1.6 在鋼制壓力容器中，只考慮鋼板腐蝕裕量，不計(jì)鋼板的厚度負(fù)偏差量取 C2=1 mm。則筒體的設(shè)計(jì)厚度 dC2 14.39 1 15.39mm根據(jù)鋼板厚度規(guī)格表，圓整后選取名義厚度 n 16mm

7、的 16MnR 鋼板。2. 封頭壁厚的計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同。封頭的計(jì)算厚度ptcDi1.6 2600 14.39mm2 t p 2 170 0.85 1.6設(shè)計(jì)厚度 dC2 14.39 1 15.39mm圓整后選取名義厚度 n 16mm的 16MnR 鋼板3. 水壓試驗(yàn)3.1 確定水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力值根據(jù)公式，試驗(yàn)壓力 pTp t其中，耐壓試驗(yàn)壓力系數(shù)，查教材表 15-3 知 1.25 ，而t所以試驗(yàn)壓力 pT 1.25 1.6 2MPa3.2 計(jì)算水壓試驗(yàn)時(shí)的器壁應(yīng)力值pT Di e 2 2600 16 1試壓時(shí)的器壁應(yīng)力 T T i e 205.1MPaT 2 e 2

8、16 1 0.85液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3.3 校核強(qiáng)度查教材表 8-7 可知 16mm 的 16MnR 鋼板的常溫強(qiáng)度指標(biāo) s 345MPa ，所以0.9 s 0.9 345 0.85 263.9MPa ， T 0.9 s ，故器壁厚度滿(mǎn)足水壓試驗(yàn)要求。四、選擇人孔并核算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)4.1 人孔的選擇壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)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(gè)手柄。根據(jù)儲(chǔ)罐是在常溫下及最高工作 壓力為 1.6 MPa的條件下工作 ,人孔的標(biāo)準(zhǔn)按公稱(chēng)壓力為 1.6 MPa等級(jí)選取，考慮到人孔蓋 直徑較大較重 , 故選用碳鋼水平吊蓋人孔 (JB

9、583-79)，人孔筒節(jié)軸線垂直安裝。公稱(chēng)直徑 450mm,凹凸法蘭密封面( C 型)，該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷(xiāo)軸，檢修時(shí)只須松開(kāi)螺栓將蓋 板旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，由吊鉤吊住，不必將蓋松取下。該人孔標(biāo)記為： HG2152-95 人孔 CPg1.6 Dg450,JB583-794.2 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算由于人孔的筒節(jié)不是采用無(wú)縫鋼管 ,故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。 本設(shè)計(jì)所選用的人孔 筒節(jié)內(nèi)徑為 d=450mm,壁厚 m =10mm。故補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸如下：查表得人孔的筒體尺寸為480×10，由標(biāo)準(zhǔn)查得補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)圈內(nèi)公式 D1=484mm, 外徑D2=760mm，開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：1.不計(jì)焊縫系數(shù)的筒

10、體計(jì)算壁厚： 'pctDi1.6 2600 12.23mm2 t p 2 170 1.62. 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積 A ：開(kāi)孔直徑： d di 2C 450 2 (0.8 1) 453.6mm補(bǔ)強(qiáng)的面積： A d 453.6 11.515 5223.204mm23. 有效寬度 B：B 2 d 2 453.6 907.2mmB d 2 n 2 m 453.6 2 16 2 10 505.6mm取最大值 B=907.2mm4. 有效高度 h：外側(cè)高度 h1 d m 453.6 10 67.35mm或 h1 接管實(shí)際外伸高度 250mm兩者取較小值 h1 67.35mm內(nèi)側(cè)高度 h2 d m

11、453.6 10 67.35mm或 h2 接管實(shí)際內(nèi)伸高度 0mm兩者取較小值 h2 0mm5. 筒體多余面積 A1：筒體有效厚度： e n C 16 1.8 14 .2mm 選擇與筒體相同的材料( 16MnR)進(jìn)行補(bǔ)償，故 f r =1，所以A1(B d)( e ) 2 m( e )(1 f )(907.2 453.6)(14.2 12.23) 2 10 (14.2 11.515)(1 1) 1 2 1.971 m6m26.接管多余金屬的截面積A2：Pc d1.705 453.62 tPc1.93mm2 200 .75 1 1.705A22 h1 ( et t ) f 2 h2 ( et C

12、 2 ) f2 h1 ( m C t ) f 02 67.35 (10 1.8 1.93)28 4.45 6m9m27. 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫截面積 A3：12A3 2 10 10 100mm2328. 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 Ae：Ae A1 A2 A3 1217.916 844.569 100 2162.485mm2因?yàn)?Ae A ，所以需要補(bǔ)強(qiáng)9. 所需補(bǔ)強(qiáng)截面積 A4:A4 A Ae 5223.204 2162.485 3060.719mm210. 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 '：(補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑 Di 484 ，外徑 D o 760 )A4Do Di3060.719760 48411.09mm考慮鋼板負(fù)偏差并圓整

13、，實(shí)取補(bǔ)強(qiáng)厚度 12mm，補(bǔ)強(qiáng)材料與殼體材料相同，制造時(shí)為便于備材，且補(bǔ)強(qiáng)圈耗材也不多，設(shè)計(jì)時(shí)可采用與殼體相同的板厚，即取 ' 16mm五、選擇鞍座并核算承載能力首先粗略計(jì)算鞍座負(fù)荷儲(chǔ)罐總質(zhì)量： W=W1 W2 W3 式中 W1 罐體的質(zhì)量， KgW2 水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量， KgW3 附件的質(zhì)量， Kg第 12 頁(yè) (共 9 頁(yè) )液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5.1 罐體質(zhì)量 W1罐體的自重由壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得，公稱(chēng)直徑DN=2600，壁厚 n 16 的筒體的重量為 7238Kg，封頭自重為 1016Kg，故罐體自重 W1 7238 2 1016 9270Kg5.2 水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量 W2

14、筒體公稱(chēng)直徑 DN=2.6m ，筒體長(zhǎng)度 L=6.6m ，由材料與零部件查得封頭容積3V2=2.8m ，則儲(chǔ)罐的總?cè)莘e V 2V2D 2L 2 2.8 2.62 6.6 40m32 4 4故水壓試驗(yàn)時(shí)罐內(nèi)水重 W2 水V 40000Kg5.3 其他附件質(zhì)量 W 3人孔質(zhì)量約為 200Kg，其他接管總和按 350Kg 計(jì)。5.4 設(shè)備總質(zhì)量 WW W1 W2 W3 9270 40000 550 49820Kg 查壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)得，公稱(chēng)直徑為 2600，高度 H=250 的 A 型鞍座單個(gè)允許載 荷 547kN>498.2kN, 故其承載能力足夠。標(biāo)記為： JB/T 4724-92支座 A

15、 4六、選擇液面計(jì)液氨儲(chǔ)罐常用玻璃液面計(jì) ,由儲(chǔ)罐公稱(chēng)直徑 2600 選擇長(zhǎng)度為 2000mm 液面計(jì)二支，體 材料（針形閥）為碳鋼,體溫型, 液面計(jì)接管 為無(wú)縫鋼管 ，液面 計(jì)相配的接 口管尺 寸 為: 25 2.5mm平焊管法 蘭 HG 5010-58 Pg16Dg20 液面 計(jì)標(biāo)記 為： 玻璃 管液 面 計(jì) AIDL-1200 HG 5-227-80七、選配工藝接管本儲(chǔ)罐設(shè)有如下接口管：1. 液氨進(jìn)料管采用無(wú)縫鋼管 YB231-70 88×4mm ,管的一端伸入罐切成 45°,管長(zhǎng) 400 mm。配用凸面 式平焊管法蘭 HG 5010-58 Pg16Dg802. 液氨

16、出料管采用可拆的壓出管88×4mm, 伸入到罐內(nèi)離罐底約 100 mm, 外套無(wú)縫鋼管 100×6mm(管壁加厚，具有補(bǔ)強(qiáng)作用 ),都配用凸面板式平焊管法蘭( HG 5010-58 Pg16Dg80)，凸 面管法蘭蓋( GB9123.9-88)和石棉橡膠墊片( GB9126.2-88)。3. 排污管在罐的右端最底部設(shè)個(gè)排污管，規(guī)格是 70×2.5mm，管端焊有與截止閥相配的管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg65。排污管與罐體連接處焊有一厚度為 10mm 的補(bǔ)強(qiáng)圈 .4. 安全閥接口管安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用88×4mm 的無(wú)縫鋼管 , 管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg805. 壓力表接口管壓力表接口管由最大工作壓力決定 , 因此選用采用 70×2.5mm 無(wú)縫鋼管 ,管法蘭采用 HG 5010-58 P