液氨储罐说明书太原理工大学.docx
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液氨储罐说明书太原理工大学
课程设计（论文）题目：
32M3液氨储罐的设计
课程设计要求及原始数据（资料）
一、课程设计要求
1、按照国家压力容器设计标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的过程。
2、设计计算采用手算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠。
3、工程图纸要求计算机绘图。
4、独立完成。
二、原始数据
序号
项目
数值
备注
1
名称
也氨储罐
2
用途
液氨储存
3
最高工作压力MPa
1.868
由介质温度决定
4
工作温度℃
-20～50
5
公称容积M3
32
6
工作压力波动情况
0.117～1.868
可不考虑
7
装量系数
0.85
8
工作介质
液氨（中度危害）
9
使用地点
太原市，室外
摘要
本次课程设计的主要内容是设计液氨储罐，包括储罐的各种数据的确定，有储罐筒体的长度，公称直径的确定，罐体材料的选取，还有封头的确定，封头厚度筒体厚度的计算，附件的选取，包括各种法兰的选取，以及密封面的材料如何选，以及人孔的设计，人孔法兰和补强的计算。
最后还有焊接如何选取，焊料的选取，支座的材料类型还有位置的确定都是本次设计的主要内容。
本次设计在过程装备课程的基础上加强对知识的学习和应用，更好的学习和体会了在实际化工生产中知识的重要性，为我们打下牢固的实践基础。
目录
1:
材料选择与设备要求1
1.1：
设计压力的确定1
1.2：
关于筒体和封头的选材1
1.3:
计算压力：
2
1.4封头的选择：
2
2设计计算3
2.1：
筒体长度的确定：
3
2.2：
筒体厚度的确定：
3
2.3封头的厚度计算：
4
2.3．压力试验：
5
3法兰的选取6
3.1人孔的选取：
6
3.2：
管法兰的设计7
4液位计的选取9
5开孔补强的计算11
6支座结构的设计12
材料的确定：
13
7焊接接头及焊条的设计15
焊条的选取：
16
8参考文献17
9总结18
1:
材料选择与设备要求
1.1：
设计压力的确定
查得设计指导书表2-3液化气体饱和蒸汽压及饱和液密度，得液化氨气在50℃蒸汽压为1.968MPa，表压为1.868Mpa，装有安全阀的压力容器，设计压力不低于安全阀的开启压力，安全阀的开启压力是根据工作压力确定的，一般可取p=（1.05—1.10）pw。
现取1.1倍的工作压力为2.0548Mpa。
工作温度为-20℃到50℃是常温容器范围。
1.2：
关于筒体和封头的选材
由于本次设计选用中压储罐，考虑20R和16MnR这两种材料比较好。
现计算如下：
（选取直径为2000mm的圆筒形材料）
钢板标准号为GB150-1998。
表1.116MnR和20R许用应力
钢号
板厚/㎜
在下列温度（℃）下的许用应力/Mpa
≤20
100
150
200
250
300
16MnR
6～16
170
170
170
170
156
144
20R
6～16
133
133
132
123
110
101
计算16MnR：
计算20R:
由计算结果可知使用20R存在很多不方便之处，比如运输问题，20R比16MnR重，另外虽然16MnR的价格比20R高，但是在制作中便于卷制，所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。
1.3:
计算压力：
考虑液柱静压：
1.4封头的选择：
标准椭圆形封头是中低压容器中经常采用的封头形式。
查椭圆形封头标准：
《钢制压力容器封头》（JB/T4746-2002）
表1.2EHA椭圆封头型式参数
公称直径DN
总深度H
内表面积A
容积V/m3
2000
525
4.04930
1.1257
封头取与筒体相同材料[1,2]。
直边段长25mm
2设计计算
2.1：
筒体长度的确定：
依据我国现行压力容器常规设计的标准GB150-1998《钢制压力容器》、JB/T4731-2005《钢制卧式容器》，JB/T4700～4707-2000《压力容器法兰》，JB/T4712-2007《容器支座》
选取筒体公称直径为2000mm.
采用标准椭圆封头，
查椭圆形封头标准：
《钢制压力容器封头》（JB/T4746-2002）
表1.2EHA椭圆封头型式参数
公称直径DN
总深度H
内表面积A
容积V/m3
2000
525
4.04930
1.1257
由公式计算筒体长度为：
取V=32.05
求得筒体长度为L=9.4852m
由于
=4.7
所以方案可行
2.2：
筒体厚度的确定：
本筒体采用16MnR材料，
16MnR许用应力
钢号
板厚/㎜
在下列温度（℃）下的许用应力/Mpa
≤20
100
150
200
250
300
16MnR
6～16
170
170
170
170
156
144
16～36
163
163
163
159
147
134
36～60
157
157
157
150
138
125
>60～100
153
153
150
141
128
116
由应力计算筒体厚度公式得：
钢板负偏差为：
=3mm
腐蚀裕量：
设计厚度为
名义厚度为
有效厚度为
2.3封头的厚度计算：
采用标准椭圆封头
公称直径DN=2000mm
=2
由封头公式计算其厚度为：
设计厚度为
=14.2397mm
名义厚度为
2.4．压力试验：
本试验采用水压试验，温度为常温。
试验方法为，将罐体所有开口全部关闭只留进口和出口，在进口处加水使其全部充满罐体，待空气排净后保压30min。
水压试验时的压力
水压试验的应力校核：
水压试验时的应力
Mpa
水压试验时的许用应力为
故筒体满足水压试验时的强度要求。
3法兰的选取
3.1人孔的选取：
一般当设备的公称直径在900mm以下时可根据需要设置适当数量的手孔，超过900mm时应开设人孔。
人孔有圆形和长圆形两种。
人孔大小的设置原则是方便人得进入出。
因此，圆形人孔的公称直径规定为400到600mm，可根据容器直径和所处地点的不同选取。
容器公称直径大于等于100mm且筒体与封头为焊接连接时，容器至少设置一个人孔。
卧式容器筒体长度大于等于6000mm时应考虑设置2个以上人孔。
本次设计选取人孔直径为500mm。
公称压力PN=40，公称直径为DN=500。
回转带劲对焊法兰。
根据现行的人手孔标准为：
HG/T21514——2005《钢制人孔和手孔》
选取密封面形式为突面RF型，材料为与筒体相同的16MnR，
型材料。
垫片的选取：
选取非金属缠绕垫W，因为金属缠绕垫是目前非常普遍的一种垫片、也是价格较为实惠的垫片。
目前石墨作为缠绕用非金属材质广泛应用。
成为目前化工、液体管道、气体管道最主要的密封垫片。
选用回转盖带颈对焊法兰人孔
人孔标准尺寸表
密封面型式
PN/
Mpa
DN
dw×s
d
D
D1
H1
H2
b
A
B
L
d0
螺柱
螺母
螺柱
总质量
kg
突面RF
4.0
500
530×14
498
755
670
290
137
57
55
57
430
225
300
30
20
40
M39×3×210
256
选用六角头螺栓型号为：
b-8.8
人孔型号为：
RFIIb-8.8（W）A500-4.0HG/Ｔ21518-2005
3.2：
管法兰的设计
法兰设计可以根据法兰标准进行选型设计
材料：
根据要求容器接管采用无缝钢管，所以接管选择无缝钢管，采用HG/T4700～4707-2000《钢制管法兰》。
材料为16MnR。
设计压力：
按水压试验选取
密封面选取突面法兰，根据HG法兰标准编制说明，中美洲体系关于法兰密封面选用了突面，环连接面，全平面，凹凸面，及榫槽面，其中，凹凸面，及榫槽面，是因考虑标准的完整性而列入，但用处不大。
凹凸面只用于阀盖与阀体连接等大构建内部连接场合，极少用于外部配管，阀门的连接。
而且六种垫片仅有三种用于凹凸面。
考虑强度要求选用带颈对焊法兰。
选择金属缠绕垫。
PNMPa
DN
法兰标准
大小mm
密封面
用途
伸出量mm
质量Kg
4.0
25
HG20592
φ32×5.4
RF
排污口
150
0.5325
4.0
50
HG20592
φ57×6
RF
出液口
150
1.1325
4.0
50
HG20592
φ57×6
RF
进液口
150
1.1325
4.0
25
HG20592
φ32×4.5
RF
液位计口
150
0.4575
4.0
25
HG20592
φ32×4.5
RF
压力表口
150
0.4575
4.0
80
HG20592
φ38×7
RF
安全阀
150
0.8025
4.0
500
HG20592
φ530×12
RF
人孔
150
22.848
4.0
25
HG20592
φ32×4.5
RF
液位计伸出
1025
3.12625×2
4.0
50
HG20592
φ57×6
出液口伸出
2000
3.7465
如图：
4液位计的选取
液位计的测量可分为在设备本体上作为液位指示的就地液面的对液面控制的液位变送器。
就地液面计和对液位进行控制的液位变送器。
就地液面计种类很多，如下表：
型式
适用范围
标准选用
磁性液位计
PN=1.6～16Mpa液体密度大于等于0.45g/cm
HG/T21584
盛装易燃，爆炸危险介质和毒性为中度、高度的极度介质的容器采用就地液面计非常慎重，一般不得选用玻璃管液面计。
当环境温度影响液体流动时，应采用保温型玻璃管液面计或蒸汽夹套型玻璃板液面计。
当要求观察的液面变化范围很小时，采用结构简单，不易阻塞的视镜。
液面计一般通过法兰、活接头或螺纹接头与设备连接在一起，设计时要根据所选的液面计配相应的接口。
液面计的长度和安装位置应根据最高液面和最低液面的要求来确定，对于直径较大的设备，若一个液面计不能满足要求，就要考虑采用两个或多个液面计相配合使用。
本装置采用磁性液位计，其工作原理是基于浮子的浮力及磁性原理，在测量管内浮子随液位计的升降而上下移动。
磁性液位计的特点：
1）适用范围广、安装形式多样，适合任何介质的液位、界面的测量。
2）集现场指示，远传变送、报警控制开关于一体，功能齐全。
3）被测介质与指示结构完全隔离，密封性能好，防泄漏，不受高、低温度巨变的影响，不需多组液位计的组合，适应高压，高温，腐蚀条件下的液位测量，可靠性高
4）全过程测量无盲区，双色指示，连续直观、醒目、测量范围大，观察方向可任意改变；
5）耐振动性好，能适应液位计波动大的情况下工作。
6）结构简单，安装方便，维护费用低
选取液位计PN=4.0
普通型，中心距为L=2500mm
连接法兰用DN20
标记为：
HG/T21584-95UZ4.0-2500-563000AF304A
5开孔补强的计算
压力容器不可避免的要开孔并往往带有管子或凸缘。
容器开孔接管后在应力分布和强度方面会带来如下影响：
A开孔破坏了原有的应力分布并引起集中应力
B接管处容器壳体与接管形成不连续应力；
C壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡引起集中应力。
这样在接管开孔根部产生很大的应力峰值，引起局部强度削弱，有时要有一定补强措施。
在管法兰处
设计压力小于2.5MPa
相邻开孔间距大于两孔直径之和的两倍
接管公称外径小于89mm
接管最小壁厚满足下表要求：
接管最小壁厚要求
接管公称直径/mm
25
32
38
45
48
最小壁厚/mm
3.5
4.0
所以补强只用于人孔：
计算补强：
A=d×δ=536×12.27725=6580.6060mm2（选用D型焊接形式）
（D-d）δ1=A
δ1=6580.606/（840-530）=21.22mm取22mm重为57Kg
6支座结构的设计
容器支座有鞍式支座、腿式支座、支承式支座和群式支座。
鞍式支座是卧式容器经常采用的支座类型，所以本次设计采用鞍式支座。
DN2000mm120°包角重型带垫板鞍式支座结构和尺寸如下表
公称直径
允许载荷
鞍座高度
底板
腹板
筋板
垫板
螺栓间距
鞍座质量
增加100mm增加质量
l1
B1
δ1
δ2
L3
B2
B3
δ3
弧长
B4
δ4
e
2000
875
250
1420
220
16
14
330
190
260
12
2330
460
10
90
1260
225
24
支座选用：
材料的确定：
鞍式支座材料为Q-235A.垫板材料一般应与容器筒体相同，焊接材料的选用参照有关标准。
鞍式支座标记为DN2000mm，120°包角，重型带垫板鞍式支座，鞍座材料Q235A
JB/T4712.1-2007，鞍座BV2000-F，JB/T4712.1-2007，鞍座BV2000-S
鞍座位置的确定：
重量计算：
筒体重量：
7025.177Kg
封头重量521、2Kg
水重32050Kg
总重为40608.19Kg
鞍座位置的选取：
A≦0.5R取1000mm处为宜。
制造要求：
焊接采用电弧焊。
鞍座本体的焊接，均为双面连续角焊。
鞍座与容器圆筒焊接采用连续焊。
焊缝腰高取较薄板厚度的0.5到0.7倍，且不小于5mm.
焊缝表面不得有裂纹、夹渣、气孔和胡坑等缺陷、不得有熔渣和飞溅物。
鞍座垫板的圆弧表面应能与容器壁贴合，要求装配好后的最大间距不超过2mm。
鞍座阻焊完毕，各部件应平整，不得翘曲。
7焊接接头及焊条的设计
容器各受压元件的组装通常采用焊接。
焊接接头是焊缝和热影响区的总称。
焊接接头的形式直接影响到焊接质量的安全。
压力容器焊接结构设计的基本原则
1）回转壳体的拼接接头必须采用对接接头。
壳体上的所有纵向及环向接头、凸形封头上的拼接接头即A、B类接头，必须采用对接焊接，不能搭接焊。
2）随借接头应采用等厚焊接。
当厚度差较大的两部分回转壳体对接时应厚度较大的一侧进行削弱加工，以使得两侧的厚度基本相等。
这样可以减小刚度差，降低应力集中。
3）焊接接头应便于进行无损检测。
容器焊接接头坡口的设计：
焊接接头坡口的设计是焊接结构设计的重要内容。
坡口形式指被焊两金属件相连接处预先被加工成的结构形式。
一般由焊接工艺本生来决定，坡口的基本尺寸为坡口的角度α、钝边高度P和根部间隙b。
名称
坡口形式
坡口尺寸
适用范围
X型
δ=3～２６
ｂ＝０～３
Ｐ＝１～４
α＝４０°～６０°
壳体的纵环对接焊缝
接管与带补偿圈的焊接结构设计：
接管与壳体及补偿圈之间的焊接一般只能采用角焊和撘焊，具体的焊接结构还与对容器强度与安全要求有关，有多种形式，涉及到是否开坡口、单面焊与双面焊等问题。
补偿圈的焊接表：
坡口形式
接头行式
基本尺寸
适用范围
D
β1=35°±2°
β2=50°±5°
b1=5±1
b2=2±0.5
K1=δn/3
K2=δe
P=2±0.5
可用于低温、储存有毒介质或腐蚀介质的容器；
焊条的选取：
一般在压力容器的设计中，都是按电弧焊的要求来进行焊接结构的设计，并选用相应的焊接材料。
手工电弧焊设备简单，便于操作，适用于各种焊接，在压力容器制造中应用十分广泛，钢板对接，接管与筒体、封头的连接等都可以采用手工电弧焊。
焊条要按等强度原则选择，要求焊条与母材强度相等或基本相等。
16MnR的抗拉刚度为510Mpa，选用E-50系列焊条，可以选E-5015-X低氢纳型。
GB/T5118-1995
8参考文献
1汤善甫、朱思明，化工设备机械基础，第2版。
上海：
华东理工出版社，2004
2刘志军，李志义。
过程机械。
北京：
中国石化出版社，2005
3董大勤编.化工设备机械基础.北京：
化学工业出版社，20034贺匡国.化工容器及设备简明设计手册，第二版.2002.4
5余国琮.化工机械工程手册，上卷.北京：
化学工业出版社
6郑晓梅编.化工制图.北京：
化学工业出版社，2001.11
9结束语
在这次课程设计中，是我更加深刻的认识了化工机械这门课程。
这次设计是在课程学习的基础上的一次加强学习，更加体会出这门课的重要性。
在这次设计中我们对未来有了一个很明确的认识，在一次设计中不仅要考虑多种因素包括环境条件和各种物理化学的性质等，再选择适合的设计参数，包括设计的各种压力和厚度等对。
罐体的材料和结构进行计算确定之后还要进行一系列辅助计算，包括水压试验等。
通过这次设计我们独立完成任务的思路有了很大的提高。
我们通过查阅相关的文献书籍各种数据，并且对制图软件的使用也有了更加深刻的认识。
因为我学到的知识有限，在设计中存在许多缺点和不足，请各位老师做出批评和斧正。
感谢老师的指教。
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