1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計計算說明書 課程設(shè)計題目：液氨儲罐設(shè)計 小組成員：張曉亮、馮秀艷、趙俊婷、侯建龍、鄭曉東、羅恒 專業(yè)年級：2008級化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)教師：張永強 日期：2010年12月,一、設(shè)計任務(wù)書,試設(shè)計一液氨儲罐，設(shè)計參數(shù)見技術(shù)特性表、管口表和工藝條件圖，使用地點：內(nèi)蒙古科技大學(xué)。 技術(shù)特性表,管口表,二、液氨儲罐設(shè)計參數(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類的低碳鋼板， 16MnR鋼板的價格比20R貴，但在制造費用方面，

2、同等重量設(shè)備的計價， 16MnR鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇16MnR 鋼板作為制造筒體和封頭材料。 2、設(shè)計溫度與設(shè)計壓力的確定 液氨儲罐通常置于室外，罐內(nèi)液氨的溫度和壓力直接受到大氣溫度的影響，在夏季液氨儲罐經(jīng)太陽暴曬，液氨溫度可達(dá)40以上，隨著氣溫的變化，儲罐的操作壓力也在不斷變化。,通過查閱氣相資料可知該地區(qū)夏季最高氣溫低于400C，因此液氨儲罐的操作溫度通常最低可取夏季氣溫40，通過查表可知，在400C 時液氨的飽和蒸汽壓(絕對壓力)為1.55MPa，密度為580kg/m3。 壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程規(guī)定液化氣體儲罐必須安裝安全閥，設(shè)計壓力可取最大操作壓力的1.05-1.10 倍。所以設(shè)

3、計壓力p = 1.10(1.55 0.1) = 1.595MPa ，故取設(shè)計壓力p=1.6MPa。 3、其他設(shè)計參數(shù) 容器公稱直徑見技術(shù)特性表即公稱直徑DN=2.2m；罐體和封頭的材料為16MnR，查教材P168 表8-7可知其設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 t = 170MPa。液氨儲罐封頭從受力,方面分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點是深度大，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(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(jié)構(gòu)和

4、制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。液氨儲罐筒體為板卷焊，焊接接頭采用V 坡口雙面焊接,采用局部無損檢測,根據(jù)焊接接頭結(jié)構(gòu)和無損探傷比例確定焊接接頭系數(shù) = 1。,三、筒體和封頭的壁厚的計算,1.筒體壁厚的計算 設(shè)計壓力p c = 1.6 MPa ，筒體內(nèi)徑 DN = 2200mm ， 設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 t = 170MPa，焊接接頭系數(shù) = 1。 所以，筒體的計算厚度=PcDi/2 t-p=1.6*2200/(2*170*1-1.6)=10.4mm 在鋼制壓力容器中，只考慮鋼板腐蝕裕量，鋼板的厚度負(fù)偏差取C1=0.8，平面腐裕量取C2=2 mm。 則筒體的設(shè)計厚度d=+C2=10.

5、4+2=12.4mm 根據(jù)鋼板厚度規(guī)格表，圓整后選取名義厚度 n= 14mm 的16MnR 鋼板.,2.封頭壁厚的計算,采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同. 封頭的計算厚度=PcDi/2 t-p=1.6*2200/(2*170*1-1.6)=10.4mm 設(shè)計厚度d=+C2=10.4+2=12.4mm 圓整后選取名義厚度n = 14mm的16MnR 鋼板 3.水壓試驗 3.1確定水壓試驗的試驗壓力值 根據(jù)公式，試驗壓力Pt=p/ t 其中，耐壓試驗壓力系數(shù)，查教材表15-3知 = 1.25，而 = t 所以試驗壓力Pt=1.25*1.6=2MPa 3.2計算水壓試驗時的器壁應(yīng)力值,試壓時的器

6、壁應(yīng)力t=PtDi+e/(2e)=2*2200+(14-2.8)/2*(14-2.8)*1=197.47MPa 3.3校核強度 查教材表8-7 可知14mm 的16MnR 鋼板的常溫強度指標(biāo)s = 345 ，所以0.9s = 0.9345 1= 310.5MPa， t 0.9s ，故器壁厚度滿足水壓試驗要求。 四、選擇人孔并核算開孔補強 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。一般人孔有兩個手柄。根據(jù)儲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)按公稱壓力為1.6 MPa 等級選取，考慮到

7、人孔蓋直徑較,大較重,故選用碳鋼水平吊蓋人孔(JB583-79)，人孔筒節(jié)軸線垂直安裝。公稱直徑450mm,凹凸法蘭密封面（C 型），該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸，檢修時只須松開螺栓將蓋板旋轉(zhuǎn)一個角度，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,JB583-79 4.2開孔補強的計算 由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管,故不能直接選用補強圈標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑為d=450mm,壁厚 m =10mm。故補強圈尺寸如下： 查表得人孔的筒體尺寸為 48010，由標(biāo)準(zhǔn)查得補強強圈內(nèi)公式D1=484mm, 外徑D2=760mm，,開孔補強的有關(guān)計算參

8、數(shù)如下： 1.不計焊縫系數(shù)的筒體計算壁厚： =PcDi/(2 t-p)=1.6*2200/(2*170-1.6)=10.4mm 2.開孔所需補強的面積A： 開孔直徑：d = di + 2C = 450 + 2 (0.8 +2) = 455.6mm 補強的面積：A = d = 455.6*10.4 = 4738.24mm2 3.有效寬度B： B = 2 d = 2 455.6 = 911.2mm B = d + 2 n + 2 m = 455.6 + 2 14 + 2 10 = 503.6mm 取最大值B=911.2mm 4.有效高度h：,外側(cè)高度h1= (d*m)=(455.6*10) =67

9、.498mm 或 h1 =接管實際外伸高度=250mm 兩者取較小值h1 =67.498mm 內(nèi)側(cè)高度h2= (dm)= (455.6*10) =67.498mm 或 h2 =接管實際內(nèi)伸高度=0mm 兩者取較小值h 2=0mm 5.筒體多余面積A1： 筒體有效厚度：e=n-C=14-2.8=11.2mm 選擇與筒體相同的材料（16MnR）進(jìn)行補償，故r f =1，所以 A 1=(B-d)(e-)-2m(e-)(1-fr) =(911.2-455.6)(11.2-10.4)-0 =364.48mm2,6.接管多余金屬的截面積A2： 接管計算厚度t=Pc*d/(2 t-Pc)=1.705*455

10、.6/(2*170*1-1.705)=2.296mm A2=2h1(et-t)fr+2h2(et-C2)fr =2h1(m-C-t)fr+0 =2*67.498*(10-2.8-2.296) =662.02mm2 7.補強區(qū)內(nèi)焊縫截面積A3： A3=2*0.5*10*10=100mm2 8.有效補強面積Ae： Ae=A1+A2+A3=364.48+662.02+100=1126.5mm2,因為A e =A4/(D0-Di)=3611.74/276=13.086mm 考慮鋼板負(fù)偏差并圓整，實取補強厚度12mm，補強材料與殼體材料相同，制造時為便于備材，且補強圈耗材也不多，設(shè)計時可采用與殼體相同的

11、板厚，即取 = 16mm 五、選擇鞍座并核算承載能力 首先粗略計算鞍座負(fù)荷 儲罐總質(zhì)量;W=W1+W2 +W3 式中 W1 罐體的質(zhì)量，Kg,W2 水壓試驗時水的質(zhì)量，Kg W3 附件的質(zhì)量，Kg 5.1罐體質(zhì)量W1 罐體的自重由壓力容器設(shè)計手冊可查得，公稱直徑DN=2200，壁厚n= 14 的筒體的重量為3141.6Kg，封頭自重為616Kg，故 罐體自重W1=3141.6+2*616=4373.6Kg 5.2水壓試驗時水的質(zhì)量W2 筒體公稱直徑DN=2.2m，筒體長度L=5.58m ，由材料與零部件查得封頭容積V2 =2.51m3 ，由已給數(shù)據(jù)知儲罐的總?cè)莘eV=18m3, 故水壓試驗時罐內(nèi)

12、水重W2=水V=18000Kg 5.3其他附件質(zhì)量W3 人孔質(zhì)量約為200Kg，其他接管總和按350Kg 計。,5.4設(shè)備總質(zhì)量W W=W1+W2+W3=4373.6+18000+550=22923.6Kg 查壓力容器設(shè)計手冊得，公稱直徑為2200，高度H=250 的A型鞍座單個允許載荷547kN498.2kN,故其承載能力足夠。 標(biāo)記為： JB/T 4724-92 支座A 4 六、選擇液面計 液氨儲罐常用玻璃液面計,由儲罐公稱直徑2200 選擇長度為2000mm 液面計二支，體材料(針形閥)為碳鋼, 體溫型, 液面計接管為無縫鋼管，液面計相配的接口管尺寸為: 252.5mm平焊管法蘭HG 5

13、010-58 Pg16Dg20 液面計標(biāo)記為：玻璃管液面計AIDL-1200 HG 5-227-80 七、選配工藝接管,本儲罐設(shè)有如下接口管： 1.液氨進(jìn)料管 采用無縫鋼管YB231-70 573.5mm ,管的一端伸入罐切成45,管長400 mm。配用凸面式平焊管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg80 2.液氨出料管 采用可拆的壓出管 253mm,伸入到罐內(nèi)離罐底約100 mm, 外套無縫鋼管 383.5mm(管壁加厚，具有補強作用),都配用凸面板式平焊管法蘭（HG 5010-58 Pg16Dg80），凸面管法蘭（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)個排污管，規(guī)格是 573.5mm，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 的補強圈. 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 322.5mm 的無縫鋼管, 管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg8。 5.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 573.5mm 無縫鋼管,管法蘭采用HG 5010-58 Pg16Dg65。各接管外伸高度都是150mm. 八、液氨儲罐裝配圖 （見附圖）,參考文獻(xiàn)： 1、湯善甫，朱思明 編.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)上海：華東理工大學(xué)