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液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說明書
前言
本說明書為《31m3液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說明書》。本文采用分析設(shè)計(jì)方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質(zhì)等因素并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算的設(shè)計(jì)順序，分別對(duì)儲(chǔ)罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后采用1SW6-1998對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核，最后形成合理的設(shè)計(jì)方案。
目錄
附：設(shè)計(jì)任務(wù)書…………………………………………….2
第一章 緒 論…………………………………………….3
（一）設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………….3
（二）設(shè)計(jì)思想…………………………………………….3
（三）設(shè)計(jì)特點(diǎn)…………………………………………….3
第二章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證…………………………3
（一）材料選擇……………………………………………..3
（二）結(jié)構(gòu)選擇與論證……………………………………..3
第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………5
（一）計(jì)算筒體的壁厚……………………………………..5
（二）計(jì)算封頭的壁厚……………………………………..6
（三）水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核………………………………..6
（四）選擇人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng)…………………………..7
（五）核算承載能力并選擇鞍座…………………………..9
（六）選擇液面計(jì)…………………………………………..9
（七）選擇壓力計(jì)………………………………………….10
（八）選配工藝接管……………………………………….10
第四章 設(shè)計(jì)匯總…………………………………………...11
第五章 結(jié)束語……………………………………………...12
第六章 參考文獻(xiàn)……………………………………………13
第一章 緒論
（一）設(shè)計(jì)任務(wù)：
針對(duì)化工廠中常見的液氨儲(chǔ)罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備的選型設(shè)計(jì)，繪制總裝配圖和零件圖，并編寫設(shè)計(jì)說明書。
（二）設(shè)計(jì)思想：
綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識(shí)，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，安全可靠性。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。
（三）設(shè)計(jì)特點(diǎn)：
容器的設(shè)計(jì)一般由筒體、封頭、法蘭、支座、接口管及人孔等組成。常、低壓化工設(shè)備通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可直接選用。本設(shè)計(jì)書主要介紹了液罐的的筒體、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，低壓通用零部件的選用。
各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。
第二章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證
（一）材料選擇：
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(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)，且16MnR機(jī)械加工性能、強(qiáng)度和塑性指標(biāo)都比較號(hào)，所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。
（二）結(jié)構(gòu)選擇與論證：
1.封頭的選擇：
從受力與制造方面分析來看，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(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。
2.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。選用時(shí)應(yīng)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(jié)構(gòu)和材料等諸方面的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性，其尺寸大小及位置以設(shè)備內(nèi)件安裝和工人進(jìn)出方便為原則。通?？梢愿鶕?jù)操作需要,在這考慮到人孔蓋直徑較大較重, 可選擇回轉(zhuǎn)蓋對(duì)焊法蘭人孔。
3.法蘭的選擇：
法蘭連接主要優(yōu)點(diǎn)是密封可靠、強(qiáng)度足夠及應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)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(duì)焊法蘭。平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。甲型平焊法蘭有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在較小范圍內(nèi)（DN300 mm ～2000 mm）適用溫度范圍為-20℃～300℃。乙型平焊法蘭用于PN0.25 MPa～1.6 MPa壓力等級(jí)中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為DN300 mm ～3000 mm，適用溫度范圍為-20℃～350℃。 對(duì)焊法蘭具有厚度更大的頸，進(jìn)一步增大了剛性。用于更高壓力的范圍（PN0.6 MPa～6.4MPa）適用溫度范圍為-20℃～45℃。法蘭設(shè)計(jì)優(yōu)化原則：法蘭設(shè)計(jì)應(yīng)使各項(xiàng)應(yīng)力分別接近材料許用應(yīng)力值，即結(jié)構(gòu)材料在各個(gè)方向的強(qiáng)度都得到較充分的發(fā)揮。
法蘭設(shè)計(jì)時(shí)，須注意以下二點(diǎn)：管法蘭、鋼制管法蘭、墊片、緊固件設(shè)計(jì)參照原化學(xué)工業(yè)部于1997年頒布的《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》標(biāo)準(zhǔn)（HG20592～HG20635-1997）的規(guī)定。
4.液面計(jì)的選擇：
液面計(jì)是用以指示容器內(nèi)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(jì)、玻璃管液面計(jì)、浮子液面計(jì)和浮標(biāo)液面計(jì)。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計(jì)有透光式和反射式兩種結(jié)構(gòu)，其適用溫度一般在0～250℃。但透光式適用工作壓力較反射式高。玻璃管液面計(jì)適用工作壓力小于1.6MPa，介質(zhì)溫度在0～250℃的范圍。液面計(jì)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(jì)。液面計(jì)的選用：
（1）玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)均適用于物料內(nèi)沒有結(jié)晶等堵塞固體的場合。板式液面計(jì)承壓能力強(qiáng)，但是比較笨重、成本較高。
（2）玻璃板液面計(jì)一般選易觀察的透光式，只有當(dāng)物料很干凈時(shí)才選反射式。
（3）當(dāng)容器高度大于3m時(shí)，玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)的液面觀察效果受到限制，應(yīng)改用其它適用的液面計(jì)。
液氨為較干凈的物料，易透光，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象，所以在此選用玻璃管液面計(jì)。
4.鞍座的選擇：
鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座。從應(yīng)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(gè)支承比采用兩個(gè)支承優(yōu)越，因?yàn)槎嘀С性诹粌?nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小。所以，從理論上說臥式容器的支座數(shù)目越多越好。但在是實(shí)際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成雙支座，這是因?yàn)楫?dāng)支點(diǎn)多于兩個(gè)時(shí)，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(chǔ)下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對(duì)剛性等等，均會(huì)影響支座反力的分布。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(huì)造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運(yùn)行安全帶來不利的影響。所以一臺(tái)臥式容器支座一般情況不宜多于二個(gè)。
在此選擇鞍式雙支座，一個(gè)S型，一個(gè)F型。
第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算
（一）計(jì)算筒體的壁厚：
因?yàn)橐喊钡膬?chǔ)量為31m3，按原化工部1985年頒布實(shí)施的有關(guān)貯罐尺寸和質(zhì)量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（《臥式橢圓形封頭貯罐系列》HG5-1580-85）,取Di=2700mm
Pc—設(shè)計(jì)壓力 儲(chǔ)罐的最高工作溫度為40℃，此時(shí)氨的飽和蒸汽壓為1.55MPa ，取此壓強(qiáng)的1.10倍作為設(shè)計(jì)壓力，故
在操作溫度-5～40℃的范圍內(nèi)，估計(jì)筒體壁厚大約為16mm，在《常用容器鋼板（管）許用應(yīng)力表》中按設(shè)計(jì)溫度40℃，板厚6～16mm間插值取得
焊接接頭采用V坡口雙面焊接,采用全部無損檢測,其焊接接頭系數(shù)由焊接接頭系數(shù)表查得=1.00
鋼板負(fù)偏差由《鋼板厚度負(fù)偏差表》查得C1=0.8 mm；液氨為輕微腐蝕，腐蝕裕量由(殼體、封頭腐蝕裕量表)查得C2=2 mm。
液氨儲(chǔ)罐是內(nèi)壓薄壁容器，按公式計(jì)算筒體的設(shè)計(jì)厚度為：
考慮到鋼板負(fù)偏差，所以筒體厚度應(yīng)再加上C1，即
13.515+0.8=14.315
根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查《鋼板的常用厚度表》，圓整為δn=16mm
（二）計(jì)算封頭的壁厚：
采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同。
封頭的設(shè)計(jì)厚度
考慮到鋼板負(fù)偏差，所以封頭厚度應(yīng)再加上C1，
即12.515+0.8=14.315 mm
根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查《鋼板的常用厚度表》，圓整為
δn=16mm，可見跟筒體等厚。
（三）水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核：
先按公式確定水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力為：
選取兩者中壓力較大值作為水壓試驗(yàn)壓力，即取，
水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力為
查表得厚度為16mm的16MnR鋼板的鋼材屈服極限
故在常溫水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力為
故 因此滿足水壓試驗(yàn)要求
（四）選擇人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng)：
根據(jù)儲(chǔ)罐是在常溫下及最高工作壓力為1.705 MPa的條件下工作,人孔的標(biāo)準(zhǔn)按公稱壓力為2.5 MPa等級(jí)選取，考慮到人孔蓋直徑較大較重,故選用水平吊蓋人孔(GH21524-2004)，公稱直徑450mm，突面法蘭密封面。
該人孔標(biāo)記為：人孔R(shí)F Ⅳ(A·G)450-2.5 GH21524-2004
另外,還要考慮人孔補(bǔ)強(qiáng),確定補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸,由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管,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,壁厚=10mm
查表得人孔的筒體尺寸為480×10，由標(biāo)準(zhǔn)查得補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸為：
內(nèi)徑Di=484外徑Do=760
開孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：
1. 筒體的計(jì)算壁厚：
2. 計(jì)算開孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積A：
開孔直徑：
補(bǔ)強(qiáng)的面積：
3. 有效寬度：
取最大值 B=907.2mm
4. 有效高度：
外側(cè)高度
或
兩者取較小值
內(nèi)側(cè)高度
或
兩者取較小值
5. 筒體多余面積A1：
筒體有效厚度：
選擇與筒體相同的材料（16MnR）進(jìn)行補(bǔ)償，故=1，所以
6. 接管多余金屬的截面積A2：
接管計(jì)算厚度
7. 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫截面積A3：
8. 有效補(bǔ)強(qiáng)面積Ae：
因?yàn)椋孕枰a(bǔ)強(qiáng)
9. 所需補(bǔ)強(qiáng)截面積A4:
10. 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：（補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑，外徑）
考慮鋼板負(fù)偏差并圓整，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
（五）核算承載能力并選擇鞍座：
首先粗略計(jì)算鞍座負(fù)荷
儲(chǔ)罐總質(zhì)量： ，式中
—罐體的質(zhì)量，Kg
—水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量，Kg
—附件的質(zhì)量，Kg
1. 罐體質(zhì)量W1：
儲(chǔ)罐公稱容積為31，筒體公稱直徑=2700 mm，那么每米長的容積為5.73 ，由《材料與零部件》查得封頭容積=2.8055/m，則
解得L=4.43，取L=4.5即取L=4500
罐體的自重由《壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)》可查得，公稱直徑DN=2700，壁厚的筒體的重量為7238Kg，封頭自重為1016Kg，故罐體自重
2. 水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量W2:
儲(chǔ)罐的總?cè)莘e
故水壓試驗(yàn)時(shí)罐內(nèi)水重
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(jì)
4. 設(shè)備總質(zhì)量W:
查《壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，公稱直徑為2800，高度H=250的A型鞍座單個(gè)允許載荷447kN>403.9168Kn,故其承載能力足夠。標(biāo)記為：
支座Dg2008 A JB/T 4712-1992
（六）選擇液面計(jì)：
液氨儲(chǔ)罐常用玻璃液面計(jì),由儲(chǔ)罐公稱直徑2700選擇長度為2000mm 液面計(jì)二支，體材料(針形閥)為碳鋼,體溫型, 液面計(jì)接管為無縫鋼管，液面計(jì)相配的接口管尺寸為:平焊管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg25 液面計(jì)標(biāo)記為：玻璃管液面計(jì) AIDL-1200 HG 5-227-80
（七）選擇壓力計(jì)：
量程裝在鍋爐、壓力容器上的壓力表，其最大量程（表盤上刻度極限值）應(yīng)與設(shè)備的工作壓力相適應(yīng)。壓力表的量程一般為設(shè)備工作壓力的1.5～3倍，最好取2倍。若選用的壓力表量程過大，由于同樣精度的壓力表，量程越大，允許誤差的絕對(duì)值和肉眼觀察的偏差就越大，則會(huì)影響壓力讀數(shù)的準(zhǔn)確性；反之，若選用的壓力表量程過小，設(shè)備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限，則會(huì)使壓力表中的彈性元件長期處于最大的變形狀態(tài)，易產(chǎn)生永久變形，引起壓力表的誤差增大和使用壽命降低。另外，壓力表的量程過小，萬一超壓運(yùn)行，指針越過最大量程接近零位，而使操作人員產(chǎn)生錯(cuò)覺，造成更大的事故。因此，壓力表的使用壓力范圍，應(yīng)不超過刻度極限的60～70％。
? 測量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤刻度極限值的百分?jǐn)?shù)來表示的。精度等級(jí)一般都標(biāo)在表盤上，選用壓力表時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的壓力等級(jí)和實(shí)際工作需要來確定精度。額定蒸汽壓力小于2.45MPa的鍋爐和低壓容器所用的壓力表，其精度不應(yīng)低于2.5級(jí)；額定蒸汽壓力大于2.45MPa的鍋爐和中、高壓容器的壓力表，精度不應(yīng)低于1.5級(jí)。
表盤直徑為了使操作人員能準(zhǔn)確地看清壓力值，壓力表的表盤直徑不應(yīng)過小。在一般情況下，鍋爐和壓力容器所用壓力表的表盤直徑不應(yīng)小于100mm，如果壓力表裝得較高或離崗位較遠(yuǎn)，表盤直徑還應(yīng)增大。
考慮到液氨有一定腐蝕性,所以綜合考慮選用隔膜壓力表, 技術(shù)指標(biāo)為：
精度等級(jí)：公稱直徑： 接頭螺紋：
測量范圍：～
（八）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
采用無縫鋼管YB231-70 76×4mm ,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 Pg16Dg25
2.液氨出料管
采用可拆的壓出管76×4mm,伸入到罐內(nèi)離罐底約100 mm,外套無縫鋼管89×6mm(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 Pg16Dg25），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76×4mm，管端焊有與截止閥相配的管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg70。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76×4mm的無縫鋼管, 管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg70
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57×3.5mm無縫鋼管,管法蘭采用HG 5010-58 Pg16Dg50。各接管外伸高度都是150mm。
第四章 設(shè)計(jì)匯總
技術(shù)特性表
名稱
指標(biāo)
設(shè)計(jì)壓力
1.705MPa
工作溫度
≤40℃
物料名稱
液氨
容積
31.396m3
接管表
符號(hào)
連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)
密封面形式
用途
a1-2
HG 5010-58 Pg16Dg25
突面
液面計(jì)接口管
b1-2
HG 5010-58 Pg16Dg50
突面
壓力計(jì)接口管
c
HG 5010-58 Pg16Dg25
突面
人孔
d
HG 5010-58 Pg16Dg25
突面
出料口
e
HG 5010-58 Pg16Dg25
突面
進(jìn)料口
f
HG 5010-58 Pg16Dg70
突面
安全閥接口管
g
HG 5010-58 Pg16Dg70
突面
排污口
第五章 結(jié)束語
經(jīng)過兩周的緊張忙碌終于把這次設(shè)計(jì)做完了。兩周以來雖然很累，尤其是畫圖，因?yàn)楹芫脹]有用AUTO CAD畫圖，所以感到特別生疏，但是在使用了一段時(shí)間后還是熟悉了，又整天對(duì)著電腦，眼睛感到特別的難受，不過凡事只要堅(jiān)持就好了。
在這次設(shè)計(jì)中我要感謝我們的張永強(qiáng)老師，他總是在我們感到困惑的時(shí)候給我們進(jìn)行耐心的講解，正是因?yàn)樗哪托呐c細(xì)心，才能夠使我們的設(shè)計(jì)能夠順利的進(jìn)行下去。還有要感謝我的同學(xué)，是他們一次次的幫我發(fā)現(xiàn)問題，并且耐心的給我指正，謝謝你們了。
第六章 參考文獻(xiàn)
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[2]《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書》 王 非 林 英 2003.12
[3]《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》（第二版） 潘永亮 2007
[4]《化工制圖》 熊潔羽 2007.1 化學(xué)工業(yè)出版社
[5]《鋼制壓力容器》 GB150-89
[6]《化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》 韓葉象 北京化工學(xué)院出版社
[7]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 4746-2002
[8]《金屬化工設(shè)備零部件》
[9]《材料與零部件》
13
化學(xué)與化工學(xué)院設(shè)計(jì)課程
液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)者：付樹華
班 級(jí)：化學(xué)工程與工藝07-2班
學(xué) 號(hào)：0702129232
指導(dǎo)教師：張永強(qiáng)
完成時(shí)間：2009.01.15