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液氨儲罐設計說明書
前言
本說明書為《31m3液氨儲罐設計說明書》。本文采用分析設計方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質等因素并參考相關標準，按工藝設計、設備結構設計、設備強度計算的設計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管進行設計，然后采用1SW6-1998對其進行強度校核，最后形成合理的設計方案。
目錄
附：設計任務書…………………………………………….2
第一章 緒 論…………………………………………….3
（一）設計任務…………………………………………….3
（二）設計思想…………………………………………….3
（三）設計特點…………………………………………….3
第二章 材料及結構的選擇與論證…………………………3
（一）材料選擇……………………………………………..3
（二）結構選擇與論證……………………………………..3
第三章 設計計算……………………………………………5
（一）計算筒體的壁厚……………………………………..5
（二）計算封頭的壁厚……………………………………..6
（三）水壓試驗及強度校核………………………………..6
（四）選擇人孔并核算開孔補強…………………………..7
（五）核算承載能力并選擇鞍座…………………………..9
（六）選擇液面計…………………………………………..9
（七）選擇壓力計………………………………………….10
（八）選配工藝接管……………………………………….10
第四章 設計匯總…………………………………………...11
第五章 結束語……………………………………………...12
第六章 參考文獻……………………………………………13
第一章 緒論
（一）設計任務：
針對化工廠中常見的液氨儲罐，完成主體設備的工藝設計和附屬設備的選型設計，繪制總裝配圖和零件圖，并編寫設計說明書。
（二）設計思想：
綜合運用所學的機械基礎課程知識，本著認真負責的態(tài)度，對儲罐進行設計。在設計過程中綜合考慮了經(jīng)濟性，實用性，安全可靠性。各項設計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設計有章可循，并考慮到結構方面的要求，合理地進行設計。
（三）設計特點：
容器的設計一般由筒體、封頭、法蘭、支座、接口管及人孔等組成。常、低壓化工設備通用零部件大都有標準，設計時可直接選用。本設計書主要介紹了液罐的的筒體、封頭的設計計算，低壓通用零部件的選用。
各項設計參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設計有章可循，并考慮到結構方面的要求，合理地進行設計。
第二章 材料及結構的選擇與論證
（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。如果純粹從技術角度看，建議選用20R類的低碳鋼板， 16MnR鋼板的價格雖比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設備的計價，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟，且16MnR機械加工性能、強度和塑性指標都比較號，所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。
（二）結構選擇與論證：
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構形式。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備內件安裝和工人進出方便為原則。通?？梢愿鶕?jù)操作需要,在這考慮到人孔蓋直徑較大較重, 可選擇回轉蓋對焊法蘭人孔。
3.法蘭的選擇：
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。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（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℃。 對焊法蘭具有厚度更大的頸，進一步增大了剛性。用于更高壓力的范圍（PN0.6 MPa～6.4MPa）適用溫度范圍為-20℃～45℃。法蘭設計優(yōu)化原則：法蘭設計應使各項應力分別接近材料許用應力值，即結構材料在各個方向的強度都得到較充分的發(fā)揮。
法蘭設計時，須注意以下二點：管法蘭、鋼制管法蘭、墊片、緊固件設計參照原化學工業(yè)部于1997年頒布的《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》標準（HG20592～HG20635-1997）的規(guī)定。
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。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計有透光式和反射式兩種結構，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。玻璃管液面計適用工作壓力小于1.6MPa，介質溫度在0～250℃的范圍。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，所以在此選用玻璃管液面計。
4.鞍座的選擇：
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(shù)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。所以一臺臥式容器支座一般情況不宜多于二個。
在此選擇鞍式雙支座，一個S型，一個F型。
第三章 設計計算
（一）計算筒體的壁厚：
因為液氨的儲量為31m3，按原化工部1985年頒布實施的有關貯罐尺寸和質量的行業(yè)標準（《臥式橢圓形封頭貯罐系列》HG5-1580-85）,取Di=2700mm
Pc—設計壓力 儲罐的最高工作溫度為40℃，此時氨的飽和蒸汽壓為1.55MPa ，取此壓強的1.10倍作為設計壓力，故
在操作溫度-5～40℃的范圍內，估計筒體壁厚大約為16mm，在《常用容器鋼板（管）許用應力表》中按設計溫度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
鋼板負偏差由《鋼板厚度負偏差表》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。
液氨儲罐是內壓薄壁容器，按公式計算筒體的設計厚度為：
考慮到鋼板負偏差，所以筒體厚度應再加上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）計算封頭的壁厚：
采用標準橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同。
封頭的設計厚度
考慮到鋼板負偏差，所以封頭厚度應再加上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）水壓試驗及強度校核：
先按公式確定水壓試驗時的壓力為：
選取兩者中壓力較大值作為水壓試驗壓力，即取，
水壓試驗時的應力為
查表得厚度為16mm的16MnR鋼板的鋼材屈服極限
故在常溫水壓試驗時的許用應力為
故 因此滿足水壓試驗要求
（四）選擇人孔并核算開孔補強：
根據(jù)儲罐是在常溫下及最高工作壓力為1.705 MPa的條件下工作,人孔的標準按公稱壓力為2.5 MPa等級選取，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。
該人孔標記為：人孔RF Ⅳ(A·G)450-2.5 GH21524-2004
另外,還要考慮人孔補強,確定補強圈尺寸,由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管,故不能直接選用補強圈標準。本設計所選用的人孔筒節(jié)內徑為,壁厚=10mm
查表得人孔的筒體尺寸為480×10，由標準查得補強圈尺寸為：
內徑Di=484外徑Do=760
開孔補強的有關計算參數(shù)如下：
1. 筒體的計算壁厚：
2. 計算開孔所需補強的面積A：
開孔直徑：
補強的面積：
3. 有效寬度：
取最大值 B=907.2mm
4. 有效高度：
外側高度
或
兩者取較小值
內側高度
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）進行補償，故=1，所以
6. 接管多余金屬的截面積A2：
接管計算厚度
7. 補強區(qū)內焊縫截面積A3：
8. 有效補強面積Ae：
因為，所以需要補強
9. 所需補強截面積A4:
10. 補強圈厚度：（補強圈內徑，外徑）
考慮鋼板負偏差并圓整，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，設計時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：
首先粗略計算鞍座負荷
儲罐總質量： ，式中
—罐體的質量，Kg
—水壓試驗時水的質量，Kg
—附件的質量，Kg
1. 罐體質量W1：
儲罐公稱容積為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《壓力容器設計手冊》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. 水壓試驗時水的質量W2:
儲罐的總容積
故水壓試驗時罐內水重
3. 其他附件質量W3:
人孔質量約為200Kg，其他接管總和按350Kg計
4. 設備總質量W:
查《壓力容器設計手冊》得，公稱直徑為2800，高度H=250的A型鞍座單個允許載荷447kN>403.9168Kn,故其承載能力足夠。標記為：
支座Dg2008 A JB/T 4712-1992
（六）選擇液面計：
液氨儲罐常用玻璃液面計,由儲罐公稱直徑2700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:平焊管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg25 液面計標記為：玻璃管液面計 AIDL-1200 HG 5-227-80
（七）選擇壓力計：
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）應與設備的工作壓力相適應。壓力表的量程一般為設備工作壓力的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，允許誤差的絕對值和肉眼觀察的偏差就越大，則會影響壓力讀數(shù)的準確性；反之，若選用的壓力表量程過小，設備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限，則會使壓力表中的彈性元件長期處于最大的變形狀態(tài)，易產生永久變形，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，萬一超壓運行，指針越過最大量程接近零位，而使操作人員產生錯覺，造成更大的事故。因此，壓力表的使用壓力范圍，應不超過刻度極限的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數(shù)來表示的。精度等級一般都標在表盤上，選用壓力表時，應根據(jù)設備的壓力等級和實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，其精度不應低于2.5級；額定蒸汽壓力大于2.45MPa的鍋爐和中、高壓容器的壓力表，精度不應低于1.5級。
表盤直徑為了使操作人員能準確地看清壓力值，壓力表的表盤直徑不應過小。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小于100mm，如果壓力表裝得較高或離崗位較遠，表盤直徑還應增大。
考慮到液氨有一定腐蝕性,所以綜合考慮選用隔膜壓力表, 技術指標為：
精度等級：公稱直徑： 接頭螺紋：
測量范圍：～
（八）選配工藝接管：
本儲罐設有如下接口管
1.液氨進料管
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,伸入到罐內離罐底約100 mm,外套無縫鋼管89×6mm(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 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個排污管，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 設計匯總
技術特性表
名稱
指標
設計壓力
1.705MPa
工作溫度
≤40℃
物料名稱
液氨
容積
31.396m3
接管表
符號
連接法蘭標準
密封面形式
用途
a1-2
HG 5010-58 Pg16Dg25
突面
液面計接口管
b1-2
HG 5010-58 Pg16Dg50
突面
壓力計接口管
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 結束語
經(jīng)過兩周的緊張忙碌終于把這次設計做完了。兩周以來雖然很累，尤其是畫圖，因為很久沒有用AUTO CAD畫圖，所以感到特別生疏，但是在使用了一段時間后還是熟悉了，又整天對著電腦，眼睛感到特別的難受，不過凡事只要堅持就好了。
在這次設計中我要感謝我們的張永強老師，他總是在我們感到困惑的時候給我們進行耐心的講解，正是因為他的耐心與細心，才能夠使我們的設計能夠順利的進行下去。還有要感謝我的同學，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
[1]《壓力容器設計手冊》 董大勤 袁鳳隱 2005.7
[2]《化工設備設計全書》 王 非 林 英 2003.12
[3]《化工設備機械基礎》（第二版） 潘永亮 2007
[4]《化工制圖》 熊潔羽 2007.1 化學工業(yè)出版社
[5]《鋼制壓力容器》 GB150-89
[6]《化工機械基礎課程設計》 韓葉象 北京化工學院出版社
[7]中華人民共和國行業(yè)標準 JB/T 4746-2002
[8]《金屬化工設備零部件》
[9]《材料與零部件》
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化學與化工學院設計課程
液氨儲罐設計說明書
設計者：付樹華
班 級：化學工程與工藝07-2班
學 號：0702129232
指導教師：張永強
完成時間：2009.01.15