化工設備課程設計--- 液氨儲罐容器設計書明書

1、<p>　　《化工設備機械基礎課程設計》設計任務書</p><p>　　液氨儲罐容器設計書明書</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　序號說明4</b></p><p><b>　　前言5</b></p><p&

2、gt;　　第一章 概述6</p><p>　　1.1、設計條件6</p><p>　　1.1.1、設備類型：6</p><p>　　1.1.2、原始參數(shù)：6</p><p>　　1.1.3、本儲罐技術要求6</p><p>　　1.2、設計依據(jù)6</p><p>　　1.2.1、

3、液氨儲罐的使用環(huán)境：6</p><p>　　1.2.2、理論依據(jù)：6</p><p>　　1.3、設備結構形式概述6</p><p>　　第二章罐體設計8</p><p>　　2.1、罐體結構8</p><p>　　2.2、焊接方式8</p><p>　　2.3、選擇液氨儲罐材料

4、8</p><p>　　2.3.1、儲罐操作條件8</p><p>　　2.3.2、材料選擇8</p><p>　　2.4、罐體壁厚設計8</p><p>　　2.4.1、 罐體壁厚計算8</p><p>　　2.4.2、校核罐體水壓試驗強度：9</p><p>　　第三章封頭設計

5、10</p><p>　　3.1、封頭結構10</p><p>　　3.2、計算封頭厚度：10</p><p>　　3.3、校核封頭水壓試驗強度：10</p><p>　　第四章 人孔設計12</p><p>　　4.1、人孔的選擇12</p><p>　　4.2、人孔的開孔位

6、置12</p><p>　　4.3、人孔圖表12</p><p>　　第五章 鞍座設計15</p><p>　　5.1、鞍座負荷計算15</p><p>　　5.1.1、罐體質(zhì)量15</p><p>　　5.1.2、封頭質(zhì)量15</p><p>　　5.1.3、液氨質(zhì)量15&

7、lt;/p><p>　　5.1.4、附件質(zhì)量15</p><p>　　第六章 接管設計17</p><p>　　6.1、液氨進料管17</p><p>　　6.2、液氨出料管17</p><p>　　6.3、排污管17</p><p>　　6.4、安全閥接口管17</p>

8、<p>　　6.5、壓力表接口管17</p><p>　　6.6、液面計接管17</p><p>　　6.7、放空管接管17</p><p>　　第七章 液氨儲罐總裝配圖19</p><p><b>　　參考文獻20</b></p><p><b>　　總結語

9、21</b></p><p><b>　　序號說明</b></p><p>　　----- 圓筒或封頭內(nèi)徑，；</p><p>　　----- 計算壓力， ；</p><p>　　P ---- 設計壓力， ； </p><p>　　PT ---- 液壓試驗壓力， ；</p>

10、;<p>　　[]-----圓筒或封頭的最大允許工作壓力，；</p><p>　　----- 圓筒或封頭的計算厚度，；</p><p>　　δd ---- 圓筒或封頭的設計厚度，；</p><p>　　n ----- 圓筒或封頭的名義厚度，；</p><p>　　e ----- 圓筒或封頭的有效厚度，；</p>

11、<p>　　[σ]t ----- 圓筒材料在設計溫度下的許用應力，；</p><p>　　σT---- 圓筒壁在試驗壓力下的計算應力，;</p><p>　　σS---- 圓筒材料的屈服點；</p><p>　　- ----- 圓筒或球殼材料在設計溫度下的計算應力，；</p><p>　　------ 焊接接頭系數(shù)；</p&

12、gt;<p>　　C1 ---- 鋼板厚度的負偏差，；</p><p>　　C2 ---- 腐蝕裕量，；</p><p>　　C ------- 厚度附加量，；</p><p>　　L—儲罐總長度，mm； </p><p><b>　　前言</b></p><p>　　壓力容器

13、是一種密閉的承壓容器，其應用廣泛，用量大，但又比較容易發(fā)生事故，且事故往往是嚴重的。與任何工程設計一樣，壓力容器的設計目標也是對新的或改進的工程系統(tǒng)和裝置進行創(chuàng)新和優(yōu)化，以滿足人們的愿望與需求。具體來說壓力容器的設計人員應根據(jù)設計任務的特定要求，遵循設計設計工作的基本規(guī)范，以及材料控制、結構細節(jié)、制造工藝、檢驗及質(zhì)量管理等方面的規(guī)則。</p><p>　　本設計是設計以液氨儲罐，它是臥式容器。液氨儲罐是合成氨工業(yè)

14、中必不可少的儲存容器。本設計過程的內(nèi)容包括容器的材質(zhì)的選取、容器筒體結構和強度的設計，封頭的設計、筒體壁厚的設計、封頭壁厚設計、確定支座、人孔及接管以及其它接管的設計與選取。</p><p>　　壓力容器是一種能夠承受壓力載荷的密閉容器。主要用于傳熱、傳質(zhì)等工藝過程，以及貯存、運輸有壓力的氣體或液化氣體。本設計是根據(jù)液氨存在條件的要求以及使用地點、地理環(huán)境、技術要求等來完成一個液氨儲罐容器。采用臥式圓筒形儲罐，保

15、持介質(zhì)壓力穩(wěn)定，生產(chǎn)連續(xù)進行。從安全管理的角度來看，液氨對大多數(shù)材料尚無腐蝕作用。冷凝時，加壓至0.9—1.4MPa。所以選材時優(yōu)先采用低合金鋼，如使用16MnR、15MnVR等</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p><b>　　1.1、設計條件</b></p><p>　　1.1.1、設備

16、類型：</p><p><b>　　液氨儲罐容器；</b></p><p>　　1.1.2、原始參數(shù)：</p><p>　?、儋A罐內(nèi)徑Di=2800mm</p><p>　　② 長度L=4600mm</p><p>　?、?使用地點：昆明。本貯罐在夏季最高溫度可達40℃，這時氨的飽和蒸汽壓力本貯罐

17、技術要求</p><p>　　1.1.3、本儲罐技術要求</p><p>　?、俦驹O備按GB150-1998《鋼制壓力容器》進行制造，試驗和驗收</p><p>　?、诤附硬牧希瑢雍附咏宇^型實際尺寸可按GB985-80中規(guī)定（設計焊接接頭系數(shù)=1.0）</p><p>　?、酆附硬捎秒娀『福笚l型號為E4303</p><

18、;p>　?、軞んw焊縫應進行無損探傷檢查，探傷長度為100％</p><p>　?、菰O備制造完畢后，以2MPa表壓進行水壓試驗</p><p><b>　　1.2、設計依據(jù) </b></p><p>　　1.2.1、液氨儲罐的使用環(huán)境：</p><p>　　所在地昆明。最高溫度可達40℃，這時液氨的飽和蒸汽壓為1.5

19、25MPa（絕對壓強）。</p><p>　　1.2.2、理論依據(jù)：</p><p>　?、賶毫θ萜鞯陌踩O(jiān)查；根據(jù)薄膜理論進行應力分析，確定薄膜應力狀態(tài)下的主應力；</p><p>　　②根據(jù)彈性失效的設計準則，應用強度理論確定應力的強度判據(jù)；</p><p>　?、蹖τ诜忸^，考慮到薄膜應力的變化和邊緣應力的影響，按殼體中的應力狀況在公是中

20、引進增強系數(shù)；</p><p>　?、芨鶕?jù)應力強度判據(jù)，考慮腐蝕等實際因素，導出具體的計算公式。</p><p>　　1.3、設備結構形式概述</p><p>　　本設備為液氨儲罐，其結構包括罐體、封頭、人孔、接管、法蘭等部分組成，其結構為臥式圓柱型罐體，標準橢圓形封頭，有一個人孔、兩個鞍座及各種形式的接管及法蘭組成。</p><p><

21、;b>　　罐體設計</b></p><p><b>　　2.1、罐體結構</b></p><p>　　臥式圓筒形（在大氣環(huán)境溫度下，溫度最高可達40℃，儲存經(jīng)過加壓的氣體如空氣，氧氣，氮氣，氨氣等），由于臥式罐體在運輸中比較方便所以通常采用臥式儲罐。</p><p><b>　　2.2、焊接方式</b>&

22、lt;/p><p>　　雙面焊的對接接頭，100%無損檢測，根據(jù)《化工設備機械基礎》P96表4—8。 </p><p>　　2.3、選擇液氨儲罐材料</p><p>　　2.3.1、儲罐操作條件</p><p>　　根據(jù)冷取水的溫度，氨水冷凝時一般需要加壓至0.9—1.4MPa，由于液氨儲罐大都露天放置，因而罐內(nèi)液氨的溫度和壓力直接受到大氣溫度

23、的影響。夏季儲罐經(jīng)太陽暴曬，溫度可達40攝氏度甚至更高，這時氨的飽和蒸氣壓為1.485MPa（表壓）左右，因此，儲罐的操作溫度和壓力又是波動的。根據(jù)《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》關于固定式液化氣體壓力容器設計壓力的規(guī)定，液氨儲罐的設計壓力按50攝氏度是液氨的飽和蒸汽壓確定。液氨50攝氏度時的蒸氣壓為1.973MPa(表壓)，規(guī)定設計壓力為2.16MPa。</p><p>　　2.3.2、材料選擇</p>

24、<p>　　液氨腐蝕性較小卻為中壓---低溫范疇的容器，儲罐可選用一般鋼材，但由于壓力較大，可以考慮20R、16MnR。這兩種鋼材如果純粹從技術角度看，建議選用20R類的低碳鋼板，16MnR鋼板的價格雖然比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設備的設計，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體材料。</p><p>　　參考《化工設備機械基礎》P49。</p>

25、<p>　　2.4、罐體壁厚設計</p><p>　　2.4.1、 罐體壁厚計算</p><p>　　壁厚計算公式（根據(jù)《化工設備機械基礎》式4—5 ）：</p><p><b>　?。?--1）</b></p><p>　　本儲罐的夏季最高溫度（按40℃考慮）時氨的飽和蒸汽壓為1.525MPa（絕對壓力），儲

26、罐容器上需要安裝安全閥，故取=1.6775MPa（《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定液氨儲罐設計溫度為40℃，設計壓力為=1.1pMPa），=2800mm；=170MPa；=345MPa（附表9）；</p><p>　?。p面焊接對接接頭，100%無損檢測，表4—8）。</p><p><b>　　取=2mm，于是</b></p><p>　　=

27、1.6775×2800/2×170×1-1.6775=13.9mm</p><p>　　δd=δ+C2 =13.9 + 2=15.9mm</p><p>　　根據(jù)δd=15.9mm，由表4-9查得，則</p><p>　　δn =δd + C1 +圓整值=15.9 + 0.25 +圓整值=17mm</p><p&g

28、t;　　確定選用δn =17mm厚的16MnR鋼板制作罐體。</p><p>　　校核罐體水壓試驗強度：</p><p>　　公式 (2--2)</p><p>　　其中 Pt=1.25P =1.25×1.6775=2.1 MPa</p><p>　　δe =δn - C =

29、17-0.25-2=14.75mm</p><p>　　=345MPa（附表9）</p><p>　　則 =2×(2800+14.75)/2×14.75=190.83 MPa</p><p>　　而 MPa </p><p>　　因為，所以水壓試驗強度足夠。</p><p>&

30、lt;b>　　封頭設計</b></p><p><b>　　3.1、封頭結構</b></p><p>　　采用標準橢圓形封頭。</p><p>　　封頭具幾何形狀的不同，可分為球形、橢球形、蝶形、球冠形、錐形、平蓋等幾種。其中球形、橢球形、蝶形、球冠形封頭又統(tǒng)稱為凸形封頭。</p><p>　　從受力與

31、制造方面來看，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，容易沖壓成型，是目前低壓容器中應用較多的封頭之一。平板封頭因直徑和壁厚都較大，加工和焊接方面都會遇到不少困難。從鋼材耗用量來看，球形封頭用材最少，比橢圓形封頭節(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強度、結構、用材和制造等方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。</p><p>　　3.2、計算封頭厚度：</p&g

32、t;<p>　　厚度δ計算（根據(jù)《化工設備機械基礎》第六版式4—21）：</p><p><b>　?。?--1）</b></p><p>　　=1.6775MPa ；=2800mm；=170MPa；=345MPa（附表9）；</p><p><b>　　于是 ： </b></p><p&

33、gt;　　=1.6775×2800/(2×170×1-0.5×1.6775)=13.85mm</p><p>　　δd=δ+C2 =13.85 + 2=15.85mm</p><p>　　根據(jù)δd=15.85mm，由表4-9查得，則</p><p>　　δn =δd + C1 +圓整值=15.85 + 0.25 +圓整值=1

34、7mm</p><p>　　確定選用δn =17mm厚的16MnR鋼板制作罐體。</p><p>　　校核封頭水壓試驗強度：</p><p>　　公式 (2--2)</p><p>　　其中 Pt=1.25P =1.25×1.6775=2.1 MPa</p>&l

35、t;p>　　δe =δn - C =17-0.25-2=14.75mm</p><p>　　=345MPa（附表9）</p><p>　　則 =2×(2800+14.75)/2×14.75=190.83 MPa</p><p>　　而 MPa </p><p>　　因為，所以水壓試驗強度足夠。

36、</p><p>　　第四章 人孔設計</p><p><b>　　4.1、人孔的選擇</b></p><p>　　壓力容器人孔是為了檢查設備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設備的內(nèi)部構建。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成，人孔的類型很多此處主要選用水平吊蓋人孔（為了便于移動沉重的人孔蓋，常做成回轉(zhuǎn)蓋式或吊蓋形式）對焊法蘭人孔（操作壓力在2.5

37、MPa以上時）</p><p>　　人孔直徑。根據(jù)碳鋼，低合金鋼，人孔，手孔標準系列，由水平吊蓋人孔，公稱壓力2.5MPa,，公稱直徑而采用：密封面形式：榫槽面（TG），標準號：HG21524—95(帶頸對焊法蘭式)，該水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔標記為：人孔 TG Ⅷ(A?G) 450—2.5 HG21524—95</p><p>　　4.2、人孔的開孔位置</p>&l

38、t;p>　　頂部，臥式儲罐開孔在頂部便于制造和檢修用的梯子便于安放，另外還便于檢查，清理，取出內(nèi)件和進出設備。</p><p><b>　　4.3、人孔圖表</b></p><p>　　人孔結構圖，人孔各零件名稱、材質(zhì)及尺寸如下：</p><p><b>　　圖4--1</b></p><p>

39、;<b>　　圖4---2</b></p><p>　　人孔PN2.5 DN450 明細表</p><p><b>　　表4-1</b></p><p>　　第五章 鞍座設計</p><p>　　5.1、鞍座負荷計算</p><p><b>　　儲罐總質(zhì)量&l

40、t;/b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　5.1.1、罐體質(zhì)量</p><p>　　DN=2800mm，（《化工設備設計手冊》第一冊），（由《化工設備機械基礎》第六版P190數(shù)據(jù)推算得出），所以 </p><p>　　5.1.2、封頭質(zhì)量</p><p&g

41、t;　　DN=2800mm,</p><p>　　5.1.3、液氨質(zhì)量</p><p>　　其中，裝量系數(shù)取0.9(《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：介質(zhì)為液化氣體的固定式壓力容器，裝量系數(shù)一般取0.9)。</p><p>　　貯罐容積(《化工設備設計手冊》第一冊，化學工業(yè)出版社，331頁，328頁)</p><p>　　液氨在—20℃時的密

42、度為665kg/，則</p><p>　　5.1.4、附件質(zhì)量</p><p>　　人孔質(zhì)量約200kg，其他接管等質(zhì)量總和按300kg計。于是，=500kg。</p><p><b>　　儲罐總質(zhì)量 </b></p><p>　　沒過鞍座只承受114kN負荷，根據(jù)《化工設備機械基礎》第六版附表16，可以選用輕型帶墊板，

43、包角為120℃的鞍座，即</p><p>　　JB/T 4712-92 鞍座 A2600-F</p><p>　　JB/T 4712-92 鞍座 A2600-S</p><p>　　第六章 接管設計</p><p><b>　　6.1、液氨進料管</b></p><p>　

44、　采用無縫鋼管YB231-70 88×4mm ,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 Pg16Dg80</p><p><b>　　6.2、液氨出料管</b></p><p>　　采用可拆的壓出管88×4mm,伸入到罐內(nèi)離罐底約100 mm,外套無縫鋼管100×6mm(管壁加厚，具

45、有補強作用),都配用凸面板式平焊管法蘭（HG 5010-58 Pg16Dg80），凸面管法蘭蓋（GB9123.9-88）和石棉橡膠墊片（GB9126.2-88）。</p><p><b>　　6.3、排污管</b></p><p>　　在罐的右端最底部設個排污管，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

46、管與罐體連接處焊有一厚度為10mm的補強圈.</p><p>　　6.4、安全閥接口管</p><p>　　安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用88×4mm的無縫鋼管, 管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg80</p><p>　　6.5、壓力表接口管</p><p>　　壓力表接口管由最大工作壓力決定, 因此選用采用

47、70×2.5mm無縫鋼管,管法蘭采用HG 5010-58 Pg16Dg65。各接管外伸高度都是150mm。</p><p><b>　　6.6、液面計接管</b></p><p>　　本儲罐采用玻璃管防霜液面計“AI 2.5—1260—50 HG/T 21550—93”兩支。其標志符號意義如下：</p><p>　　第1項用

48、AI表示防霜液面計類型；</p><p>　　第2項2.5表示液面計公稱壓力等級，MPa；</p><p>　　第3項1260表示液面計的公稱長度，mm；</p><p>　　第4項50表示防霜翅片高度，mm；</p><p>　　第5項HG/T21550—93表示該液面計的標準圖號。</p><p><b>

49、;　　6.7、放空管接管</b></p><p>　　采用32mm3.5mm，無縫鋼管，管法蘭為“HG 20592 法蘭 PL25—2.5 RF 16Mn”。 </p><p>　　第七章 液氨儲罐總裝配圖</p><p><b>　?。裕姼綀D）</b></p><p><b&

50、gt;　　總圖材料明細表</b></p><p><b>　　表7---1</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1《化工設備機械基礎》第六版 刁與瑋 王立業(yè) 編著 2003.3；</p><p>　　2《化工設備設計手冊》——化工工業(yè)出版社 朱

51、有庭 曲文海 于浦義主編;</p><p>　　3《化工容器》——《化工設備設計全書》編輯委員會 丁伯民 黃正林登編;</p><p>　　4《化工制圖》——靳士蘭 刑鳳蘭主編;</p><p>　　5《壓力容器安全技術》——王明明 蔡仰華 徐桂容編著;</p><p>　　6《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》.</p><p&

52、gt;<b>　　總結語</b></p><p>　　這次課程設計實習在忙碌和努力中結束了，但在這次實習中我們不知不覺在各方面有了很大提高。此次實習是針對《化工設備機械基礎》這門課程要求，設計一個液氨儲罐容器。實習當中我們積極努力互相配合，我們通過查資料、在學習、小組討論等方法完成了本次實習。通過這門課程實習使我們理性的認識到：要想設計出滿足要求的設備，關鍵是要注重細節(jié)、考慮全面，哪怕一個小

53、小的孔或支座都必須嚴格符合標準，否則功虧一簣。所以這是一門要嚴謹和細心才能學好的課程。</p><p>　　此次實習不僅使我們對這門課程有了更深更具體的認識，而且鍛煉了我們分析問題和動手解決問題的能力。除此之外，還讓我們體會到團隊精神的重要性。在實習當中，組中每個成員都各盡其能，認真對待我們分工的實習作業(yè)，經(jīng)過大家共同不懈地努力，最終我們按要求高效率的完成了任務。</p><p>　　最后