液氨贮罐的设计及计算

液氨贮罐的设计及计算
第一章贮罐筒体与封头的设计
一、罐体DN、PN的确定
1、罐体DN 的确定
液氨贮罐的长径比L/Di一般取3～3.5，本设计取L/Di＝3.2，由V＝(πDi2/4) ·L＝10
L/Di＝3.2得：Di =( 40/ 3.2π)1/3 =1.585 m＝ 1585 mm
因圆筒的内径已系列化，由Di＝1585 mm可知： DN＝1600 mm
2、釜体PN 的确定
因操作压力P＝16 Kgf/cm2，由文献 [1]可知：PN＝1.6 MPa
二、筒体壁厚的设计
1、设计参数的确定
p=(1.05-1.1) p
w ，p ＝1.1×1.6MPa=1.76MPa，p
c
＝p＋p
∵ p
液＜ 5 ％ P ，∴可以忽略p
液
p c ＝p＝1.76 MPa ， t ＝ 100 ℃，Ф＝1（双面焊，100％无损探伤）， c
2
＝2 mm（微弱腐蚀）
2、筒体壁厚的设计
设筒体的壁厚S
n ′＝14 mm，[σ]t＝170MPa ，c
1
＝0.8 mm
由公式S
d ＝p
c
Di/(2 [σ]tФ-P c)+c 可得：
S d ＝1.76×1600/(2×170×1-1.76)＋ 2 ＋0.8＝11.13(mm) 圆整S
n
＝12 mm
∵S
n ≠ S
n
′∴假设S
n
＝ 14mm是不合理的. 故筒体壁厚取S
n
=12 mm
3、刚度条件设计筒体的最小壁厚
∵ Di＝1600 mm ＜ 3800 mm ，S
min ＝2 Di /1000且不小于3 mm 另加 C
2
，
∴ S
n
＝5.2 mm
按强度条件设计的筒体壁厚S
n ＝12 mm ＞S
n
＝5.2 mm，满足刚度条件的要求．
三、罐体封头壁厚的设计
1、设计参数的确定
p=(1.05-1.1) p
w ，p ＝1.1×1.6MPa=1.76MPa，p
c
＝p＋p
液
，∵ p
液
＜ 5 ％ p ，
∴可以忽略p
液
p c ＝p＝1.76 MPa ， t=40 ℃，Ф＝1（双面焊，100％无损探伤）， c
2
＝2
mm（微弱腐蚀）
2、封头的壁厚的设计
采用标准椭圆形封头，设封头的壁厚S
n ′＝14 mm，[σ]t＝170 MPa ，c
1
＝
0.8 mm
由公式S
d ＝P
c
Di/(2 [σ]tФ-0.5P
c
)+c 可得：
S
d
＝1.76×1600/(2×170×1-0.5×1. 76)＋ 2 ＋0.8＝11.10 mm 圆整
S
n
＝12 mm
∵S n ≠ S n ′ ∴ 假设S n ＝ 14mm 是不合理的. 故封头的壁厚取S n ＝12 mm
3、封头的直边、体积及重量的确定
因为是标准椭球形封头，由文献［2］可知：封头的壁厚S n ＝12 mm ，直边高度h ＝40 mm ，
由Di ＝1600 mm 、 S n ＝12 mm ，由文献［2］可知：封头的体积V 封＝0.616 m 3 、封头的深度h 1＝400mm
封头的重量: 269.2×2=538.4 kg
四、筒体的长度设计及重量的确定
由V ＝2V 封＋V 筒 可得：V 筒＝10－2×0.616＝8.768 m 3
V 筒＝πDi 2L/4＝8.768 m 3 可得：L ＝4363 mm 圆整：L ＝4360 mm
筒体的重量: Di ＝1600 mm 、S n ＝12 mm 的筒体1 m 高筒节的重量为0.476(T) ∴ 4.36×0.476=2.08(T)
第二章 贮罐的压力试验
一、罐体的水压试验
1、液压试验压力的确定
液压试验的压力：p T =1.25p[σ]/[σ]t 且不小于(p+0.1) MPa ，当［σ]/[σ]t
＜1.8时 取其为1 则p T =1.25×1.76×1= 2.2 (MPa)
2、 液压试验的强度校核
由σmax ＝p T （Di ＋S n －c ）/[2(S n -c)] ＝2.2（1600＋12－2.8）/[2(12-2.8)]＝192.4 (MPa)
∵ σmax ＝192.4 (MPa)＜0.9σs Φ＝0.9×345×1＝310.5 MPa ∴ 液压强度足够
3、压力表的量程、水温的要求
压力表的量程：2p T =2×2.2=4.4 (MPa) 或3.3MPa －8.8MPa ，水温≥15℃ 4、液压试验的操作过程
在保持罐体表面干燥的条件下，首先用液体将罐体内的空气排空，再将液体
的压力缓慢升至22Kgf/cm 2
,保压10-30分钟，然后将压力缓慢降至17.6Kgf/cm 2,保压足够长时间（不低于30分钟），检查所有焊缝和连接部位，若无泄漏和明显的残留变形。

则质量合格，缓慢降压将罐体内的液体排净，用压缩空气吹干罐体。

若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。

二、 罐体的气压试验．
1、气压试验压力的确定
气压试验压力：p T =1.15p[σ]/[σ]t p T =1.15×1.76×1= 2.024 (MPa) 2、气压试验的强度校核 由σmax ＝p T （Di ＋S n －c ）/[2(S n -c)]＝2.024（1600＋12－2.8）/[2(12-2.8)]＝177.0 (MPa)
∵ σmax ＝177.0 (MPa) ＜0.8σs Ф =0.8×345 × 1=276 (MPa) ∴ 气压强度足够
3、压力表的量程、气温的要求
压力表的量程：2p
=2×2.024=4.048 (MPa) 或3.306 MPa－8.096 MPa ，
T
气温≥15℃
4、气压试验的操作过程
气压试验时缓慢升压至0.5Kgf/cm2，保持10分钟并进行初检，合格后继续升压至10.12 Kgf/cm2，然后按级差为2.024 Kgf/cm2逐级升至20.24 Kgf/cm2，保持10～30分钟，然后再降至17.6 Kgf/cm2，至少保压30分钟，同时进行检查。

若无泄露和明显的残留变形。

则质量合格，若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。

第三章贮罐附件的选型及尺寸设计
一、接管法兰联接结构的设计
1、接管法兰密封面形式及垫片的设计
因为p
＝1.6MPa＜2.5MPa ，介质温度为40℃，由文献[1][2]可知：接
N
管法兰密封面形式为凹凸形密封面、光滑型密封面，垫片为石棉橡胶垫片、垫片的材料为中压石棉橡胶板。

接管法兰密封垫片的尺寸如下表：
二、支座的选型及设计
1、鞍式支座的选型：
筒体的DN=1600 mm，选鞍式A型支座，支座数量为2个
2、鞍式支座的尺寸的设计：
储罐的总重量估算为2800kg，物料的重量约为5220kg，则每个支座承受的重量约为：（2800＋5220）×9.81/2 N＝39.34 kN
3、查文献[1]P338表16－19，支座的有关尺寸为：
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三、接管长度的设计
四、人孔的设计
人孔的作用：为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷。

人孔的结构：既有承受压力的筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件，也有安置与启闭端盖所需要的轴、销、耳、把手等非压元件。

人孔类型：从是否承压来看有常压人孔和承压人孔；从人孔所用法兰类型看，
承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔和带颈对焊法兰人孔；从人孔盖开启方式及开启后人孔盖的所处位置看，人孔又可分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔三种，
人孔标准HG21524-95规定当PN>=1.0Mpa时只能用带颈平焊法兰人孔或带颈对焊法兰人孔。

综合考虑选择水平吊盖带颈对焊法兰人孔。

五、液面计的设计
根据选用表选用：反射式玻璃板液面计
液面计接管：无缝钢管GB163-87热轧钢管，尺寸为φ89×12 mm 。

第四章罐体的开孔与补强
一、开孔补强的设计准则
等面积设计法：起补强作用的金属面积不小于被削弱金属的面积
二、等面积补强设计计算
查得接管[σ]＝140MPa ，C
2
＝1 mm
设接管名义厚度S
n ＝6mm ，C
1
＝0.6 mm
设计厚度S
d ＝p
c
Di/（2 [σ]Ф－p
c
）＋C＝0.3×（219－12）/（2×140×1
－0.3）＋1.6＝1.9 mm ，圆整至S
n ′＝2 mm ，按标准取 S
n
＝6 mm
所以壳体开孔处计算厚度 S＝1.316 mm
接管计算厚度 S
t
＝1.9－1.6＝0.3 mm
壳体开孔处有效厚度 Se＝5－1.5＝3.5 mm
开孔直径 d＝219－12＋2×1.6＝210.2 mm
1、釜体上封头固体进料处开孔后被削弱的金属面积A的计算
A＝d S＝210.2×1.316＝276.7mm2
2、封头起补强作用金属面积A
1
的计算
A1＝（B－d）（Se－S）＝210.2（3.5－1.316）＝459.07mm2
3、接管起补强作用金属面积A2的计算
A 2＝2h
1
（Sn－St－C）f＋2h
2
（S
n
－C－C
2
）f＝2×（210.26）1/2（6－0.3
－1.6＋6－1.6－1）＝532.7mm2第五章焊缝结构的设计
一、容器上的焊缝结构的设计
第六章计算结果总表：
总结：
通过本次化工设备机械基础课程设计，我学到了很多知识。

在平时的学习中，对老师的讲解似乎听懂了。

这次的课程设计感触很大，设计一个容器时，才发现自己的知识这么贫乏，很多问题不得不去亲自去查阅资料，与同学讨论。

这次课程设计让我们开始真正接触压力容器的各种标准，了解基本化工容器相关制造标准，设计时对CAD绘图和化工设备机械基础知识掌握得更加
牢固。

课程设计是学习过程汇总不可缺少的一个环节，自己设计的过程会得很多收获，虽然优缺点和不足，但我们参与了，了解了，知道自己的不足，需要继续学习，为今后的学习增加了动力。

由于种种原因，课程设计的结果还不是非常完美，同时也存在许多缺点和不足，望各位老师给予批评指正，这对我们今后的学习、工作将更有益。

在这里我们对指导老师致以由衷的感谢。

鸣谢
参考文献：
[1] 汤善甫、朱思明等编 . 化工设备机械基础 . 上海：华东理工大学出版社.1991.12
[2] 化工设备设计手册 . 材料与零部件（上）. 上海科学技术出版
社 .1981
[3] 广西大学《实用机械零部件手册》编写组 . 实用机械零件手册.广西科学技术出版社。