化工机械基础课程设计

内蒙古科技大学化工设备机械基础课程设计说明书

题目：带液氨储罐

学生姓名：张辉

专业：化学工程与工艺

班级：化工-2班

指导教师：兰大为

设计任务书

一、课题：

液氨贮罐的机械设计

设计内容：根据给定工艺参数设计一台液氨储罐

二、已知工艺参数：

最高使用温度：T=50℃

公称直径：DN=2600mm

筒体长度（不含封头）：L0=3900mm

三、具体内容包括：

1.筒体材料的选择

2.罐的结构尺寸

3.罐的制造施工

4.零部件型号及位置、接口

5.相关校核计算

6.绘制装备图（A2图纸）

设计人：张辉

学号：

前言

化工专业课程设计室掌握化工原理和化工设备机械基础相关内容后进

行的一门课程设计，也是培养学生具备基本化工设计技能的实践性教学环节。此课程设计所进行的是化工单元设备或主要辅助设备的工艺设计及选型，其性质属于技术设计范畴。

课程设计是对课程内容的应用性训练环节，是学生应用所学知识进行阶段性的单体设备或单元设计方面的专业训练过程，也是对理论教学效果的检验。通过这一环节使学生在查阅资料、理论计算、工程制图、调查研究、数据处理等方面得到基本训练，培养学生综合运用理论知识分析、解决实际问题的能力。

本设计是设计-卧式液氨储罐。液氨储罐是合成氨工业中必不可少的储

存容器。为了解决容器设计中的各类问题，本设计针对这方面相关问题做了阐述。综合考虑环境条件，液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计，

设备结构设计，设备强度计算，分别对储罐的筒体，封头，鞍座，人孔，接管进行设计，然后用强度校核标准，最终形成合理的设计方案。

通过本次课程设计得到了化工设计基本技能的训练，为毕业设计及今后从事化工技术工作奠定了基础。此次设计主要原理来自<<化工过程设备机械基础>>一书及其他参考资料。

目录

第一章液氨储罐设计参数的确定

罐体和封头的材料的选择

纯液氨腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20R、16MnR.这两种钢种。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R 类的低碳钢板，16MnR 钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR 钢板为比较经济。所以在此选择16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。

设计温度与设计压力的确定

通过查表可知，在50℃时液氨的饱和蒸汽压，《压力容器安全监察规程》规定液化气体储罐必须安装安全阀，设计压力可取最大操作压力的倍。所以设计压力p = × = 故取设计压力p=。

其他设计参数

容器公称直径见技术特性表即公称直径Di=2600mm；罐体和封头的材料为16MnR，查教材可知其设计温度下的许用应力[σ ]t = 163MPa。液氨储罐封头从受力方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。液氨储罐筒体为板卷焊，焊接接头采用双面对接焊100%探伤,因此确定焊接接头系数 = 1。

第二章 工艺计算

壁厚的设计 筒体壁厚的计算

取计算压力p c =p=，筒体内径D i =DN=2600mm ，查表知16MnR 在设计温度为50℃时的许用应力为[σ]t =163MPa ，筒体的理论计算壁厚公式为：

p D p t i c -=

φσδ][2 （）

式中：δ——筒体的理论计算壁厚，mm ； p c ——筒体计算压力，MPa ； D i ——筒体内径，mm ；

[σ]t ——钢板在设计温度下的许用应力，MPa;

ϕ——焊接接头系数，其值为1。

将数值代入公式计算出筒体的计算厚度为：

由于液氨对金属有一定的腐蚀，取腐蚀裕量C 2=2mm ，故筒体的设计厚度为： 由钢板厚度负偏差表查得C 1=0.8mm ，故名义壁厚为： 圆整后取δn =20mm 。 封头壁厚的计算

采用的是标准椭圆形封头，各参数与筒体相同，其厚度计算式为： 设计厚度为： 名义厚度为：

圆整后取δn =20mm 。

查表(132页)标准椭圆形封头的直边高度(JB/T4737-95)为h 0=50mm 。 水压强度的校核

确定水压试验的试验压力值 已知p=，[σ] =[σ]t =163MPa 试验压力：

p P t

T ][]

[25.1σσ=

式中：P T ——试验压力，MPa;

p ——设计压力，MPa;

[σ] 、[σ]t ——分别为液压试验温度和设计温度下壳壁材料的许用应力，MPa 。

带入数据得：

计算水压试验时的器壁应力值

实验时器壁的应力：

查表（125页）可知20mm 的16MnR 钢板的常温强度指标σs =325MPa 。所以

MPa s 5.29213259..09.0=⨯⨯=ϕσ

ϕσσs T 9.0≤，故所设计的器壁厚度满足设计要求。鞍座的设计

罐体质量W 1

罐体质量m 1：公称直径DN=2600mm ，壁厚δ=20mm 的筒体，查表（陈国

恩主编312页），得每米质量是q 1=1290kg/m ，所以

kg L q m 50319.31290011=⨯==

封头质量m 2：公称直径DN=2600mm ，壁厚δ=20mm ，直边高度h 0=50mm 的

标准椭圆形封头，查表（313页）得其质量kg m 1230'2=，所以

W 1=m 1+m 2=5031+2460=7491kg

液氨质量W 2

式中:V ——贮罐容积，m 3；

ρ——液氨的密度，在0℃时液氨的密度为640kg/m 3。小于水的密度，故充液氮质量按水考虑

筒体公称直径DN=2600mm ，筒体长度L 0=，查（312页），得封头容积为V h =，则贮罐总容积为 于是

其他附件质量W 3

人孔约重200kg ，其它接口管的总重约300kg 。于是W 3=500kg 。 设备总质量W

W=W 1+W 2+W 3=7491+28525+550=33316kg