液氨储罐设计全

化工设备机械基础课程设计题目液氨储罐的设计系（院）专业班级学生姓名学号指导教师职称二〇一一年六月七日设计任务书一、设计时间安排从2011年05月16 日至2011年06月06日二、设计内容安排1.液氨储罐的结构设计2. 筒体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核（1）根据设计压力初定壁厚；（2）计算危险截面的重量载荷、风载荷、地震载荷；（3）计算危险截面的由各种载荷作用下的轴向应力；（4）计算危险截面的组合轴向拉应力和组合轴向压应力，并进行强度和稳定性校核。

3. 编写设计计算书一份三、设计条件表1接管表表2设计参数目录符号说明 (4)前言 (6)液氨储罐设计 (7)第一章设计参数的选择 (7)1.1、设计题目 (7)1.2、设计数据 (7)1.3、设计压力 (7)1.4、设计温度 (8)1.5、主要元件材料的选择 (8)1.5.1 筒体材料的选择 (8)1.5.2 鞍座材料的选择 (8)第二章设备的结构设计 (8)2.1、圆筒厚度的设计 (8)2.2、封头厚度的设计 (9)2.3、筒体和封头的结构设计 (10)2.3.1 封头的结构尺寸 (10)2.3.2 筒体的长度计算 (10)2.4、鞍座选型和结构设计 (10)第三章：容器强度的校核 (12)3.1水压试验应力校核 (12)3.2.筒体轴向弯矩计算 (12)3.3筒体轴向应力计算与校核 (13)3.3.1圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力 (13)3.3.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力 (13)3.3.3筒体轴向应力校核 (14)3.4.筒体和封头中的切向剪应力计算与校核 ....................................................................... 14 3.5.无加强圈筒体的周向应力计算与校核 ........................................................................... 15 3.6鞍座应力计算与校核 . (15)3.6.1.腹板水平应力及强度校核 .................................................................................... 15 3.6.2 鞍座有效断面应力校核 (14)第四章 开孔补强设计 (16)4.1 补强设计方法判别 .......................................................................................................... 16 4.2有效补强范围 . (17)4.2.1有效宽度B 的确定 ............................................................................................... 17 4.2.2有效高度的确定 .................................................................................................... 17 4.3 有效补强面积 (17)4.3.1 筒体多余面积 ....................................................................................................... 18 4.3.2接管的多余面积 .................................................................................................... 18 4.3.3焊缝金属截面积 .................................................................................................... 18 4.4.补强面积 (18)结束语 ........................................................................................................................................ 19 主要参考资料 (19)符号说明：A----鞍座底板中心线至封头切线的距离，2mm ；B----设计温度下，按GB150外压设计方法确定的数值，MPa ；o B ----常温下，按GB150外压设计方法确定的数值，MPa ； i D ----筒体内直径，mm ；oD ----筒体外直径，mm ；F ----每个支座的反力，N ；19K K -----系数，查表71,79:；L ----封头切线间的距离；1M ----圆筒中间处的轴向弯矩，m N ⋅；2----支座处圆筒的轴向弯矩，；m N ⋅a R ----圆筒的平均半径，,2na i R R mmδ=+；iR ----圆筒的内半径，mm ；b----支座的轴向宽度，mm ；1b ----加强圈的宽度，mm ；2b -----圆筒的有效厚度，取2b b mm=+；4b -----支座垫板宽度；g -----重力加速度；ih ----封头曲面深度；k ----系数。

当容器焊在支座上时，取1.0=k ； 当容器不焊在支座上时，取1k =；m ---容器的质量，kg ； p ---设计压力，MPa ；cp ---计算压力,MPa ； eδ---圆筒有效厚度，mm ； heδ---封头有效厚度，mm ；nδ---圆筒名义厚度，mm ； re δ--鞍座垫板有效厚度，mm ； rnδ---鞍座垫板有效厚度，mm ；θ---鞍座包角，()o；[]t σ---设计温度下容器壳体材料的许用应力，MPa ； []t acσ---设计温度下容器壳体材料的轴向许用压缩应力，MPa ；ac ---常温度下容器壳体材料的轴向许用压缩应力，MPa ； []saσ---鞍座材料的许用应力，MPa ；21,T T σσ---圆筒中间处横截面内最高点处，最点低点处的轴向应力，MPa ； 33,T T σσ---支座处圆筒横截面内的轴向应力，MPa ； 5σ---支座处圆筒横截面最低点的轴向应力，MPa ； 6σ---无加强圈时鞍座边缘处的圆筒周向应力，MPa ； 6'σ---无加强圈时鞍座垫板边缘处的圆筒周向应力，MPa ；9σ---鞍座腹板水平方向上的平均拉应力，MPa ；τ---圆筒切向剪应力，MPa ；hτ---封头切向剪应力，MPa 。

前言储存设备又称储罐，主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备，在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用，如氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。

储罐内的压力直接受温度影响，且介质往往易燃、易爆或有毒。

储罐的结构形式主要有卧式储罐、立式储罐和球形储罐。

饱和蒸汽压是指在一定温度下的密闭容器中，当达到气液两相平衡时气液分界面上的蒸汽压，它随温度而变化，但与容积的大小有关。

对于液化石油气和液化天然气之类，都不是纯净物，而是一种混合物，此时的饱和蒸汽压与混合比例有关，可根据道尔顿定律和拉乌尔定律进行计算。

当储存的介质为具有高粘度或高冰点的液体时，为保持其流动性，就需要对储存设备进行加热或保温，使其保持便于输送的状态。

储存液体的密度，直接影响制造工艺和设备造价。

而介质的毒性程度则直接影响设备制造与管理的等级和安全附件的配置。

当储罐的金属温度受大气环境温度影响时，其最低设计温度可按该地区气象资料，取气象局实测的10年逐月平均最低温度的最小值。

随着液化气体温度的下降，罐内压力也将较大幅度下降，此时罐体的应力水平就有较大的降低。

为此，在确定储罐设计温度时，可按有关规定进行低温低应力分析。

当储罐内部因温度降低而使内压低于大气压时，还应进行罐体的稳定性校核，以免发生失稳失效。

液氨储罐设计第一章设计参数的选择1.1、设计题目：液氨储罐的设计1.2、设计数据：如下表11.3、设计压力：设计压力取最大工作压力的1.1倍，即 1.1 1.9 2.09=⨯=P MPa1.4、设计温度： 工作温度为40C ， 设计温度取40+10=50C 。

1.5、主要元件材料的选择： 1.5.1 筒体材料的选择：根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为低合金钢16MnR （钢材标准为GB6654）[]170tMPa σ=。

16MnR 适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性,壁厚较大（8mm ≥）的压力容器。

1.5.2 鞍座材料的选择：根据JB/T4731,鞍座选用材料为Q235-B ，其许用应力[]147sa MPa σ=第二章 设备的结构设计2.1、圆筒厚度的设计： 计算压力c P ：液柱静压力: 15809.81 1.26827.8P gh Pa ρ==⨯⨯= 61/6827.8/(2.0910)0.3%5%P P =⨯=<, 故液柱静压力可以忽略，即c P 2.09P MPa == 该容器需20%探伤，所以取其焊接系数为0.85φ=。

圆筒的厚度在6~16mm 范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：在设计温度50C 。

下，屈服极限强度345s MPa σ=， 许用应力[]t170MPa σ=利用中径公式， 计算厚度：[]i tcPD 2.09MPa 12008.7420.85170 2.092-P mm δφσ⨯===⨯⨯-查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-1知，钢板厚度负偏差为0.25mm ，而有GB150-1998中 3.5.5.1知，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm ，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取10C =。

查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-5知,在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量2C 不小于1mm 。

本例取2C =2 则筒体的设计厚度28.74210.74n C mm δδ=+=+= 圆整后，取名义厚度12n mm δ=筒体的有效厚度12120210e n C C mm δδ=--=--= 2.2、封头厚度的设计：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径iD N =D =1200m m 选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA ，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：[]c itcP D 2.09MPa 12008.7120.851700.5 2.092-0.5P mm δφσ⨯===⨯⨯-⨯同上，取22C mm =，10C =。