液氨贮罐的机械设计任务书

设计任务书
课题：
液氨贮罐的机械设计
设计内容：按照给定工艺参数设计一台液氨储罐已知工艺参数：
最高利用温度：T=50℃
公称直径：DN=3600mm
筒体长度（不含封头）：L0=6500mm
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
5.相关校核计算
下达时间：
完成时间：
目录
1 .................................................................................................................................................. 前言
1
2......................................................................................................... 液氨储罐设计参数的肯定
2
2.1设计温度与设计压力的肯定 (2)
2.2罐体和封头的材料的选择 (2)
2.3其他设计参数 (2)
2.3.1 .............................................................................................................. 封头的选择
3
2.3.2 ................................................................................................................... 许用应力
3
2.3.3 ......................................................................................................... 焊接接头设计
4
3......................................................................................................... 筒体和封头的壁厚的计算
5
3.1筒体壁厚的计算 (5)
3.2封头壁厚的计算 (5)
3.3水压实验 (6)
3.3.1肯定水压实验的实验压力值 (6)
3.3.2计算水压实验时的器壁应力值 (6)
3.3.3校核强度 (6)
4选择人孔并核算开孔补强 (8)
4.1人孔选择 (8)
4.2开孔补强的计算. (9)
5选择鞍座并核算承载能力 (12)
罐体质量W1 (12)
5.1
液氨质量W2 (12)
5.2
其他附件质量W3 (12)
5.3
5.4设备总质量W (13)
5.5鞍座的选择 (13)
6选择液面计 (14)
7选配工艺接管 (15)
7.1液氨进料管 (15)
7.2液氨出料管 (15)
7.3排污管 (15)
7.4安全阀接口 (15)
7.5液面计接口管 (15)
7.6放空管接管口 (16)
8参数校核 (17)
8.1筒体轴向应力校核 (17)
8.1.1筒体轴向弯矩计算 (17)
8.1.2筒体轴向应力计算 (18)
8.2筒体和封头切向应力校核 (20)
8.2.1筒体切向应力计算 (20)
8.2.2封头切向应力计算 (20)
8.3筒体环向应力的计算和校核 (20)
8.3.1环向应力的计算 (20)
8.3.2环向应力的校核 (21)
8.4鞍座有效断面平均压力 (21)
9设计汇总 (23)
9.1符号汇总 (23)
9.2公式汇总 (24)
10小结 (26)
参考文献 (27)
1前言
液氨，又称为无水氨，是一种无色液体。

氨作为一种重要的化工原料，应用普遍，为运输及贮存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却取得液态氨。

液氨在工业上应用普遍，而且具有侵蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。

无色气体,有刺激性恶臭味。

分子式NH3。

分子量。

相对密度0.7714g/L。

熔点-77.7℃。

沸点-33.35℃。

自燃点651.11℃。

蒸汽压(25.7℃)。

蒸汽与空气混合物爆炸极限16～25%(最易引燃浓度17%)。

氨在20℃水中溶解度34%,25℃时,在无水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。

水溶液呈碱性。

液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。

遇热、明火,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。

与硫酸或其它强无机酸反映放热,混合物可达到沸腾。

不能与下列物质共存:乙醛、丙烯醛、硼、卤素、环氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化银、硫、锑、双氧水等。

本次课程设计将按照液氨的性质，结合所学知识设计一个液氨贮罐。

2液氨储罐设计参数的肯定
2.1设计温度与设计压力的肯定
液氨储罐通常置于室外，罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响，在夏日液氨储罐经太阳暴晒，随着气温的转变，储罐的操作压力也在不断转变。

按照设计任务书的要求，所设计液氨贮罐的最高利用温度为50℃，查表可知50℃时液氨的饱和蒸汽压为。

《压力容器安全监察规程》规定液化气体储罐必需安装安全阀，设计压力可取最大操作压力的倍。

取倍最大操作压力为设计压力，所以设计压力p = ×− = ，故取设计压力p=。

2.2罐体和封头的材料的选择
选择容器用钢必需综合考虑：容器的操作条件，如设计压力、设计温度、介质特性和操作压力等；材料的利用性能，如力学性能、物理性能、化学性能（主如果耐侵蚀性能）；材料的加工工艺性能，如焊接性能、热处置性能等；经济合理性及容器结构，如材料价钱、制造费用和利用寿命等。

纯液氨侵蚀性小，贮罐可选用一般碳素钢，压力容器专用钢板为20R，另外还有一些合金钢，如16MnR、15MnVR等也适合作为压力容器的钢板。

16MnR是345MPa级的低合金钢，具有良好的机械性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。

中温及低温的机械性能均优于Q235-A、1五、20等碳素钢，是利用十分成熟的钢种，质量稳定、可利用-40～475℃场合。

15MnVR是屈服极限为390MPa级的低合金结构钢，其塑性和冲击韧性较16MnR低，其波动较大。

另外从经济的角度考虑，16MnR也较20R制造费用低。

所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体的材料。

16MnR的含碳量为%～%，含Mn量较低，伸长率为19-21%，是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板。

2.3其他设计参数
在本设计中由于设计体积较小（约为80m3）且设计压力较小（P=）,故可采用卧式圆筒形容器，方形和矩形容器大多在很小设计体积时采用，因其承压能力较小且利用材料较多；而球形容器虽承压能力强且节省材料，但制造较难且安装
内件不方便；立式圆筒形容器经受自然原因引发的应力破坏的能力较弱，故选用圆筒形卧式容器。

2.3.1封头的选择
几何方面，就单位容积的表面积来讲，以半球形封头为最小。

椭圆形和蝶形封头的容积和表面积大体相同，可以近似以为相等。

力学方面，在直径、厚度和计算压力相同的条件下，半球形封头的应力最小，二向薄膜应力相等，而沿经线的散布式均匀的。

若是与壁厚相同的圆筒体连接，边缘周围的最大应力与薄膜应力并无明显不同。

椭圆形封头的应力情况就不如半球形封头均匀。

由应力分析可知，椭圆形封头沿经线各点的应力是转变的，极点处应力最大，在赤道上可能出现环向内压应力，对于标准椭圆形封头与壁厚相等的圆筒体相连接时，其可以达到与筒体等强度。

从制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是浓度大，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。

因此，从几何、力学和制造方面综合考虑，采用标准椭圆形封头最为合理。

椭圆形封头的型式及尺寸按JB/T 4737-95《椭圆形封头》的规定标准椭圆形封头的长短轴比值为2。

封头材料与筒体一样为16MnR。

2.3.2许用应力
制造容器所用的钢板，其在设计温度下许用应力值的大小，直接决定着容器强度，是主要设计参数之一。

在GB 150《钢制压力容器》中，对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力，16MnR的许用应力见表2-1。

表压力容器用16MnR钢板的许用应力
钢号
钢板标
准使用状
态
厚度
mm
常温强度指标
在下列温度(℃)下的需
用应力/MPa
σb
MPa
σs
MPa
≤20100 150
16MnR GB 6654 热轧，正
火
6～16 510 345 170 170 170
＞16～36 490 325 163 163 163
＞36～60 470 305 157 157 157
2.3.3焊接接头设计
焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方。

焊缝区强度降低的原因在于焊接时可能出现缺点而未被发现；焊接热影响区往往形成出大晶粒区而使强度和塑性降低；由于结构刚性约束造成焊接内应力过大等。

焊缝区的强度主要决定于熔焊金属、焊缝结构和施焊质量。

设计所需的焊接街头系数大小主要按照焊接接头的型式和无损检测的长度比率肯定。

容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头大体上都采用双面焊，所以取焊接接头系数1
=
ϕ(双面焊，全数无损探伤)。

3 筒体和封头的壁厚的计算
3.1 筒体壁厚的计算
取计算压力p c =p=，筒体内径D i =DN=3600mm ，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：
[]mm p D p t i c 460.242
.21163236002.22=-⨯⨯⨯=-=ϕσδ 由于液氨对金属有必然的侵蚀，取侵蚀裕量C 2=2mm ，故筒体的设计厚度为：
mm C 460.262460.242d =+=+=δ
δ 由钢板厚度负误差表查得C 1=0.8mm ，故名义壁厚为：
mm C 260
.278.0460.261d n =+=+=δδ 圆整后取δn =28mm 。

3.2 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：
[]mm p D p t i c 377.242
.25.01163236002.25.02=⨯-⨯⨯⨯=-=
ϕσδ 设计厚度为： mm C 377.262377.242d =+=+=δ
δ 名义厚度为：
mm C 177
.278.0377.261d n =+=+=δδ
圆整后取δn =28mm 。

查得标准椭圆形封头的直边高度(JB/T4737-95)为h 0=50mm 。

3.3 水压实验
3.3.1 肯定水压实验的实验压力值
已知p=，[σ] =[σ]t =163MPa
实验压力：
p P t
T ][][25.1σσ= 式中：P T ——实验压力，MPa ;
p ——设计压力，MPa ;
[σ] 、[σ]t ——别离为液压实验温度和设计温度下壳壁材料的许用应力，MPa 。

带入数据得：
MPa p P t T 75.22.216316325.1]
[][25.1=⨯⨯==σσ 3.3.2 计算水压实验时的器壁应力值
实验时器壁的应力：
ϕ
δδσe e i T T D P 2)(+=
其中有效厚度 mm C C n e 2.2528.02821=--=--=δδ
故
MPa D P e e i T T 804.1971
2.252)2.253600(75.22)(=⨯⨯+⨯=+=ϕδδσ
3.3.3 校核强度
查表可知28mm 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知足设计要求。

4选择人孔并核算开孔补强
4.1人孔选择
压力容器人孔是为了检查设备的内部空间和安装和拆卸设备的内部构件。

人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。

一般人孔有两个手柄。

按照储罐是在常温下及设计压力为的条件下工作,人孔的标准按公称压力为MPa品级选取。

考虑到人孔盖直径较大较重,故选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔(HG 21524-95)，公称直径为450mm，突面法兰密封面(RF型)。

该人孔结构中有吊钩和销轴，在检修时只需松开螺栓将盖板绕销轴旋转，即可轻松进入，而没必要将其取下以节约维修时间。

查得该人孔的有关数据如下:
表水平吊盖带颈对焊法兰人孔(突面)标准尺寸
(mm)
公称压力MPa 公称
直径
d W×S D D1 d b b1b2 A H1H2d0 450 480×12 670 600 450 46 39 44 380 320 214 36
该水平吊盖带颈对焊法兰人孔的标记为：HG21524-95 人孔RF Ⅴ（A•G）其中RF指突面密封，Ⅴ指接管与法兰的材料为16MnR，A•G是指用普通石棉橡胶板垫片，是指公称直径为450mm、公称压力为Mpa。

表 人孔 DN450(HG21524-95)明细表
件号 标准号 名称 数量 材料 尺寸/mm
1 筒节 1 16MnR d W ×S=480×12，H 1=320
2 HGJ52-91 法兰 1 16Mn(锻件)
3 HGJ69-91 垫片 1 石棉橡胶板 δ=3(代号A•G )
4 HGJ63-91 法兰盖 1 16MnR b 1=39， b 2=44
5 HGJ75-91P
螺柱 20 35 M33×2×175
6 螺母 40 25 M33
7 吊环 1
8 转臂 1 d 0=36
9 GB95-85 垫圈20 1 100HV 10 GB41-88
螺母M20 2 4级 11 吊钩 1 12 环 1 13 无缝钢管 1 20 14
支承板
1
16MnR
4.2 开孔补强的计算.
由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准。

由表知本设计所选用的人孔筒节内径d i ＝450mm ，壁厚δnt ＝12mm 。

据此差得补强圈尺寸(JB/T 4736-2002)为：外径D 2=760mm ，内径D 1=450+2×12+14=488mm 。

开孔补强的有关计算参数如下： (1) 开孔所需补强面积A
对于圆筒，壳体开口出的计算厚度为：
[]mm p
pD t
i
460.242
.2116323600
2.22=-⨯⨯⨯=
-=
ϕσδ。

开孔直径
mm C d d i 6.455)28.0(24502=+⨯+=+=。

由于接管材料与壳体材料都为16MnR ，故f r =1，内压容器的圆筒开孔强面积为：
)1(2r et f d A -+=δδδ mm 2
式中 d ——开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍壁厚附加量，mm ；
δ——壳体开孔处的计算厚度，mm ； δet ——接管有效厚度，mm ；
f r ——强度减弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值。

代入数据得：开孔所需补强面积
2976.11143460.246.455mm A =⨯=
(2) 有效宽度B
mm d B 2.9116.45522=⨯==
mm d B nt n 6.5351222826.45522=⨯+⨯+=++=δδ
二者中取较大值B=911.2mm 。

(3) 有效高度
①外侧高度h 1
mm d h nt 94.73126.4551=⨯==δ mm h 2741==接管实际外伸高度
二者中取较小值h 1=73.94mm
②内侧高度h 2
mm d h nt 94.73126.4552=⨯==δ 0mm 2==接管实际外内伸高度h
二者中取较小值h 2=0mm 。

(4) 补强面积A e
在有效补强范围内，可作为补强的截面积按下式计算
321A A A A e ++=
式中 A e ——补强面积，mm 2；
A 1——壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积[按式]，mm 2; A 2——接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积[按式]，mm 2； A 3——焊缝金属截面积，mm 2。

计算如下：
)1)((2))((1r e et e f d B A -----=δδδδδ
其中接管有效厚度为
mm C C nt et 2.928.01221=--=--=δδ
故
21144.337)11)(460.242.25(2.92)460.242.25)(6.4552.911(mm A =--⨯---=
r et t et f C h h A )(2)(22212-+-=δδδ
其中接管计算厚度为
[]mm p
d
p t
c t 1.32
.2116326
.4552.22=-⨯⨯⨯=
-=
ϕσδ
故
22068.90201)1.32.9(94.732mm A =+⨯-⨯⨯=
焊缝金属截面积
2314412122
1
2mm A =⨯⨯⨯=
故补强面积A e 为
2321212.1383144068.902144.337mm A A A A e =++=++=
由于A A e <，故开孔需另加补强，其另加补强面积为
24764.9760212.1383976.11143mm A A A e =-=-=
(5) 补强圈厚度δ
mm D D A 89.35488
760764
.9760'124=-=-≥
δ
圆整后取mm 36'=δ，补强材料与壳体材料相同为16MnR 。

5 选择鞍座并核算承载能力
5.1
罐体质量W 1
罐体质量m 1：公称直径DN=3600mm ，壁厚δ=28mm 的筒体，查表(《化工
设备设计基础》，天津大学出版社，附表4)得每米质量是q 1=2505kg/m ，所以
kg L q m 5.162825.62505011=⨯==
封头质量m 2：公称直径DN=3600mm ，壁厚δ=28mm ，直边高度h 0=50mm 的标准椭圆形封头，查表(《化工设备设计基础》，天津大学出版社，附表6)得其
质量kg m 3260'2=，所以
kg m m 6520326022'
22=⨯==
W 1=m 1+m 2=+6520=22802.5kg
5.2
液氨质量W 2
ρϕV W =2
式中:ϕ——装量系数，取；(《压力容器安全技术监察规程》规定：介质为液化
气体的固定式压力容器，装量系数一般取 V ——贮罐容积，m 3；
ρ——液氨的密度，在-20℃时液氨的密度为665kg/m 3。

筒体公称直径DN=3600mm ，筒体长度L 0=6.5m ，查表(《常常利用压力容器手册》，机械工业出版社，P208)得封头容积为V h =6.6162m 3，则贮罐总容积为 32023608.795.66.3414
.36162.6242m L D V V h =⨯⨯+⨯=+=π
于是
kg V W 4388.474976653608.799.02=⨯⨯==ρϕ
5.3
其他附件质量W 3
人孔约重200kg ，其它接口管的总重约350kg 。

于是W 3=550kg 。

5.4 设备总质量W
W=W 1+W 2+W 3=++550=70849.94kg
5.5 鞍座的选择
每一个鞍座经受的负荷为
kN N Wg F 34896.3475182
81.994.708492≈=⨯==
根据鞍座经受的负荷，查表(《化工设备机械基础》，大连理工大学出版社，附录16)可知，选择轻型(A)带垫板，包角为120°的鞍座。

即JB/T4712-92 鞍座A3600-F ，JB/T4712-92 鞍座A3600-S 。

其标准尺寸如下：
表5.1 A 型鞍座标准尺寸
(mm )
公称直径DN
允
许载荷/kN
鞍
座高
度h
底板
腹
板
筋板
垫板
螺栓连接尺寸
l 1
b 1
δ1 δ2
l 3
b 2
b 3
δ3
弧长
b 4
δ4
e
间距
l 2
螺
孔 d
螺纹M
孔长l
3600 848 250 2640 380 14 12 418 335 425 10 4180 600 10 80 2360 28 M24 60
安放位置：
筒体长度
102L A L +=
式中A ——鞍座与封头切线之间的距离，mm ；
L 1——两鞍座间距，mm 。

由于筒体L/D 较大，且鞍座所在平面又无增强圈，取
mm D A 900360025.025.0=⨯==
mm A L L 470090026500201=⨯-=-=
6选择液面计
液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、磁性液位计和用于低温设备的防霜液面计。

在中低压容器中常常利用前两种。

玻璃板液面计有透光式玻璃板液面计（T型）、反射式玻璃板液面计（R型）和试镜式玻璃板液面计（S型）三种结构，其适用温度一般在0～250℃。

但透光式适用工作压力较反射式高，试镜式工作压力最小。

玻璃管液面计适用工作压力小于，介质温度在0～250℃的范围。

对于承压设备，一般都是将液面计通过法兰、活接头或螺纹接头与设备连接在一路，别离用于不同型式的液面计。

考虑到本设备的设计压力为,而且液氨为较干净的物料，易透光，不会出现严重的堵塞现象，所以在此选用透光式玻璃板液面计（T型）。

由筒体公称直径为3600mm选择长度为1450mm的液面计。

.
肯定液面计为透光式（T型）、公称压力、锻钢材料（16Mn）、保温型、排污口配阀门、长颈对焊突面法兰连接（按HG 20595-97）、公称长度L=1450mm的液面计,标记为：液面计AT
7选配工艺接管
7.1液氨进料管
采用φ57×3.5mm无缝钢管。

管的一端切成45°，伸入储罐内少量。

配用突面板式平焊管法兰：HG20592-97 法兰RF-16MnR
7.2液氨出料管
在化工生产中，需要将液体介质输送到与容器平行的或较高的设备中去，而
φ，将它用法兰固定且取得纯净无杂质的物料。

故采用可拆的压出管mm
38⨯
5.3
φ内。

在接口管mm
57⨯
5.3
罐体的接口管法兰采用HG20592-97法兰RF-16MnR。

与该法兰相配并焊接在压出管的法兰上，其连接尺寸和厚度与HG20592-97 法兰RF-16-MnR相同，但其内径为38mm。

液氨压出管的端部法兰采用HG20592-97 法兰RF-16-MnR。

这些小管都没必要补强。

压出管伸入贮罐3.708m
7.3排污管
φ，管端焊有一与贮罐右端最底部安设一个排污管，管子规格：mm
57⨯
5.3
截止阀J41W-16相配的管法兰HG20592-97 法兰RF-16-MnR。

7.4安全阀接口
φ的无缝钢管，安全阀接管尺寸由安全阀泄放量决定。

本贮罐选用mm
5.3
57⨯
法兰为HG20592-97 法兰RF-16MnR。

各接管的长度都是200mm。

7.5液面计接口管
本贮罐采用透光式玻璃板液面计AT 两支。

与液面计相配的接
φ，管法兰为HG20592-97 法兰RF-16MnR
管尺寸为mm
5.3
57⨯
7.6 放空管接管口
为了在注入液体时，将容器内的空气排到罐体外以便能顺利快速地注入，需安设一放空管。

采用mm 5.357⨯φ无缝钢管，法兰为HG20592-97 法兰 RF-16MnR 。

8 参数校核
8.1 筒体轴向应力校核
8.1.1 筒体轴向弯矩计算
筒体中间处截面的弯矩用下式计算
()
⎥⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-
+-+=L A L h L h R FL M i i m 43412142221 (8-1) 式中 F ——鞍座反力，N ；
R m ——椭圆封头长轴外半径，mm ； L ——两封头切线之间的距离，mm ； A ——鞍座与筒体一端的距离，mm ； h i ——封头短轴内半径，mm 。

其中，
mm DN R n m 18282
2
28360022=⨯+=+=
δ 所以
()
m m N M ⋅⨯=⎥⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⨯-⨯⨯+
-⨯+⨯⨯=822211021.265009004650039004165009001828214650096.347518
支座处截面上的弯矩
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢⎣
⎡+-+
--
-=L h AL h R L A FA M i
i m 3412112
22 (8-2) 所以
m m N M ⋅⨯-=⎥⎥⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢⎣⎡⨯⨯+
⨯⨯-+--⨯⨯-=72221082.2650039004165009002900182865009001190096.347518
8.1.2 筒体轴向应力计算
由《化工机械工程手册》（上卷，P11~99）得K 1=K 2=。

因为︱M 1︱＞＞︱M 2︱，且A ＜R m /2=914mm ，故最大轴向应力出此刻跨中面，校核跨中面应力。

（1） 由弯矩引发的轴向应力
筒体中间截面上最高点处
e
m R M δσ2
1114.3'-
= (8-3)
2.2528.02821=--=--=C C n e δδ
所以
MPa 836.02
.25182814.31021.2'2
8
1-=⨯⨯⨯-=σ 最低点处：
MPa 836.0''12=-=σσ。

鞍座截面处最高处：
MPa R K M e
m 107.02.2518280.114.31082.214.32
7
212
3=⨯⨯⨯⨯--=-=δσ 最低点处：
MPa R K M e
m 107.02.2518280.114.31082.214.32
7
212
4-=⨯⨯⨯⨯-=⨯=δσ （2） 由设计压力引发的轴向应力 由
e
m
p pR δσ2=
(8-4) 所以
MPa p 794.792
.2521828
2.2=⨯⨯=
σ
（3） 轴向应力组合与校核
最大轴向拉应力出此刻筒体中间截面最低处，所以
MPa p 63.80836.0794.79'22=+=+=σσσ
许用轴向拉压应力[σ]t =163MPa ，而σ2＜[σ]t 合格。

最大轴向压应力出此刻充满水时，在筒体中间截面最高处，
MPa 836.0'11=-=σσ
轴向许用应力
MPa R A i e 0013.01800
2
.25094.0094.0=⨯==
δ 按照A 值查外压容器设计的材料温度线图得B=150MPa ，取许用紧缩应力
[σ]ac =150MPa ，︱σ1︱＜[σ]ac ，合格。

8.2 筒体和封头切向应力校核
因筒体被封头增强，筒体和封头中的切向剪应力别离按下列计算。

8.2.1 筒体切向应力计算
由《化工机械工程手册》（上卷，P11-100）查得K 3=，K 4=。

所以
MPa R F K e m 64..62
.25182896.347518880.03=⨯⨯=⋅⋅=δτ
8.2.2 封头切向应力计算
MPa R F K e m h 025.32
.25182896
.347518401.04=⨯⨯=⋅⋅=
δτ
[][]MPa DN P K e t
h t
61.462
.2523600
2.2116325.1225.125.1=⨯⨯⨯-⨯=⋅⋅-
⨯=-δσσσ
因τh ＜[σ]t -σh ,所以合格。

8.3 筒体环向应力的计算和校核
8.3.1 环向应力的计算
设垫片不起作用 1）在鞍座处横截面最低点
2
55b F
K k e ⋅⋅⋅-
=δσ (8-5)
式中 b 2——筒体的有效宽度，mm 。

由《化工机械工程手册》（上卷，P11-101）查得，K 5=，K 6=。

式中k=，考虑容器焊在鞍座上
e m R b b δ⋅+=56.12 (8-6)
式中 b ——鞍座轴向宽度，mm 。

所以
mm b 821.7142.25182856.13802=⨯⨯+=
所以
MPa 467.182
.7142.2596
.3475187603.01.05-=⨯⨯⨯-
=σ
2）鞍座边角处轴向应力
因为L/Rm=6500/1828=＜8,且
2626234e
e F K b F
δδσ--
= (8-7) 所以
MPa 658.152
.25296
.3475180132.032.2582.714496.3475182
6-=⨯⨯⨯-⨯⨯-
=σ 8.3.2 环向应力的校核
︱σ5︱＜[σ]t =163MPa ，合格。

︱σ︱＜[σ]t =×163=，合格。

8.4 鞍座有效断面平均压力
鞍座经受的水平分力
F K F s ⋅=9 (8-8)
由《化工机械工程手册》（上卷，P11-103）查得，K 9=。

所以
N F s 868.7089396.347518204.0=⨯=。

鞍座有效断面平均应力
9b H F s s
⋅=
σ (8-9) 式中 H s ——鞍座的计算高度，mm ； b 0——鞍座的腹板厚度，mm 。

其中H s 取鞍座实际高度（H=250mm ）和R m /3=1828/3=609.3mm 中的最小值，即H s =250mm 。

腹板厚度
b 0=δ2-C 1==11.2mm 。

所以
MPa 319.252
.11250868
.708939=⨯=
σ
应力校核
[]MPa sa 33.931403
2
329=⨯=
〈σσ 式中[σ]sa =140MPa ，鞍座材料Q235—AF 的许用应力。

9 设计汇总
9.1
符号汇总
表9-1 符号汇总
序号 名称 指标 材料 1 设计压力 2 工作温度 ≤50℃ 3 物料名称 液氨 4 容积 79.36m 3
5 筒体 DN3600×28mm ，L=6500mm 16MnR
6 封头 DN3600×28mm ，h=50mm 16MnR
7 鞍座 JB/T4712-92 鞍座A3600-F JB/T4712-92 鞍座A3600-S 235A
8 人孔 HG21524-95 人孔RF Ⅴ（A•G ）
组合件 9 补强圈 mm mm mm 36,488760=δφφ
16MnR 10 液面计 液面计 AT
组合件 11 液面计接管 mm 5.357⨯φ，L=200mm
16MnR 12 进料管 mm 476⨯φ，L=200mm 16MnR 13 出料管 mm 5.357⨯φ，L=200mm 16MnR 14 压料接管 mm 325⨯φ，L=3708mm
20R 15 排污管 mm 5.357⨯φ，L=200mm 20R 16 放空管 mm 5.332⨯φ，L=200mm 20R 17 安全阀接管 mm 5.332⨯φ，L=200mm
20R 18 法兰
配合以上接管
Q235A
9.2 公式汇总
表9-2公式汇总
名称 公式 出处
贮罐总质量 m=m 1+m 2+m 3+m 4
《化工机械基础》（陈国
恒主编）P 312
罐体质量 m 1=q 1L 0 封头质量 m 2=2q 2 充液质量
m 3=V·ρ
筒体中间处横面的弯矩
()
⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+-+⋅=L A L h L h R L F M i i m 4341214222
1
《化工容器设计例题、习题集》（蔡仁良）P 97
支座处截面的弯矩
⎥⎥⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢⎣
⎡+-+
--
-=L h AL h R L A FA M i
i m 341211222 由弯矩引起的轴向应力
（最高点处） e
m R M δσ2
1
1
14.3-=' 《化工容器设计例题、习题集》（蔡仁良）P 170
由弯矩引起的轴向应力
（最低点处） 12
σσ'-=' 设计压力引起的轴向应
力
e
m
p PR δσ2=
轴向拉应力 22σσσ'+=P 轴向压应力
1
1σσ'-= 轴向许用压缩应力
i
e R A δ094.0=
筒体切向剪应力
e m R F
K δτ⋅⋅=
3
《化工机械工程手册》（上卷）（余国琮）P11-100
封头切向剪应力 e
m h R F
K δτ⋅⋅=
4
鞍座处横截面最低点处
环向应力
2
55b F
kK e δσ-=
鞍座边角处轴向应力
2626234e
e F K b F
δδσ--
= 《化工容器设计例题、习
题集》（蔡仁良）P 171
支座承受的水平分力
F K F s ⋅=9
鞍座有效断面平均应力
9b H F s s
=
σ 补强圈内径
D i =d i +2C+(12～16)
《化工机械工程手册》（上卷）（余国琮）P11-163 补强圈厚度
()1
2i 2d D D C -+=
δ
δ补
《化工机械基础》（陈国
恒 主编）P 221
10小结
通过本次课程设计，提高了我的查阅资料、综合分析的能力，应用了化工机械基础的知识，将理论知识与实际应用相结合，提高了大体设计能力，提高了Word、AutoCAD利用的技术。

在学习了《化工设备机械基础》这门课的基础上，对容器尺寸规格、材料利用条件、国家标准和工业生产中一些必要的注意事项等有来了必然的了解。

对于Word、AutoCAD等软件有了更深一步的学习，弥补了从知识的不足，对我未来的学习、工作奠定了基础。

参考文献
[1] 谭蔚.化工设备设计基础.天津：天津大学出版社，2008.
[2]林大钧.简明化工制图.北京：化学工业出版社，2005.
[3]赵军，张有忱，段成红.化工设备机械基础.北京：化学工业出版社，2007.
[4]刁玉玮，王立业.化工设备机械基础.大连：大连理工大学出版社，2003.
[5] 董大勤.化工设备机械基础.北京：化学工业出版社，2009.
[6]丁伯民，黄正林.化工容器.北京：化学工业出版社，2003.
[7]陈钟秀，顾飞燕，胡望明.化工热力学.北京：化学工业出版社，2001.
[8]刘湘秋.常常利用压力容器手册.机械工业出版社，2004.
[9]余国琮.机械工程手册（上卷）.化工工业出版社，2003.。