完整的压力容器设计(储罐液氨)

设计任务书

设计题目：液氨储罐设计

设计任务：试设计一液氨储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计。

包括筒体、封头、零部件的材料的选择及结构的设计；罐的制造施工及焊接形式等；设计计算及相关校核；各设计的参考标准；附CAD图。

已知工艺参数如下：

最高使用温度：T=50℃；

公称直径：DN=3000㎜；

筒体长度（不含封头）：Lo=5900㎜。

目录

1 前言

本设计是针对《化工设备机械基础》这门课程所安排的一次课程设计，是对这门课程的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。

本设计的液料为液氨，它是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用广，分子量17.03，相对密度0.7714g/L，熔点-77.7℃，沸点-33.35℃，泛。分子式NH

3

自燃点651.11℃，蒸汽压1013.08kPa(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。

设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。

各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。

2 设计选材及结构

2.1 工艺参数的设定

2.1.1设计压力

根据《化学化工物性数据手册》查得50℃蒸汽压为2032.5kpa，可以判断设计的容器为储存内压压力容器，按《压力容器安全技术监察规程》规定，盛装液化气体无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气50℃时的饱和蒸汽压力，可取液氨容器的设计压力为 2.16 Mpa，属于中压容器。而且查得当容器上装有安全阀时，取1.05～1.3倍的最高工作压力作为设计压力；所以取 2.16 Mpa的压力合适。

pa<

6.0M

≤属于中压容器[5]。

pa

M

10

p

设计温度为50摄氏度，在-20～200℃条件下工作属于常温容器。

2.1.2筒体的选材及结构

根据液氨的物性选择罐体材料，碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在0.1㎜/年以下，且又属于中压储罐，可以考虑20R和16MnR这两种钢材。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。钢板标准号为GB6654-1996。

筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广[1，5]。

2.1.3封头的结构及选材

封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。查椭圆形封头标准（JB/T4737-95）

表2.1 椭圆封头标准

公称直径DN 曲面高度h1 直边高度h2 内表面积Fi/m2 容积V/m3 3000 750 50 10.2 3.89

封头取与筒体相同材料[1,5]。

3 设计计算

3.1 筒体壁厚计算

查 《压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢》得16MnR 的密度为7.85t/m 3，熔点为1430℃，许用应力[]t

σ列于下表：

表3.1 16MnR 许用应力

钢号

板厚/㎜ 在下列温度（℃）下的许用应力/ Mpa

≤20 100 150 200 250 300 16MnR

6～16

170 170 170 170 156 144 16～36 163 163 163 159 147 134 36～60 157 157 157 150 138 125 >60～100

153

153

150

141

128

116

圆筒的计算压力为2.16 Mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为1.00,全部无损探伤。取许用应力为163 Mpa 。 壁厚：

[]1.0206

.12116323000

6.122D =-⨯⨯⨯=

-=

c

t

i c p p φσδ㎜

（3.1） 钢板厚度负偏差0.8C 1=,查材料腐蚀手册得50℃下液氨对钢板的腐蚀速率小于0.05㎜/年，所以双面腐蚀取腐蚀裕量2C 2=㎜。

所以设计厚度为：

81.2212=++=C C d δδ㎜

圆整后取名义厚度24㎜。

3.2 封头壁厚计算

标准椭圆形封头a:b=2:1

封头计算公式 ：

[]c

t

i

c p p 5.02D -=

φσδ （3.2）

可见封头厚度近似等于筒体厚度，则取同样厚度。因为封头壁厚≥20㎜则标准椭圆形封头的直边高度50h 0=㎜[1,4].