机械基础化工设备课程设计液氨储罐机械设计

目录

第一章绪论 (1)

1.1 设计任务 (1)

1.2 设计思路 (2)

1.3 设计特点 (2)

1.4 主要设计参数的确定及说明 (3)

第二章材料及结构的选择与论证 (4)

2.1 材料的选择与论证 (4)

2.2 结构的选择与论证 (4)

第三章设计计算 (7)

3.1 公称直径DN的确定 (7)

3.2 计算筒体的壁厚 (7)

3.3 计算封头的壁厚 (8)

3.4 水压实验及其强度校核 (8)

3.5 选择人孔并核算开孔补强 (9)

3.6 选择鞍座并核算承载能力 (9)

3.7 选择液位计 (14)

3.8 选配工艺接管 (14)

第四章设计小节 (15)

第一章绪论

1.1设计任务

设计题目：液氨储罐机械设计

公称容积（）：50

工作压力（MPa）：3.2

工作温度（℃）：40

材料：16MnR

设计任务主要分两个阶段：

（1）准备阶段

A、准备好设计资料、手册、图纸、说明书的报告纸

B、认真研究、分析设计任务及有关设计数据，明确设计要求及设计内容

C、认真复习有关教科书内容，熟悉有关资料及步骤

D、结合有关图纸，了解设备结构及作用

（2）机械设计阶段

A、根据设计参数，论证选材、论证物料的腐蚀性及对环境的污染情况

B、根据计算有关壳体的尺寸，根据压力计算壳体壁厚，校核壳体的强度，确定合

理尺寸

C、选用零部件，查标准及手册，确定尺寸和结构

D、计算设备重量，列表有关附件的重量

E、绘制设备总装图，进行缩小或放大绘图比例

F、提出技术要求，对设备制造、检验、安装提出技术地求，并在总图上标注

清楚

G、编写设计说明书

1.2设计思路

各种石油化工设备，虽然大小不一、形状不同，但都有一个受到内压或外压

作用的称之为压力容器的外壳。压力容器是化工生产所用的各种各样化工设备外部壳体的总称。所以，容器设计是所有化工设备设计的基础。

综合运用所学的机械基础课程知识，考虑结构方面的要求，合理地进行设计，研究出最佳方案。

1.3设计特点

对化工压力容器的基本要求：

（1）安全可靠性的要求

要求所使用的设备具有足够的强度、韧性和刚度，以及良好的密封性和腐蚀性。

（2）工艺条件的要求

化工设备是为工艺过程服务的，应保证在指定的生产工艺条件下完成指定的生产任务，即满足相应的工艺条件要求

（3）经济合理性要求

在满足设备的安全运行和工艺条件的前提下，结构要合理，制造要简单，尽量减少加工量，降低制造成本。

（4）便于操作和维护

例如所设置的阀门、平台、人孔形位置要合适，易损件便于更换等。

（5）环境保护要求

所谓化工设备失效的一个新概念是“环境失败”即有害物质泄露到环境中，生产过程残留无法消除的有害物质及噪音等，化工容器在设计时包括化工工厂的选址均应考虑这些因素的影响。

1.4 主要设计参数的确定及说明

本储罐设计公称容积为50m3，公称直径DN为2400mm，材料为16MnR在温度40℃时工作，工作压力为3.2MPa，取t]

[ =163MP，则双面对接焊的全焊透对接焊缝为100%无损，由下表可得焊接接头系数全部无损检测=1.00。

焊接接头系数

序焊接接头结构焊接接头系数

此储罐采用100%无损探伤，故0.1=φ 第二章材料及结构的选择与论证

2.1材料选择与论证

纯液氨腐蚀性小，储罐可选用一般钢种，但由于压力较高，根据钢种适用范围的说明，可以考虑采用20R 、16MnR 、15MnVR 等钢种。其中适用较多且合理的为20R 和16MnR 钢种。

从钢板耗量上看，钢板耗用量与板厚成正比，采用16MnR 时，钢板用量比采用20R 时要少。因此，16MnR 钢板的价格虽比20R 钢板略贵，但从耗用量和价格综合考虑，两种钢板均可考虑。

从制造费用上看，由于采用16MnR 钢板，厚度较薄，质量较轻，且制造费用目前也按碳钢设备重量同等计价，因此采用16MnR 钢板，制造费用较为经济。

综上所述，本设计的储罐材料选用16MnR 钢板制作罐体和封头。

2.2结构选择与论证

(1)封头形式的确定

本设计选用椭圆形封头，椭圆封头是由曲率半径连续变化而成的，所以，封头上的应力分布也是均匀变化的，受力状态比蝶形封头要好，虽不如半球封头，但对各种封头的强度和经济合理性进行比较。

从钢材耗用量考虑，球形封头用量最少，比椭圆形封头节约25.8％，平板封头的用量最多，是椭圆形封头的4倍多。

从制造考虑，椭圆形封头制造方便，平板封头则因直径和厚度较大，材料的获得、车削加工、焊接等方面都遇到不少困难，且封头与筒体厚度相差悬殊，结全部无损探伤 局部无损探伤

1 双面焊或相当于双面焊的全焊透对接

焊接接头

1.0 0.85

2 单面焊的对接焊接接头，在焊接过程

中沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的

垫板

0.9 0.85

构也不合理。

所以，从强度、结构和制造等方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。

(2)人孔选择

卧式液氨储罐常用碳钢水平吊盖人孔，这种人孔使用方便，压紧垫片可靠，开启时人孔盖悬挂于吊杆下，避免搬动较重的人孔盖。碳钢水平吊盖人孔的尺寸、材料和性能可查HG 21522～21524-2005标准。

碳钢水平吊盖带颈

对焊法兰人孔结构图

人孔是安装或按检修人员进入塔器的唯一通道。本设计卧式容器筒体长度为4600mm ，设置一个人孔。 人孔类型

公称压力MPa 公称直径mm 板式平焊法兰人孔

0.6 400、450、500、600 板式平焊法兰人孔（限用凸面）

或带颈平焊法法兰

1.0 400、450、500、600 1.6 400、450、500、600 带颈对焊法法兰

2.5

400、450、500、600 4.0 400、450、500、600

卧式液氨储罐常用碳钢水平吊盖人孔，这种人孔使用方便，压紧垫片可靠，