液氨储罐设计

第

一章 绪论

1. 1设计任务

设计一液氨贮罐。工艺条件：温度为40℃，氨饱和蒸气压MPa 55.1，容积为20m3, 使用年限15年。 1.2设计要求及成果

1. 确定容器材质；

2. 确定罐体形状及名义厚度；

3. 确定封头形状及名义厚度；

4. 确定支座，人孔及接管，以及开孔补强情况

5. 编制设计说明书以及绘制设备装配图1张（A1）。 1.3技术要求

（一）本设备按GBl50-1998《钢制压力容器》进行制造、试验和验收

（二）焊接材料，对接焊接接头型式及尺寸可按GB985-80中规定(设计焊接接头系数0.1=φ)

（三）焊接采用电弧焊，焊条型号为E4303

（四）壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100％

第二章 设计参数确定

2.1 设计温度

题目中给出设计温度取40C O 2.2 设计压力

在夏季液氨储罐经太阳暴晒，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断变化。通过查阅资料可知包头最高气温为40.4℃，通过查表可知，在40℃ 时液氨的饱和蒸汽压(绝对压力)为1.55MPa ，密度为580kg/m3，而容器设计时必须考虑在工作情况下可能遇到的工作压力和相对应的温度两者相结合中最苛刻工作压力来确定设计压力。一般是指容器顶部最高压力与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。 此液氨储罐采用安全法，依据《化工设备机械基础》若储罐采用安全法时设计压力应采用最大工作压力w P 的1.105.1-倍，取设计压力w P P 05.1=（已知MPa P w 55.1=表压）

所以 MPa P P w 6.105.1==。 2.3 腐蚀余量

查《腐蚀数据手册》16MnR 耐氨腐蚀，其y mm /1.0<λ，若设计寿命为15年，则

m m

5.11.0152=⨯==αλC

2.4焊缝系数

该容器属中压贮存容器，技《压力容器安全技术监察规程》规定，氨属中度 毒性介质，容器筒体的纵向焊接接头和封头基本上都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，所以φ取0.1或85.0常见。φ得选取按下表选择:

表2.1 焊接接头系数

序号 焊接接头结构

焊接接头系数φ

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

此储罐采用100%无损探伤，故0.1=φ 2.5 容器直径

考虑到压制封头胎具的规格及标准件配套选用的需要，容器的筒体和封头的直径都有规定。此储罐设计的公称直径（内径）选择m m 2400=i D 。

表2.2 公称直径i D

公称直径i D

300、400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400、1600、1800、2000、

2200、2400、2600、2800、3000、3200、3400、3600、3800、4000

2.6 许用应力

40o C 温度时，16MnR 钢材的许用应力表,知[]MPa t

0.170=σ

表2.3 C 040温度时，16MnR 钢材的许用应力表

钢材厚度n δ()mm

许用应力[]()MPa t σ

屈服极限()MPa s σ

＜16 170 345 16～36 163 325 36～60

157

305

2.7、材料选择

根据液氨贮罐的工作压力（60.1=P MPa 作为设计压力）、工作温度（最高工作温度为40C O ）和介质的性质可知该设备为一中压常温设备，介质对碳钢的腐蚀作用很小,主要考虑的强度指标（指s σ和b σ）和塑性指标适合的材料有：A3R 、20g 、16MnR 、15MnVR 、20R 。为了节省金属，高压设备应优先选取普通低合金钢、中强度。凡属强度计算为主要的中压设备亦以采用普通低合金钢为宜。因为屈服强度分别为MPa 345 和MPa 392的普通低合金钢，其材料价格与碳素钢差不多，但强度比碳素钢约高60%-30%，采用该类钢材制造压力容器，可以有效地减少设备质量，降低成本，给设备的制造、运输、安装带来很大的方便。所以主要考虑16MnR 和20R 这两种。

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。

第三章 结构的选择与论证

3.1储罐类型选择

储罐可分为立式储罐、卧式储罐和球式储罐。在本设计中由于设计体积较小（约为

3m 26）且设计压力较小（MPa P 6.1=）,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使用材料较多；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；立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱，故选用圆筒形卧式容器。 3.2封头的选择

本液氨储罐的封头选用标准型椭圆形封头。

从应力分布情况考虑：在直径、壁厚、设计压力相同的条件下各种封头应力分布由好到坏的顺序是：半球形、椭圆形、蝶形、锥形、球冠形、平板形。椭圆型封头的最大

应力值和与其相连接的圆筒体中的最大应力值相等，便于筒体强度设计；碟心封头有两处连接边界，受力不及椭圆形。

从金属消耗量考虑：在相同设计条件下，各种封头的金属消耗量按下列顺序依次增大：半球形，椭圆形，蝶形，平板形。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，坯材的获得、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。 3.3出料接管的选择

材料：容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选择无缝钢管，采用无缝钢管标准GB8163-87。材料为16MnR 。

结构：接管伸进设备内切成45度，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对壁的磨损与腐蚀。

接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半。否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。

不需另行补强的条件：当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。 ① 设计压力小于或等于MPa 5.2。

② 两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。 ③ 接管公称外径小于或等于mm 89。 ④ 接管最小壁厚满足以下要求。

表3.1 接管最小壁厚要求

接管公称直径/mm 57 65 76 89 最小壁厚/mm

5.0

6.0

因此热轧无缝钢管的尺寸为mm 1289⨯φ。 钢管理论重量为m kg /79.22。取接管伸出长度为mm 150。

管法兰的选择：根据平焊法兰适用的压力范围较低（MPa 4.0PN 〈）,选择突面板式