化工设备课程设计--液氨储罐讲解

化工设备课程设计50m液氨储罐设计——3学生姓名：왕량学校：대련대학专业班级：화공101学号：10412041指导老师：진숙화时间：2013.09.06目录第一章前言 (4)1.1设计条件 (4)1.2设计依据 (4)1.3设计结构 (5)第二章材料的选择 (5)2.1筒体和封头材料 (5)2.2各零、部件材料 (5)2.3焊接材料 (5)第三章工艺设计 (6)3.1壁厚设计 (6)3.1.1 筒体壁厚设计 (6)3.1.2 封头壁厚设计 (7)3.1.3 筒体及封头的水压强度校核 (7)3.2 人孔的设计 (8)3.2.1人孔的选择 (8)3.2.2 人孔的补强 (8)3.3 接口管的设计 (10)3.3.1 接口管的选用 (10)1、液氨进料管 (10)3.3.2 接口管汇总表 (11)3.4 鞍座的设计 (11)3.4.1 鞍座的选取 (11)3.4.2 鞍座的计算 (11)3.5 SW6校核 (12)第四章自我评价 (18)符号说明 (18)参考文献 (18)化工设备课程设计任务书一、设计题目液氨储罐设计姓名：王亮二、设计参数及要求介质：液氨设计使用年限：15年建议使用材料：2、设计要求1.计算单位一律采用国际单位；2.计算过程及说明应清楚；3.所有标准件均要写明标记或代号；4.设计计算书目录要有序号、内容、页码；5.设计计算书中与装配图中的数据一致。

如果装配图中有修改，在说明书中要注明变更；6.书写工整，字迹清晰，层次分明；7.设计计算书要有封面和封底，均采用B5纸，横向装订成册；8.完成ppt汇报。

三、设计内容1.符号说明2.前言（1）设计条件；（2）设计依据；（3）设备结构形式概述。

3.材料选择（1）选择材料的原则；（2）确定各零、部件的材质；（3）确定焊接材料。

4.绘制装配图（1）按照工艺要求，绘制工艺结构草图；（2）确定支座、接管、人孔及主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示；（3）标注形位尺寸。

5. 筒体壁厚设计（1）筒体、封头壁厚设计；（2）焊接接头设计；（3）压力试验验算；6.标准化零、部件选择及补强计算：（1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。

内容包括：代号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途）。

补强计算。

（2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。

补强计算。

（3）其它标准件选择。

7.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。

四、图纸要求液氨贮罐装配图，A1号图纸五、参考资料《化工设备机械基础》第五版刁与玮王立业编著 2003.3；《化工单元过程与设备设计》匡国柱史启才主编；《化工制图》华东化工学院制图教研室编人民教育出版社 1980；《化工设备机械基础》参考资料；《钢制压力容器》GB150-1998；《压力容器安全技术监察规程》国家质量技术监督局 1999年。

第一章前言1.1设计条件本次液氨储罐的设计，最高工作压力为2.16Mpa，工作温度为50℃，装量系D=2800mm，筒体数为0.85，公称体积为503m。

根据公称体积，设计罐体直径iL=7000mm，封头曲面深度h1=700mm，直边高度h2=50mm，长度（不含封头）o整体长度L=7000+2*700+2*50=8500mm。

1.2设计依据液氨储罐的压力为2.16Mpa，是中压容器，属第三类压力容器。

设计以“固定式压力容器”国家标准为依据，以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足够的安全寿命。

对设计中要用的各种设计参数进行计算和选取，以及根据制造容器的特殊要求选择材料。

利用计算公式对容器筒体和封头壁厚的设计，以及封头类型的选择。

根据鞍座承受的载荷而选用对称布置的双鞍座。

从连接的密封性、强度等出发，标准选用各种法兰。

根据以上的容器设计计算，画出总的设备图。

1.3设计结构储罐的设计体积为503m，因此，可采用卧式圆筒形容器。

其制造容易，安装内件方便，且承压能力较好；方形和矩形容器大多只在很小设计体积时使用，且其承压能力较小，使用材料较多；而球形容器虽承压能力较强且节省材料，但制造较难和安装内件不方便，一般不使用。

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，综合上述考虑本设计选用圆筒形卧式容器。

压力容器由筒体、封头、法兰、密封材料、开孔个接管、支座等六大部分构成，筒体一般是由钢板卷制或压制成型后焊接而成，封头即是容器的端盖，根据形状的不同，分为球形封头、椭圆形封头、碟形封头和平板式封头等结构形式。

第二章材料的选择2.1筒体和封头材料储罐的经济性与实用性重要方面就是材料的选择，由操作条件分析，该容器属于中压，常温范畴。

在常温下材料的组织和力学性能没有明显变化。

且液氨腐蚀性小，储罐可造用一般钢材。

根据《GB150—固定式压力容器》的钢材选用表，从容器的使用条件方面，如温度、压力等，当容器温度低于0℃时，不得选用Q235系列的钢板，因其塑性变脆。

虽然Q245R满足，但其制造要求较高且强度低。

而Q345R在常温-40℃~200℃下，具有良好的力学性能和足够的强度。

从经济方面，Q345R钢板虽比Q245R略贵，但在制造费用，同等重量设备的计价，Q345R钢板计较经济。

综上所述，本设计选用Q345R钢板作为制造筒体和封头的材料。

2.2各零、部件材料由于接管要求焊接性能好且塑性较好，所以选择10号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。

由于法兰必须具有足够大的强度和刚度且能耐腐蚀，成本低廉等，综合上述考虑，设计选用Q235-B的普通低碳钢为法兰材料。

支座用来支撑容器的重量，固定容器的位置并使容器在操作中保持稳定。

卧式圆筒形容器的支座分为鞍座、圆座和支腿三类。

常见的卧式容器和大型卧式储罐大多采用鞍座。

主要由于鞍座的承压能力较好且对筒体的局部阻力较小，故采用鞍座。

材料与筒体一样，选用Q345R钢板。

2.3焊接材料本设备为中压储存容器，要保证设备密封性能良好，故焊接结构采用双面焊的对接焊缝，且全部无损探伤，所以取焊接系数ϕ=1.0。

焊接方法采用手工电弧焊，其原理是利用电弧热量融化焊条和母材，由融化的金属结晶凝固而形成接缝。

可适用于静止、冲击和振动载荷工作的坚固密实的焊缝焊接，这种方法灵活方便，适应性强，设备简单，维修方便，生产率低，劳动强度高。

根据Q345R 的抗拉强度b σ=500MPa 和屈服点s σ=325MPa 选择E50系列的焊条。

型号为E5016，该型号的焊条是铁粉钛型药皮，适用于双面焊，熔敷效率较高，脱渣性较好，焊缝表面光滑，焊波整齐，角焊缝略凸，能焊接一般的碳钢结构。

第三章 工艺设计3.1壁厚设计3.1.1 筒体壁厚设计设计采用内径i D =2800mm ，筒体长度o L =7000mm 的工艺尺寸。

其长径比o iL D =2.5，满足一般卧式容器长径比在2~6的范围之内。

设计温度为50℃。

储罐上安装安全阀，故设计压力 1.1 2.16 2.38p MPa =⨯=，计算压力2.38c p p MPa ==。

当钢板厚度在8.0~25mm 时，钢板负偏差C1=0.8mm 。

由于钢铁对于液氨有良好的抗腐蚀性，腐蚀率在0.1mm/a 以下，且设计储罐为单面腐蚀，故去腐蚀裕量C2=2.0mm 。

对于本设计是用钢板就卷焊的筒体以内径作为公称直径DN=i D =2800mm 。

假设Q345R 钢的厚度在16~36mm 之间，根据《GB150—固定式容器》查得，设计温度下钢板的许用应力[]t σ=185MPa 。

室温强度指标b σ=500MPa ，s σ=325MPa 。

设计壁厚：22[]c i d t cp D C p δσϕ=+-2.382800218512.38⨯=⨯⨯- 20.13mm = 120.130.820.93d C mm δ+=+=圆整后得名义厚度n δ=22mm 。

有效厚度1219.2e n C C mm δδ=--=。

3.1.2 封头壁厚设计由于平板封头四角处在较大边缘应力且厚度较大，故不采用；半球形封头受力最好，壁厚最薄，重量轻，但深度大，制造较难，中、低压设备不宜选用；碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头已系列化，制造容易，受力比碟形好，故选用标准椭圆形封头。

设计厚度22[]0.5c i d t cp D C p δσϕ=+- 2.382800218510.5 2.38⨯=⨯⨯-⨯ 20.07mm = 120.070.820.87d C mm δ+=+=圆整后得名义厚度n δ=22mm 。

有效厚度1219.2e n C C mm δδ=--=。

3.1.3 筒体及封头的水压强度校核试验压力 1.25 1.25 2.38 2.98T p p MPa ==⨯=，有效厚度e δ=19.2mm ，强度指标s σ=325MPa ，0.90.9325292.5s MPa σ=⨯= 压力试验时的应力()2T i e T e p D δσδϕ+=2.98(280019.2)219.21⨯+=⨯⨯ 218.8M P a=因为0.9T s σσ<，所以筒体及封头满足水压试验的强度要求。

3.2 人孔的设计3.2.1人孔的选择压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及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。

人孔分为：板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔、带颈对焊法兰人孔。

考虑到人孔较大较重，故选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔。

公称压力PN=2.5MPa ，公称直径DN=450mm ，突面密封（RF ），采用VI 类Q245R 材料，垫片采用普通石棉橡胶板垫片（AG ）。

人孔标记为：HG20595-97 人孔RF VI (AG)450-2.5。

3.2.2 人孔的补强本设计选用i d =450mm ，壁厚m δ=10mm 的人孔，查表得人孔的筒体尺寸为48010φ⨯，由标准查得补强圈尺寸为外径D2=760mm ，内径D1=484mm 。

开孔补强计算如下：（1）不计焊缝系数的筒体计算壁厚2.38280018.132[]2185 2.38c i t c p D mm p δδ⨯===-⨯- （2）开孔所需补强的面积A开孔直径：24502(0.82)455.6i d d C =+=+⨯+=开孔所需的补强面积：2455.618.138260.03A d mm δ==⨯=（3）有效宽度B22455.6911.2B d m m==⨯= 22455.6222210519n m B d mm δδ=++=+⨯+⨯= 取二者中大值 911.2B m m= 外侧有效高度1h1067.5h m m== 1h =接管实际外伸长度=250mm 。

取二者中小值 1h =67.5mm内侧有效高度2h21067.5h m m == 2h =接管实际内伸长度=0mm取二者中小值 2h =0mm（4）有效补偿面积123Ae A A A =++式中 A1——壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，2mm A2——接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，2mm A3——焊缝金属截面积，2mm其中1(B-d)()2()(1)e m e r A f δδδδδ=----筒体有效厚度22 2.819.2e n C mm δδ=-=-=接管材料选择与筒体相同的材料（Q345R ）进行补偿，故r f =1。