卧式储罐设计

1.1材料选择
纯液氨腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20R、
16MnR.这两种钢种。

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。

1.2结构选择与论证
1.2.1 封头的选择
从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。

但缺点是深度大，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。

平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。

从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。

因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。

1.2.2容器支座的选择
容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。

鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。

从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。

所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。

但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。

因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。

所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。

圈座一般对于大直径薄壁容器和真空操作的容器。

腿式支座简称支腿，因这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备（DN≤1600，L≤≤5m）。

综上考虑在此选择双个鞍式支座作为储罐的支座。

1.3法兰型式
法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。

缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。

压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。

平焊法兰又分为甲型与乙
型两种。

甲型平焊法兰有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa ，在较小范围内（DN300 mm -2000 mm ）适用温度范围为-20o C -30o C 。

乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa-1.6 MPa 压力等级中较大的直径范围，适用的全部直径范围为DN300 mm -3000 mm ，适用温度范围为-20o C -350o C 。

对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性。

用于更高压力的范围（PN0.6 MPa-6.4MPa ）适用温度范围为-20o C -45o C 。

法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。

法兰设计时，须注意以下二点：管法兰钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照HG20592~HG20635的规定。

1.4液面计的选择
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、浮子液面计和浮标液面计。

在中低压容器中常用前两种。

玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在0~250o C 。

但透光式适用工作压力较反射式高。

玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa ，介质温度在0~250o C 的范围。

液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接，分别用于不同型式的液面计。

液面计的选用
2.4.1玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。

板式液面计承压能力强，但是比较笨重、成本较高。

2.4.2玻璃板液面计一般选易观察的透光式，只有当物料很干净时才选反射式。

2.4.3当容器高度大于3m 时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受到限制，应改用其它适用的液面计。

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玻璃管液面计。

第二章 结构设计
2.1壁厚的确定
根据壁厚公式[]p
pD t
i
-=
σφδ2
在设计温度下，液氨的饱和压力为0.3Mpa （绝对压力），因此除灌装有点放空口，故取设计及计算压力为 Pc=1.3，容器的内径Di=4000mm,在设计温度下，材料的
许用应力为[]t
σ=137 通体材料在试验温度下的屈服强度为205s Mpa σ=，采用双面焊对接接头，100%无损建材焊接接头系数 1.0φ=
[]mm mm p pD t
i 4.43
.00.113724000
3.02=-⨯⨯⨯=-=
σφδ 液氨为轻微腐蚀性，腐蚀裕量由筒体封头腐蚀裕量表查取C2=2mm(C2≥1mm) 涉及厚度为mm C d 2.624.42=+=+=δδ 根据mm d 2.6=δ,由钢板厚度负偏差得：
C1=0.25mm
该值小于名义厚度得6%，所以钢板厚度负偏差不可省略 故取名义厚度mm n 45.625.02.6=+=δ
圆整为5mm
确定选用壁厚为5mm 得06Gr19Ni10高合金钢板制作罐体
2.2封头厚度设计
采用标准椭圆封头
图3-1 椭圆形封头
2.2.1计算封头厚度 根据公式[]c
t
i
c p D p 5.02-=
φσδ
焊接接头系数取φ=1，钢板最大宽度为3m,而此储罐直径为1m,取封头需将钢板焊接后冲压成型
于是封头厚度[]mm p D p c
t
i c 4.43.05.0113724000
3.05.02=⨯-⨯⨯⨯=-=
φσδ 取C=C1+C2=0.25+2=2.25mm
故δ+C=44.+2.25=6.25mm 圆整后取mm n 5=δ
确定选用n δ=5mm 厚的06Gr19Ni10制作封头 3.2.2水压试验及强度校核
先按公式确定水压试验时的压力t P 为 PT=1.25P=1.25⨯0.3=0.375Mpa
mm C n e 75.225.25=-=-=δδ
查表得： Mpa s 205=δ 根据式; ()
s e
e i t t D p φδδδδ9.02≤+=
则()Mpa 6.13675
.2275.22000375.0=⨯+⨯=
δ
而 M p a s 5.1842050.19.09.0=⨯⨯=φδ 因为s t φδδ9.0〈
所以水压实验强度足够
2.3储罐零部件的选取
2.3.1储罐支座
此容器为卧式储罐压力容器，可以选用鞍式支座 首先粗略计算鞍座的负荷 储罐总质量m M=m 1+m 2+m 3+m 4 m 1----罐体质量 m 2----封头质量 m 3----液氨质量 m 4----附件质量
2.3.2 罐体质量
n δ=5mm L=1200的筒节
()kg L D m i 1487850120055100014.31=⨯⨯⨯+⨯==ρδπ
2.3.3封头质量
公称直径DN=4000mm 壁厚mm n 5=δ,选用直边高度为h=75mm 的标准椭圆封
头，深入高度H=325mm 容积0.2545m 3其质量kg m 5.63,
2= 所以m 2=2=,2m =2⨯63.5=127kg
3.3.4液氨质量
V m ϕρ=3
ϕ 装量系数 ρ液氨密度
V 容器体积 装量系数取ϕ=0.977 储罐容积 V=2V 封+V 筒
3
2615.206.1164
509.04
2545.02m V V L
D V i =⨯⨯+
=+⨯=π
π
液氨-20C 0的密度为665kg/ m 3 则容积质量m 3
kg
m m V
m 1.12338615.206659.0333=⨯⨯==ϕρ 3.3.5附件质量
无人孔 手孔 其它接管质量按100kg 计
则kg m 1004= 储罐总质量m
KN F N F m g F m m m m m m m 4.6262406281
.91.1272321
.127231001.123381371484
321≈=⨯=
==+++=+++=
每个鞍座只承受14.4KN 的负荷
根据鞍座负荷，选择鞍座，可以选择轻型带垫板，包角为120的鞍座 鞍座形式为
JB/T4712-92 鞍座 BI1020-F JB/T4712-92 鞍座 BI1000-F
第三章 接管的选取
本储罐设有如下接口管
3.1 液氨进料管
采用mm 4108⨯φ的无缝钢管配以板式平焊管法兰确定接管的计算厚度计开孔直径
有已知条件知 壳体的计算厚度5mm δ=按接管计算厚度为
[]mm p
D p t
c t 11.03
.2744
.323.0113721083.0620
==⨯⨯⨯⨯=
=
σφδ
开孔直径为()mm C d d 104224210821=⨯=⨯-=+= 接管的有效补强宽度mm d B 20810422=⨯== 接管有效补强高度mm d h 8.2251041=⨯==δ 需补强金属面积5205104=⨯==δd A
()()6.17135.351042081=-⨯-=--=δδe d B A ()()22311.058.222212=-⨯⨯=-=t et h A δδ 因A A A A e 〈=+=+=6.3942236.17121 则需另加补强4.1256.3945204=-=-=e A A A
3.2 平衡口管
平衡口采用mm 5.245⨯φ无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要不强(图原结构) SD-RF45-1.6 HG20594
4.3 液位指示口管
液位指示口采用mm 5.357⨯φ无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要不强(图原结构)
SD-RF57-1.6 HG20594
4.4 放空口管
放空口采用mm 5.332⨯φ无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要不强(图原结构)
SD-RF32-1.6 HG20594
4.5 液体进口管
液体进口采用mm 5.245⨯φ无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要不强(图原结构)
SD-RF45-1.6 HG20594
4.6 液体出口管
液体出口采用45 2.5mm φ⨯无缝钢管，配以管式平焊管法兰不需要不强(图原结构)
SD-RF45-1.6 HG20594
图3-2 各管口方位
第四章压力计选择
（1）量程装在锅炉、压力容器上的压力表，其最大量程（表盘上刻度极限值）应与设备的工作压力相适应。

压力表的量程一般为设备工作压力的1．5～3倍，最好取2倍。

若选用的压力表量程过大，由于同样精度的压力表，量程越大，允许误差的绝对值和肉眼观察的偏差就越大，则会影响压力读数的准确性；反之，若选用的压力表量程过小，设备的工作压力等于或接近压力表的刻度极限，则会使压力表中的弹性元件长期处于最大的变形状态，易产生永久变形，引起压力表的误差增大和使用寿命降低。

另外，压力表的量程过小，万一超压运行，指针越过最大量程接近零位，而使操作人员产生错觉，造成更大的事故。

因此，压力表的使用压力范围，应不超过刻度极限的60～70％。

（2）测量精度压力表的精度是以允许误差占表盘刻度极限值的百分数来表示的。

精度等级一般都标在表盘上，选用压力表时，应根据设备的压力等级和实际工作需要来确定精度。

额定蒸汽压力小于2.45MPa的锅炉和低压容器所用的压力表，其精度不应低于2．5级；额定蒸汽压力大于2.45MPa的锅炉和中、高压容器的压力表，精度不应低于1.5级。

（3）表盘直径为了使操作人员能准确地看清压力值，压力表的表盘直径不应过小。

在一般情况下，锅炉和压力容器所用压力表的表盘直径不应小于100mm，如果压力表装得较高或离岗位较远，表盘直径还应增大。

又考虑到液氨有一定腐蚀性,所以综合考虑选用隔膜压力表,
技术指标为：精度等级：(1.6) 公称直径：φ50 接头螺纹：1.5 G1 测量范围：0-2.4Mpa
符号 说明
符号
说明 C 1 钢板负偏差mm
φ
焊接接头系数 P 设计压力Mpa
V
体积m 3 P w
工作压力 Mpa
ρ 密度g/cm 3 s δ 圆筒材料在试验温度
下的屈服强度Mpa d δ
筒体设计厚度mm t δ
圆筒材料在试验温度下的许用应力Mpa []αδ
轴向许用应力 Mpa
[]δ
容器元件材料在试验温度下的许用应力
Mpa T P
实验压力 Mpa
δ
筒体计算厚度 mm e δ
筒体有效厚度 mm n δ
筒体名义厚度 mm 2C
腐蚀裕量 mm c P
计算压力 Mpa
[]
t
δ
设计温度下的许用应
力 MPa
注：由于部分符号在计算过程之前或者计算过程之后进行了说明，此外在另行说明。