液氨储罐设计

目录

第一章、设计任务

1.1设计背景

1.2设计任务书

第二章、设计方案

2.1设计方案

2.1.1技术特性表

2.1.2管口表

2.2工艺条件图

第三章、设计参数及材料

3.1设计温度与压力

3.2储罐的材料

3.3封头的选择

3.4其他设计参数

第四章、设计计算

4.1计算筒体和封头的壁厚

4.2水压试验

4.3选择人孔并核算开孔补强

4.3.1选择人孔的公称直径和公称压力

4.3.2选择人孔结构型式和法兰密封型式

4.3.3开孔补强计算

4.4选择鞍座并核算承载能力

4.5选择液面计

4.6选配工艺接管

4.6.1按照设计任务书提供的口径选择各种工艺接管

4.6.2按照液氨储罐的设计压力和设计温度选择各个工艺接管的法兰4.7根据上述设计画出液氨储罐装配图

第五章、设计总结

致谢

参考文献

附录

第一章设计任务

1.1设计背景

化学工业和其它流程工业的生产都离不开容器。所有的化工设备的壳体都是一种容器，容器的应用遍及各行各业，诸如航空、航海、机械制造、轻工、动力等行业。然而化工容器又有其本身特点，不仅要适应化学工艺过程所要求的压力和温度条件，还要承受化学介质的作用，要能长期的安全工作且保证良好的密封。因此在容器的设计中应综合考虑个方面的因素，使之达到最优。

液氨主要用于生产硝酸、尿素和其它化学肥料，还可用作医药和农药的原料。在国防工业中用于制造火箭、导弹的推进剂，可用作有机化工产品的氨化原料，还可用作冷冻剂，将氨进行分解，分解成氢氮混合气体这种混合气体是一种良好的保护气体，可以广泛地应用于半导体工业、冶金工业以及需要保护气氛的其它工业和科学研究中。为能够进行连续的生产，需要有储存液氨的容器，因此设计液氨贮罐是制造贮罐的必备步骤，是化工生产能够顺利进行的前提。

1.2设计任务书

设计一卧式液氨贮罐的筒体，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，并编写设计说明书。综合运用所学的化工容器设计的基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。

第二章设计方案

2.1设计方案

2.2工艺条件图

第三章设计参数

3.1设计温度与压力

查询常德市天气预报知道常德市历年来最高气温为2010年8月2号左右，最高气温达38℃-39℃[1]，于是设定该液氨储罐的使用温度为40℃，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断变化。通过查附录1和附录2可知，在40℃时液氨的饱和蒸汽压(绝对压力)为1.55MPa，密度为579.5kg/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。依据《化工设备机械基础》若储罐采用安全法时设计

,所以

压力应采用最大工作压力的1.05-1.10倍[2]，取设计压力P=1.10*P

=1.595MPa。

P=1.10*P

3.2储罐的材料

纯液氨腐蚀性小，储罐可选用一般钢材，但由于压力较大，可以考虑20R，Q345R这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，可用20R类的低碳钢板，Q345R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，Q345R钢板较为经济，且有着更好的力学性能，所以在此选择Q345R钢板作为制造储罐的材料[3]。

3.3封头的选择

椭圆封头浓度比半球形封头小，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材消耗用量来看：球形封头用材最少，比椭圆封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆封头最为合理[4]。

3.4其他设计参数

该容器公称直径为1600mm，罐体和封头的材料为Q345R，其设计温度下的许用应力可查教材P195表8-6查得：[σ]t=189.0Mpa。

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1.0或0.85常见。φ得选取按附录3选择，此储罐采用100%无损探伤，故φ=1.0。

查《腐蚀数据手册》，Q345R耐氨腐蚀[5]，其λ<0.2mm/y，若设计寿命为10

年，则C

2=αλ=10x0.2=2mm。钢板负偏差C

1

=0.3mm，不考虑加工减薄量的壁厚附

加量为C=2.3mm。

第四章设计计算

4.1计算筒体和封头的壁厚

分别计算筒体壁厚和封头壁厚。

参见第八章第二节内压容器筒体与封头厚度的计算。可依公式8-2；8-3；8-4；8-5：

δ=pD

i

/(2[σ]tψ)=1.595*1600/（2*189.0*1.0）=6.75mm

δ

d =δ+C

2

=6.75+2=8.75mm

δ

n =δ

d

+C

1

+Δ=8.75+0.3+0.95=10.00mm

δ

e

=δ+Δ=6.75+0.95=7.70 mm

分别得到筒体和封头的：

计算厚度（6.75）；设计厚度（8.75）；名义厚度（10.00）；有效厚度（7.70）通过P227表8-181600-101米高筒节397公斤 2.017立方米长5.6 筒节质量2223.2公斤 11.295立方米

通过P229表8-211600-10224公斤 0.586立方米封头质量448公斤容积1.172立方米

4.2水压试验

液氨储罐需要做水压试验，则参见第十五章第四节之压力试验的内容有如下：（1）、确定水压试验的试验压力值

P

T

=1.25*1.595=1.994Mpa

（2）、计算水压试验时的器壁应力值，并校核强度

σ

T =p

T

（D

i

+δ

e

）/（2δ

e

）≤0.9ψσ

S

（Q345R的屈服极限为345Mpa）

将上述数据带入计算得到：σ

T

=208.17≤0.9*1.0*345=310.5满足要求。4.3选择人孔并核算开孔补强

4.3.1选择人孔的公称直径和公称压力

参见第十一章第一节人孔和手孔的内容有如下：

根据表11-1的规定，开设一个人孔。人孔公称直径为450mm，设计压力为1.595Mpa，公称压力为2.5Mpa。

4.3.2选择人孔结构型式和法兰密封面型式

卧式液氨储罐常用碳钢水平吊盖人孔。

根据表11-3人孔类型为带颈对焊法兰人孔，选择密封面型式为突面RF，水平吊盖带颈对焊法兰人孔标准号：HG21524-2005，查表11-6人孔高度为320mm，查表11-10所用材料为Ⅳ，查表11-13采用全螺纹螺柱（t-35CM）,查表11-14采用柔性石墨复合垫片（F·E-st）。人孔内径455mm，壁厚10mm。

所选人孔标记：