液氨贮罐的设计及计算

巢湖学院

08化材系化学工程与工艺专业

化工机械课程设计题目液氨储罐槽

说明书

图纸

指导教师吴凤义

学生姓名胡飞

2011 年 06月日

液氨贮罐设计任务书

专业：化学工程与工艺班级：（1）

姓名：胡飞学号： 08003022 指导教师：吴凤义设计日期：

一、设计题目： 10.0m3液氨贮罐的设计

二、设计参数及要求

1、设计参数

液氨压力:16Kgf/cm2;

温度：40℃；公称容积：10.0m3

操作容积：9.0m3

介质: 液氨

设计使用年限:10年

建议使用材料:16MnR

2、设计要求

根据设计参数, 对液氨贮罐的主要元件(筒体、封头)进行正确的强度、刚度和稳

定性计算和结构设计；对贮罐的附件进行选型；熟悉贮罐质量的检验方法；绘制

出贮罐的装配图；

三、设计内容

1、概述

2、罐体的设计

(1)罐体的PN、DN确定

(2)筒体壁厚的设计

(3)封头壁厚的设计

(4)筒体长度的设计

3、罐体的压力试验

(1)罐体的水压试验

(2)罐体的气压试验

4、罐体附件的选型及尺寸设计

(1)工艺接管的设计

(2)支座的设计

（3）接管长度的设计

(4)人孔的设计

(5)液面计的设计

5、罐体的开孔及补强的计算

(1)容许开孔的范围

(2)开孔补强的设计计算

(3)补强圈的设计

5、设计结果汇总

6、10.0m3液氨贮罐装配图

7、设计评述

四、图纸要求

10.0m3液氨贮罐装配图，A2号图纸

液氨贮罐的设计及计算

第一章贮罐筒体与封头的设计

一、罐体DN、PN的确定

1、罐体DN 的确定

液氨贮罐的长径比L/Di一般取3～3.5，本设计取L/Di＝3.2，由V＝(πDi2/4) ·L＝10

L/Di＝3.2得：Di =( 40/ 3.2π)1/3 =1.585 m＝ 1585 mm

因圆筒的内径已系列化，由Di＝1585 mm可知： DN＝1600 mm

2、釜体PN 的确定

因操作压力P＝16 Kgf/cm2，由文献 [1]可知：PN＝1.6 MPa

二、筒体壁厚的设计

1、设计参数的确定

p=(1.05-1.1) p

w ，p ＝1.1×1.6MPa=1.76MPa，p

c

＝p＋p

∵ p

液＜ 5 ％ P ，∴可以忽略p

液

p c ＝p＝1.76 MPa ， t ＝ 100 ℃，Ф＝1（双面焊，100％无损探伤）， c

2

＝2 mm（微弱腐蚀）

2、筒体壁厚的设计

设筒体的壁厚S

n ′＝14 mm，[σ]t＝170MPa ，c

1

＝0.8 mm

由公式S

d ＝p

c

Di/(2 [σ]tФ-P

c

)+c 可得：

S d ＝1.76×1600/(2×170×1-1.76)＋ 2 ＋0.8＝11.13(mm) 圆整S

n

＝12 mm

∵S

n ≠ S

n

′∴假设S

n

＝ 14mm是不合理的. 故筒体壁厚取S

n

=12 mm

3、刚度条件设计筒体的最小壁厚

∵ Di＝1600 mm ＜ 3800 mm ，S

min ＝2 Di /1000且不小于3 mm 另加 C

2

，

∴ S

n

＝5.2 mm

按强度条件设计的筒体壁厚S

n ＝12 mm ＞S

n

＝5.2 mm，满足刚度条件的要求．

三、罐体封头壁厚的设计

1、设计参数的确定

p=(1.05-1.1) p

w ，p ＝1.1×1.6MPa=1.76MPa，p

c

＝p＋p

液

，∵ p

液

＜ 5 ％ p ，

∴可以忽略p

液

p c ＝p＝1.76 MPa ， t=40 ℃，Ф＝1（双面焊，100％无损探伤）， c

2

＝2

mm （微弱腐蚀）

2、封头的壁厚的设计

采用标准椭圆形封头，设封头的壁厚S n ′＝14 mm ，[σ]t ＝170 MPa ，c 1＝0.8 mm

由公式S d ＝P c Di/(2 [σ]t Ф-0.5P c )+c 可得：

S d ＝1.76×1600/(2×170×1-0.5×1. 76)＋ 2 ＋0.8＝11.10 mm 圆整S n ＝12 mm

∵S n ≠ S n ′ ∴ 假设S n ＝ 14mm 是不合理的. 故封头的壁厚取S n ＝12 mm

3、封头的直边、体积及重量的确定

因为是标准椭球形封头，由文献［2］可知：封头的壁厚S n ＝12 mm ，直边高度h ＝40 mm ，

由Di ＝1600 mm 、 S n ＝12 mm ，由文献［2］可知：封头的体积V 封＝0.616 m 3 、封头的深度h 1＝400mm

封头的重量: 269.2×2=538.4 kg 四 筒体的长度设计及重量的确定

由V ＝2V 封＋V 筒 可得：V 筒＝10－2×0.616＝8.768 m 3

V 筒＝πDi 2L/4＝8.768 m 3 可得：L ＝4363 mm 圆整：L ＝4360 mm

筒体的重量: Di ＝1600 mm 、S n ＝12 mm 的筒体1 m 高筒节的重量为0.476(T) ∴ 4.36×0.476=2.08(T)

第二章 贮罐的压力试验 一、罐体的水压试验 1、液压试验压力的确定

液压试验的压力：p T =1.25p[σ]/[σ]t 且不小于(p+0.1) MPa ，当［σ]/[σ]t

＜1.8时 取其为1 则p T =1.25×1.76×1= 2.2 (MPa)

2、 液压试验的强度校核

由σmax ＝p T （Di ＋S n －c ）/[2(S n -c)] ＝2.2（1600＋12－2.8）/[2(12-2.8)]＝192.4 (MPa)

∵ σmax ＝192.4 (MPa)＜0.9σs Φ＝0.9×345×1＝310.5 MPa ∴ 液压强度足够

3、压力表的量程、水温的要求

压力表的量程：2p T =2×2.2=4.4 (MPa) 或3.3MPa －8.8MPa ，水温≥15℃ 4、液压试验的操作过程

在保持罐体表面干燥的条件下，首先用液体将罐体内的空气排空，再将液体的压力缓慢升至22Kgf/cm 2,保压10-30分钟，然后将压力缓慢降至17.6Kgf/cm 2,保压足够长时间（不低于30分钟），检查所有焊缝和连接部位，若无泄漏和明显的残留变形。则质量合格，缓慢降压将罐体内的液体排净，用压缩空气吹干罐体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。

二 罐体的气压试验． 1、气压试验压力的确定

气压试验压力：p T =1.15p[σ]/[σ]t p T =1.15×1.76×1= 2.024 (MPa) 2、气压试验的强度校核 由σmax ＝p T （Di ＋S n －c ）/[2(S n -c)]＝2.024（1600＋12－2.8）/[2(12-2.8)]＝177.0 (MPa)