液氨储罐

前言
压力容器是一种密闭的承压容器，其应用广泛，用量大，但又比较容易发生事故，且事故往往是严重的。

与任何工程设计一样，压力容器的设计目标也是对新的或该进的工程系统和装置进行创新和优化，以满足人们的愿望与需要。

具体来说，压力容器的设计人员应根据设计任务的特定要求，遵循设计工作的基本规则或规范，以及材料控制﹑结构细节﹑制造工艺﹑检验及质量管理等方面的规则，并尽可能地采用标准。

化工专业课程设计是掌握化工原理和化工设备机械基础等课程相关内容后进行的一门课程设计，是学生应用所学识进行阶段性的单体设备或单元设计方面的专业训练过程，也是对理论教学效果的检验。

通过这一环节使学生在查阅资料、理论计算、工程制图、调查研究、数据处理等方面得到基本训练，培养学生综合运用理论知识分析、解决实际问题的能力。

本设计是设计一液氨储罐，它是一卧式容器。

液氨储罐是合成氨工业中必不可少的储存容器，所以本设计过程的内容包括容器的材质的选取、容器筒体结构和强度的设计，密封的设计、罐体壁厚设计、封头壁厚设计、确定支座，人孔及接管、开孔补强的情况以及其他接管的设计与选取。

此次设计主要原理来自《化工过程设备机械基础》一书以及其他参考资料。

目录
一、设计题目 (4)
二、设计任务 (4)
三、设计条件 (4)
四、设计步骤 (4)
1.确定容器的材质 (4)
2.确定罐体的形状及内径 (5)
3.罐体壁厚设计 (5)
4．封头壁厚设计 (6)
5．鞍座 (7)
6.人孔 (8)
7．人孔补强确定 (9)
8．接口管 (9)
五．参考文献 (11)
六．设备装配图 (11)
符号说明
英文字母
D i———贮罐内径，mm;
[σ]t———钢板的许用应力 MPa P———液氨的饱和蒸汽压 MPa C1———钢板厚度负偏差, mm;
C2———介质的腐蚀裕量,mm;
希腊字母
δ———罐体计算厚度, mm;
δd———罐体设计厚度, mm;
δn———罐体的名义厚度, mm; δe———罐体的有效厚度, mm; ϕ———焊接接头系数
设计任务书
一、设计题目
33．0 m3液氨贮罐的设计
二、设计任务
设计一个容积为33.0 m3液氨贮罐
三、设计条件
1.最高温度40℃，氨的饱和蒸汽压为1.55Mpa
2.液氨的储量为3
3.0m3，罐体的直径必须不同。

四、设计步骤
1.确定容器的材质
根据液氨贮罐的工作压力、工作温度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。

故选材料时，主要考虑的强度指标（指σs和σb）和塑性指标适合的材料，内罐贮存低温液氨，故板材采用16MnR低温容器用钢。

顶部支架用材，由于结构为杆系结构，考虑到型材供应及费用等原因，可选用16Mn型材和16MnR 板材。

为防止介质的应力腐蚀，罐内表面涂环氧树脂防护。

外槽为一般保温夹套，选用碳钢材料即可。

其中16MnR 的机械加工性能、强度和塑性指标都比较好，综合金属的强度、刚度、温度、抗腐蚀能力等方面考虑选用16MnR 制作罐体和封头。

由于纯混凝土在低温下使用时，将出现“冻胀”现象，体积膨胀、强度降低，故在外槽内于内罐下制作珠光砂混凝土层，起保冷作用，且对混凝土基础起隔冷作用。

夹套内主要保温层用珠光砂填充。

2.确定罐体的形状及内径
根据工艺要求，液氨储罐可设计为罐身为圆筒形，两端均用标准椭圆形封头的卧式容器。

根据《化工设备机械与基础》中的表8-1压力容器的公称直径，由于V=33.0m 3液氨贮罐，试选用D i =2600mm ，设罐身的长度为L ，则
V=L 1 )2
(i D 2≥33.0-5.03m 3 L=5300mm
对容积的核算:
筒体体积：V 1= 5.309×5.3=28.14m 3
封头体积: V 2经查表得到V 2=2.513m 3
总体积：V=V 1+2V 2=33.17m 3＞V 设
所以取筒体：D i = 2600mm L=5300mm
3.罐体壁厚设计
根据选材分析，本贮罐选用16MnR 制作罐体和封头。

设计壁厚δ根据(4-12)式计算：
[]p pD t i -=ϕσδ2
式中P —设计压力。

本储罐最高温度可达40℃，氨饱和蒸气压
1.55MPa （绝压), P W =1.45Mpa(表压)，
设计压力P=1.1PW （已知P W =1.45MPa 表压），故
P=1.1×1.45=1.6MPa (表压)；
D i =2600mm ； L=5300mm ；[σ]t ＝170MPa(附录6)；
ϕ＝1.0(双面对接焊100％探伤，表(4-9)
mm 29.126
.10.1170226006.1=-⨯⨯⨯=δ 由于储存液体为液氨溶液,所以介质对材质的腐蚀为轻度腐蚀,腐蚀速率在0.05—0.13mm/a ，同时储罐为单面腐蚀，则取腐蚀余量C 2=1.0mm 。

查表得C l =0.8mm ，则C=0.8+1.0=1.8mm
mm d 29.130.16
.10.1170226006.1=+-⨯⨯⨯=δ 根据C l ＝0.8mm 及钢板厚度规格，圆整后取δn （mm ）确定选用 δn =16mm 厚的16MnR 钢板制作罐体。

4．封头壁厚设计
采用标准椭圆形封头。

设计壁厚d δ按(4-12)式计算
[]mm C p
pD t i d 26.1416.15.00.1170226006.15.022=+⨯-⨯⨯⨯=+-=ϕσδ 式中ϕ＝1.0 (钢板最大宽度为3m ，该储罐直径2.6m ，故封头需
将钢板并焊后压)。

考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，圆整后取δn ＝16mm 厚16MnR 钢板制
作。

校核罐体与封头水压试验强度式(4-19)
s e
e i T T D p σδδσ9.02)(≤+= 式中MPa p p T 0.26.125.125.1≈⨯==
mm C n e 2.148.116=-=-=δδ
查表的在实验温度下钢材的屈服极限σs =315 Mpa,则
MPa T 10.1840
.12.142)2.142600(0.2=⨯⨯+⨯=σ M P a s 5.2839.0=σ 可见T σ<s σ9.0，所以水压试验满足强度要求。

5．鞍座
先粗略计算鞍座负荷。

贮罐总质量：m=m 1+m 2+m 3+m 4
式中 :
m 1-罐体质量；
m 2-封头质量；
m 3-液氨质量；
m 4-附件质量。

（1）罐体质量m 1:
筒节DN=2600mm ，δn ＝16mm 的筒节,每米质量为q 1=1030Kg/m （附录7）,m 1=q 1L=1030×5.3=5459 Kg
（2）封头质量m 2:
椭圆形封头DN=2600mm， n＝16mm，直边高度h=40mm ,
q2=975Kg,所以
m2=2q2=2×975=1950(Kg)
（3）充水质量m3:
m3=Vρ
m3＝33170 Kg
（4）附件质量m4:
人孔约200Kg，其它接管总和按300Kg计，m4=500Kg
设备总重量
m=m1+m2+m3+m4=5459+33170+1950+500=41079kg
每个鞍座承约受205.4KN负荷，选用轻型带垫板，包角为120°的鞍座。

即
JB／T4712-92鞍座 A2400— F
JB／T4712-92鞍座 A2400—S
6.人孔
常温及最高工作压力1.6Mpa，按公称压力1.6MPa的等级选取。

考虑人孔盖直径较大较重，水平吊盖人孔。

人孔标记： HG25123-2005 人孔RF Ⅳ（A·G）450-1.6
RF指突面密封，Ⅳ指接管与法兰的材料为20R，
A·G是指用普通石棉橡胶板垫片，
450-1.6是指公称直径为450mm、公称压力为1.6MPa
7．人孔补强确定
筒节不是无缝钢管不能直接用补强圈标准。

人孔筒节内径d ＝450mm ，壁厚δn ＝10mm 。

补强圈内径D 1=484mm ，外
径D 2=760mm ，补强金属面积应大于等于开孔减少截面积，
补强圈的厚度
()()mm D D C d i 34.23484
7608.116)8.12450(212=--⨯⨯+=-+=δδ补 故补强圈取24mm 厚
8．接口管
(1)液氨进料管：
用φ57×3.5mm 无缝钢管(强度验算略)。

一端切成45°，伸入储罐内少许。

配用具有突面密封的平焊法兰：法兰PN1.6 DN50 HG20592壳体名义壁厚δn ＝14mm>12mm ，接管公称直径小于80mm ，不用补强。

(2)液氨出料管：
采用可拆压出管φ25×3mm ，将它套入罐体的固定接口管
φ38×3.5mm 内，并用一非标准法兰固定在接口管法兰上。

罐体接口管法兰采用法兰：法兰PN1.6 DN32 HG20592与该法兰相匹配并焊接在压出管的法兰上，其连接尺寸和厚度与法兰PN1.6 DN32 HG20592相同，但内径为25mm 。

液氨压出管端部法兰(与氨输送管相连)用法兰PN1.6 DN20 HG20592
都不必补强。

(3)排污管：
贮罐右端最底部安设排污管，管子规格是φ57×3.5mm，管端焊有一与截止阀J41W-16相配的管法兰：法兰PN1.6 DN50 HG20592 (4)液位计接管
本贮罐采用玻璃管液位计AIW PN1.6，L＝1000mm，HG5-227-80 两支。

第一项用A,B,C表示法兰连接出密封面形式。

第二项用Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ表示液面计各零件的材料类别，它决定着液面计的最大的工作压力。

第三项用D,W分别表示液面计外不保温和保温。

第四项表示该液面计的公称压力。

第五项表示液面计长度。

第六项是该液面计的标准图号。

与AIW PN1.6L=1000 HG5-227-80相配的接管尺寸为183mm
φ⨯管法兰：法兰PN1.6 DN15 HG20592
(5)放空管接管
用φ32×3.5mm无缝钢管，法兰：PN1.6 DN25 HG20592
(6)安全阀接管
安全阀接管尺寸由安全阀泄放量决定。

本贮罐选用
φ32×2.5mm,L=210mm的无缝钢管，法兰：法兰PN1.6 DN25 HG20592
五．参考文献
《化工过程设备机械基础》李多明俞惠敏主编中国石化出版社《化工机械工程手册》余囯纵主编化学工业出版社《化工制图》熊洁羽化学工业出版社《AutoCAD 2006化工机械图形设计》刘善淑主编南京大学出版社
六．设备装配图
附有贮罐的总装配图，技术特性表，接管表，各零部件名称、规格、尺寸、材料等见明细表。

1）本贮罐技术要求
1．本设备按GBl50-1998《钢制压力容器》进行制造、试验和验收
2．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 ＝1.0)
3．焊接采用电弧焊，焊条型号为E4303
4．壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100％
5．设备制造完毕后，以2MPa表压进行水压试验
6．管口方位按装配图
2）技术特性表
名称指标
设计压力 1.6MPa
工作温度≤40℃
物料名称液氨
全容积24.358 负偏差表：
3）接管表：
符号连接法兰标准密封面形式用途
a1-2 PN1.6 DN15 HG20592突面液面计接口管b1-2 PN1.6 DN15 HG20592突面液面计接口管
c PN1.6 DN450 HG20592突面人孔
d PN1.6 DN32 HG20592突面出料口
e PN1.6 DN50 HG20592突面进料口
f PN1.6 DN25 HG20592突面安全阀接口管
g PN1.6 DN25 HG20592突面放空口
h PN1.6 DN50 HG20592突面排污口。