m化工设计18m3液氨储罐

1、内蒙古科技大学化工设备机械基础课程设计 题 目：液氨储罐设计说明书学 院：化学与化工学院班 级：化工13-3班姓 名： 学 号：指导老师：韩晓星 设计任务书设计课题：18m3液氨储罐工艺参数：最高使用温度：T=40公称直径：Di=2400mm筒体长度（不含封头）：L0=3000mm饱和蒸汽压：1.55MPa设计内容：1.罐体材料的选择2.罐体的规格3.罐体的形状4.罐体的厚度5.封头形状及厚度6.支座的选择7.人孔及接管选择8.开孔补强9.核算校验10.设备装备图（A2） 设计人： 朱沁楠化工13-1班1366115115宋志强化工13-1班1366115108黄敏化工13-3班1366115311李文颖化工13-3班1366115335邓继东化工13-2班1366155126 完成时间：2015年12月2日前 言液氨，又称为无水氨，是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。本次设计是关于液氨储罐的设计，在老师给定的相关条件下，充分利用课堂

2、上学到的理论知识发散思维、扩宽视野使之能更好的联系实际的生产，在实际的操作中我们应考虑的问题非常多。充分考虑上述条件的同时设计出符合标准的液氨储罐。这样不仅使我们所学的理论知识的到进一步的提高，也使我们可以了解到更多的实际生产中应该注意的问题，使我们受益匪浅。 通过这次课程设计是我深刻了解到理论知识与实际应用的差别，让我们学到了很多东西比如：如何联系实际考虑问题，分析问题，解决问题。摘 要储罐按其形式可分为方形和矩形容器、球形容器、圆筒形容器（立式、卧式）。 按其承压性质和能力可分为内压和外压，内压容器又可分为常压、低压、中压、高压、超高压等五类。根据使用时候的壁温，可分为常温容器、高温容器、中温容器和低温容器。按其结构材料分类，容器有金属制的和非金属制的两类。按其反应情况可分为反应压力容器（R）、换热压力容器（E）、分离压力容器（S）、储存压力容器（C）等。本次设计，我选用的是卧式圆筒形、中压常温的内压容器。AbstractAccording to the form of the storage tank can be divided into square and rectangu

3、lar container, spherical container, cylindrical container (vertical, horizontal). According to its bearing capacity can be divided into internal and external pressure, internal pressure vessel can be divided into five categories, such as normal pressure, low pressure, medium pressure, high pressure, high pressure and so on. According to the use of the wall temperature, can be divided into normal temperature, high temperature, medium temperature and low temperature vessel. According to the classi

4、fication of its structural material, the container has two kinds of metal and non metal. According to their reaction conditions can be divided into the reaction pressure vessel (R), heat exchange pressure vessel (E), the separation pressure vessel (S), storage pressure vessel (C), etc.This design, I use the horizontal cylinder, medium pressure inside the pressure vessel. 目 录前 言I摘 要IIAbstractIII1、液氨储罐设计参数的确定11.1设计温度与设计压力的确定11.2罐体和封头的材料的选择11.3形状设计参数22、封头的选择22.1许用应力22.2焊接接头设计33、筒体和封头的壁厚的计算33.1公称直径D

5、i和筒体长度L的计算33.2筒体壁厚的计算43.3封头壁厚的计算43.4水压试验53.4.1确定水压试验的试验压力值63.4.2计算水压试验时的器壁应力值63.4.3校核强度64、选择人孔并核算开孔补强74.1人孔的选择74.2开孔补强的计算85、选择鞍座并核算承载能力115.1罐体质量W1115.2 液氨质量W2115.3其他附件质量W3125.4设备总质量W125.5鞍座的选择126.选择液面计137、选配工艺接管147.1液氨进料管147.2液氨出料管147.3排污管147.4安全阀接口管147.5液面计接口管157.6放空管接管口158、参数校核158.1筒体轴向应力校核158.1.1筒体轴向弯矩计算158.1.2筒体轴向应力计算168.2筒体和封头切向应力校核178.3筒体环向应力的计算和校核188.3.1环向应力的计算188.3.2环向应力的校核198.4鞍座有效断面平均压力199.设计汇总1910.结束语21参考文献221、液氨储罐设计参数的确定1.1设计温度与设计压力的确定液氨储罐通常置于室外，罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响，在夏季液氨储罐经太阳暴晒，随着气

6、温的变化，储罐的操作压力也在不断变化。根据设计任务书的要求，所设计液氨贮罐的最高使用温度为40，查表可知40时液氨的饱和蒸汽压为1.55MPa。压力容器安全监察规程规定液化气体储罐必须安装安全阀，设计压力可取最大操作压力的1.05-1.10倍。取1.10倍最大操作压力为设计压力，所以设计压力P = 1.101.55 = 1.705MPa，故取设计压力P=1.70MPa。1.2罐体和封头的材料的选择选择容器用钢必须综合考虑：容器的操作条件，如设计压力、设计温度、介质特性和操作压力等；材料的使用性能，如力学性能、物理性能、化学性能（主要是耐腐蚀性能）；材料的加工工艺性能，如焊接性能、热处理性能等；经济合理性及容器结构，如材料价格、制造费用和使用寿命等。纯液氨腐蚀性小，贮罐可选用一般碳素钢，压力容器专用钢板为20R，另外还有一些合金钢，如16MnR、15MnVR等也适合作为压力容器的钢板。16MnR是345MPa级的低合金钢，具有良好的机械性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。中温及低温的机械性能均优于Q235-A、15、20等碳素钢，是使用十分成熟的钢种，质量稳定、可使用-40475场合

7、。15MnVR是屈服极限为390MPa级的低合金结构钢，其塑性和冲击韧性较16MnR低，其波动较大。另外从经济的角度考虑，16MnR也较20R制造费用低。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体的材料。16MnR的含碳量为0.12%0.20%，含Mn量较低，伸长率为19-21%，是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板。1.3形状设计参数 在本设计中由于设计体积较小（）且设计压力较小（P=1.70MPa）,故可采用卧式圆筒形容器，方形和矩形容器大多在很小设计体积时采用，因其承压能力较小且使用材料较多；而球形容器虽承压能力强且节省材料，但制造较难且安装内件不方便；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，故选用圆筒形卧式容器。2、封头的选择几何方面，就单位容积的表面积来说，以半球形封头为最小。椭圆形和蝶形封头的容积和表面积基本相同，可以近似认为相等。力学方面，在直径、厚度和计算压力相同的条件下，半球形封头的应力最小，二向薄膜应力相等，而沿经线的分布式均匀的。如果与壁厚相同的圆筒体连接，边缘附近的最大应力与薄膜应力并无明显不同。椭圆形封头的应力情况就不如半球形封头均匀。由应力

8、分析可知，椭圆形封头沿经线各点的应力是变化的，顶点处应力最大，在赤道上可能出现环向内压应力，对于标准椭圆形封头与壁厚相等的圆筒体相连接时，其可以达到与筒体等强度。从制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是浓度大，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。因此，从几何、力学和制造方面综合考虑，采用标准椭圆形封头最为合理。椭圆形封头的型式及尺寸按JB/T 4737-95椭圆形封头的规定标准椭圆形封头的长短轴比值为2。封头材料与筒体一样为16MnR。2.1许用应力制造容器所用的钢板，其在设计温度下许用应力值的大小，直接决定着容器强度，是主要设计参数之一。在GB 150钢制压力容器中，对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力，16MnR的许用应力见表2-1。表2-1 压力容器用16MnR钢板的许用应力钢号钢板标准使用状态厚度mm常温强度指标在下列温度()下的需用应力/MPabMPasMPa2010015016MnRGB 6654热轧正火616510345170170170163649032516316316336604703051571571572.2焊接接头设计焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方。焊缝区强度降低的原因在于焊接时可能出现缺陷而未被发现；焊接热影响区往往形成出大晶粒区而使强度和塑性降低；由于结构刚性约束造成焊接内应力过大等。焊缝区的强度主要决定于熔焊金属、焊缝结构和施焊质量。设计所需的焊接街头系数大小主要根据焊接接头的型式和无损检测的长度比率确定。容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头基本上都采用双面焊，所以取焊接接头系数。3、筒体和封头的壁厚的计算3.1公称直径Di和筒体长度L的计算 取Di =2400 Di= 2800 Di = 3000 Di = 3200 经计算 当Di = 2400mm时，L= 3000mm,此时，Di/L = 0.8 最接近0.618 所以取 Di=2400mm 3.2筒体壁厚的计算 取计算压力Pc=P=1.70MPa，筒体内径Di=DN=2400mm，查表2.1知16MnR在设计温度为40时的许用应力为，筒体的理论计算壁厚公式为：

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