液氨储罐设计说明书

液氨储罐设计说明书

目 录

1.绪论……………………………..……………….…………2 1．1设计任务………………….…………………………………2 1.2设计思想……………………….…………………………3 1.3设计特点……………………………………….…………2 2. 方案确定…………………….…………2 2.1选择容器型式…………………….…………2 2.2选择材料………………………………..…………3 3. 工艺设计……………………………………….…………5 3.1确定容器的公称直径、筒体长度……………5 3.2确定各工艺接管的公称通径及位置.………………6 4. 强度设计………………………….………8 4.1确定设计参数……………………………….…5 4．2确定筒体和封头壁厚………………………….………7 4.3水压试验及强度校核……………………….……9

5. 结构设计……………………10

5.1选择人孔、液面计 …………………………….…11 5.2开孔补强计算…………………………12 5.3支座选型及校核……………………………14 6. 谢辞………………………………16 7. 参考文献……………………………17 1. 绪论 1.1设计任务

综合运用所学的知识，针对化工厂中常见的 液氨 储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图和零件图，并编写设计说明说 1.2．设计思想

综合运用所学过程装备知识，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。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。 1.3设计特点

容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。且各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。

2. 方案确定

2.1 选择容器型式 2.1.1封头的选择

封头据几何形状的不同，可分为球形、椭圆形、碟形、球冠型、锥壳和平盖等几种，其中球形 、椭圆形、碟形、球冠型封头又统称为凸型封头。 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。

2.1.2筒体的选择

筒体按其形状可分为，方形容器，矩形容器、球形容器、圆筒型容器（立式、卧式）。由于在本次设计中设计体积相对较小，且工作压力为1.45MPa。方形矩 形容器大多在很小设计体积时才采用，但因其承受压力较小且使用材料较多；而球形容器虽然承受能力很强且节省材料，但是制造工艺较难且安装不方便；立式圆筒形容器承受自然原因引起的盈利破坏的能力较弱。故此，本次设计选用圆筒形容器作为储罐。

2.1 .3筒体立式或卧式的选择

由于卧式的储罐比立式的储罐运输方便，所以在此设计中，采用卧式的筒体。2.2 选择材料

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。 附件用钢：优质低碳钢的强度较低、塑性好、焊接性能好，因此在化工设备制造中常用作热交换器列管、设备接管、法兰的垫片包皮。

优质中碳钢的强度较高、韧性较好，但是焊接性能较差，不宜作接管用钢，由于接管要求焊接性能较好且塑性好，故选择10号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。由于法兰必须具有足够大的强度和刚度，以满足连接的条件，使之能够密封良好，故选用Q235—A的普通碳素钢。

最后确定的图形如图2-1所示

3 工艺设计

3.1确定容器的公称直径、筒体长度

?m?

已知： （1） 设计的液氨储罐的公称体积为V理论=21

3?V2VD实 iL +2封 4 （2） =

V理论V?? （3）液氨的值为（0.85到0.90） = 实

L圆整（4）液氨的长径比值为（3到8）长径比Di

设：(1)

容器的公称直径为

Di

（2）筒体长度为L

21?10?22L?mm? 0.785?DD估iiL 则推出 （3）当21= 4=

9 表3-1

Di?mm?1300 1400 1500 1600 1700 1800 L估?mm?15829.3 13648.8 11889.6 10449.8 9256.6 8256.7 16000 0.341 0.421 0.513 0.617 0.734 0.866 14000 12000 11000 10000 9000 L园整?mm?V封?m3?

h1?mm? 325 350 375 400 425 450 V实际?m? 321.5674 21.9614 21.708 22.723 23.421 23.757 0.97 12 0.96 10 0.97 8 0.92 7 0.90 6 0.88 5 ? L圆整Di

则根据已知条件和所设的条件结合图3-1可知：容器的公称直径为Di=1700mm 筒体长度为L=10000mm

3.2确定各工艺接管的公称通径及位置 (1) 接口管选择

本储罐设有如下接口管

a) 液氨进料管

采用无缝钢管?57×3.5mm (管壁加厚，具有补强作用).管的一端伸入罐切成45°为的是避免物料沿着设备内壁流动以减少磨蚀, 进口管外伸120mm，内伸200mm管总长320mm。配用FM带劲平焊（so）法兰HG20592

材料为10钢管。 法兰标记HG 20592

法兰 WN50-4.0 FM S=6 16MnR 查表得其重量为：每米3.11Kg

位置：距液氨储罐最左端600mm的上表面

b)液氨出料管：

在化工生产中，需要将液体介质送到与容器平行的或较高的设备中去，并且获得纯净无杂质的物料。采用可拆的吸料管排料方式，故选用与进料管相同的材料Φ32×3.5，10号无缝钢管。外伸150m，内伸270mm。配用具有凹面密封的平焊

法兰。接管材料为10号钢管。 法兰标记 HG20592

法兰 WN20-4.0 FM S=3.5 16MnR 位置：在距液氨储罐最右下端离地面高400mm处 c)排污管 排污管的选取

液氨会腐蚀罐壁，而出现沉淀，在清洗贮罐时，为了能将废液和废渣完全排出罐外，所以应在筒体的底部安装一个排污管。选用Φ25×2的10号钢管，外伸长度265mm。管端焊接有以与截止阀J41W-16相配的管法兰 法兰标记 HG20592

法兰 WN20-4.0 FM S=3.5 16MnR

位置：在距液氨储罐最右下端，距液氨储罐最左端550mm处 d)安全阀接口管

安全阀是通过自动开启排除气体来降低容器内过高的压力。为了操作安全，因此要安装一个安全阀。采用无缝钢管?57×3.5mm (管壁加厚，具有补强作用).管的一端伸入罐切成45°为的是避免物料沿着设备内壁流动以减少磨蚀, 进口管外伸120mm，内伸200mm管总长320mm。配用FM带劲平焊（so）法兰HG20592

材料为10钢管。 法兰标记HG 20592

法兰 WN50-4.0 FM S=6 16MnR 查表得其重量为：每米3.11Kg

位置：距液氨储罐最右端700mm的上表面

4. 强度设计

4.1 确定设计参数

a)设计温度t：储罐在夏季最高温度可达到目的40℃

b)设计压力p:储罐在夏季最高温度可达到目的40℃，查常温下液体饱和蒸气压表,这时氨的饱和蒸气压为1.55MPa(绝对压力)。取此压强的1.05倍,故取P=1.6 MPa作为设计压力。

???=170Mpa

c)设计温度下的许用应力

d)腐蚀欲量

tc2=1mm

ce)副偏差量1=0.25

f)焊接接头系数?=0.85 4.2 确定筒体和封头壁厚

pDia)筒体的厚度?d=

2?????pt?c2

1.6?1700?12?170?0.85?1.6 = =10.5（mm）

又因为?n??d?c1=10.5+0.25=10.75 (mm)

根据钢板厚度规格表可以查得筒体的厚度为12mm

pDib)封头厚度?d=

2?????0.5pt?c2

1.6?1700?1=2?170?0.85-0.5?1.6

=10.4（mm） 又因为

?n??d?c1

=10.4+0.25 =10.65 (mm)

根据钢板厚度规格表可以查得封头的厚度为12mm 4.3 水压试验及强度校核

pt?1.25p???t??? = 1.25?1.6?1=2(Mpa)

(Mpa)

或

pt?p?0.1?1.6?0.1?1.7pt?2(Mpa)

选择较大者则

?t?液压试验强度校核的应力

pt(Di??e)2?e

2???1700??12?1.25??? =

2??12?1.25?

=159.13（Mpa）

又因为推出

????0.9???s 且?s?345

????0.9?0.85?345?263.93(Mpa)

?t????则筒体满足液压试验的要求

又因为

5. 结构设计

5.1选择人孔 、液面计 5.1.1 人孔的选择

压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。

人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性。 根据工作压力p=1.6Mpa 查表得 a)公称直径DN=500mm

b)H1?260 mm

c)A型盖轴耳 d) RF型密封面

采用Ⅲ类材料其中垫片采用石棉橡胶板垫的回转盖带劲平焊法兰人孔 标记为 ：人孔RFⅢ(A?G)A 500—1.6 HG21517—95 查表得回转盖带劲平焊法兰人孔的各零件名称、材料及尺寸 表5-1 件号 1 2 3

H1?260

标准号 HGJ75-91 HGJ75-91 名称 筒节 螺柱 螺母 数量 1 20 40 材料 Q235 -A 35 25 尺寸（mm） M30?2?160

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 HGJ46-48-91 法兰 HGJ69-91 垫片 1 1 1 1 1 2 2 1 20（锻件） 石棉橡胶板垫 Q235 -A Q235 -AF Q235 -AF 低碳钢 100HV Q235 -AF Q235 -AF Q235 -AF Q235 -AF HGJ61-63-91 法兰盖 GB91-86 GB95-85 把手 轴销 销 垫圈 盖轴耳（1）A 法兰轴耳（1） 1 法兰轴耳（2） 1 盖轴耳（2） 1 回转盖带劲平焊法兰人孔的尺寸 表5-2

dw?s D D1 A B L b b1 36 b2 40 H1 H2 d 总质量 235（kg） 530?10 715 650 390 200 300 42

5.1.2 液面计的选择

260 120 24 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~ 250℃。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0~250℃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

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．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。 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限制，应改用其它适用的液面计。

总之，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。

液氨储罐常用玻璃液面计,由储罐公称直径1700选择长度为100mm 液面计两支，采用PN1.6 L=1400mm,HG5-227-65-12的玻璃管液面计，其质量为11.6Kg. 与液面计相配的接管尺寸为Φ=45×3.5mm，管法兰为 法兰标记 HG20592

法兰 WN50-4.0 FM S=6 16MnR 位置：

5．2 开孔补强计算

????112 计算压力

已知 负偏差c1=0 腐蚀欲量c2?1 接管的许用应力

p=1.6

?Mpa?

fr?112170 c?c1?c2 筒体的壁厚??9.5 ?mm?

接管直径

d?di?2c2?500?2?1?502?mm?A?ds?2???nt?c??1?fr?

消弱的金属面积

?112?502?9.5?2?9.5?10?1??1??170?? =

?mm?

=4827.311

2B?2d 或B?d?2?n?2?nt =

2?502?1004?mm? =

502?2?12?2?10?546?mm?

B的值是两者中的大者 则B=1004(mm)

A1??B?d?????n?c??????2?et??e????1?fr?

112??170?

=

?12?1?9.5?2?910.75?9.5??1004?502???????1????

?mm? =708

2h1?d?nt

=502?10 =71（mm）

?t?接管计算壁厚

1.6?5022???t?t?p=2?170?0.85?1.6?2.79(mm)

tpdA2?2h1????nt?c???t??fr

=

2?71???10-1??2.79??2112170

?mm?

=581

1A3??2??nt??nt2

?mm?

=10?10?1002A1?A2?A3?708?581?100?1389?mm2?

A4?A??A1?A2?A3??4827.311?1389?3438.311?mm2?因为

A??A1?A2??A3 则开了人孔后需要加补强圈

D?840?mm?

查表可知补强圈的

d?504?mm?

??补强圈的厚度圆整后取得 5.3

A4?D?d?3438.311?10.2840?504=（mm）

??12?mm?

支座选型及校核

5.3.1选型

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。选的型号为 轻型（A型）DN(1000-2000) 120包角带垫板鞍式座结构与尺寸 承受的压力为278KN 5.3.1校核

首先粗略计算鞍座负荷 储罐总质量M= M1+ M2+ M3 式中M1—罐体质量，kg M2—封头质量，kg

M3水的质量与其他接管的质量和，kg

A 罐体质量M1

DN=1700 mm，

0?n?12?mm?的筒节，查表得筒体每米质量为476kg/m,筒体每

3v米长的容积1=2.011m

封头的容积

v2?0.734?m3?

G封?32?0gK?

解得L=9.7m。DN=1700

V?V封?V筒?2V2?V1L?2?0.734?2.011?L?21m3

mm，?N=12 mm，直边高度h=40 mm标准封头，其质量查椭圆封头质量表得m2=320kg所以故罐的自重为M1

M1=2×320+9.7×476=5257.2 kg

B 由于整个罐的容积为21.0m,故其水压试验时罐内的水重

M2=21×1000=21000㎏ C. 其它附件质量M3

人孔质量约为235 kg,其他接管质量和按300 kg计。 于是，设备总质量为

M= M1+ M2+ M3 =5257.2+320+21000+300=264(kN)

3

经过查表得，选择的鞍座为，公称直径是1700 mm，选择高度H＝250 mm的A型鞍座两个，因为其每一个的承载能力为132KN，都小于鞍座最大承载能力（274KN）.故说明了所选的鞍座是符合条件的。

6. 谢词

经过半个学期的理论学习和近两个星期的课程设计，我们对《过程装备基础》这门科的学习已经接近了尾声。在这期间我学到了很多的东西，有学术方面的，也有做人方面的。在此，我要特别感谢任课教师----某老师，对我们的教导，和所有帮助过我的同学们，真的很感谢你们。

在这半年的学习过程中，我们迷茫过，努力过，探索过，总之，我们大家一起奋斗过。我也很庆幸这一路走来都有你们的陪伴。在这学习期间我对“陨石漂在太空是垃圾，落在地面是宝石”这句话有很深的体会，总之，学以致用是最完美的结局。

在课程设计的过程中，我们能把理论上的知识很好的用在了设计方面，我感到很自豪也很高兴，感谢戚老师，感谢她让我们有这样的实践机会。也很感谢我们一起奋斗过的同学们，因为遇到困难的时候我们是在一起的。

7． 参考文献

[1]贺匡国化工容器简明设计手册[M]北京：化学工业出版社，1989； [2]朱孝钦过程装备基础[M]北京：化学工业出版社，2006； [3]朱思明化工设备机械基础[M]北京：高等教育出版社，1991； [4]GB150-1998钢制压力容器[S] 北京：中国标准出版社，1998 [5]聂清德 化工设备设计[M] 北京：化学工业出版社，1991 [6]吴艳萍 机械制图[M] 北京：北京铁道出版社，2007 [7]陈国理压力容器及化工设备[M] 华南理工大学出版社，1980 [8]国家技术监督局压力容器安全技术监察规程[M]，1999

[9上海市教育委员会 化工制图[M] 上海：上海科学技术文献出版社，1999

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