20立方米液氨储罐设计说明书书.docx

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20立方米液氨储罐设计说明书书

课程设计任务书2

20m³液氨储罐设计2

课程设计内容3

液氨物化性质及介绍3

1.设备的工艺计算3

1.1设计储存量3

1.2设备的选型的轮廓尺寸的确定3

1.3设计压力的确定4

1.4设计温度的确定4

1.5压力容器类别的确定4

2.设备的机械设计5

2.1设计条件5

2.2结构设计6

2.2.1材料选择6

2.2.2筒体和封头结构设计6

2.2.3法兰的结构设计6

（1）公称压力确定7

（2）法兰类型、密封面形式及垫片材料选择7

（3）法兰尺寸7

2.2.4人孔、液位计结构设计8

（1）人孔设计8

（2）液位计的选择9

2.2.5支座结构设计10

（1）筒体和封头壁厚计算10

（2）支座结构尺寸确定12

2.2.6焊接接头设计及焊接材料的选取14

（1）焊接接头的设计14

（2）焊接材料的选取16

2.3强度校核16

2.3.1计算条件16

2.3.2内压圆筒校核17

2.3.3封头计算18

2.3.4鞍座计算20

2.3.5开孔补强计算21

3.心得体会22

4.参考文献22

课程设计任务书

20m³液氨储罐设计

一、课程设计要求：

1.按照国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。

2.设计计算采用手算，要求设计思路设计思路清晰，计算数据准确、可靠。

3.工程图纸要求计算机绘图。

4.独立完成。

二、原始数据

设计条件表

序号

项目

数值

单位

备注

1

名称

液氨储罐

2

用途

液氨储存

3

最高工作压力（MPa）

1.93

由介质温度确定

4

工作温度（℃）

-20～50

5

公称容积（M3）

20

6

工作压力波动情况

可不考虑

7

装量系数（φV）

0.85

8

工作介质

液氨（中度危害）

9

使用地点

太原市室外

三、课程设计主要内容

1.设备工艺设计

2.设备结构设计

3.设备强度计算

4.技术条件编制

5.绘制设备总装配图

6.编制设计说明书

四、学生应交出的设计文件（论文）：

1.设计说明书一份；

2.总装配图一张（A1图纸一张）

课程设计内容

液氨物化性质及介绍

液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈刺激性气味。

氨作为一种重要的化工原料，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，具有腐蚀性且容易挥发，所以其化学事故发生率很高。

液氨分子式NH3，分子量17.03，相对密度0.7714g/L，熔点-77.7℃，沸点-33.35℃，自燃点651.11℃，蒸汽压1013.08kPa（25.7℃）。

蒸汽与空气混合物爆炸极限为16—25%（最易引燃浓度为17%）氨在20℃水中溶解度34%；25℃时,在无水乙醇中溶解度10%；在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。

水溶液呈碱性。

液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。

遇热、明火，难以点燃而危险性极低，但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇火和燃烧或爆炸，如有油类或其它可燃物存在则危险性极高。

1．设备的工艺计算

工艺设计的内容是根据设计任务提供的原始数据和生产工艺要求，通过计算和选型确定设备的轮廓尺寸。

1.1设计储存量

式中：

W——储存量，t；

——装量系数；

V——压力容器容积；m3

——设计温度下的饱和溶液的密度，

W=0.85×20×0.563=9.57t

1.2设备的选型的轮廓尺寸的确定

根据设计要求，本设计为卧式容器，筒体采用圆筒形，封头采用标准椭圆形封头

查阅文献，筒体的基本参数如下：

表1-1筒体基本参数

公称容积Vg/m³

公称直径DN/mm

筒体长度L/mm

20

2000

5800

查阅文献确定椭圆形封头基本参数如下表：

表1-2椭圆形封头参数

公称直径DN/mm

总深度H/mm

内表面积A/m²

容积V/m³

2000

525

4.4930

1.1257

设备计算容积

V计=π/4×DN2×L+V封×2=π/4×2.0²×5.8+0.1257×2=20.46m³

实际工作容积

V工=V计×f=20.46×0.85=17.39m³

1.3设计压力的确定

查阅文献

常温压力储存液化气体压力容器规定温度下的工作压力

液化气体

临界温度

规定温度下的工作压力

无保冷设施

有保冷设施

无试验实测温度

有试验实测最高工作温度

并且能保证低于临界温度

≥50℃

50℃饱和蒸气压力

可能达到的最高工作温度下的饱和蒸气压力

＜50℃

在设计所规定的最大充装量下为50℃的气体压力

试验实测最高工作温度下的饱和蒸气压力

液氨液化气饱和蒸汽压及饱和液密度

温度℃

-15

10

30

50

饱和蒸汽压（绝压）MPa

0.269

0.603

1.156

2.030

饱和蒸汽压密度kg/m³

658

625

595

563

液氨临界温度为132.4℃，其50℃饱和蒸汽压为1.93MPa

故其设计压力为

Pd=1.1×1.93=2.12MPa

0.6MPa≤Pd≤10MPa属于中压容器

1.4设计温度的确定

设备工作温度为-20℃~50℃，故其设计温度为50℃，

在-20～200℃条件下工作属于常温容器。

1.5压力容器类别的确定

液氨属于液化气体，查阅文献［4］，可知属于第一组介质

查第一组介质—压力容器类别划分图，可知20m³液氨储罐属于第Ⅲ类压力容器

2．设备的机械设计

2.1设计条件（见表2-1和表2-2）

表2-1设计条件表

内容

备注

工作介质

液氨

工作压力Mpa

1.93

设计压力Mpa

2.12

工作温度℃

-20—50

设计温度℃

50

公称容积（Vg）m3

20

计算容积（V计）m3

20.46

工作容积（V工）m3

17.39

装量系数f

0.85

介质密度（ρ）t/m³

0.563kg/L

材质

Q345R

保温要求

无保温层

其他要求

表2-2管口表

符号

公称规格DN/mm

连接法兰标准

密封面

用途或名称

L1.L2

20

HG/T20592-2009

FM

液位计接口

M

450

/

FM

人孔

SV

70

HG/T20592-2009

FM

安全阀接口

A

80

HG/T20592-2009

FM

液相进口管

B

100

HG/T20592-2009

FM

压力表接口

C

25

HG/T20592-2009

FM

放空管

D

70

HG/T20592-2009

FM

氨气出口管

E

70

HG/T20592-2009

FM

液相出口管

F

70

HG/T20592-2009

FM

排污管

2.2结构设计

2.2.1材料选择

一般而言，以强度为主的中压设备采用低合金钢为宜，而且低合金钢对液氨也具有良好的耐腐蚀率，可选用低合金钢，Q245R和Q345R这两种钢材可以满足要求。

由于Q345R许用应力高于Q245R,相同条件下，采用Q345R制造设备，可减小壁厚，减小设备重量，降低成本，同时壁厚减小，也可以为材料和设备的运输以及制造加工带来很大的方便，所以选择Q345R制造设备筒体和封头。

2.2.2筒体和封头结构设计

由表1-1可知筒体公称直径DN=2000mm，长度L=5800mm

由表1-2可知EHA标准椭圆形封头公称直径DN=2000mm总深度H=525mm

则其直边长h=25mm

2.2.3法兰的结构设计

法兰有设备法兰和管法兰，设备筒体和封头焊接在一起，所以不需要设备法兰，只有管法兰。

（1）公称压力确定

设备设计压力为2.12MPa，操作温度为-20~50℃，可选用锻件，材料选

16MnⅡ

查文献可知，在操作温度范围内，PN25材料为16MnⅡ的钢制管法兰最大允许工作压力为2.5MPa，满足设计要求，故管法兰公称压力为PN25

（2）法兰类型、密封面形式选择

液氨易挥发，为强渗透性的中度危害介质，查文献可知须采用带颈对焊型管法兰，面封面采用凹凸面密封。

（3）法兰尺寸

查阅文献可知各法兰详细尺寸及法兰质量，详细见下图2-2和表2-3

图2-2

表2-3PN25带颈对焊钢制法兰单位：

mm

接管代号

公称尺寸DN

钢管外径

A1

连接尺寸

法兰厚度

C

法兰颈

法兰高度

H

法兰质量M

（kg）

法兰外径

D

螺栓孔中心圆直径

K

螺栓孔直径

L

螺栓孔数量

n（个）

螺栓Th

N

S

≥

H1

≥

R

B

80

89

200

160

18

8

M16

24

105

3.2

12

8

58

5.0

D

50

57

165

125

18

4

M16

20

75

2.9

8

6

48

3.0

C

25

32

115

85

14

4

M12

18

46

2.6

6

4

40

1.0

SV.A.E.F

65

76

185

145

18

8

M16

22

90

2.9

10

6

52

4.0

L1.L2

20

25

105

75

14

4

M12

18

40

2.3

6

4

40

1.0

2.2.4人孔、液位计结构设计

（1）人孔设计

人孔的作用：

为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷以及装拆设备的内部零件。

。

人孔的结构：

人孔为组合件，包括承压零件筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件，以及人孔启闭所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。

圆形人孔的公称直径规定为400~600mm

容器公称直径大于或等于1000mm且筒体与封头为焊接连接时，至少设一个人孔。

卧式容器的筒体长度大于等于6000mm,应考虑设置2个以上人孔。

综合考虑，选择回转该带颈对焊法兰人孔，公称压力PN2.5,公称直径DN450，

MFM型密封面,材料选用16MnR

标记为：

人孔MFMⅢs-35CM（NM-XB350）A450-2.5HG/T21518-2005

查阅文献，得本次选用回转盖带颈对焊法兰人孔结构尺寸，见下图2-3和

表2-4

表2-4回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表

密封面型式

公称压力PN

公称直径DN

d

D

D1

H1

H2

b

MFM

2.5

450

480

12

456

670

600

250

121

42

b1

b2

A

B

L

d0

螺柱

螺母

螺柱

总质量

数量

直径

长度

41

46

375

175

250

24

20

40

M33

2

165

245

图2-3回转盖带颈对焊法兰人孔结构图

（2）液位计的选择

液位计是用以指示容器内物料液面的装置，液位计的种类很多，常见的有许多

包括玻璃管液面计、玻璃板液面计、浮标液面计、防霜液面计、磁性液位计等

其中：

玻璃管