液氨储罐设计说明书概要.docx
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液氨储罐设计说明书概要
学号：
11014020817
《化工机械基础》
课程设计说明书
设计题目：
液氨储罐机械设计
学院化学与环境工程学院专业化学工程与工艺班级化工11-8学生白涛 指导教师陈华豪
完成时间2013年06月24日至2013年06月30日
课程设计任务书
1.设计题目：
液氨储罐机械设计
2.课程设计要求及原始数据（资料）：
（1）、课程设计要求：
①.使用国家最新压力容器和换热器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。
②.广泛查阅和综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。
③.设计计算要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠。
④.设计说明书可以手写，也可打印，但工程图纸要求手工绘图。
⑤.课程设计全部工作由学生本人独立完成。
（2）.设计数据：
技术特性
公称容积（m3）
20
公称直径DN（mm）
2200
介质
液氨
筒体长度L（mm）
4500
工作压力（MPa）
2.06
工作温度（0C）
≤50
厂址
茂名
推荐材料
16MnR
管口表
编号
名称
公称直径（mm）
编号
名称
公称直径（mm）
a1-2
液位计
18
e
安全阀
20
b
进料管
89
f
放空管
32
c
出料管
89
g
人孔
500
d
压力表
20
h
排污管
80
3. 工艺条件图
4. 计算及说明部分内容（设计内容）：
1绪论
1.1液氨储罐的设计背景
1.2液氨储罐的分类及选型
2材料及结构的选择与论证
2.1工艺参数的设定
2.1.1设计压力
2.1.2筒体的选材及结构
2.1.3封头的结构及选材
3设计计算
3.1筒体壁厚计算
3.2封头壁厚计算
3.3压力试验
4附件的选择
4.1人孔的选择
4.2人孔补强的计算
4.3进出料接管的选择
4.4液面计的设计
4.5安全阀的选择
4.6排污管的选择
4.7真空表选择
4.8鞍座的选择
4.8.1鞍座结构和材料的选取
4.8.2容器载荷计算
4.8.3鞍座选取标准
4.8.4鞍座强度校核
5容器焊缝标准
5.1压力容器焊接结构设计要求
5.2筒体与椭圆封头的焊接接头
5.3管法兰与接管的焊接接头
5.4接管与壳体的焊接接头
6筒体和封头的校核计算
6.1筒体轴向应力校核
6.1.1由弯矩引起的轴向应力
6.1.2由设计压力引起的轴向应力
6.1.3轴向应力组合与校核
6.2筒体和封头切向应力校核
7总结
8参考文献
5．绘图部分内容：
总装配图一张（A1图纸）
6．设计期限：
1周（2013年06月24日～2013年06月30日）
7、设计参考进程：
（1）设计准备工作、选择容器的型式和材料半天
（2）设计计算筒体、封头、选择附件并核算开孔补强等一天
（3）绘制装配图二天
（4）编写计算说明书一天
（5）答辩半天
8．参考资料：
（1）国家质量技术监督局，GB150-1998《钢制压力容器》，中国标准出版社，1998；
（2）国家质量技术监督局，《压力容器安全技术监察规程》，中国劳动社会保障出版社，1999
（3）《金属化工设备·零部件》第四卷
（4）中华人民共和国化学工业部，中华人民共和国待业标准《钢制管法兰、垫片、紧固件》，1997
（5）《化工设备机械基础课程设计指导书》 （图书馆借阅书号：
TQ 05/51）
（6）刁玉纬王立业，《化工设备机械基础》，大连理工大学出版社，2003年第五版；
（7）李多民 俞惠敏，《化工过程设备机械基础》，中国石化出版社，2007；
（8）董大勤，《化工设备机械基础》，化学工业出版社，1994年第二版；
（9）汤善甫朱思明，《化工设备机械基础》，华东理工大学出版社，2004年第二版；
发给学生（签名）：
指导教师：
年月日
目录
1绪论………………………………………………………………1
1.1液氨储罐的设计背景……………………………………1
1.2液氨储罐的分类及选型…………………………………1
2材料及结构的选择与论证……………………………………3
2.1工艺参数的设定………………………………………3
2.1.1设计压力…………………………………………3
2.1.2筒体的选材及结构………………………………3
2.1.3封头的结构及选材………………………………3
3设计计算……………………………………………………5
3.1筒体壁厚计算………………………………………5
3.2封头壁厚计算………………………………………5
3.3筒体长度确定………………………………………6
3.4压力试验……………………………………………7
4附件的选择…………………………………………………8
4.1人孔的选择…………………………………………8
4.2人孔补强的计算……………………………………9
4.3进出料接管的选择…………………………………11
4.4液面计的设计………………………………………12
4.5安全阀的选择…………………………………………13
4.6排污管的选择…………………………………………13
4.7真空表的选择…………………………………………13
4.8鞍座的选择………………………………………………14
4.8.1鞍座结构和材料的选取……………………14
4.8.2容器载荷计算…………………………………14
4.8.3鞍座选取标准………………………………15
4.8.4鞍座强度校核…………………………………16
5容器焊缝标准……………………………………………………17
5.1压力容器焊接结构设计要求……………………………17
5.2筒体与椭圆封头的焊接接头……………………………17
5.3管法兰与接管的焊接接头…………………………17
5.4接管与壳体的焊接接头……………………………18
6筒体和封头的校核计算…………………………………19
6.1筒体轴向应力校核…………………………………19
6.1.1由弯矩引起的轴向应力…………………………19
6.1.2由设计压力引起的轴向应力………………………20
6.1.3轴向应力组合与校核……………………………20
6.2筒体和封头切向应力校核………………………21
7总结…………………………………………………………22
8参考文献…………………………………………………23
1绪论
1、1液氨储罐的设计背景
本设计是针对《化工设备机械基础》这门课程所安排的一次课程设计，是对这门课程的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。
本设计的液料为液氨，它是一种无色液体。
氨作为一种重要的化工原料，应用广泛。
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℃）。
蒸汽与空气混合物体爆炸极限16～25%（最易引燃浓度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，难以点燃而危险性较低：
但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸，如有油类或其他可燃性物质存在，则危险性更高。
设计基本思路：
本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。
设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。
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、2液氨贮罐的分类及选型
储罐的形状有圆形或球形。
圆筒形储罐两端的封头有椭圆形、球形、锥形和平盖等形状。
在本设计中由于设计体积较小且工作压力较小，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，故选用卧式圆筒形容器。
卧式圆筒形液氨储罐通常由卧式圆筒形筒体和两端的椭圆形封头组成，按照化学生产工艺的要求设置进料口、出料口、放空口、排污口、压力表、安全阀和液面计等。
为了检修方便，还要开设人孔，用鞍式支座支承于混凝土基座上。
选择化工容器的材料也是设计中的重要问题，应该综合考虑容器的操作条件和钢材的性能、价格等。
氨对钢材的腐蚀作用很小，但是，置于室外的液氨储罐，它的操作温度就是大气温度，它的操作压力就是操作温度对应的饱和蒸汽压。
随着气温的变化，液氨储罐的操作温度和压力也随之变化，制造储罐的钢材应能承受这种变化。
液氨储罐通常选择16MnR钢，它是屈服强度为350MPa级的普通低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性。
在我国北方严寒地区，冬季最低气温可达-30℃，这时普通碳钢将会出现低温脆性（冲击韧性严重下降），就应选用低温设备用钢（如09Mn2VDR）。
2设计选材及结构
2.1工艺参数的设定
2.1.1设计压力
根据《化学化工物性数据手册》查得50℃蒸汽压为2032.5kpa，可以判断设计的容器为储存内压压力容器，按《压力容器安全技术监察规程》规定，盛装液化气体无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气50℃时的饱和蒸汽压力，可取液氨容器的设计压力为2.16Mpa，属于中压容器。
而且查得当容器上装有安全阀时，取1.05～1.3倍的最高工作压力作为设计压力；所以取2.16Mpa的压力合适。
属于中压容器[5]。
设计温度为50摄氏度，在-20～200℃条件下工作属于常温容器。
2.1.2筒体的选材及结构
根据液氨的物性选择罐体材料，碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在0.1㎜/年以下，且又属于中压储罐，可以考虑20R和16MnR这两种钢材。
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。
钢板标准号为GB6654-1996。
筒体结构设计为圆筒形。
因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广[1，5]。
2.1.3封头的结构及选材
封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。
椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度。
它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆
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