课程设计液氨储罐设计.doc

1、目 录一、设计任务书.1二、液氨储罐设计参数的确定.21、根据要求选择罐体和封头的材料.22、确定设计温度与设计压力.23、其他设计参数.2三、筒体和封头壁厚的计算 .21、筒体壁厚的计算.21.1设计参数的确定.3 1.2筒体壁厚的设计.31.3刚度条件设计筒体的最小壁厚 .32、罐体封头壁厚的计算 .33、罐体的水压试验 .33.1液压试验压力的确定.3 3.2液压试验的强度校核 . .33.3压力表的量程、水温的要求 .33.4液压试验的操作过程 .34、罐体的气压试验 .44.1气压试验压力的确定 .4 4.2气压试验的强度校核 .44.4、气压试验的操作过程 .4四、罐体的开孔与补强

2、.4 1、开孔补强的设计准则 .42、开孔补强的计算 .4 2.1、开孔补强的有关计算参数 .5 2.2、补强圈的设计 .5五、选择鞍座并核算承载能力.51、支座的设计 .5 2、鞍座的计算 .6 3、安装位置 .64、人孔的设计 .65、液面计的设计 .7六、选配工艺接管.71、液氨进料管.72、液氨出料管.73、排污管.74、安全阀接口管.75、压力表接口管.8七、设计结果一览表 .9八、液氨储罐装配图（见附图）. 一、设计任务书试设计一液氨储罐，其公称容积、储罐内径、罐体（不包括封头）长度见下表。使用地点：家乡-湖北省十堰市竹溪县。 技术特性表公称容积(立方米)25公称直径(DN)2.0

3、介 质液 氨筒体长度(L)7.4工作压力（MPa)1.550工作温度()40使用地点湖北省十堰市竹溪县推荐材料16MnR编号名称公称直径（mm）编号名称公称直径（mm）a1-a2液面计20e安全阀80b人孔450f放空管65c进料管80g排污管65d出料管80二、液氨储罐设计参数的确定1、根据要求选择罐体和封头的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

4、封头材料。2、确定设计温度与设计压力液氨储罐通常置于室外，虽然设计有保温措施，但罐内液氨的温度和压力还是可能直接受到大气温度的影响，在夏季液氨储罐经太阳暴晒，液氨温度可达40，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断变化.根据化学化工物性数据手册查得40饱和蒸汽压为1.55MPa,可以判定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40时的饱和蒸汽压力，可取液氨的设计压力为1.70MPa，当液化气体储罐安装有安全阀时，设计压力可取最大操作压力的1.05-1.10倍，所以1.7MPa合适。0.6MPap10MPa属于中压容

5、器。3、其他设计参数容器公称直径见技术特性表即公称直径DN=2.0m；罐体和封头的材料为16MnR，查教材P168 表8-7可知其设计温度下的许用应力t =170MPa。液氨储罐封头从受力方面分析来看，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。液氨储罐筒体为板卷焊，焊接接头采用V坡口双面焊接,采用局部无损

6、检测,根据焊接接头结构和无损探伤比例确定焊接接头系数为1.0。三、筒体和封头壁厚的计算1.筒体壁厚的计算1.1设计参数的确定由文献查得：焊接接头系数=1.0（双面焊对接接头，100%无损探伤检查），腐蚀裕量C2=2mm (微弱腐蚀)1.2筒体壁厚的设计圆筒的计算压力为1.70MPa,由教材P195-P208 表8-6 ，取许用应力t =170MPa， 由上表知Pc=1.7MPa , Di=2*1000mm=2000mm壁厚： Pc Di/(2 t -Pc)代入数据得=10.05mm钢板厚度负偏差C1=0.8mm ，查材料腐蚀手册得40下液氨对钢板的腐蚀速率小于0.05mm/年，所以双面腐蚀取腐

7、蚀裕量C2=2mm所以设计厚度为： d =+C2+C1=10.05+0.8+2=12.85mm圆整后取名义厚度14mm.1.3刚度条件设计筒体的最小壁厚因为Di=2000mm3800mm，所以min=2Di/1000=4.0mm，另加C2=2mm，所以d=6.0mm。 按强度条件设计的筒体壁厚d14mm d6.0mm，满足刚度条件的要求。2.封头的壁厚计算标准椭圆形封头a:b=2:1封头计算公式： Pc Di/(2 t -0.5Pc)可见封头厚度近似等于筒体厚度，则可取同样厚度。3.罐体的水压试验3.1、液压试验压力的确定根据公式，Pt =1.25P/t ，当设计温度小于200时，与t接近，所

8、以Pt =1.251.701MPa=2.125MPa 。3.2、液压试验的强度校核根据公式，t =Pt (Di +e)/2e，代入数据，t =2.125 （2000+142-0.8）/ 2(140.8-2) MPa=190.8MPa 由文献查得：s =345MPa，因为max190.8 MPa 0.9s =0.9345 1=310.5 MPa 所以，液压强度足够。3.3、压力表的量程、水温的要求压力表的量程：2Pt=22.125=4.25 MPa ，水温15 3.4、液压试验的操作过程在保持罐体表面干燥的条件下，首先用液体将罐体内的空气排空，再将液体的压力 缓慢升至21.25Kgf/cm2,保

9、压10-30分钟，然后将压力缓慢降至17.6Kgf/cm2,保压足够长时 间（不低于30分钟），检查所有焊缝和连接部位，若无泄漏和明显的残留变形。则质 量合格，缓慢降压将罐体内的液体排净，用压缩空气吹干罐体。若质量不合格，修补 后重新试压直至合格为止4.罐体的气压试验 4.1、气压试验压力的确定 根据公式，Pt =1.15P/t ，当设计温度小于200时，与t接近，所以Pt =1.151.701 MPa=1.955 MPa 。4.2、气压试验的强度校核 根据公式，T =Pt (Di +e)/2e，代入数据，t =1.955 （2000+142-0.8）/ 2(142-0.8) MPa=175.

10、5MPa 。 由文献查得：s =345MPa，因为max175.5 MPa 0.8s =0.8345 1=276.0 MPa 所以，气压强度足够。 4.3、压力表的量程、气温的要求 压力表的量程：2Pt=21.955=3.91 MPa，气温15 。 4.4、气压试验的操作过程 气压试验时缓慢升压至0.5Kgf/ cm2，保持10分钟并进行初检，合格后继续升压至10.12 Kgf/ cm2 ， 然后按级差为1.955 Kgf/ cm2 逐级升至19.55 Kgf/cm2 ，保持1030分钟，然后再降至17.6 Kgf/ cm2 ，至少保压30分钟，同时进行检查。若无泄露和明显的残留变形。则质量合

11、格，若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。四、罐体的开孔与补强1、开孔补强的设计准则等面积设计法:起补强作用的金属面积不小于被削弱金属的面积。 2、开孔补强的计算为了满足各种工艺和结构上的要求，不可避免的要在容器的筒体或封头上开孔并安装接管。开孔后，壳壁因除去了一部分承载的金属材料而被削弱，而出现应力集中现象。为保证容器安全运行，对开孔必须采取适当的措施加以补强，以降低峰值应力。这里采用补强圈补强，因其结构简单、制造方便、使用经验丰富。 采用等面积补强法。本设计取人孔筒节内径di =450mm，壁厚m=14mm。由标准查得补强圈尺寸为：外径D2 =760mm ，内径D1 =484mm 2.

12、1、开孔补强的有关计算参数(1) 开孔所需补强的面积A 开孔直径：d = di + 2C = 450+22.8mm =455.6 mm 开孔所需补强面积：A = dd = 455.610.48 mm2=4774.688 mm2 (2) 补强有效区的范围 有效宽度:B =2d=2455.6mm=911.2mm B =2d+2n+2m=455.6+214+214mm=511.6mm 取两者之中的最大值B=911.2mm 外侧有效高度：h1=(dm)1/2 =(455.614)1/2mm =79.86mm h1=接管实际外伸长度=250mm 取两者之中的最小值 B=79.86mm 内侧有效高度：h2

13、=0mm (3) 有效补强面积 A=A1+A2+A3 其中A1 =(B-d)( e -)-2m( e -)(1-fr) 筒体有效厚度e =nC=14-2.8=11.2mm 接管材料选择与筒体相同的材料（16MnR）进行补偿,故fr=1，代入上式得， A1 = (911.2-455.6) (11.2-10.48)=632.78mm2 接管计算厚度tPc d/(2 t -Pc)=1.7455.6/(21631-1.7)=2.39mm A2 = 2h1(ntt) fr+2h2(ntC2) fr =279.86(142.82.39)+0=1407.13mm2 A3 =21/21212=144mm2 A

14、e =A1+A2+A3=632.78mm2+1407.13mm2+144mm2=2183.91mm22.2、补强圈的设计 因为Ae垂直吊盖回转盖）。选择使用上有较大的灵活性，其尺寸大小及位置以设备内件安装和工人进出方便为原则。 根据贮罐是在常温及最高压力1.7MPa下工作。考虑到人孔盖直径较大较重，故选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔。公称直径450mm,凸面法兰密封面。 该人孔标记为：人孔A Pg17,Dg450 。5、 液面计的设计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、磁性液位计和用于低温设备的防霜液面计。选取玻璃板液面计。考虑到本设备

15、不大且设计压力为1.55MPa，选用T型即透光式玻璃板液面计。 透光式、公称压力PN1.55MPa、碳钢材料、保温型、排污口配阀门、长颈对焊突面法兰连接（按HG 20595-97），公称长度L=1150 mm的液面计，标记为：液面计 AT 2.5-W-1150V。六、 选配工艺接管1、液氨进料管采用804mm低合金无缝钢管。进料管伸进设备内部并将管的一端切成45，为的是避免物料沿设备内壁流动以减少磨蚀和腐蚀。配用凸面密封的带颈对焊管法兰：HG 20595 法兰 WN50-2.5 RF Q235-A。长度500mm，不必补强。2、液氨出料管采用可拆的压出管253mm，将它套入罐体的固定接口管38

16、3.5mm内，并用法兰固定在接口管法兰上。 罐体的接口管法兰采用HG 20595 法兰 WN32-2.5 RF Q235-A ，与该法兰相配并焊接在压出管的法兰上，其连接尺寸和厚度与法兰：HG 20595 法兰 WN32-2.5 RF Q235-A相同，但其内径为25mm。 液氨压出管的端部法兰采用HG 20595 法兰 WN20-2.5 RF Q235-A 。液氨出料管也不必补强。压出管伸入贮罐2m 。3、排污管贮罐右端最底部，安设排污管一个，管子规格是803.5mm，管端装有一与截止阀J41W-16相配的管法兰：HG 20595 法兰 WN50-2.5 RF Q235-A 。4、安全阀接口

17、管安全阀是通过阀的自动开启排出气体来降低容器内过高的压力。为了操作的安全，因此安设一安全阀。安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。 本贮罐选用503.5mm的无缝钢管，管法兰为：HG 20595 法兰 WN25-2.5 RF Q235-A5、压力表接口管压力表工作管由最大压力决定，因此选用402.5mm无缝钢管，管法兰采用HG5010-58Pg16Dg65 七、设计结果一览表序号名称指标材料1设计压力1.7MPa/2工作温度40/3物料名称液氨/4容积25m3/5筒体DN2000m14mm，L=4120mm16MnR6封头DN1600mm14mm，h=40mm16MnR7鞍座JB/T4712-9

18、2鞍座A2200-F JB/T4712-92鞍座A2200-SQ235AF8入孔RF （A.G）450-2.5组合件9补强圈760mm/484mm，=8mm16MnR10液面计接管20mm2，L=300mm1011玻璃管液面计AT 2.5-W-1150V，L=1150mm组合件12进料管80mm4，L=500mm1013出料管57mm4，L=200mm1014压料接管25mm3，L=2500mm1015排污管57mm3.5，L=200mm1016放空管32mm3.5，L=200mm1017安全阀接管32mm3.5mm，L=200mm1018法兰配合以上各接管Q235-A八、液氨储罐装配图（见附

19、图）九、课程设计总结自开始学习化学工程与工艺专业以来，这是我第二次接触课程设计并亲手完成制作，最初接到老师的任务时，觉得自己完成不了。俗话说，不经历风雨哪能见彩虹，抓住锻炼自己的机会才会进步！我坚信，有信心，才有冲劲！虽然时间有点紧张，但抓住了零碎的时间，还是可以完成的。 通过构思框架，查阅检索各种资料，刚开始手忙脚乱的，不知从何入手，很多数据都要来自于相关资料，并考虑周全，急需一定的耐心，不然很容易放弃，我不断告诉我自己，对事物的熟悉是建立在一步步的理解之上的，抱此态度，慢慢摸索，最终完成了课题为液氨贮罐的设计的课程设计。过程中遇到了许多难以解决的问题，对课本有了更进一步的了解 ，加固了对相

20、关课程知识的认知程度，我认为最重要的是学会了很多关于word软件的使用技巧和排版，认识到了计算机处理问题的重要性，相信在以后的工作和生活中会很有用处。 我认为，本次课程设计的重要限不仅仅在于对知识的学习和巩固，它告诉我做任何事情一定要有端正的态度和明确的目的，戒骄戒躁，端正态度，静心摸索才是永远要牢记的话。 由于时间仓促，水平有限，设计中会存在一些问题，请老师批评指正！致谢非常感谢老师给予我们制做课程设计书的机会，制做这份课程设计书虽然不容易，特别是画图部分，因为我个人最不喜欢画图了，但做完以后很有成就感，越不容易做到的事情越觉得自己很了不起。特别要谢谢老师给我们提供的课程设计规范的PPT，对

21、我这次设计起到了很大作用。同时，我也要感谢网络，网络让我查阅资料更快捷，更方便，在以后的学习中我会继续努力的。参考资料：1 董大勤、高炳军、董俊华等编 化工设备机械基础 北京 ：化学工业出版社.第四版，2011.3 2 蔡纪宁、张莉彦编化工设备机械基础课程设计指导书指导书.北京：化学工业出版社.第二版，2010.83何铭新 钱可强编，机械制图 北京 高等教育出版社 .第六版.2010年4 董大勤, 袁凤隐 编.压力容器设计手册 北京：化学工业出版社.第二.，20065参考网址：答辩问题1.液氨储罐的机械设计包括哪些内容？答:内容：设备总装配图一张；零部件图一至两张；设计计算说明书一份。2.设计

22、参数中设计压力是如何确定的？（具体说明在设计中设计压力的确定）答：液氨储罐通常置于室外，虽然设计有保温措施，但罐内液氨的温度和压力还是可能直接受到大气温度的影响，在夏季液氨储罐经太阳暴晒，液氨温度可达40，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断变化.根据化学化工物性数据手册查得40饱和蒸汽压为1.55MPa,可以判定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40时的饱和蒸汽压力，可取液氨的设计压力为1.70MPa，当液化气体储罐安装有安全阀时，设计压力可取最大操作压力的1.05-1.10倍，所以1.70MPa合适。3

23、.设计参数中焊接接头系数是如何确定？答：容器公称直径见技术特性表即公称直径DN=2.0m；罐体和封头的材料为16MnR，查教材P168 表8-7可知其设计温度下的许用应力t =163MPa。液氨储罐封头从受力方面分析来看，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。液氨储罐筒体为板卷焊，焊接接头采用V坡口双

24、面焊接,采用局部无损检测,根据焊接接头结构和无损探伤比例确定焊接接头系数为1.0。4.叙述液氨的性质并说明如何防止液氨泄漏。答：性质：液氨，它是一种无色液体，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1625%(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

25、合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。防泄漏方法：a.严加密闭，提供充分的局部排风和全面通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴过滤式防毒面具（半面罩），戴化学安全防护眼 镜，穿防静电工作服，戴橡胶手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、酸类、 卤素接触。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。 b.储存注意事项： 储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30。应与氧化剂、酸类、卤素、食用化学品分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备。5.说明化工设备的结构特点。答：1.基本形体多由回转体组成；2.尺寸相差悬殊；3.设备的开孔和接管口较多；4.大量采用焊接结构；5.广泛采用标准化、通用化、系列化的零部件；6.对材料由特殊要求；7.安全结构要求高；