液氨储罐机械设计33333333333

广东石油化工学院

《化工机械基础》

课程设计说明书

二级学院：化工与环境工程学院 专 业： 姓 名： 班 别： 学 号 指导教师：

过程装备与控制工程教研室

2012年4月

广东石油化工学院

《化工机械基础》课程设计任务书

1. 设计题目：液氨储罐机械设计 2. 设计数据： 技 术 特 性 公称容积(m) 介 质 工作压力(MPa) 厂 址 320 液氨 1.9 广州 公称直径Dg(mm) 1500 筒体长度L(mm) 工作温度(C) 推荐材料 管 口 表 0 11000 ≤45℃ 16MnR 编号 a1-2 b c d

名称 液位计 进料管 出料管 压力表 公称直径(mm) 18 57 38 15 编号 e f g h 名称 安全阀 放空管 人孔 排污管 公称直径(mm) 32 32 450 57 工艺条件图

3.计算及说明部分内容（设计内容）：

第一部分 绪论：

（1）设计任务、设计思想、设计特点； （2）主要设计参数的确定及说明。 第二部分 材料及结构的选择与论证 （1）材料选择与论证；

（2）结构选择与论证：封头型式的确定、人孔选择、法兰型式、液面计的选择、鞍式

支座的选择确定。

第三部分 设计计算

（1）计算筒体的壁厚； （2）计算封头的壁厚；

（3）水压试验压力及其强度校核； （4）选择人孔并核算开孔补强； （5）选择鞍座并核算承载能力； 第四章 主要附件的选用 （1）、液面计选择 （2）、各进出口的选择 （3）、压力表选择 第五章 设计小结 附设计参考资料清单

4．绘图部分内容：

总装配图一张（1#）

5．设计期限：1周（2012 年 04 月 26 日 —— 2012 年 05月 04 日） 6、设计参考进程：

(1)设计准备工作、选择容器的型式和材料 一天 (2)设计计算筒体、封头、选择附件并核算开孔补强等 两天 (3)绘制装配图 三天 (4)编写计算说明书 一天 (5)答辩 半天

7．参考资料：

[1] 《化工过程设备机械基础》，李多民、俞慧敏主编，中国石化大学出版社 [2] 《化工设备机械基础》，汤善甫 朱思明主编，华东理工大学出版社。 [3] 《化工设备机械基础课程设计指导书》，蔡业彬 宣征南主编。 [4] 《钢制压力容器》GB150-98

指导教师：高红丽 2012 年 06 月

目录

第一部分 设计绪论 ...................................................................... 1

（1）设计任务、设计思想、设计特点 .................................................. 1 （2）主要设计参数的确定及说明 ......................................................... 1

第二部分 材料及结构的选择与论证 ........................................ 3

（1）材料的选择与认证 ...................................................................... 3 （2）结构的选择与认证 ...................................................................... 3

第三部分 设计计算 ...................................................................... 5

（1）计算筒体的壁厚 .......................................................................... 5 （2）计算封头的壁厚 .......................................................................... 5 （3）选择鞍座并核算承载能力 ............................................................ 6 （4）选择人孔并核算开孔补强 ............................................................ 7 （5）选配工艺接管 ............................................................................. 7 技术要求 ........................................................................................... 8 技术特性表 ....................................................................................... 8 接管表 .............................................................................................. 9 参考资料 ........................................................................................... 9

第四部分 设计心得 ......................................................................10

第一部分 设计绪论

1.设计任务、设计思想、设计特点

设计任务：根据储罐筒体公称直径D i = 1500mm ，罐体公称容积 V=20m3 ,设计一液

氨储罐, 通过设计储罐的厚度，使其能满足工艺要求。

设计思想：通过图书馆和上网查找有关的书籍与资料，获取需要的数据，来完成所要求要设计的部分。液氨储罐是我们平时运输液氨的一个常用设备，在设计液氨储罐时，要有利于成批生产，提高质量，便于互换，降低成本，提高劳动的生产率，要对容器的设计（如封头、法兰、支座、人孔、液面计等）进行标准化，除此之外还要尽量满足工艺的要求，密封性能要好。

设计特点：为了满足工艺过程的需要，必须做到如下要求： （1）强度：液氨储罐可以抵抗外力破坏能力，以保证生产安全。

（2）刚度：零部件应有抵抗外力使其变形的能力，以防止容器在使用、运输或安装的过程中

发生不允许的变形。

（3）稳定性：容器或其零部件在外力作用下有维持其原型的能力，防止容器被压瘪或出现皱

折。

（4）耐久性：容器有一定的抵抗介质及大气的腐蚀能力，保持一的使用年限。

（5）气密性：容器在承受压力或处理有毒介质时有可靠的气密性，提供良好的劳动环境及维

持正常的操作。

（6）其他：节约材料、便于制造、运输、安装、操作、维修方便，符合有关的国家标准和行

业标准等的规定。

2.主要设计参数的确定及说明

本储罐在夏季最高温度可达45C，这时液氨的饱和蒸气压为ps1.9MPa（绝对压力）。选用16MnR制作罐体和封头，估计筒体厚度为12mm左右，应此许用应力[σ] =170MPa（查教材表5—3）；焊缝接头系数Ф=1.0（双面对接焊缝，100%探伤，教材表5--4）；腐蚀余量C =1mm（轻微腐蚀，教材表5--6），钢板厚度负偏差C =0.8mm（教材表5--5）。在45摄氏度下设计压力取ps的1～1.1倍，筒体长为11000mm，筒体厚度可由公式核算得，

on12mm，液面计、进料管、压力表、安全阀、放空阀、人孔、排污管的公称直径确定

参数参照各目的标准及筒体的公称直径确定其参数见下表

1

技 术 特 性 公称容积(m) 介 质 工作压力(MPa) 厂 址 320 液氨 1.9 广州 公称直径Dg(mm) 筒体长度L(mm) 工作温度(C) 推荐材料 管 口 表 01500 11000 45℃ 16MnR 编号 a1-2 b c d 名称 液位计 进料管 出料管 压力表 公称直径(mm) 18 57 38 15 编号 e f g h 名称 安全阀 放空管 人孔 排污管 公称直径(mm) 32 32 450 57 2

第二部分 材料及结构的选择与论证

1.材料的选择与认证

纯液氨腐蚀性很小，贮罐可选用一般钢材，但由于压力较大，可以考虑16MnR这种钢种。

PDi16MnR钢板：

C2t 2P式中P—设计压力为1.6MPa；Di=1500mm; [σ] =170MPa; Ф=1.0（双面对接焊，100%无损

探伤）；C2=1mm

那么，代入数据得：=9.43 mm 取C1=0.8mm，圆整后取δ

n=12mm

因此，选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。

2.结构的选择与认证

（1） 封头形式的确定

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） 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。根据设计温度和压力表以及标准JB585-79查得人孔标准按压力为2.2MPa的等液 选取：选择碳钢水平吊盖人孔，密封压紧面采用C型，人孔筒节轴线垂直安装。 （3）法兰型式

法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。本设计中采用乙型平焊法兰。乙平焊法兰比甲型平焊法兰增加了百度大于筒体的短节，增加了法兰的刚度，适用于直径较大和压力较高的条件。

（4） 液面计的选择

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。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受到限制，应改用其它适用的液面计。

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，在此液面计选用玻璃板式PN1.6 DN15 GB9119.8-88 板式液面计用于较高压力，液面计上均设阀门，以防液面计破裂。

（5）鞍式支座的选择

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。而且，现在储罐等的支座已经标准化了，所以鞍座采用了双支座，一个S型，另外一个F型，为了充分利用封头对筒体的加强作用，支座应靠近封头，即A≤Ri ，A不大于0.2L，以便使筒体的中间部分截面与支撑部分截面的弯矩值相等或相近。

4

第三部分 设计计算

设计一液氨储罐，工艺尺寸为：储罐的公称直径Di1500mm， 公称容积V20m。使用地点：广州；工作温度：45C。

储罐的技术要求：本设备按GB150-1998 《钢制压力容器》进行制造、试验和验收；焊接材料、对接焊接接头及尺寸按GB985-80中规定进行设计，采用双面对接焊，全部无伤检测，φ=1.00；焊接采用电弧焊，焊条E4303；壳体焊缝要进行无损伤检测，探伤长度为100%；设备制造后，有2.75MPa表压进行水压试验。

o3（1）计算筒体的壁厚

选取储罐材料16MnR，制作罐体和封头，查得16MnR材料在 t45C 170MPat时，焊缝为双面对接焊，100%无损探伤，故 Ф=1.00 ,设备内径Di1500mm，P=1.9MPa。 于是罐体计算厚度为：PDi1.915008.43mmt2P21701.01.9

查表得C10.8mm，取C21mm，则CC1C20.811.8mm

d8.43C28.4319.43mm

根据C10.8mm，查钢板厚度，取n12mm

（2）计算封头的壁厚

采用标准椭圆形封头，封头厚度计算

dPDiC2t20.5P

1.9150019.41mm21701.00.51.9

根据C10.8mm，向上圆整后取取标准n12mm校核罐体与封头水压试验强度：

t其中：

PT(Die)0.9s2ea

PMPa T1.25P1.251.92.375enC121.810.2mm

5

s345MPa

T故

2(150010.2)148.1 ＜0.9345310.5MPa210.21.0

T0.9s，水压试验时强度足够。

（3）选择鞍座并核算承载能力

mm1m2m3m4

其中：m1——罐体质量，kg；

m2——封头质量，kg； m3——液氨质量，kg； m4——附件质量，kg。 1）罐体质量：

根据DN1500mm，n10mm的筒节，可得每米筒体质量q1457.2由 VV封V筒2V查kgm，

4Di2L20 V查0.480m3

可求得： L20-20.480410.78m 向上圆整后取标准圆筒长度为 L11.0m1.52

所以： 2）封头质量：

m1q1L457.211.05029.2kg

查标准椭圆封头可得，DN1500mm，n12mm，直边高为h40mm， 椭圆封头质量为 m2251.2kg 所以 m22m22251.2502.4kg 3）液氨质量：

``m3vp

其中：a——充料系数，取0.7； v——储罐容积，VV筒V封20m3

ρ——液氨在-20°C时的密度，为665kgm3

于是：m3vp0.7206659310kg

6

4）附件质量： 附件取m4500kg 设备总质量：

mm1m2m3m414841.6kg每个鞍座负荷：Fmg14841.69.8172.7kN22

选取鞍座为：轻型带垫板，包角为120°的鞍座。 即JBT471292鞍座A2000F

JB

T471292鞍座A2000S

（4）选择人孔并核算开孔补强

查标准，按t45，P1.9MPa进行选用，选取水平吊盖人孔，如图结构，标准

JB585-79，人孔公称直径DN450mm，密封面采用C型。人孔筒节内径 d450mm，壁厚n10mm。

人孔补强圈采用内径D1484mm，外径D2760mm 厚度为： kd10.216.6mm

760484考虑到罐体和人孔筒节都有一定的壁厚余量，取

k16mm

（5）选配工艺接管

1）液氨进料口

采用573.5mm，查表选法兰：平焊平面密封管法兰，标准号为GB9119.888，

PN1.9，DN50 管的一端切成45°。

因为壳体

n12mm，等于12mm，接管公称直径小于80mm，故不用补强。

2）液氨出料口

采用可拆压出管383mm，将它套入罐体的固定接口管383.5mm内，并用一非标准法兰固定在借口管法兰上，液氨出料管也不用补强。 固定接口管标准号:GB9119.888 PN1.9DN32 压出管法兰标准号:GB9119.888 PN1.9

DN50 但其内径为25mm

7

液氨压出料管也不用补强。

3）排污管

在储罐最底部，管子规格573.5mm，管端焊有管法兰：GB9119.888 PN1.9

DN50；排污管与截止阀联接。正常工作时截止阀关闭，检修时截止阀打开，排除罐内

液体。

4）液面计接管

本柱罐采用玻璃管液面计AIW PN1.9，L=820mm，HG5-227-80两支。与其相配的接管尺 寸ф=18×3mm,管法兰为PN1.6DN15 GB 9119.8-88。其标记符号意义如下：

第一项用A,B,C表示法兰连接处的密封面型式。

第二项用Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ表示液面计各零件的材料类别，它决定着液面计的最大工作压力。 第三项用D,W分别表示液面计外不保温和保温。 第四项表示液面计的公称压力。 第五项表示液面计长度。

第六项是该液面计的标准图号。 5）放空管

采用323.5mm 无缝钢管，法兰为GB9119.888 PN1.9DN25 6）安全接管

采用322.5mm l=210mm 无缝钢管，法兰为GB9119.888 PN1.9DN50

设备总装图附图，应标明罐的安装技术要求，以及接管明细表、材料、零件为明细表等。

技术要求 1) 本设备按GB 150-1998《钢制压力容器》进行制造、试验和验收 2) 焊接材料、对焊接接头型式及尺寸可按GB 985-80中规定（设计焊缝强度系数Ф=1.00） 3) 壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100% 4) 设备制造完毕后，进行水压实验 5) 管口方位按本图 技术特性表 序号 1 2 3 4

8

技术特性表 名称 设计压力 工作温度 物料名称 公称容积(m3) 指标 1.9MPa ≤45℃ 液氨 20

接管表 序号 a1-2 b1-2 c d e f g h 接管法兰标准 PN1.6 DN20 GB9119.8-88 PN1.6 DN20 GB9119.8-88 BIIPN1.6 DN450 JB583-64 PN1.6 DN32 GB9119.8-88 PN1.6 DN50 GB9119.8-88 PN1.6 DN25 GB9119.8-88 PN1.6 DN25 GB9119.8-88 PN1.6 DN50 GB9119.8-88 密封面形式 平 面 平 面 榫 槽 平 面 平 面 平 面 平 面 平 面 用途 液面接管口 液面接管口 人孔 出料口 进料口 安全阀接管口 放空阀 排污口 参考资料

[5] 《化工过程设备机械基础》，李多民、俞慧敏主编，中国石化大学出版社 [6] 《化工设备机械基础》，汤善甫 朱思明主编，华东理工大学出版社。 [7] 《化工设备机械基础课程设计指导书》，蔡业彬 宣征南主编。 [8] 《钢制压力容器》GB150-98

9

第四部分 设计心得

经过了几天的努力，终于完成了课程设计。在设计的过程中，给自己最大的体会是：办法总比困难多，遇到了问题，不要气，要努力去寻找答案。课程设计刚开始的时候，感觉很陌生，只知道要设计一个贮罐，而且还要画图，至于怎么开始，大家都很惘然。在画图时，因为一开始没有查好资料，只知道筒体的公称直径，至于那些其它的数据，例如封头高度，封头直边都没有查好，所以无从着手，那时候只能一边看书，一边探索画图，以至于浪费了不少的时间。课程设计是另外一种学习课堂，通过我们动手，对掌握的理论知识进行补充与质疑。我们应该在注意书本知识的时候应该也要把所学到的知识应用到实践生产中去，不仅仅满足于书本的知识，要在实践过程中吸收课本外的知识。

尽管这次作业的时间是漫长的,过程是曲折的,但我的收获还是很大的。不仅仅掌握了卧式储罐的结构以及设计步骤与方法；也不仅仅对制图有了更进一步的掌握；对我来说,收获最大的是那些分析和解决问题、收集资源的方法与能力。而且，通过此次的课程设计，也为我们在今后的学习和工作奠定了基础。在整个过程中,我发现像我们这些学生最最缺少的是经验,没有感性的认识；空有理论知识, 动手能力不强，有些东西很可能与实际脱节。总体来说,我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进。有时候,一个人的力量是有限的,合众人智慧,我相信我们的作品会更完美！

10

11