化工設(shè)備課程設(shè)計：液氨貯罐的設(shè)計

1、目 錄第一章 液氨貯罐的設(shè)計背景1第二章 液氨貯罐的分類及選型32.1 貯罐的分類32.2貯罐的選型3第三章 材料用鋼的選取43.1容器用鋼43.2附件用鋼4第四章 工藝尺寸的確定54.1方案一54.2方案二5第五章 工藝計算65.1筒體壁厚的計算65.2封頭壁厚的計算65.3水壓試驗75.4支座75.4.1支座的選取75.4.2鞍座的計算75.4.3安裝位置95.5人孔的選取95.6人孔補強的確定95.6.1人孔補強95.6.2不需補強的最大開孔直徑105.7接口管105.7.1液氨進料管105.7.2液氨出料管105.7.3排污管115.7.4液面計接管115.7.5放空接口管115.7.

2、6安全閥接口管11第六章 總結(jié)12第七章 設(shè)計結(jié)果一覽表13第八章 液氨貯罐化工設(shè)備圖14參考文獻15第一章 液氨貯罐的設(shè)計背景化學(xué)工業(yè)和其它流程工業(yè)的生產(chǎn)都離不開容器。所有的化工設(shè)備的殼體都是一種容器，容器的應(yīng)用遍及各行各業(yè)，諸如航空、航海、機械制造、輕工、動力等行業(yè)。然而化工容器又有其本身特點，不僅要適應(yīng)化學(xué)工藝過程所要求的壓力和溫度條件，還要承受化學(xué)介質(zhì)的作用，要能長期的安全工作且保證良好的密封。因此在容器的設(shè)計中應(yīng)綜合考慮個方面的因素，使之達到最優(yōu)。液氨主要用于生產(chǎn)硝酸、尿素和其它化學(xué)肥料，還可用作醫(yī)藥和農(nóng)藥的原料。在國防工業(yè)中用于制造火箭、導(dǎo)彈的推進劑，可用作有機化工產(chǎn)品的氨化原料，

3、還可用作冷凍劑，將氨進行分解，分解成氫氮混合氣體這種混合氣體是一種良好的保護氣體，可以廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)、冶金工業(yè)以及需要保護氣氛的其它工業(yè)和科學(xué)研究中。為能夠進行連續(xù)的生產(chǎn)，需要有儲存液氨的容器，因此設(shè)計液氨貯罐是制造貯罐的必備步驟，是化工生產(chǎn)能夠順利進行的前提。第二章 液氨貯罐的分類及選型 2.1 貯罐的分類貯罐按其形狀可分為方形和矩形容器、球形容器、圓筒形容器（立式、臥式）。按其承壓性質(zhì)可分為內(nèi)壓和外壓，內(nèi)壓容器又可分為低壓、中壓、高壓、超高壓4個壓力等級。按其工作的溫度環(huán)境可分為低溫、常溫、中溫、高溫容器。按制造器的材料可分為金屬制和非金屬制兩類。按其應(yīng)用情況可分為反應(yīng)壓力容器（R

4、）、換熱壓力容器（E）、分離壓力容器（S）、儲存壓力容器（C）等。2.2貯罐的選型在本設(shè)計中由于設(shè)計體積較?。s為35m3）且工作壓力較小（p0=1.6MPa）可采用臥式圓筒形容器，方形和矩形容器大多在很小設(shè)計體積時采用，因其承壓能力較小且使用材料較多；而球形容器雖承壓能力強且節(jié)省材料，但制造較難且安裝內(nèi)件不方便；立式圓筒形容器承受自然原因引起的應(yīng)力破壞的能力較弱，故選用圓筒形臥式容器。第三章 材料用鋼的選取3.1容器用鋼壓力容器的使用工況（如溫度、壓力、介質(zhì)特性和操作特點等）差別很大，制造壓力容器所用的鋼種類很多，既有碳素鋼、低合金高強度鋼和低溫鋼，也有中溫抗氫鋼、不銹鋼和耐熱鋼，還有復(fù)合鋼

5、板。一般中低壓設(shè)備可采用采用屈服極限為245Mpa345Mpa級的鋼材；直徑較大、壓力較高的設(shè)備，均應(yīng)采用普通低碳鋼，強度級別宜用400Mpa級或以上；如果容器的操作溫度超過4000C，還需考慮材料的蠕變強度和持久強度。16MnR鋼是屈服強度350Mpa級的普通低合金高強度鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性能、工藝性能以及低溫沖擊韌性。在焊接壓力容器時采用堿性焊條（J507），15MnVR鋼和18MnMoNbR鋼是屈服強度分別為400、500Mpa級普通低合金高強度鋼，雖然有較高的強度，但韌性、塑性都較C-Mn鋼低，且有較高的缺口敏感性和時效敏感性。并且這兩類鋼均較16MnR鋼昂貴。因此選用6

6、MnR鋼既符合工藝要求也節(jié)約資源，以便獲得更好的經(jīng)濟價值 。3.2附件用鋼優(yōu)質(zhì)低碳鋼的強度較低，塑性好，焊接性能好，因此在化工設(shè)備制造中常用作熱交換器列管、設(shè)備接管、法蘭的墊片包皮。優(yōu)質(zhì)中碳鋼的強度較高，韌性較好，但焊接性能較差，不宜用作接管用鋼。由于接管要求焊接性能好且塑性好。故選擇10號優(yōu)質(zhì)低碳鋼的普通無縫鋼管制作各型號接管。 由于法蘭必須具有足夠大的強度和剛度，以滿足連接的條件，使之能夠密封良好，故選用Q235-A的普通碳素鋼。第四章 工藝尺寸的確定4.1方案一 設(shè)計體積，公稱直徑，采用標準橢圓形封頭，查附錄5：取直邊高度，則單個封頭容積，封頭總?cè)莘e，單個封頭內(nèi)表面積，封頭總內(nèi)表面積故筒

7、體容積，則筒體長度，取整后筒體長度取為，則實際體積筒體內(nèi)表面積,則總內(nèi)表面積長徑比1.694.2方案二設(shè)計體積，公稱直徑，采用標準橢圓形封頭，查附錄5：取直邊高度，同理可計算出筒體長度取為，實際體積，總內(nèi)表面積長徑比2.15 經(jīng)比較可得，取公稱直徑時所用的鋼材較少，且承受各種力和載荷的能力較優(yōu)。第五章 工藝計算5.1筒體壁厚的計算根據(jù)公式有：由于宜賓夏季最高溫度可達40時氨的飽和蒸汽壓為（絕對壓力）， 貯罐的設(shè)計壓力，16MnR在40鋼的許用應(yīng)力（附表1），公稱直徑，（雙面對接焊縫，100%探傷，表3-12），由于液氨對金屬有一定的腐蝕，故屬單面腐蝕取，故，查表3-13取鋼板負偏差，則筒體的計

8、算壁厚，圓整后，圓筒的名義壁厚。5.2封頭壁厚的計算采用標準橢圓形封頭。根據(jù)公式，封頭設(shè)計壁厚，查表3-13取鋼板負偏差，則筒體的計算壁厚，式中，（因鋼板最大寬度為3m，此貯罐直徑為2800mm故封頭需將鋼板并焊后沖壓），其它符號同前?？紤]沖壓減薄量，圓整后取名義壁厚的16MnR鋼制作封頭。5.3水壓試驗根據(jù)公式，式中:PT=1.25P=2MPa， ， ，則，故符合工藝條件的要求。5.4支座5.4.1支座的選取支座用來支撐容器的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。臥式圓筒形容器的支座分為鞍式支座、圈座、腿式支座三類。由于鞍式支座承壓能力較好且對筒體產(chǎn)生的局部應(yīng)力較小，故此設(shè)計中選用鞍

9、式支座。鞍座分為A型（輕型）和B型（重型）兩類，每種形式的鞍座又分為固定式支座（F）和滑動式支座（S）兩種。由于在此設(shè)計中，貯罐體積較小且長徑比較小，故采用A型雙鞍座，一為固定式一為滑動式支座。5.4.2鞍座的計算首先估算計算鞍座的負荷。 貯罐總質(zhì)量：式中：m1為筒體質(zhì)量（kg），m2為封頭質(zhì)量（kg），m3為液氨質(zhì)量（kg），m4為附件質(zhì)量（kg）。5.4.2.1筒體質(zhì)量m1，的筒節(jié)，每米質(zhì)量為q1=1110kg（附表4），故m1= q1L=1110*4.7=5217kg5.4.2.2封頭質(zhì)量m2，直邊高度h=40mm的標準橢圓形封頭，其質(zhì)量為q2=1120kg（附表6），故m2=2q2=2

10、240kg5.4.2.3液氨質(zhì)量m3式中：為裝料系數(shù)，取0.7; 為貯罐容積，；為液氨在時-200C的密度為665kg/m3。所以，5.4.2.4附件質(zhì)量人孔約重200kg，其它接口管的總重約350kg計，故m4=550kg則設(shè)備總質(zhì)量：由于每個鞍座承受約119kN負荷，故選用輕型帶墊板包角為1200的鞍座，即JB/T4712-92鞍座A2800-F, JB/4712-92鞍座A2800-S。A型支座系列參數(shù)尺寸（表3-27）支座號允許載荷kN適用容器公稱直徑高度H底板筋板墊板地腳螺栓規(guī)格61501.53.04003152302011525025012500400126036M305.4.3安

11、裝位置貯罐總長L47007004026180mm6.18mL2ala0.208La為鞍座離罐體一端的距離，l為兩鞍座之間的距離。 經(jīng)計算，有a=1.28m=1280mm， l=3.62m=3620mm。 5.5人孔的選取由于貯罐是在常溫及最高壓力為1.6MPa下工作，人孔標準按公稱壓力1.6MPa的壓力等級選取。又人孔蓋直徑較大且質(zhì)量較重，選用水平吊蓋法蘭人孔，因為人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸，在檢修時只需松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉(zhuǎn)，即可輕松進入，而不必將其取下以節(jié)約維修時間。帶頸平焊法蘭人孔標準尺寸（表15-55）公稱壓力MPa 直徑mm1.6450480 1037030024011649036該人

12、孔標記為：HG21523-95 人孔RF（A.G）450-1.65.6人孔補強的確定 為了滿足各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免的要在容器的筒體或封頭上開孔并安裝接管。開孔后，殼壁因除去了一部分承載的金屬材料而被削弱，而出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。為保證容器安全運行，對開孔必須采取適當?shù)拇胧┘右匝a強，以降低峰值應(yīng)力。這里采用補強圈補強，因其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、使用經(jīng)驗豐富。5.6.1人孔補強由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管制造，故不能直接選用補強圈標準。因人孔內(nèi)徑d=450mm，壁厚，故補強圈內(nèi)徑D1=450+210+14=484mm，外徑D2=760mm。補強圈的厚度計算： 考慮到筒體與人孔筒節(jié)均有一定的

13、壁厚裕量，故補強圈的壁厚取22mm。 5.6.2不需補強的最大開孔直徑 由于鋼板具有一定的規(guī)格，殼體的壁厚往往超過實際強度的需要，厚度增加，使最大應(yīng)力降低，相當于容器已被整體加強，并且容器的開孔總有接管相連，其接管多于實際需要的壁厚也起補強作用。同時由于容器材料具有一定的塑性儲備，允許承受不大的局部應(yīng)力。故當孔徑不超過一定數(shù)值時，可不進行補強。不需要補強的條件:設(shè)計壓力小于或等于 2.5MPa；兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔徑之和的兩倍；接管公稱外徑小于或等于89mm；接管最小壁厚滿足下表的要求。接管最小壁厚接管公稱直徑253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0 注

14、:接管的腐蝕裕量為1mm5.7接口管5.7.1液氨進料管進料管伸進設(shè)備內(nèi)部并將管的一端切成450，為的是避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動以減少磨蝕和腐蝕。為了在短時間內(nèi)將物料注滿容器。取的低合金無縫鋼管。配用具有凸面密封的平焊管法蘭，法蘭標記：HG20592 法蘭PL68-1.6 RF Q235A5.7.2液氨出料管在化工生產(chǎn)中，需要將液體介質(zhì)運送到與容器平行的或較高的設(shè)備中去，并且獲得純凈無雜質(zhì)的物料。故采用可拆的壓料管排料方式。取壓出管，將它用法蘭固定接口管內(nèi)。筒體的接口管法蘭采用HG20592 法蘭PL32-1.6 FF Q235A。與該法蘭相配并焊接在壓出管的法蘭上，其連接尺寸和厚度與HG205

15、92 法蘭PL32-1.6 FF Q235A相同，但其內(nèi)徑為25mm。液氨壓出管的端部法蘭采用HG20592 法蘭PL20-1.6 FF Q235A。壓出管伸入貯罐2.75m，為了能更大限度的吸走介質(zhì)，因此在壓出管出口安裝一軟接管。5.7.3排污管 在清洗貯罐式，為了能夠?qū)U液完全排除貯罐外，液氨介質(zhì)會腐蝕罐壁而出現(xiàn)沉淀，故需在筒體底部安設(shè)排污管一個。因此管子規(guī)格取為：，管端焊有一與截止閥J41W-16相配的管法蘭HG20592 法蘭PL50-1.6 RF Q235A。5.7.4液面計接管 液面計是用來觀察設(shè)備內(nèi)部液位變化的一種裝置，通過測量液位來確定容器中物料的數(shù)量。由于設(shè)備不大且壓力較小，

16、物料潔凈。故采用玻璃管液面計BIW PN1.6，L=1200mm，HG5-227-80兩支。與液面計相配的接口管尺寸為：，管法蘭HG20592 法蘭PL15-1.6 FF Q235A。5.7.5放空接口管為了在注入液體時，將容器內(nèi)的空氣排到罐體外以便能順利快速地注入，需安設(shè)一放空管。故采用的無縫鋼管，管法蘭HG20592 法蘭PL22-1.6 FF Q235A。5.7.6安全閥接口管安全閥是通過閥的自動開啟排出氣體來降低容器內(nèi)過高的壓力。為了操作的安全，因此安設(shè)一安全閥。安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。因此選用的無縫鋼管，管法蘭HG20592 法蘭PL25-1.6 FF Q235A。接口管

17、中，其選擇的條均在不需要補強的條件之內(nèi)，因此，以上接口管在筒體上的開孔不需要補強。第六章 總結(jié)在設(shè)計中，由于貯罐容積較小，故采用臥式圓筒形容器，因此其長徑比較小。在選材時綜合考慮材料的物理、力學(xué)性能，耐腐蝕性，經(jīng)濟性。在進行工藝計算后再進行了強度校核。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，查閱資料參照相關(guān)標準選擇附件。設(shè)計完畢后，參照設(shè)計結(jié)果繪制了貯罐設(shè)備圖。由于知識有限，在設(shè)計中還有諸多不明之處，需要繼續(xù)學(xué)習，以補充知識的缺陷。通過設(shè)計，從中學(xué)到了綜合分析問題的能力，增加了設(shè)計經(jīng)驗，更進一步提高了手工繪圖的技能。第七章 設(shè)計結(jié)果一覽表序號名稱指標材料1設(shè)計壓力1.6MPa/2工作溫度/3物料名稱液氨/4容積/5筒體

18、16MnR6封頭16MnR7鞍座JB/T4712-92鞍座A2800-F JB/T4712-92鞍座A2800-SQ235A-F8人孔RF（A.G）450-1.6組合件9補強圈16MnR10液面計接管1011玻璃管液面計BIW PN1.6，L=1200mm組合件12進料管1013出料管1014壓料接管1015排污管1016放空管1017安全閥接管1018法蘭配合以上各接管Q235-A第八章 液氨貯罐化工設(shè)備圖 貯罐的總裝配圖見附頁，各零部件的名稱，規(guī)格、尺寸、材料等見明細表。 貯罐技術(shù)要求：本設(shè)計按GB 150-1998鋼制壓力容器進行制造，試驗和驗收；焊接材料、對接焊接接頭形式及尺寸可按GB 985-80中規(guī)定（設(shè)計焊接接頭系數(shù)取1.0）;焊接采用電弧焊，焊條牌號E4303；殼體焊縫應(yīng)進行無損探