40立方米液氨儲罐課程設計說明書

1、推薦精選 I摘要本設計是針對過程設備設計這門課程所安排的一次課程設計，是對這門課程的一次總結，要綜合運用所學的知識并查閱相關書籍完成設計。本設計的液料為液氨，它是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應用廣泛。分子式 NH3，分子量 17.03，相對密度 0.7714g/L，熔點-77.7，沸點-33.35，自燃點 651.11，蒸汽壓 1013.08kPa(25.7)。蒸汽與空氣混合物爆炸極限為 1625%（最易引燃濃度為 17%）氨在 20水中溶解度34%,25時,在無水乙醇中溶解度 10%,在甲醇中溶解度 16%,溶于氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性。液態(tài)氨將侵

2、蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。遇熱、明火，難以點燃而危險性極低，但氨和空氣混合物達到上述濃度范圍遇火和燃燒或爆炸，如有油類或其它可燃物存在則危險性極高。設計基本思路：本設計綜合考慮環(huán)境條件、介質的理化性質等因素，結合給定的工藝參數，按容器的選材、壁厚計算、強度核算、附件選擇、焊縫標準的設計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補強、接管、管法蘭、液位計、鞍座、焊接形式進行了設計和選擇。設備的選擇大都有相應的執(zhí)行標準，設計時可以直接選用符合設計條件的標準設備零部件，也有一些設備沒有相應標準，則選擇合適的非標設備。各項設計參數都正確參考了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設計有章可循，并考慮到結構

3、方面的要求，合理地進行設計推薦精選 II課程設計任務書一、課程設計要求：1.使用國家最新壓力容器標準、規(guī)范進行設計，掌握典型過程設備設計的全過程。2.掌握查閱和綜合分析文獻資料的能力，進行設計方法和設計方案的可行性研究和論證。3.掌握電算設計計算，要求設計思路清晰，計算數據準確、可靠，且正確掌握計算機操作和專業(yè)軟件的使用。4.掌握工程圖紙的計算機繪圖。5.課程設計全部工作由學生本人獨立完成。二、設計內容和要求（包括原始數據、技術參數、條件、設計要求等）：設計條件表序號項目數值單位備 注1名 稱液氨儲罐2用 途液氨儲存3最高工作壓力1.95MPa由介質溫度確定4工作溫度-20485公稱容積（Vg

4、）40M36工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(V)0.858工作介質液氨（中度危害）9使用地點邯鄲市室外推薦精選 III管口表公稱規(guī)格連接尺寸標準連接面形式用途或名稱PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM液相進口管 PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM液相出口管 PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM排氣管 PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM排污管 PN2.5 DN25HG/T20592-2009FM壓力表接口 PN2.5 DN25HG/T20592-2009FM溫度計接管PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM安全閥

5、接口PN2.5 DN32HG/T20592-2009FM液位計接口 PN2.5 DN500HG/T20592-2009MFM人 孔三、課程設計主要內容1.設備工藝設計2.設備結構設計3.設備強度計算4.技術條件編制5.繪制設備總裝配圖6.編制設計說明書四、學生應交出的設計文件（論文）：1.設計說明書一份； 2總裝配圖一張 (A1 圖紙一張)；推薦精選 IV推薦精選 V目錄摘要摘要.I課程設計任務書課程設計任務書.II1.1 盛裝液氨的壓力容器設計儲存量.11.2 設備的初步選型及輪廓尺寸的確定.11.2.1設備的初步選型.11.2.2設備的輪廓尺寸的確定.1第二部分第二部分 設備的機械設計設備

6、的機械設計 .32.1 設計條件的確定.32.1.1設計壓力的確定.32.1.2設計溫度的確定.32.1.3設計條件表.422 設備的結構設計.42.2.1筒體和封頭的結構設計.42.2.2接管與法蘭設計.42.2.3附件設計.82.2.4支座結構設計.142.2.5焊接接點的設計.162.3 設備的強度計算.182.3.1設備總體壁厚計.182.3.2壓力試驗校核.202.3.3設備的應力校核.212.3.4開孔補強計算.31第三部分第三部分 技術條件編制技術條件編制 .323.1 容器類別的確定.323.2 材料要求.323.3 無損檢測要求.323.4 材料供貨要求.323.5 鍛件要求

7、.323.6 熱處理要求.333.7 焊接材料要求.333.8總裝配圖技術要求.35參考文獻參考文獻 .36結束語結束語 .37推薦精選 0第一部分 設備的工藝設計1.1 盛裝液氨的壓力容器設計儲存量盛裝液化氣體的壓力容器設計存儲量1W=V t式中，W儲存量，t ； 裝量系數 ；V壓力容器容積，m3 ； 設計溫度下飽和液體密度，t/m3 t則設計儲存量 W=0.8540 m30.5663kg/L=19.25t=1.92510 kg41.2 設備的初步選型及輪廓尺寸的確定1.2.1 設備的初步選型主體結構采用臥式圓柱形儲罐筒體采用圓柱形筒體封頭采用標準橢圓形封頭1.2.2 設備的輪廓尺寸的確定

8、設備容積計算1 v =2V +L/4封2D試算:取 D2400mm， 封頭的結構尺寸（封頭結構如下圖 1）由，得 h=H-Di4=640-600=40 mm22iDHh查文獻2中表 B.1 EHA 橢圓形封頭內表面積、容積，如下表 1：查得封頭尺寸為:表 1-1：EHA 橢圓形封頭內表面積、容積公稱直徑 DN /mm總深度 H /mm內表面積 A/2m容積/V封3m24006406.54531.9905表 1 查得封頭1.9905m3 推薦精選 1由 m3 得 L=8404mm402422封封筒VLDVVV圓整得 L=8400mm 則 L/D=3.53 符合查獻3中L/D=36 ;則 v計=v

9、筒+2v封= L/4+2 v封=2D3298.419905. 124 . 84 . 24m誤差計算：5%，符合要求.%5 . 4%100ggVVV計工作容積為 V =V=0.85 41.98=35.68m ，工計3最終，取液氨儲罐的公稱直徑 DN=2400mm，筒體長度 L=8400mm；選取 EHA 橢圓形封頭：封頭 EHA240016推薦精選 3第二部分 設備的機械設計 2.1 設計條件的確定 2.1.1 設計壓力的確定 根據文獻4液氨飽和蒸汽壓表查得 50時液氨蒸汽壓由表 1 查得液氨在 50的飽和蒸汽壓為 19.25bar，即為 1.925MPa，可以判斷設計的容器為儲存內壓壓力容器，

10、根據文獻5盛裝液化氣體無保冷設施的壓力容器，其設計壓力應不低于液化氣 50時的飽和蒸汽壓力，飽和蒸汽壓力一般指絕壓，而設計壓力是表壓，而且查得當容器上裝有安全閥時，取1.051.1 倍的工作壓力作為設計壓力；所以工作壓力：P 飽和蒸汽壓-大氣壓1.925-0.11.825MPa工設計壓力計算1 1.1P 1.8251.12.0075MPap設工液氨的密度=0.5663kg/L，H 取公稱直徑 DN=2400mm表 2-1 液氨飽和蒸汽壓由各地區(qū)重力加速度表查的邯鄲地區(qū)的，則根據公式液柱29.79/gm s靜壓力1靜P=gH=（0.56639.792.4）0.001=0.013靜PMpa 5%，

11、忽略。0.0130.65%2.0075Pp靜設則計算壓力就等于設計壓力，即=2.0075cPp設Mpa2.1.2 設計溫度的確定根據文獻3和文獻5中規(guī)定設計溫度系指容器在正常操作情況下，在相應設計壓力下，設定受壓元件的金屬溫度，其值不得低于元件金屬可能達到的最高金屬溫度，對于0以下的金屬溫度，則設計溫度不高于元件C。金屬可能達到的最低金屬溫度，設計溫度選取的依據是：其值不得低于最溫度 -20204050飽和蒸汽壓 Bar1.938.6115.2019.25推薦精選 3高金屬溫度或不得高于最低金屬溫度（推薦精選 30以下）在本設計中給出的最高工作溫度為48。工作溫度為 -C。2048，為保證正常

12、工作，對設計溫度留一定的富裕量。則取設計溫度為502.1.3 設計條件表表 2-2：設計條件表項目內容備注工作介質液氨工作壓力 MPa1.825設計壓力 MPa2.0075工作溫度 -2048設計溫度 50公稱容積(Vg) m340計算容積(V計) m341.98工作容積(V工) m33568裝量系數(V)0.85介質密度(t) kg/L0.566322 設備的結構設計2.2.1 筒體和封頭的結構設計我國已經制訂了化工設備通用零部件的系列標準，設計時可根據具體設計條件按照標準進行選用。筒體的公稱直徑 DN=2400mm，長度 L=8400mm。封頭的公稱直徑DN=2400mm，總深 H=640

13、mm，圖 1 封頭的結構設計2.2.2 接管與法蘭設計(1)公稱直徑及公稱壓力的選取法蘭公稱壓力取 PN=2.5Mpa ，根據文獻6表 8.2 3-1 PN10 帶頸對焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑，查得各法蘭的尺寸。得出管口表如下表 推薦精選 4表 2-3：管口表公稱規(guī)格連接尺寸標準連接面形式用途或名稱PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM液相進口管 PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM液相出口管 PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM排氣管 PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM排污管 PN2.5 DN25HG/T20592-20

14、09FM壓力表接口 PN2.5 DN25HG/T20592-2009FM溫度計接管PN2.5 DN80HG/T20592-2009FM安全閥接口PN2.5 DN32HG/T20592-2009FM液位計接口 PN2.5 DN500HG/T20592-2009MFM人 孔（2）接管與法蘭的結構尺寸設計液氨儲罐應設置物料進出口接管,排氣口，排污口，壓力表口，溫度計口，安全閥口，液位計口，人孔。接管和法蘭布置如圖 3 所示，法蘭簡圖如圖所示： 本次設計所用的接管的尺寸表如下所示：表 2-4：接管的尺寸表公稱尺寸外徑 壁厚ontd用途或名稱理論質量/kg mDN80898液相進口管15.98DN808

15、98液相出口管15.98DN80898排氣管15.98DN80898排污管15.98DN25326壓力表接口管3.85DN25326溫度計接口管3.85DN80898安全閥接口15.98DN32386液位計接口4.74DN50053012人孔183.88查文獻6中附錄 D 中表 D-3,得各法蘭的質量。推薦精選 5查文獻6表 3.2.2，接管法蘭的密封面均采用 FM（凹面）,人孔密封面采用 MFM（凹凸面密封） 。接管和法蘭尺寸由設計壓力 2.0075Mpa 查文獻6中 PN2.5Mpa 板式平焊鋼制管法蘭（PL）知板式平焊鋼制管法蘭的密封面形式有突面（RF）和全平面（FF） 。RF形式適用公

16、稱壓力范圍為 0.252.5Mpa 而 FF 形式適用公稱壓力范圍為0.251.6Mpa,本設計壓力為 2.0075Mpa 故采用板式平焊鋼制管法蘭（RF）形式。查文獻6中 PN2.5 板式平焊法蘭選擇以接管公稱直徑一致的鋼制管法蘭，得各法蘭的尺寸和質量，詳細尺寸將見表表 2-5：接管和法蘭尺寸法蘭頸名稱 公稱直徑DN鋼管外徑法蘭焊端外徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑 L螺栓孔數量n（個）螺栓Th法蘭厚度 CNS1HR法蘭高度 H法蘭質量a排污管8089B200160188M1624105812858 5.03b排氣口8089B200160188M1624105812858 5.03c

17、出液口8089B200160188M1624105812858 5.03d進液口8089B200160188M1624105812858 5.03e人孔500530B730660 36 20 M33485801220 12 125 81.4k1-2液位計口3238B140100184M16185666642 2.05f溫度計口2532B11585144M12184666440 1.26g壓力表口2532B11585144M12184666440 1.26h安全閥口8089B200160188M1624105810858 5.03墊片的選擇法蘭密封常用墊片，墊片有金屬墊片、非金屬墊片，合成墊片等

18、多種，考慮經濟性當非金屬墊片能滿足要求時首先使用非金屬墊片。墊片結構圖推薦精選 6 由本設計壓力和溫度要求查文獻4選用石棉橡膠墊片，其使用范圍 PN4.0 Mpa,t290,密封形式為 RF（突面） 。其尺寸如表 4.5查文獻4，得墊片尺寸表表 2-6：墊片尺寸表符號管口名稱公稱直徑內徑 D1外徑 D2a排污口80109.5142b排氣口80109.5142c出液口80109.5142d進液口80109.5142e人孔500500524k1-2液位計口3261.582f溫度計口2545.561g壓力表口2545.561h安全閥口80109.5142注：1：包覆金屬材料為純鋁板，標準為 GB/T

19、 3880，代號為 L3。2：填充材料為有機非石棉纖維橡膠板。3：墊片厚度均為 3mm。 螺栓（螺柱）的選擇根據要求法蘭處用螺栓做緊固件，螺栓有多種材料和多種結構，選擇時應考慮到設計的適用性和安全性。查文獻6中表 5.0.7-9 和附錄中表 A.0.1,得螺柱的長度和平墊圈尺寸：表 2-7：螺栓及墊片緊固件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長1d2dha80M169017303b80M169017303c80M169017303d80M169017303e500M2412525444g1-232M168517303推薦精選 8f25M127513242.5g25M127513242.5h80M16

20、9017303（3）接管與法蘭材料的選擇容器接管一般應采用無縫鋼管，所以本設計筒體上接管材料均選擇無縫鋼管 20（GB9948） 。排污管一端焊接在筒體下方，另一端用螺紋帽密封，制造便宜，操作方便。查文獻6中法蘭材料選用 16Mn2.2.3 附件設計（1）安全閥的選擇查文獻4中知液氨常用安全閥有 A21H-40 其公稱直徑15mm 到 25mm 公稱壓力為 1.6-4.0Mpa 使用溫度 t200和 A41H-40 其公稱直徑為 32mm 到 48mm 公稱壓力為 1.3 到 4.0Mpa,使用溫度 t300。根據本設計要求選擇閥體公稱壓力：4.0Mpa;，稱直徑為 40mm 的彈簧封閉微啟式

21、安全閥，封面材料為不銹鋼；采用法蘭連型號：A44Y-160 （2）液位計的選擇液面計的種類很多，常用玻璃板液面計。它們都是外購的標準件，只需要選用。玻璃板液面計有三種：透光式玻璃板液面計、反射式玻璃板液面計、視鏡式玻璃板液面計。利用連通器原理，通過液面計的玻璃板視窗可以觀察容器內部液面位置的變動情況。根據設計要求選用查文獻6中選用磁性液面計，型號 T,使用壓力為PN=2.5Mpa, 液面計采用普通型；結構形式：保溫型 W,鋼板 Q345R. 標準選用HG/T 21584-95. AT2.5-W-1450.中心距為 L=2000mm,采用帶頸法蘭 DN32. （3）視鏡的選擇視鏡用來觀察設備內部

22、物料的工作情況，用凸緣構成的視鏡稱為不帶頸視鏡，其結構簡單，不易粘料，有比較寬的視察范圍，便于窺視，在本設計中選用不帶頸視鏡。但由于視鏡接緣直接焊接在設備上，容易在焊接后引起推薦精選 8接緣上的密封面變形，所以應有可靠的焊接工藝保證。推薦精選 8選用視鏡的數據：DN=80 PN=1.57 D=130 b1=36 b2=26 H=91螺柱：個數 n=8 直徑 d=M12 重量 m=7.1kg 標準：不銹鋼 HGJ501-86-15圖視鏡（4）壓力表儀表類型的選用必須滿足工藝生產的要求。例如是否需要遠傳、自動記錄或報警；被側介質的性質（如被測介質的溫度高低、粘度大小、腐蝕性、臟污程度、是否易燃易爆

23、等）是否對儀表提出特殊要求，現場環(huán)境條件（如濕度、溫度、磁場強度、振動等）對儀表類型的要求等。因此根據工藝要求正確地選用儀表類型是保證儀表正常工作及安全生產的重要前提?；ば袠I(yè)所用的壓力表有多種型號，根據液氨的性質查文獻4中常用的壓力表型號為 YA-100,管螺紋 M201.5,壓力表一端與帶有相應螺紋的接管一端旋合，接管另一端焊接在筒體適合的位置。（5）人孔的選擇密封面的選擇由于本次設計的介質是高度危害的，查文獻7中表 3-1，選用凹凸法蘭密封面（MFM）法蘭。人孔的設計推薦精選 9本次設計的儲罐設計壓力為 2.0075MPa，查文獻7中，采用回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔。其明細尺寸見下表： 表

24、2-8：人孔尺寸表 單位：mm密封面型式凹凸面 MFMD7301b460d48公稱壓力PN MPa41D6602b57螺柱數量20公稱直徑DN5001H280A435螺母數量40wds530 122H128B400螺柱尺寸33 2 170M d506b44L300總質量 kg302人孔結構示意圖如下 推薦精選 10 開孔補強的計算根據文獻8開孔補強結構：壓力容器開孔補強常用的形式可分為補強圈補強、厚壁管補強、整體鍛件補強三種。補強圈補強是使用最為廣泛的結構形式，它具有結構簡單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠等優(yōu)點。在一般用途、條件不苛刻的條件下，可采用補強圈補強形式。但必須滿足規(guī)定的條件。

25、壓力容器開孔補強的計算方法有多種，為了計算方便，采用等面積補強法，即殼體截面因開孔被削弱的承載面積，必須由補強材料予以等面積的補償。當補強材料與被削弱殼體的材料相同時，則補強面積等于削弱的面積。補強材料采用 Q235R-A。查文獻7中，選用回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔。厚度附加量 C=2.3mm推薦精選 11開孔直徑 d=di+2C=530-32+4.6=493.4mm ，在筒體上開孔 d，所以在有效補強范圍。DD補強圈內徑則取 Di=530+10=540mm126D0 di=A4(D-d)=15.75mm補強圈厚度，圓整取名義厚度為 16mm。根據文獻3，補強圈焊接形式D 型， 表:2-9： 補強

26、圈補強及附件的選擇接管公稱直徑 DN/mm外徑D2內徑D1厚度n重量（Kg）5008005401646.4（6）各附件接管的布局為了便于操作及考慮到開孔的安全性要求，本設計中將排氣接管、人孔接管、安全閥接管、壓力表接管、進料接管、人孔接管成直線依次布局在筒體上方，其中，人孔接管與排氣管，人孔接管與安全閥，人孔接管與進料管間距離均為 1300mm,其余接管間距離均為 800mm，液面計接管放右側封頭處。排污口接管和出料管布置在筒體下方，排污口接管在左封頭與左支座之間，距左封頭直邊 200mm 處，出料管在左支座與右支座之間。進料管內伸長度為 1700mm，溫度計內伸長度為 300mm，其余的接管

27、內伸長度均為 0mm。其中人孔接管外伸長度為 250mm，其余接管外伸長度均為 150mm,具體布局見裝配圖。2.2.4 支座結構設計（1）鞍座結構和材料的選取臥式容器的支座有三種形式：鞍座、圈座、和支腿，常見的臥式容器和大型臥式儲罐、換熱器等多采用鞍座，它是應用得最為廣泛的一種臥式容器支座。置于支座上的臥式容器，其情況和梁相似，一般情況采用雙支座。此外，臥式容器由于溫度或載荷變化時都會產生軸向的伸縮，因此容器兩端的支座不能都固定在基礎上，必須有一端能在基礎上滑動，以避免產生過大的附加應力。通常的做法是將一個支座上的地腳螺栓孔做成長圓形，并且螺母不上推薦精選 14緊，使其成為活動支座，而另一支

28、座仍為固定支座。推薦精選 14所以本設計就采用這種支座結構。根據設備的公稱直徑和容器的重量參照文獻9選取鞍座結構及尺寸。鞍座的材料（除加強墊板除外）為 Q235-A，加強墊板的材料應與設備殼體材料相同為 16MnR。采用鞍式 A 型支座: 鞍座 A2400-F 和鞍座 A2400-S（2）鞍座位置的確定考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，面且支座截面處應力較為復雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸A 不超過 0.2L 值，為此中國文獻10規(guī)定 A0.2L=0.2（L+2h） ，A 最大不超過 0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應力過大。由標準橢圓封

29、頭，得 h=H-Di4=640-600=40 mm22iDHh故 A0.2(L+2h)=0.2(8400+240)=1716mm當鞍座鄰近封頭時，則封頭對支座處筒體有加強剛性的作用。為了充分利用這一加強效應，在滿足下應盡量使.A0.5R m（.2L0A ）, 即 2RinmR240016120822mRmm即 A604mm綜合以上取 A=600mm (A 為封頭切線至封頭焊縫間距離，L 為筒體和兩封頭的總長)則兩鞍座間距 S=(L+2h)-2A=(8400+240)-2600=7280mm,鞍座位置及結構如下圖所示。推薦精選 15(3)鞍座載荷計算由前面可得的液氨的壓力容器設計存儲質量 ：31

30、2342mmmmm筒體質量：查得圓筒體材料 Q345R 密度 =7850/m,筒體長度加上封1m頭的直邊長度為 40mm,則 1m3.14 2.4 (8.40.04) 0.016 78507988.64DLkg單個封頭的質量：查文獻2中表 B.2 EHA 橢圓形封頭質量為 507.3，2m可知，Kgm6 .10142水壓試驗時量:3mgVK419821.990524 . 84 . 241000m23）（水附件質量：人孔質量為 302kg，其他接管質量 300 kg，即4mKgm6024綜上所述，設備總質量為 51587.2kg.即每個鞍座承受的重量為 G=mg2=257936N=257.936

31、KN由此查文獻9容器支座，選取輕型，焊制為 BI, 筋板數為 6，直徑DN=2400mm 包角為 120，高度為 250mm 有墊板的鞍座,允許載荷Q435kN257.936kN。查文獻4表 6 得鞍座結構尺寸如下表：。表 2-10：鞍式支座結構尺寸推薦精選 17公稱直徑DN2400腹板2164b510允許載荷Q/kN4353l265410鞍座高度h2502b208墊板e1001l17203b290螺栓間距2l15201b240筋板38螺孔/孔長D/l24/40底板114墊板弧長2800鞍座質量Kg 2342.2.5 焊接接點的設計(1)壓力容器焊接結構設計要求根據文獻3焊縫分散原則；避免焊縫

32、多條相交原則；對稱質心布置原則；避開應力復雜區(qū)或應力峰值去原則；對接鋼板的等厚連接原則；接頭設計的開敞性原則；焊接坡口的設計原則（焊縫填充金屬盡量少；避免產生缺陷；焊縫坡口對稱；有利于焊接防護；焊工操作方便；復合鋼板的坡口應有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率） 。（2）封頭與圓筒焊接接頭封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭采用 A 類焊縫。焊接方法：采用手工電弧推薦精選 17焊，封頭與圓筒采用對接焊接。平行長度任取。坡口形式為 Y 型坡口。推薦精選 17根據 Q345R 的抗拉強度=5000Mpa 和屈服點=325Mpa 選擇 E50 系列（強bs度要求：500Mpa；400Mpa）的焊條，型號為 E501

33、8.該型號的焊bs條是鐵粉鈦型藥皮（藥皮成分：氧化鈦 30%，加鐵粉） ，適用于全位置焊接，熔敷效率較高，其結構如下圖Y 型坡口筒體和封頭的焊接：=620 =6070 b=02 p=2 3(3)管法蘭與接管的焊接接頭管法蘭與接管焊接接頭形式和尺寸參照文獻3,根據公稱通經選擇相應的坡口寬度結構如附圖中為幾種常用的管法蘭與結接管焊接形式的局部放大圖。 (4)接管與殼體的焊接接頭本設計除人孔接管帶補強圈外其它接管都是不帶補強圈的插入式接管，接管插入殼體，接管與殼體間的焊接有全焊透和部分焊頭兩種，它們的焊接接頭均屬 T 形或角接接頭。標準中代號為 G2 的接頭形式，基本尺寸為；，且，它適用于5505

34、. 02 b5 . 01ptk316k推薦精選 19，因為所選接管的厚度都為殼體厚度的一半，殼254sst21體的厚度為 16mm，所以符合要求。選擇全焊透工藝，可用于交變載荷，低溫及有較大溫度梯度工況。如附圖中的局部放大圖所示。 帶補強圈焊接接頭結構 =50+5302 b =2+0.5,51,t ,1212b1K= 8) k 0.71Kcc2c2.3 設備的強度計算2.3.1 設備總體壁厚計 (1)材料的選擇常見的壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鋼板有 Q245，Q345R，Q370R 等；無縫鋼管材料有 10，20,nM16等?？紤]到該容器的內徑為 2400mm，介質的工作溫度為-2048，由下

35、表查得，所以可以選擇 Q235R 或者 Q345R 作為筒體的材料。所以選用筒體由鋼板卷制而成，由于低合金鋼有較高的強度，良好的塑性，價格相對較低，所以選用 Q345R。封頭材料也為 Q345R。表 2-11 鋼板材料使用條件表材料名稱使用條件Q235R 或者 Q345R容器設計壓力 P35MPa,鋼板使用溫度-20475，對容器中的介質沒有限制。（2）筒體壁厚計算1設計溫度下材料的許用應力 t設計溫度為 50，假設筒體厚度為，由材料許用應力表mm316可得推薦精選 19的 =345RQ345 189tMPaeLRMPa表 2-12：鋼材許用應力表在下列溫度（）下的許用應力/ Mpa鋼號板厚/

36、20100150200250300316189189189183167153RQ3451636185185183170157143焊接接頭系數本次液氨儲罐的設計采用雙面對接焊的全焊透對接接頭，全部無損探傷所以=1.0計算壓力cP由前面計算知道計算壓力=2.0075cPMpa筒體內徑 iD由前面計算知道筒體內徑=2400mmiD筒體的計算厚度1按公式：計算2citcp DP 即=12.81mm =3mm2.0075 24002 189 1.02.0075min取腐蝕裕量 2mm12C 設計厚度12.81+2=14.81mm12dC查文獻3中列舉的鍋爐和壓力容器專用鋼板的厚允許偏差按 GB/T 7

37、09 中的 B 類要求，即鋼材厚度負偏差mmC3 . 01。所以名義厚度，經過114.81 0.3+16mmndC圓整量圓整量圓整后為 16mm,在之間，故假設是成立的。mm316有效厚度。121620.313.7enC Cmm推薦精選 20（2）封頭壁厚計算根據標準橢圓形封頭的計算厚度公式： 2.0075 240012.782 189 1 0.5 2.007520.5citcp Dmmp 取腐蝕裕量2mm，鋼材厚度負偏差mmC3 . 01。則：2C 設計厚度12.78+2=14.78mm2dC名義厚度114.780.3+16mmndC圓整量圓整量有效厚度121620.313.7enC Cmm

38、可見標準橢圓形封頭與筒體等厚。2.3.2 壓力試驗校核（1）壓力試驗類型耐壓試驗是在設計壓力下對壓力容器的檢驗，在本設計中采用水壓試驗進行驗證。（2）壓力試驗校核筒體耐壓試驗校核1耐壓試驗壓力根據 TtPP 其中，為耐壓試驗壓力系數，對于鋼和有色金屬，液壓試驗是，25. 1所以水壓試驗壓力，11851.25 2.0075MPa2.51MPa185TP 筒體的薄膜應力：1()2.51 (2400 13.7)221.1122 13.7TieTeP DMPa液壓試驗時，應滿足以下公式的要求 ，1T0.9TeLR其中 =0.9 1 345=0.9eLR 310.5MPa符合要求。 221.11MPa3

39、10.5MPa最終筒體選用材料為 Q345R 的鋼板，且厚度為 16mm。封頭耐壓試驗校核推薦精選 21水壓試驗壓力1851.25 2.0075MPa2.51MPa185TP 封頭的薄膜應力： ()2.51 (2400 13.7)221.1122 13.7TieTeP DMPa液壓試驗時，應滿足以下公式的要求 ，T0.9TeLR其中 =0.9 1 345=0.9eLR 310.5MPa，符合要求。 221.11MPa310.5MPa最終封頭選用材料為 Q345R 的鋼板，且厚度為 16mm。2.3.3 設備的應力校核鋼制臥式容器計算單位河北工程大學計 算 條 件 簡 圖設計壓力 p2.0075

40、MPa設計溫度 t50筒體材料名稱Q345R封頭材料名稱Q345R封頭型式橢圓形筒體內直徑 Di2400mm筒體長度 L8400mm筒體名義厚度 n16mm支座墊板名義厚度 rn10mm筒體厚度附加量 C2.3mm腐蝕裕量 C12mm筒體焊接接頭系數 1封頭名義厚度 hn16mm封頭厚度附加量 Ch2.3mm鞍座材料名稱Q235-A鞍座寬度 b240mm鞍座包角 120支座形心至封頭切線距離 A600mm鞍座高度 H250mm地震烈度 低于七度內壓圓筒校核計算單位河北工程大學計算所依據的標準GB 150.3-2011 推薦精選 22計算條件筒體簡圖計算壓力 Pc 2.02MPa設計溫度 t 0

41、.00 C內徑 Di 2400.00mm材料 Q345R ( 板材 )試驗溫度許用應力 189.00MPa設計溫度許用應力 t 189.00MPa試驗溫度下屈服點 s 345.00MPa鋼板負偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數 1.00厚度及重量計算計算厚度 = = 12.90P DPcitc2mm有效厚度 e =n - C1- C2= 13.70mm名義厚度 n = 16.00mm重量 8007.60Kg壓力試驗時應力校核壓力試驗類型 液壓試驗試驗壓力值PT = 1.25P = 2.5100 (或由用戶輸入) tMPa壓力試驗允許通過的應力水平 TT 0.90

42、s = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應力 T = = 221.11 pDTiee.().2MPa校核條件 T T校核結果 合格壓力及應力計算最大允許工作壓力 Pw= = 2.145502etie()D MPa設計溫度下計算應力 t = = 177.99PDciee()2MPat 189.00MPa校核條件t t結論 合格左封頭計算計算單位河北工程大學 推薦精選 23計算所依據的標準GB 150.3-2011 計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 Pc 2.02MPa設計溫度 t 0.00 C內徑 Di 2400.00mm曲面深度 hi 600.00mm材料 Q345R (板材)設計溫度許用應力

43、t 189.00MPa試驗溫度許用應力 189.00MPa鋼板負偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數 1.00壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值 PT = 1.25Pc= 2.5100 (或由用戶輸入)tMPa壓力試驗允許通過的應力tT 0.90 s = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應力T = = 220.48.2)5 . 0.(eeiTKDpMPa校核條件T T校核結果合格厚度及重量計算形狀系數 K = = 1.00002ii2261hD計算厚度 h = = 12.86KP DPcitc20 5.mm有效厚度 eh =nh - C1- C2=

44、13.70mm最小厚度 min = 3.60mm名義厚度 nh = 16.00mm結論 滿足最小厚度要求重量 808.40 Kg壓 力 計 算最大允許工作壓力 Pw= = 2.1516120 5.teieKD MPa結論 合格推薦精選 24右封頭計算計算單位河北工程大學計算所依據的標準GB 150.3-2011 計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 Pc 2.02MPa設計溫度 t 0.00 C內徑 Di 2400.00mm曲面深度 hi 600.00mm材料 Q345R (板材)設計溫度許用應力 t 189.00MPa試驗溫度許用應力 189.00MPa鋼板負偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2

45、2.00mm焊接接頭系數 1.00壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值 PT = 1.25Pc= 2.5100 (或由用戶輸入)tMPa壓力試驗允許通過的應力tT 0.90 s = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應力T = = 220.48.2)5 . 0.(eeiTKDpMPa校核條件T T校核結果合格厚度及重量計算形狀系數 K = = 1.00002ii2261hD計算厚度 h = = 12.86KP DPcitc20 5.mm有效厚度 eh =nh - C1- C2= 13.70mm最小厚度 min = 3.60mm名義厚度 nh = 16.00mm結論 滿足最小厚度要求

46、重量 808.40 Kg壓 力 計 算最大允許工作壓力 Pw= = 2.1516120 5.teieKD MPa結論 合格推薦精選 25臥式容器（雙鞍座）計算單位河北工程大學計 算 條 件簡 圖 計算壓力 pC2.0075MPa 設計溫度 t0 圓筒材料Q345R 鞍座材料Q235-B 圓筒材料常溫許用應力 189MPa圓筒材料設計溫度下許用應力t189MPa 圓筒材料常溫屈服點 345MPa 鞍座材料許用應力 sa147MPa 工作時物料密度 O566.3kg/m3 液壓試驗介質密度 T1000kg/m3 圓筒內直徑 Di2400mm 圓筒名義厚度 n16mm 圓筒厚度附加量 C2.3mm

47、圓筒焊接接頭系數1 封頭名義厚度 hn16mm 封頭厚度附加量 Ch2.3mm 兩封頭切線間距離 L8480mm 鞍座墊板名義厚度 m10mm 鞍座墊板有效厚度 re10mm 鞍座軸向寬度 b240mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心至封頭切線距離 A600mm 封頭曲面高度 hi600mm 試驗壓力 pT2.51MPa 鞍座高度 H250mm腹板與筋板組合截面積 Asa29920mm2 腹板與筋板組合截面斷面系數 Zf1.00608e+06mm3 地震烈度7圓筒平均半徑 Ra 1208mm 物料充裝系數 00.85一個鞍座上地腳螺栓個數2地腳螺栓公稱直徑20mm地腳螺栓根徑17.294mm鞍

48、座軸線兩側的螺栓間距1520mm推薦精選 26地腳螺栓材料16Mn支 座 反 力 計 算 圓筒質量(兩切線間)8084.11snni1cLDmkg 封頭質量(曲面部分)794.717m2kg 附件質量9605m3kg 封頭容積(曲面部分)1.80956e+09Vhmm3 容器容積(兩切線間)V = 4.19817e+10mm3 容器內充液質量工作時, 20208.1 壓力試驗時,= ooVm4mVT441981.7kg 耐熱層質量M5=0kg總質量工作時, 39486.7543212mmmmmm壓力試驗時, 61260.35 43212mmmmmmkg單位長度載荷41.7503 64.7722

49、qmgLh43i qm gLh43iN/mm支座反力193722 300543 Fmg12 gmF21300543FF F max,N筒 體 彎 矩 計 算圓筒中間處截面上的彎矩工作時= 2.70526e+08LALhLhRLFM4341/214i22i2a1壓力試驗= 4.19699e+08 LALhLhRLFMT4341/214i22i2a1Nmm支座處橫截面彎矩操作工況： -6.06148e+06LhALhRLAAFM341211i2i2a2壓力試驗工況： -9.40389e+06 LhALhRLAAFMT341211i2i2a2Nmm推薦精選 27系 數 計 算K1=1K2=1K3=0

50、.879904K4=0.401056K5=0.760258K6=0.0132129K6=0.010861K7=K8=K9=0.203522C4=C5=筒 體 軸 向 應 力 計 算 92.8153e2a1aC22RMRpe 88.6023e2a12eaC32RKMRpMPa操作狀態(tài) -4.30948eeRMRp2a1aC12 -0.0965595e2a22aC42RKMRpeMPa -6.68242e2a1T1RMT -0.149804e2a224RKMTTMPa軸向應力計算水壓試驗狀態(tài) 117.346e2a1aT22RMRpTeT 110.81e2a12eaT32RKMRpTTMPa0.00

51、105905ae094. 0RA根據圓筒材料查 GB150 圖 4-34-12 B = 139.152MPa許用壓縮應力139.152 Btac,mint139.152 ),9 . 0min(acBReLMPa應力校核 189 合格|,| 139.152 合格32， t14 tac|,| 139.152 合格T2 ,T3 0.9s = 310.5 合格1T4T acMPa時(時,不適ARm24LA 用)3/42iea3hLALRFKMPa筒體和封頭的切應力時ARm2圓筒中：15.9792ea3RFK封頭中：7.28323hea4hRFKMPa推薦精選 28封頭橢圓形封頭, 175.839hei

52、ch2DKP碟形封頭, hehch2RMP半球形封頭, heich4DPMPa圓筒封頭 = 0.8 t = 151.2 60.4106 125.thMPa應力校核圓筒, = 151.2 MPa 合格封頭, h h = 60.4106 MPa 合格鞍 座 處 圓 筒 周 向 應 力圓筒的有效寬度456.879na256.1Rbbmm在橫截面最低點處552 kK FbeMPaL/Rm8 時, 6262432 FbK FeeMPa無加強圈圓筒無墊板或墊板不起加強作用時在鞍座邊角處L/Rm8 時, 2ea62e6124LFRKbFMPa鞍座墊板寬度 ； 鞍座墊板包角na56.1RbW12橫截面最低點處

53、的周向應力-2.11017552 kK FbereMPaL/Rm8 時, 62622432 FbK FereereMPa鞍座邊角處的周向應力L/Rm8 時, -30.534762622412 FbK FRLeremereMPaL/Rm8 時, 2e62e6234FKbFMPa墊板起加強作用時鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應力L/Rm8 時, -41.73332em62e6124LFRKbFMPa無加強圈筒體應力校核 |5| t = 189 合格 |6 | 1.25 t = 236.25 合格 |6 | 1.25 t = 236.25 合格MPa推薦精選 29加強圈材料, e = mm d = mm

54、加強圈數量, n = 個組合總截面積, A0 = mm2組合截面總慣性矩, I0 = mm4加強圈參數設計溫度下許用應力 RtMPa 在鞍座邊角處圓筒的周向應力：080747AFKIeFRKCmMPa有加強圈圓筒加強圈位于鞍座平面上 在 鞍 座 邊 角 處 ，加 強 圈 內 緣 或 外 緣 表 面 的 周 向 應 力 ：080m758AFKIdFRKCMPa橫 截 面 最 低 點 的 周 向 應 力 無墊板時， （ 或 墊 板 不 起 加 強 作 用 ）552 kK Fbe 采用墊板時， （墊板起加強作用）552 kK FbereMPa 在橫截上靠近水平中心線的周向應力：080m747AFKI

55、eFRKCMPa加強圈靠近鞍座 在橫截上靠近水平中心線處，不與筒壁相接的加強圈內緣 或 外 緣 表 面 的 周 向 應 力 ：857080C K R dFIK FAmMPa 無墊板或墊板不起 加強 作用L/Rm8 時, 6262432 FbK FeeMPa 無墊板或墊板不起 加強 作用L/Rm8 時, 6262412 FbK FRLemeMPa 采用墊板時， （墊板起加強作用）L/Rm8 時, 62622432 FbK FereereMPa有加強圈圓筒加強圈靠近鞍座鞍座邊角處點處的周向應力采用墊板時， （墊板起加強作用）L/Rm8 時, 6262412 FbK FRLereme2reMPa推薦

56、精選 30應力校核|5| t = 合格|6 | 1.25t = 合格|7 | 1.25t = |8 | 1.25tR = MPa鞍 座 應 力 計 算水平分力61167FKF9SN計算高度250HRH,31minasmm鞍座腹板厚度10obmm鞍座墊板實際寬度500b4mm鞍座墊板有效寬度456.879bb brmin,42mm腹板水平應力無 墊 板 或 墊 板 不 起 加 強 作 用 , 90FH bSS墊板起加強作用, 8.6531190FH bbSSrreMPa腹板水平應力應力判斷 9 sa = 98 合格23MPa由地震水平分力引起的支座強度計算圓筒中心至基礎表面距離 1466Hvmm

57、軸向力 mgF1EvN, FfFEvALAHFZHFAFEvEv22saVrsasaMPa, FfFEvALAHFZHFfFAFEvEv2saVrssasaMPa腹板與筋板組合截面應力|sa| 1.2bt= btEvbtAnlM100MPa拉應力bt 1.2bt = MPa btsEvbtAnfFFMPa地腳螺栓應力剪應力bt 0.8Kobt = MPa FfFfN -25.7298rsasaZHfFAFtMPa溫差引起的應力|tsa| sa = 147 推薦精選 312.3.4 開孔補強計算開孔補強計算計算單位河北工程大學接 管: N1, 53012計算方法: GB150.3-2011 等面

58、積補強法，單孔設 計 條 件簡 圖計算壓力 pc2.0205MPa設計溫度50殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數1殼體內直徑 Di2400mm殼體開孔處名義厚度n16mm殼體厚度負偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C22mm殼體材料許用應力t189MPa接管軸線與筒體表面法線的夾角() 0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角() 接管實際外伸長度 250mm接管連接型式 安放式接管接管實際內伸長度 0mm接管材料 20(GB9948)接管焊接接頭系數 1名稱及類型 管材接管腐蝕裕量 2mm補強圈材料名稱 Q345R補強圈外徑 840mm凸形封頭開孔中心至 封頭

59、軸線的距離 mm補強圈厚度 20mm接管厚度負偏差 C1t 1.2mm補強圈厚度負偏差 C1r 0.3mm接管材料許用應力t 150.12MPa補強圈許用應力t 185MPa開 孔 補 強 計 算非圓形開孔長直徑 512.4mm開孔長徑與短徑之比 1 殼體計算厚度 12.898mm接管計算厚度t 3.4281 mm補強圈強度削弱系數 frr 0.9788接管材料強度削弱系數 fr 0.7943開孔補強計算直徑 d 512.4mm補強區(qū)有效寬度 B 1024.8 mm接管有效外伸長度 h1 78.414mm接管有效內伸長度 h2 0 mm開孔削弱所需的補強面積A 6609mm2殼體多余金屬面積

60、A1 411 mm2接管多余金屬面積 A2 669mm2補強區(qū)內的焊縫面積 A3 36 mm2A1+A2+A3= 1116mm2 ，小于 A，需另加補強。推薦精選 33補強圈面積 A45978mm2A-(A1+A2+A3)5492mm2結論: 合格第三部分 技術條件編制3.1 容器類別的確定由文獻4和文獻11常見介質危害程度查液氨為毒性危害程度為中度危害，腐蝕，有毒，屬于第二組介質，則再根據文獻5相關規(guī)定，液氨儲罐為第三類壓力容器。3.2 材料要求筒體材料：Q345R封頭材料：Q345R接管材料：無縫鋼管 20法蘭材料：16Mn鞍座材料：Q235A墊片：石棉橡膠墊片3.3 無損檢測要求 設備按