80M3液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) z 、.刖百本說(shuō)明書(shū)為80m3 液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。本文采用分析設(shè)計(jì)方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質(zhì)等因素并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算的設(shè)計(jì)順序，分別對(duì)儲(chǔ)罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后采用1SW6-1998 對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核，最后形成合理的設(shè)計(jì)方案。目錄附：設(shè) 計(jì) 任 務(wù)書(shū).2第一章緒論.3（1） 設(shè)計(jì)任務(wù).3（2） 設(shè)計(jì)思想.3（3） 設(shè)計(jì)特點(diǎn).3第二章材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證3（1） 材 料選擇.3（2） 結(jié) 構(gòu) 選 擇 與 論證.3第三章設(shè)計(jì)計(jì)算5（3） 計(jì)算筒體的壁厚.5（4） 計(jì)算封頭的壁厚.6（5） 水 壓 試 驗(yàn) 及 強(qiáng)

2、 度 校核.6（四）選擇人孔并核算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng).7（五）核算承載能力并選擇鞍座.9（6） 選 擇 液 面計(jì).9（7） 選 擇 壓 力計(jì).10（8） 選 配 工 藝 接管.10第五章結(jié)束語(yǔ).11第 六 章參 考 文獻(xiàn).12第一章 緒論（一）設(shè)計(jì)任務(wù)：針對(duì)化工廠中常見(jiàn)的液氨儲(chǔ)罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備的選型設(shè)計(jì)，繪制總裝配圖和零件圖，并編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。（二）設(shè)計(jì)思想：綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識(shí)，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性， 安全可靠性。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3、（三）設(shè)計(jì)特點(diǎn)：容器的設(shè)計(jì)一般由筒體、封頭、法蘭、支座、接口管及人孔等組成。常、低壓化工設(shè)備通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可直接選用。本設(shè)計(jì)書(shū)主要介紹了液罐的的筒體、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，低壓通用零部件的選用。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。第二章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證（一）材料選擇：純液氨腐蝕性小, 貯罐可選用一般鋼材, 但由于壓力較大, 可以考慮20R 16MnRa兩種鋼種。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用 20R類(lèi) 的低碳鋼板，16MnR鋼板的價(jià)格雖比20R貴，但在制造費(fèi)用方面， 同 等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)，16MnR鋼板為比

4、較經(jīng)濟(jì)，且16MnR機(jī)械加工性 能、 強(qiáng)度和塑性指標(biāo)都比較號(hào)，所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒 體和 封頭材料。（二）結(jié)構(gòu)選擇與論證：1. 封頭的選擇：從受力與制造方面分析來(lái)看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點(diǎn)是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。平板封頭因直徑各厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。從鋼材耗用量來(lái)年：球形封頭用材最少，比橢圓頭節(jié)約，平板封頭用材最 多。因此，從強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為 合理。2. 人孔的選擇：壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的部構(gòu)件。人

5、孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個(gè)手柄。選用時(shí)應(yīng)綜合考慮公稱壓力、公稱直徑（ 人、手孔的公稱壓力與法蘭的公稱壓力概念類(lèi)似。公稱直徑則指其簡(jiǎn)節(jié)的公稱直徑） 、 工作溫度以及人、手孔的結(jié)構(gòu)和材料等諸方面的因素。人孔的類(lèi)型很多， 選擇使用上有較大的靈活性，其尺寸大小及位置以設(shè)備件安裝和工人進(jìn)出方便為原則。通?？梢愿鶕?jù)操作需要, 在這考慮到人孔蓋直徑較大較重 , 可選擇回轉(zhuǎn)蓋對(duì)焊法蘭人孔。3. 法蘭的選擇：法蘭連接主要優(yōu)點(diǎn)是密封可靠、強(qiáng)度足夠及應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是不能快速拆卸、制造成本較高。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對(duì)焊法蘭。平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。甲型平焊法蘭有PN0.25 MPa

6、0.6MPa 1.0 MPa1.6 MPa 在較小圍（DN300 mm-2000 mm 適用溫 度圍 為-20C300C。乙型平焊法蘭用于 PN0.25 MPa- 1.6 MPaffi 力等級(jí) 中較大的直徑圍，適用的全部直徑圍為 DN300 mm3000 mm適用溫 度圍為-20 C350C。對(duì)焊法蘭具有厚度更大的頸， 進(jìn)一步增大了 剛性。用于更高壓力的圍（ PN0.6 MPa6.4MPsj）適 用溫度圍為- 20 c45 C。法蘭設(shè)計(jì)優(yōu)化原則：法蘭設(shè)計(jì)應(yīng)使各項(xiàng) 應(yīng)力分別接近 材料許用應(yīng)力值，即結(jié)構(gòu)材料在各個(gè)方向的強(qiáng)度都得到較充分的發(fā)揮。法蘭設(shè)計(jì)時(shí)，須注意以下二點(diǎn)：管法蘭、鋼制管法蘭、墊片、緊

7、固件設(shè)計(jì)參照原化學(xué)工業(yè)部于1997 年頒布的鋼制管法蘭、墊片、緊固件標(biāo)準(zhǔn)（HG20592HG20635-1997的規(guī)定。4. 液面計(jì)的選擇：液面計(jì)是用以指示容器物料液面的裝置，其類(lèi)型很多，大體上 可分為四類(lèi)，有玻璃板液面計(jì)、玻璃管液面計(jì)、浮子液面計(jì)和浮標(biāo)液面計(jì)。 在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計(jì)有透光式和反射式兩種結(jié)構(gòu)，具適用溫度一般在0250C。但透光式適用工作壓力較 反 射式高。玻璃管液面計(jì)適用工作壓力小于1.6MPa,介質(zhì)溫度在0 250的圍。液面計(jì)與容器的連接型式有法蘭連接、頸部連接及嵌入連接，分別用于不同型式的液面計(jì)。液面計(jì)的選用：(1)玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)均適用于物料沒(méi)

8、有結(jié)晶等堵塞固體的場(chǎng)合。板式液面計(jì)承壓能力強(qiáng)，但是比較笨重、成本較高。(2)玻璃板液面計(jì)一般選易觀察的透光式，只有當(dāng)物料很干凈時(shí) 才選反射式。(3)當(dāng)容器高度大于3m時(shí)，玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)的液面 觀察效果受到限制，應(yīng)改用其它適用的液面計(jì)液氨為較干凈的物料， 易透光，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象，所以 在此選用玻璃管液面計(jì)。5. 鞍座的選擇：鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座。 從應(yīng)力分析看，承受同 樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個(gè)支承比采用兩個(gè)支承優(yōu)越，因?yàn)槎嘀С性诹划a(chǎn)生的應(yīng)力較小。所以，從理論上說(shuō)臥 式容 器的支座數(shù)目越多越好。但在是實(shí)際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成 雙支 座，這是

9、因?yàn)楫?dāng)支點(diǎn)多于兩個(gè)時(shí)，各支承平面的影響如容器簡(jiǎn)體 的彎 曲度和局部不圓度、支座的水平度、各支座基礎(chǔ)下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對(duì)剛性等等，均會(huì)影響支座反力的分布。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會(huì)造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運(yùn)行安全帶來(lái)不利的影響。所以一臺(tái)臥式容 器支座一般情況不宜多于二個(gè)。在此選擇鞍式雙支座，一個(gè) S型，一個(gè)F型。第三章設(shè)計(jì)計(jì)算(一)計(jì)算筒體的壁厚：因?yàn)橐喊钡膬?chǔ)量為80nt按原化工部1985年頒布實(shí)施的有關(guān)貯 罐尺寸和質(zhì)量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(臥式橢圓形封頭貯罐系列HG5-1580-85), 取 D=3200mmR一設(shè)計(jì)壓力 儲(chǔ)罐的最高工作溫度為48

10、 C,此時(shí)氨的飽和蒸汽壓 為1.93MP,取此壓強(qiáng)的1.10倍作為設(shè)計(jì)壓力，故21.101.932.123 MP在操作溫度-540c的圍，估計(jì)筒體壁厚大約為22mm在常 用容器鋼板(管)許用應(yīng)力表中按設(shè)計(jì)溫度48C,板厚1636mm間插值取得o t320.45 MP焊接接頭采用V坡口雙面焊接，采用全部無(wú)損檢測(cè)，其焊接接頭系數(shù)由焊接接頭系數(shù)表查得$ =1.00鋼板負(fù)偏差由鋼板厚度負(fù)偏差表查得 G=0.8 mm;液氨為輕 微腐蝕，腐蝕裕量由（殼體、封頭腐蝕裕量表）查得C2=2 mm液氨儲(chǔ)罐是壓薄壁容器，按公式計(jì)算筒體的設(shè)計(jì)厚度為：6dPCD+C2=_23.192o tj c P考慮到鋼板負(fù)偏差，所

11、以筒體厚度應(yīng)再加上 Ci,即23.19+0.8=24根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查鋼板的常用厚度表，圓整為Sn=24mm （二）計(jì)算封頭的壁厚：采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同+C2=_23.192o tj c P考慮到鋼板負(fù)偏差，所以封頭厚度應(yīng)再加上 C1,即 23.19+0.8+2=24 mm根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查鋼板的常用厚度表，圓整為8 n=24mm可見(jiàn)跟筒體等厚。（三）水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核：先按公式確定水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力P為：選取兩者中壓力較大值作為水壓試驗(yàn)壓力，即取P 2.66MP ,水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力為c P(Do tt 6e)26 ej202.08 MP2.66*3200+(24-0.8

12、-2)2*(24- 0.8- 2)* 1查表得厚度為36mm勺16Mn用岡板的鋼材屈服極限 J325 Mp故在常溫水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力為0.9o s0.9* 325= 292.5 MP故ot0.9o s<因此滿足水壓試驗(yàn)要求(四)選擇人孔弁核算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)：根據(jù)儲(chǔ)罐是在常溫下及最高工作壓力為 2.123 MPa的條件下工作, 人孔的標(biāo)準(zhǔn)按公稱壓力為2.5 MPa等級(jí)選取，考慮到人孔蓋直徑較大 較重，故選用水平吊蓋人孔(GH21518-2005),公稱直徑500mm突面 法蘭密封面。該人孔標(biāo)記為：MFM S-35CM(W.B-0222)B500-2.5 GH21524-2004 另外，還要考慮

13、人孔補(bǔ)強(qiáng)，確定補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸，由于人孔的筒節(jié)不是采用 無(wú)縫鋼管，故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)所選用的人孔筒節(jié) 徑為 di500mm，壁厚 6m=10mm查表得人孔的筒體尺寸為550X 28,由標(biāo)準(zhǔn)查得補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸為：徑D=484外徑D=760開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：1 .筒體的計(jì)算壁厚：2 .計(jì)算開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積A:開(kāi)孔直徑：補(bǔ)強(qiáng)的面積：3 .有效寬度：4 . 有效高度:外側(cè)高度hi或hi 接管實(shí)際外伸高=250mm兩者取較小值 =側(cè)高度h2或h2兩者取較小值h2 =0mm5 .筒體多余面積Ai：筒體有效厚度: 選擇與筒體相同的材料（16MnR進(jìn)行補(bǔ)償，故f=1,所以6 .接管多余金屬的截

14、面積A2：接管計(jì)算厚度7 .補(bǔ)強(qiáng)區(qū)焊縫截面積 A8 .有效補(bǔ)強(qiáng)面積A：因?yàn)锳 A ,所以需要補(bǔ)強(qiáng)9 .所需補(bǔ)強(qiáng)截面積A10.補(bǔ)強(qiáng)圈厚度6 ':（補(bǔ)強(qiáng)圈徑D徑DO760 )考慮鋼板負(fù)偏差并圓整，實(shí)取補(bǔ)強(qiáng)厚度 mm,補(bǔ)強(qiáng)材料與殼體 材料相同，制造時(shí)為便于備材，且補(bǔ)強(qiáng)圈耗材也不多，設(shè)計(jì)時(shí)可采 用與殼體相同的板厚，即取6 ' 24mm（五）核算承載能力并選擇鞍座：首先粗略計(jì)算鞍座負(fù)荷儲(chǔ)罐總質(zhì)量：W=W W W ，式中w一罐體的質(zhì)量，KgW水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量，Kg W一附件的質(zhì)量，Kg1 .罐體質(zhì)量W:儲(chǔ)罐公稱容積為80m3 ,筒體公稱直徑D N =3200 mm V=80 m 3 罐體

15、的自重由壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得，稱直徑 DN=3200 壁厚6n24的筒體的重量為16792Kg,封頭自重為2316.1Kg,故罐體自 重 卬=167922*2316.1=21424.2 Kg2 .水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量W:儲(chǔ)罐的總?cè)?0.396 m3故水壓試驗(yàn)時(shí)罐水重W =80396Kg3 .其他附件質(zhì)量W:人孔質(zhì)量約為400Kg,其他接管總和按350Kg計(jì)4 .設(shè)備總質(zhì)量W:W =W1 W W=21424.2+80000+ 750=102174.2Kg查壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)得，公稱直徑為 3200,高度H=250的A 型鞍座單個(gè)允許載荷2853kN>1021.742Kn故其承載能力足夠。標(biāo)記

16、 為：支座 BI3200-F（S） JB/T 4712-92（六）選擇液面計(jì)：液氨儲(chǔ)罐常用玻璃液面計(jì), 由儲(chǔ)罐公稱直徑3200 選擇長(zhǎng)度為3550mm液面計(jì)二支，體材料（針形閥）為碳鋼，體溫型，液面計(jì)接管為無(wú)縫鋼管，液面計(jì)相配的接口管尺寸為：20mmF焊管法蘭HG20592-97 液面計(jì)標(biāo)記為：玻璃管液面計(jì)HG21589.1-95-5（七）選擇壓力計(jì)：量程裝在鍋爐、壓力容器上的壓力表，其最大量程（表盤(pán)上刻度極限值） 應(yīng)與設(shè)備的工作壓力相適應(yīng)。壓力表的量程一般為設(shè)備工作壓力的1.53倍，最好取2倍。若選用的壓力表量程過(guò)大，由于同樣精度的壓力表，量程越大，允許誤差的絕對(duì)值和肉眼觀察的偏差就越大，

17、則會(huì)影響壓力讀數(shù)的準(zhǔn)確性；反之， 若選用的壓力表量程過(guò)小，設(shè)備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限，則會(huì)使壓力表中的彈性元件長(zhǎng)期處于最大的變形狀態(tài)，易產(chǎn)生永久變形，引起壓力表的誤差增大和使用壽命降低。另外，壓力表的量程過(guò)小，萬(wàn)一超壓運(yùn)行，指針越過(guò)最大量程接近零位，而使操作人員產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，造成更大的事故。因此，壓力表的使用壓力圍，應(yīng)不超過(guò)刻度極限的6070%。測(cè)量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤(pán)刻度極限值的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示的。精度等級(jí)一般都標(biāo)在表盤(pán)上，選用壓力表時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的壓力等級(jí)和實(shí)際工作需要來(lái)確定精度。額定蒸汽壓力小于2.45MPa的鍋爐和低壓容器所用的壓力表，其精度不應(yīng)低于2.5級(jí)；額定蒸

18、汽壓力大于2.45MPa的鍋爐和中、高壓容器的壓力表，精度不 應(yīng)低于 1.5 級(jí)。表盤(pán)直徑為了使操作人員能準(zhǔn)確地看清壓力值，壓力表的表盤(pán)直徑不應(yīng)過(guò)小。在一般情況下，鍋爐和壓力容器所用壓力表的表盤(pán)直徑不應(yīng)小于100mm如果壓力表裝得較高或離崗位較遠(yuǎn)，表盤(pán)直徑還應(yīng)增大。考慮到液氨有一定腐蝕性, 所以綜合考慮選用隔膜壓力表, 技術(shù) 指標(biāo)為：精度等級(jí)：（1.6） 公稱直徑：接頭螺紋：1.5G1$ 20測(cè)量圍：02.4 MPa（八）選配工藝接管：本儲(chǔ)罐設(shè)有如下接口管1. 液氨進(jìn)料管采用無(wú)縫鋼管GB/T8163-1999$ 57X 5mm，管的一端伸入罐切成管長(zhǎng)400 mm配用凹凸面式平焊管法蘭 HG20592-97 WN50-2.52. 液氨出料管采用可拆的壓出管$ 58 x 5mm伸入至U罐離罐底約 100 mm,外套 無(wú)縫鋼管$ 87X 20mmf壁力口厚，具有補(bǔ)強(qiáng)作用），都配用HG20592-97 WN50-2.5凹凸面管法蘭和石墨復(fù)合墊片（HG20608-97。3. 排污管在罐的右端最底部設(shè)個(gè)排污管，規(guī)格是$ 125X 24mm管端焊有 與截止閥相配的管法蘭HG20592-97 WN80-2.5排污管與罐體連接 處焊 有一厚度為10mm勺補(bǔ)強(qiáng)圈.4. 安全閥接口管安全閥