液氨臥式儲(chǔ)罐

1、前言本說(shuō)明書(shū)為31卻液氨儲(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 TOC o 1-5 h z 附：設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2第一章緒論3（一）設(shè)計(jì)任務(wù)3（二）設(shè)計(jì)思想3（三）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（一）材料選擇3（二）結(jié)構(gòu)選擇與論證3第三章設(shè)計(jì)計(jì)算5（一）計(jì)算筒體的壁厚5 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document （二）計(jì)算封

2、頭的壁厚6 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document （三）水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核6 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document （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（六）選擇液面計(jì)9（七）選擇壓力計(jì)10（八）選配工藝接管10第四章設(shè)計(jì)匯總11 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 第五章結(jié)束語(yǔ)12 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 第六章參考文獻(xiàn)13第_章緒論（一）設(shè)計(jì)任務(wù)：針對(duì)化工廠中常見(jiàn)的液氨

3、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)。（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

4、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、16MnR這兩種鋼種。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用20R 類的低碳鋼板，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：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

5、， 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，比橢圓開(kāi)封頭節(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。人孔的選擇：壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備 的內(nèi)部構(gòu)件。人孔主要由簡(jiǎn)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。人孔的類型彳艮 多，選擇使用上有較大的靈活

6、性，其尺寸大小及位置以設(shè)備內(nèi)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。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 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa在較小范圍內(nèi)(DN300 mm2000 mm)適用溫 度范圍為-20C300C。乙型平焊法蘭用于PN0.25 MPa1.6 MPa壓 力等級(jí)中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為DN300 mm3000 mm，適用溫度范圍

7、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。用于更高壓力的范圍(PN0.6 MPa6.4MPa)適 用溫度范圍為-20C45C。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 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。液面計(jì)的選擇：液面計(jì)是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型很多，大體上 可分為四類，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

8、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)，其適用溫度一般在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 250C的范圍。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)均適用于物料內(nèi)沒(méi)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

9、，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)。4.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性诹粌?nèi)產(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)

10、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31m3,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=2700mmiPc設(shè)計(jì)壓力儲(chǔ)罐的最高工作溫度為40C，此時(shí)氨的飽和蒸汽壓 為1.55MPa，取此壓強(qiáng)的1.10倍作為設(shè)計(jì)壓力，故P = 1.10 X 1.55 = 1.705 MP在操作溫度-540C的范圍內(nèi)，估計(jì)筒體壁厚大約為16mm，在常 用容器鋼板（管）許用應(yīng)力表中按設(shè)計(jì)溫度40C，板厚616mm 間插值取得2 =

11、 200.75 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C=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C=2 mm。2液氨儲(chǔ)罐是內(nèi)壓薄壁容器，按公式計(jì)算筒體的設(shè)計(jì)厚度為：5 = Pc Di + C = 1,705 X 2700 + 2 = 13.515 mmd 2b 叩P2 2 X 200 .75 X 1.00考慮到鋼板負(fù)偏差，所以筒體厚度應(yīng)再加上C即13.515+0.8=14.315根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查鋼板的常用厚度表圓整為。n=16mm（二）計(jì)算封頭的壁厚：封頭的設(shè)計(jì)厚度采用

12、標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同。封頭的設(shè)計(jì)厚度5 = + C =1,705 X 2700+ 2 = 13.515 mmd2b f 中一P 22 x 200 .75 x 1.00考慮到鋼板負(fù)偏差，所以封頭厚度應(yīng)再加上C 即 12.515+0.8=14.315 mm根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查鋼板的常用厚度表圓整為6 n=16mm，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)的壓力尸為：P = 1.25 P = 1.25 x 1.705 = 2.13 MPa 1c 9 tP = P + 0.10 = 1.705 + 0.10 = 1.805 MPa選取兩者中壓力較大值作為水壓試驗(yàn)壓

13、力，即叫=2.13 MP，ta水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力為P (D +5 )2 5 9e=P (D +5 )2 5 9e=218 .91MPa2 x (16 0.8 2) x 1查表得厚度為16mm的16MnR鋼板的鋼材屈服極限，=345 MP sa故在常溫水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力為0.9。 = 0.9 x 345 = 310 .5MP故。0.9。因此滿足水壓試驗(yàn)要求選擇人孔并核算開(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1.705MPa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(GH21524-2004)，公稱直徑450mm 突面 法蘭密

14、封面。該人孔標(biāo)記為：人孔R(shí)F IV(AG)450-2.5 GH21524-2004另外，還要考慮人孔補(bǔ)強(qiáng)確定補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸,由于人孔的簡(jiǎn)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) 內(nèi)徑為d = 450 mm，壁厚8二噸查表得人孔的筒體尺寸為480X 10,由標(biāo)準(zhǔn)查得補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸為：內(nèi)徑D=484外徑D=760開(kāi)孔林強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：筒體的計(jì)算壁厚：8 = 一PCDi一 =1.705 x 2700= 11.515 mm2。叩-P2 x 200 .75 x 1 - 1.705c計(jì)算開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積A：開(kāi)孔直徑：d = di + 2C = 450 + 2 x (0.8 +

15、 1) = 453 .6mm補(bǔ)強(qiáng)的面積：a = d -8 = 453 .6 x 11 .515 = 5223 .204 mm 2有效寬度：B = 2 - d = 2 x 453 .6 = 907 .2mmB = d + 2 -8n + 2 -8m = 453 .6 + 2 x 16 + 2 x 10 = 505 .6mm取最大值B=907.2mm有效高度：外側(cè)高度h =*代 =，：453 .6 x 10 = 67 .35 mm或 =接管實(shí)際外伸高度 =250 mm兩者取較小值67.35mm內(nèi)側(cè)高度h = Jd .8 =山53 .6 x 10 = 67.35mm或h =接管實(shí)際內(nèi)伸高度=0 mm

16、2兩者取較小值h = 0 mm2筒體多余面積A1：筒體有效厚度廣氣一 C = 16 - 1.8 = 14.2 mm選擇與筒體相同的材料(16MnR)進(jìn)行補(bǔ)償，故f =1,所以A = (B - d)(8 -8 ) - 2 8 (8 - 8 )(1 - f=(907 .2 - 453 .6)(14 .2 - 11 .515 ) - 2 x 10 x (14.2 - 11 .515 )(1 - 1)=1 2 1.9 1 mm 21.705 x 453 .6接管計(jì)算厚度8接管多余金屬的截面積A1.705 x 453 .6接管計(jì)算厚度8=1.93 mm2 x 200 .75 x 1 - 1.705A =

17、 2 - h (8 8 ) f + 2 - h (8 C ) f21 et t y2 et2 y=2 - h (8 C - 8 ) f + 0=2 x 67.35 x (10 1.8 1.93)=844 .569 mm 2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫截面積A3：A = 2 x - x 10 x 10 = 100 mm 232有效補(bǔ)強(qiáng)面積A :eA = A. + A + A = 1217 .916 + 844 .569 + 100 = 2162 .485 mm 2 因?yàn)閍 403.9168Kn，故其承載能力足夠。標(biāo)記 為：支座 Dg2008 A JB/T 4712-1992（六）選擇液面計(jì)：液氨儲(chǔ)罐常用玻璃液面

18、計(jì)，由儲(chǔ)罐公稱直徑2700選擇長(zhǎng)度為 2000mm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：$32 x3.5mm平焊管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg25液面計(jì)標(biāo)記為：玻璃管液面計(jì) AIDL-1200 HG 5-227-80（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，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

19、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，壓力表的使用壓力范圍，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 數(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)； 額定蒸汽壓力大于2.45MPa的鍋爐和

20、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)：（i6）公稱直徑：$ 50接頭螺紋：15G1測(cè)量范圍：2.4MPa（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YB231-70 $ 76X4mm，管的一端伸入罐切成45 ,管長(zhǎng)400 mm。配用凸面式平焊管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg25液氨出料管采用可拆

21、的壓出管 76 X 4mm,伸入到罐內(nèi)離罐底約100 mm,外套 無(wú)縫鋼管 89X6mm(管壁加厚，具有補(bǔ)強(qiáng)作用)，都配用凸面板式平焊 管法蘭(HG 5010-58 Pg16Dg25)，凸面管法蘭蓋(GB9123.9-88)和 石棉橡膠墊片(GB9126.2-88)。排污管在罐的右端最底部設(shè)個(gè)排污管，規(guī)格燉76 X4mm，管端焊有與 截止閥相配的管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg7Q排污管與罐體連接處焊 有一厚度為10mm的補(bǔ)強(qiáng)圈.安全閥接口管安全閥接口管尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用/6 X 4mm的 無(wú)縫鋼管，管法蘭HG 5010-58 Pg16Dg70壓力表接口管壓力表接口管由最大工作壓力決定，因此選用采用 57X 3.5mm 無(wú)縫