25立方米液氨儲罐設(shè)計說明書1

目

錄一、

工藝設(shè)計..........................................................................................................11.1存儲量設(shè)計......................................................................................................11.2設(shè)計壓力的確定.............................................................................................11.3設(shè)計溫度..........................................................................................................2二、結(jié)構(gòu)設(shè)計..............................................................................................................22.1設(shè)計條件..........................................................................................................22.2結(jié)構(gòu)設(shè)計..........................................................................................................32.2.1材料選擇...............................................................................................32.2.2筒體和封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計.2.2.3法蘭設(shè)計...............................................................................................52.2.4人孔、手孔、液面計結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.5支座結(jié)構(gòu)設(shè)計.......................................................................................92.2.6焊接接頭設(shè)計.....................................................................................12三、強(qiáng)度計算..............................................................................................................153.1容器的筒體和封頭壁厚設(shè)計.3.1.1容器的筒體和封頭壁厚計算.3.1.2壓力容器水壓試驗.............................................................................163.2開孔補(bǔ)強(qiáng)計算................................................................................................16word文檔可自由復(fù)制編輯一、

工藝設(shè)工藝設(shè)計的內(nèi)容是根據(jù)設(shè)計任務(wù)提供的原始數(shù)據(jù)和生產(chǎn)工藝要求過計算和選型確定設(shè)備的輪廓尺寸。1.1儲量設(shè)設(shè)計存儲量由式進(jìn)行計算：1-1式中，--存儲量，；--裝量系數(shù)；--壓力容器容積，--設(shè)計溫度下飽和液體密度，。1.2設(shè)計壓的確定設(shè)計壓力應(yīng)根據(jù)最高工作壓力來確定對于承裝液化氣體的壓力容器可根固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSGR0004-2009中條例來確定，常溫儲存液化氣體壓力容器溫度下的工作壓力按表確定:表1-1常溫儲存液化氣體壓力容器規(guī)定溫度下的工作壓力規(guī)定溫度下的工作壓力有保冷設(shè)施液化氣體臨界溫度

無保冷設(shè)施

無試驗實測溫度

有試驗實測最高工作溫度并且能保證低于臨界溫度50飽和蒸汽壓力

可能達(dá)到的最高工作溫度下的飽和蒸汽壓力在設(shè)計所規(guī)定的最大充裝量試驗實測最高工作溫度下下為50的氣體壓力

的飽和蒸汽壓力設(shè)計條件要求儲罐無保冷設(shè)施，且臨界溫度為50，因此規(guī)定溫度下的工作壓力為50的飽和蒸汽壓，液氨50時的飽和蒸汽壓為1.968。word文檔可自由復(fù)制編輯1.3計溫度設(shè)計溫度指容器在正常工作情況下設(shè)定的元件金屬溫（沿元件金屬截面的平均溫度值計溫度與設(shè)計壓力一起作為設(shè)計載荷條件。設(shè)計溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)可能達(dá)到的最高溫度。對于0以下的金屬溫度，設(shè)計溫度不得高于元件金屬可能達(dá)到的最低溫度表1-2出了液氨的飽和蒸汽壓及密度：表1-2

液氨飽和蒸汽壓及飽和液密度溫度℃飽和蒸汽壓飽和液密度

-150.169658

100.503625

301.056595

501.868563設(shè)計條件要求工作溫度為-20—50，因此，設(shè)計溫度為50。二、結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1計條件以結(jié)構(gòu)設(shè)計條件表和管口表的形式列出，見表和表2-2：項目工作介質(zhì)工作壓力設(shè)計壓力工作溫度設(shè)計溫度工程容積（）

表2-1內(nèi)容液氨8682-20—505025

結(jié)構(gòu)設(shè)計條件表備注飽和蒸汽壓為絕壓，減去大氣壓強(qiáng)表示為表壓1.1工作壓力元件金屬在工作狀態(tài)可能達(dá)到的最高溫度計算容積（

計

）

25.03

筒體容積封頭容積word文檔可自由復(fù)制編輯工作容積

工

21.27

裝量系數(shù)計算容積裝量系數(shù)介質(zhì)密度（）材質(zhì)保溫要求其他要求公稱規(guī)格PN40DN500PN40DN50PN40DN50PN40DN50PN40DN25PN40DN50PN40DN80PN40DN25PN40DN20

0.850.563筒體用Q345R，法蘭用20鋼無無表2-2連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)HG/T21518HG/T20592-2009HG/T20592-2009HG/T20592-2009HG/T20592-2009HG/T20592-2009HG/T20592-2009HG/T20592-2009HG/T20592-2009

管口表密封面凹凸面突面突面突面突面突面突面突面突面

用途或名稱人孔液氨進(jìn)料管液氨出料管出氣管測壓管備用管安全閥管排污口液位計管口2.2構(gòu)設(shè)計化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括設(shè)備承壓殼（一般為筒體和封頭及其零部件的設(shè)計。設(shè)備零部件包括支座、接管和法蘭、人孔和手孔、液面計等。我國已經(jīng)制訂了化工設(shè)備通用零部件的系列標(biāo)準(zhǔn)計時可根據(jù)具體設(shè)計條件按照附錄中給出的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選用。2.2.1料選擇壓力容器用材料包括容器受壓殼體用鋼和設(shè)備零件用材料部件有受壓元（如接管法蘭和非受壓元（如支座材料涉及鋼板鋼管鍛件、word文檔可自由復(fù)制編輯型鋼及鋼棒等。壓力容器受壓元件用鋼應(yīng)符合《鋼制壓力容器GB150中的有關(guān)規(guī)定。選擇材料要綜合考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)、制造工藝（鍛造、焊接和切削加工等實際的工作條件（壓力、溫度、介質(zhì)特性和操作特點等）以及材料的力學(xué)性能、物理性能、耐腐蝕性能、價格與供應(yīng)等諸多因素。壓力容器受壓元件用鋼應(yīng)符合《鋼制壓力容器》GB150中得規(guī)定，對于非受壓元件用鋼，當(dāng)與受壓元件焊接時，也應(yīng)是焊接性能良好的鋼材。壓力容器殼體通常采用鋼板經(jīng)過焊接而成蘭視具體情況可采用鋼板或鍛件栓和螺柱應(yīng)采用鋼棒管一般應(yīng)采用無縫鋼管所用材料涉及鋼板，型鋼及鋼管。任務(wù)書中要求所設(shè)計容器的設(shè)計壓力為，工作溫度為-20—50，所以能選用，Q345使用溫度為-20—475，設(shè)計壓力，均符合設(shè)計要求，液氨在《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險程度分類》HG20660-2000中屬于中度危害的化學(xué)介質(zhì)，具有一定的腐蝕性，同時低合金鋼如Q345R的屈服極限比碳素鋼的屈服極限高出許多采用這類鋼材制造壓力容器可以顯著減小設(shè)備重量降低制造成本同時給設(shè)備的運(yùn)輸和安裝也帶來很大的方便。綜合考慮，該容器筒體選用。封頭法蘭接管等均要受壓同樣要具有一定的塑性此封頭法蘭、接管選用和筒體一樣的鋼材，Q345R。支座屬于非受壓部件，為了焊接方便等因素，這里也選用Q345R做為鋼材。2.2.2體和封結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計要求壓力容器的公稱容積為，包括筒體體積和封頭容積，設(shè)計要求長徑比在3—6之間，設(shè)筒體內(nèi)徑為，筒體長度為，首先忽略封頭容積，取長徑比為，則2-12-2聯(lián)立式2-1和式2-2，解得,取公稱直徑為，容器的工程直徑就是內(nèi)徑。word文檔可自由復(fù)制編輯標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭是中低壓容器中經(jīng)常采用的封頭型式《鋼制壓力容器用封頭》JB/T4746-2002查取數(shù)據(jù)，可得公稱直徑為，總深度為，如圖2-1所示：

的封頭容積為圖2-1壓力容器總體積為筒體體積和封頭容積之和，可得2-3將

帶入式2-3，可得。則計算容積為長徑比為，符合長徑比要求。

，符合設(shè)計要求；因此設(shè)計容器筒體長度為，公稱直徑為，選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。2.2.3蘭設(shè)計管法蘭設(shè)計參照《鋼制管法蘭》HG/T20592-2009準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計要求有液氨進(jìn)料管法蘭、液氨出料管法蘭、出氣管法蘭、測壓管法蘭、測溫口法蘭、備用口管法蘭、安全閥法蘭、排污口管法蘭、液位計接管法蘭等。此壓力容器設(shè)計壓力為，公稱壓力為，查表后選取公稱壓力。液氨進(jìn)料管法蘭采用，帶頸對焊法蘭，采用凹凸面密封面，纏繞墊墊片材料，個螺柱，個螺母；液氨出料管法蘭采用，帶頸對焊法word文檔可自由復(fù)制編輯蘭，采用凹凸密封面，纏繞墊墊片材料，個螺柱，個螺母；出氣管法蘭采用頸對焊法蘭用凹凸面密封面繞墊墊片材料個螺柱個螺母；備用管法蘭采用，帶頸對焊法蘭，采用凹凸面密封面，纏繞墊墊片材料，個螺柱，螺母；測溫管法蘭采用，帶頸對焊法蘭，采用凹凸面密封面，纏繞墊墊片材料，

個螺柱，個螺母；排污口管法蘭采用頸對焊法蘭用凹凸面密封面繞墊墊片材料個螺柱個螺母；測壓口管法蘭采用，帶頸對焊法蘭，采用凹凸面密封面，纏繞墊墊片材料，個螺柱，個螺母；安全閥管法蘭采用，帶頸對焊法蘭，采用凹凸面密封面，纏繞墊墊片材料，個螺柱，

個螺母；液位計接管法蘭采用帶頸對焊法蘭采用凹凸面密封面纏繞墊墊片材料，個螺柱，個螺母。測溫管只在筒體上接一根接管，并不焊接法蘭。管法蘭的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，法蘭連接尺寸如圖2-3所示，尺寸如表2-3所示：NR

A1n×L

R

KD圖2-2word文檔可自由復(fù)制編輯圖2-3表2-3PN40帶頸對焊法蘭尺寸表工程尺

鋼管外徑法蘭

連接尺寸

法蘭厚度C

法蘭頸

法蘭高寸DN

焊端外徑

法蘭外

螺栓孔中心

螺栓孔

螺栓孔數(shù)

N

R

度H徑D

圓直徑K

直徑L

量n（個20255080

25325789

90115165200

6085125160

14141818

4448

18182024

286446647586105128

354048582.2.4孔、手、液面結(jié)構(gòu)計（1）人孔人孔和手孔統(tǒng)稱為檢查孔力容器開設(shè)檢查孔的目的是為了檢查壓力容器在使用過程中是否產(chǎn)生裂紋變形腐蝕等缺陷以及裝拆設(shè)備的內(nèi)部零部件一word文檔可自由復(fù)制編輯--般公稱徑在

上時應(yīng)設(shè)人，孔的公稱直定為—

容器公稱直徑大于

且筒體與封頭為焊接連接時容應(yīng)至少設(shè)置一個人孔臥式容器筒體長度大于等于

時應(yīng)考慮設(shè)置2個以上人孔人孔是組合件括承壓零件筒節(jié)蘭法蘭蓋密封墊片及緊固件，以及與人孔啟閉有關(guān)的非承壓零件行的人手孔標(biāo)準(zhǔn)鋼制人孔和手孔21514-2005。從《回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔》HG/T查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭結(jié)構(gòu)型式。該壓力容器筒體長度為，大于，需要設(shè)計兩個人孔，筒節(jié)選用，公稱直徑選，35CrMoA柱使用于工作溫度大于

時，標(biāo)記為35CM35CrMoA螺柱配用35CrMo螺母20個螺柱，40個螺母。選用凹凸密封面，纏繞式墊片，查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，該人孔標(biāo)記為人孔人孔結(jié)構(gòu)如圖所示：

圖2-4（2）液面計液面計的測量可分為在設(shè)備本體上作為液位指示的就地液面計和對液位進(jìn)行控制的液位變送器液位計一般通過法蘭活接頭或螺紋接頭與設(shè)備聯(lián)接在一起，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)所選的液面計配相應(yīng)的接口。在標(biāo)準(zhǔn)21584，磁性液word文檔可自由復(fù)制編輯位計適用范圍為

—

，

—

，液體密度大于等于,粘度小于，符合設(shè)計要求，因此選用磁性液位計。磁性液位計的工作原理是基于浮子的浮力及磁性原理測量管內(nèi)浮子隨液位的升降而上下移動浮子內(nèi)的磁鋼通過磁耦合驅(qū)動顯示板的雙色翻（柱來顯示液位高度。磁性液位計的特點有：（1）適用范圍廣、安裝形式多樣，適合任何介質(zhì)的液位、界面的測量；（2）集現(xiàn)場指示、遠(yuǎn)傳變送、報警控制開關(guān)于一體，功能齊全；被測介質(zhì)與指示結(jié)構(gòu)完全隔離，密封性能好，防泄漏，不受高、低溫度劇變的影響，不需多組液位計的組合，適應(yīng)高壓、高溫、腐蝕條件下的液位測量，可靠性高；全過程測量無盲區(qū)，雙色指示、連續(xù)直觀、醒目、測量范圍大，觀察方向可任意改變；耐振動性能好，能適應(yīng)液位波動大的情況下工作；結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，維護(hù)費(fèi)用低。由上所述，選用磁性液位計是最合適的。按照設(shè)計要求，磁性液位計選PN4.0的壓力等級，不需要保溫，使用溫度低于，因此選用不加保溫層的普通型結(jié)構(gòu)。此液氨存儲罐的公稱直徑為，所以磁性液位計的中心距L（測量范圍）為，由于不是常用規(guī)格，在訂貨時要注明。磁性液位計連接法蘭的規(guī)格為，采用帶頸對焊法蘭，密封面型式采用突面。因此根據(jù)設(shè)計要求所選磁性液位計標(biāo)記為：2.2.5座結(jié)構(gòu)計鞍式支座是臥式容器經(jīng)常采用的支座型式，根據(jù)《鞍式支座第1部分：鞍式支座》JB/T4712.1-2007確定鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸。首先要計算設(shè)備及物料總重。（1）筒體重量：；（2）封頭重量：查表得PN40DN2000的封頭重量為556.2kg，則封頭重量word文檔可自由復(fù)制編輯為；（3）人孔重量：查表得PN40DN500的人孔重量為399kg，則人孔重量為；（4）連接法蘭鋼管重量：1、計算鋼管總體積：液位計法蘭連接鋼管長度為，液氨進(jìn)料口法蘭連接鋼管長度為，液氨出料口法蘭連接鋼管長度為。液位計法蘭連接鋼管：排污口、出氣口、測壓口、出氣口法蘭連接鋼管：備用口法蘭連接鋼管：安全閥法連接鋼管液氨進(jìn)料口法蘭連接管：液氨出料口法蘭連接管：測溫口連接管：總體積：總2、總重量：總補(bǔ)強(qiáng)圈：查表得厚度為，接管公稱直徑為為，則補(bǔ)強(qiáng)圈重量為。填裝物重量：word文檔可自由復(fù)制編輯

。

的補(bǔ)強(qiáng)圈重量530530最大液氨重量：水壓試驗時水的重量：明顯水壓試驗時的水重量大于最大液氨重量所以填裝物重量選水壓試驗時水的重量。所設(shè)最大總重量為。因為。查表后選擇、

包角重型帶墊板鞍式支座。鞍座的結(jié)構(gòu)尺寸如圖2-5所示：045°

0

01

word文檔可自由復(fù)制編輯接下來定支座的位置

052圖2-5得式判定不符合要求，故選。2.2.6接接頭計容器各受壓元件的組裝通常采用焊接。焊接接頭是焊縫和熱影響區(qū)的總稱。壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則：回轉(zhuǎn)殼體的拚接接頭必須采用對接接頭體上的所有縱向及環(huán)向接頭，凸型封頭上的拚接接頭，即A、B類接頭，不需采用對接焊，不允許采用搭接焊。對接接頭應(yīng)采用等厚度基本相等厚度差較大的兩部分回轉(zhuǎn)殼體對接時應(yīng)對厚度較大的一側(cè)進(jìn)行削薄加工以使得兩側(cè)的厚度基本相等。這樣可以減小剛度差，降低應(yīng)力集中，并便于焊接。焊接接頭應(yīng)便于進(jìn)行無損檢測對某些無損檢測要求較高的容器應(yīng)使一些角接接頭設(shè)計成對接接頭。焊接接頭的坡口設(shè)計是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容口型式只被焊兩金屬件相連接處預(yù)先被加工成的結(jié)構(gòu)形式，一般由焊接工藝本身來決定。接管與殼體及補(bǔ)強(qiáng)圈之間的焊接一般只能采用角焊和搭焊體的焊接結(jié)構(gòu)word文檔可自由復(fù)制編輯00還與對容器強(qiáng)度與安全的要求有關(guān)有多種形式涉及到是否開坡口單面焊與雙面焊、焊透與不焊透等問題。筒體與封頭之間的采用V型焊接接頭型式，如圖所示：圖2-6接管與殼體及補(bǔ)強(qiáng)圈之間的焊接一般只能采用角焊和搭焊體的焊接結(jié)構(gòu)還與對容器強(qiáng)度與安全的要求有關(guān)，這里采用雙面焊、焊透型式。帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管采用X型的焊接接頭型式，如圖所示：12°622

910.5

5±25°圖2-7word文檔可自由復(fù)制編輯..不帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管采用X型的焊接接頭型式，如圖所示：50°±5°

圖2-8焊條的選用應(yīng)考慮一下因素：對低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼要按等強(qiáng)度原則選擇焊條要求焊縫與母材強(qiáng)度相等或基本相等而不要求焊縫金屬的化學(xué)成分與母材相同當(dāng)?shù)秃辖痄撆c低碳鋼之間或不同種類的低合金鋼之間進(jìn)行焊接時應(yīng)選用與其中強(qiáng)度較低的鋼材等強(qiáng)度的焊條進(jìn)行焊接。在本次設(shè)計中，鋼號選擇，屬于低合金鋼，根據(jù)低合金鋼焊接選用原則：等機(jī)械性能原則，所以選擇低合金鋼焊條。對于Ⅱ、Ⅲ類容器之間的焊條采用堿性焊條考慮母材力學(xué)性能與化學(xué)材料構(gòu)建的結(jié)構(gòu)與剛性和經(jīng)濟(jì)性該容器所用焊條使用型號如表2-4所示：表2-4

焊接材料選擇焊接母體16MnR與Q235-A與16MnR與

焊接牌號示例J507J422J427word文檔可自由復(fù)制編輯三、強(qiáng)計算依據(jù)我國現(xiàn)行壓力容器常規(guī)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)《鋼制壓力容器》GB/T150-1998、《鋼制臥式容器》4731-2005力容器法蘭》JB/T4700-4707-2000、《容器支座》JB/T4712-2007。3.1器的筒和封頭壁厚計3.1.1器的筒和封頭厚計內(nèi)壓圓筒的計算厚度由3-1式即中徑公式確定：3-1式中，——計算壓力，；根據(jù)設(shè)計壓力和液柱靜壓力來確定。當(dāng)受壓元件所承受的液柱靜壓能壓力小于設(shè)計壓力的5%時，可忽略靜壓力的影響，去，否則計算壓力為設(shè)計壓力與液柱靜壓力之和?！Q直徑；——設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，，

與鋼板的厚度有關(guān)，設(shè)計計算時應(yīng)檢查所選用的許用應(yīng)力是否與得到的名義厚度相一致檔則應(yīng)重新計算，直至而這相一致為止?！附咏宇^系數(shù)，對筒體指縱向焊接接頭，對橢圓形封頭，若為整體沖壓，可取。雙面對接焊的全焊透對接接頭用無損檢測，在，溫度在

—

時鋼板的許用應(yīng)力為170。帶入數(shù)據(jù)，得，在圓筒計算厚度為。

范圍內(nèi)，所以內(nèi)壓標(biāo)準(zhǔn)圓筒形封頭是經(jīng)常采用的封頭型式，其計算厚度由式確定：同理帶入數(shù)據(jù)，得，在的計算厚度為。word文檔可自由復(fù)制編輯

3-3范圍內(nèi)，因此標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭設(shè)計厚度為，為腐蝕余量名義厚度為設(shè)計厚度加上鋼板負(fù)偏差后向上圓整至鋼板的規(guī)格厚度即名義厚度，設(shè)計腐蝕余量，鋼板負(fù)偏差，得到筒體和標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭名義厚度為。3.1.2