1、沈阳理工大学课程设计沈阳 XX 大学课程设计题目： 液氨储罐设计 院系： 环境与化学工程学院 专业： 化学工程与工艺 班级： 姓名： 指导教师： 完成日期：2010 年 12 月 25 日沈阳理工大学课程设计沈阳理工大学课程设计设计任务书设计题目：液氨储罐设计设计任务：试设计一液氨储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计。包括筒体、封头、零部件的材料的选择及结构的设计；罐的制造施工及焊接形式等；设计计算及相关校核；各设计的参考标准；附 CAD 图。已知工艺参数如下：最高使用温度：T=50；公称直径：DN=3000；筒体长度（不含封头）：Lo=5900。任务下达时间：2010 年 11
2、月 19 日完成截止时间：2010 年 12 月 30 日沈阳理工大学课程设计I目录设计任务书1 前言 .12 设计选材及结构 .22.1 工艺参数的设定 .22.1.1 设计压力 .22.1.2 筒体的选材及结构 .22.1.3 封头的结构及选材 .23 设计计算 .43.1 筒体壁厚计算 .43.2 封头壁厚计算 .43.3 压力试验 .54 附件的选择 .64.1 人孔的选择 .64.2 人孔补强的计算 .74.3 进出料接管的选择 .94.4 液面计的设计 .104.5 安全阀的选择 .104.6 排污管的选择 .104.7 鞍座的选择 .114.7.1 鞍座结构和材料的选取 .114
3、.7.2 容器载荷计算 .124.7.3 鞍座选取标准 .124.7.4 鞍座强度校核 .135 容器焊缝标准 .145.1 压力容器焊接结构设计要求 .145.2 筒体与椭圆封头的焊接接头 .145.3 管法兰与接管的焊接接头 .145.4 接管与壳体的焊接接头 .14沈阳理工大学课程设计II6 筒体和封头的校核计算 .166.1 筒体轴向应力校核 .166.1.1 由弯矩引起的轴向应力 .166.1.2 由设计压力引起的轴向应力 .176.1.3 轴向应力组合与校核 .176.2 筒体和封头切向应力校核 .187 总结 .19参考文献 .20沈阳理工大学课程设计11 前言本设计是针对化工设
4、备机械基础这门课程所安排的一次课程设计，是对这门课程的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。本设计的液料为液氨，它是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用广泛。分子式 NH3，分子量 17.03，相对密度 0.7714g/L，熔点-77.7，沸点-33.35，自燃点 651.11，蒸汽压 1013.08kPa(25.7)。蒸汽与空气混合物爆炸极限 1625%(最易引燃浓度 17%)。氨在 20水中溶解度 34%,25时,在无水乙醇中溶解度 10%,在甲醇中溶解度 16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇
5、热、明火,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理
6、地进行设计。沈阳理工大学课程设计22 设计选材及结构2.1 工艺参数的设定2.1.1 设计压力根据化学化工物性数据手册查得 50蒸汽压为 2032.5kpa，可以判断设计的容器为储存内压压力容器，按压力容器安全技术监察规程规定，盛装液化气体无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气 50时的饱和蒸汽压力，可取液氨容器的设计压力为 2.16 Mpa，属于中压容器。而且查得当容器上装有安全阀时，取1.051.3 倍的最高工作压力作为设计压力；所以取 2.16 Mpa 的压力合适。属于中压容器 5。pa10M6.0设计温度为 50 摄氏度，在-20200条件下工作属于常温容器。2.1.2 筒体的
7、选材及结构根据液氨的物性选择罐体材料，碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在 0.1/年以下，且又属于中压储罐，可以考虑 20R 和 16MnR 这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，建议选用 20R 类的低碳钢板， 16MnR 钢板的价格虽比 20R 贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR 钢板为比较经济。所以在此选择 16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。钢板标准号为 GB6654-1996。筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广 1，5 。2.1.3 封头的结构及选材封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积
8、来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，沈阳理工大学课程设计3可以达到与筒体等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。查椭圆形封头标准（JB/T4737-95）表 2.1 椭圆封头标准公称直径 DN 曲面高度 h1 直边高度 h2 内表面积 Fi/m2 容积 V/m33000 750 50 10.2
9、 3.89封头取与筒体相同材料 1,5。沈阳理工大学课程设计43 设计计算3.1 筒体壁厚计算查 压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢得 16MnR 的密度为 7.85t/m3，熔点为 1430，许用应力 列于下表：t表 3.1 16MnR 许用应力在下列温度（）下的许用应力/ Mpa钢号 板厚/20 100 150 200 250 300616 170 170 170 170 156 1441636 163 163 163 159 147 1343660 157 157 157 150 138 12516MnR60100 153 153 150 141 128 116圆筒的计算压力为 2.16
10、 Mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为 1.00,全部无损探伤。取许用应力为 163 Mpa。壁厚： （3.1）1.026.132.2Dctip钢板厚度负偏差 ,查材料腐蚀手册得 50下液氨对钢板的腐蚀速率小于0.8C10.05/年，所以双面腐蚀取腐蚀裕量 。C2所以设计厚度为：81.212d圆整后取名义厚度 24。3.2 封头壁厚计算标准椭圆形封头 a:b=2:1 封头计算公式 ：沈阳理工大学课程设计5（3.2）cticp5.02D可见封头厚度近似等于筒体厚度，则取同样厚度。因为封头壁厚20则标准椭圆形封头的直边高度 1
11、,4.h03.3 压力试验水压试验，液体的温度不得低于 5；试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中，应保持容器外表面的干燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于 30min。然后将压力降至规定试验压力的 80%，并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验。水压试验时的压力(3.3)Mpapt 7.216.52.1T水压试验的应力校核：水压试验时的应力Mpa (3.4)4.1724307.2DT eip水压试验时的许用应力为 Mpas 5.930.19.0故筒体满足水压试验时的强度要求 1。ST0.9
