液氨储罐课程设计分析

课程设计任务书1课程设计任务书1.设计题目：液氨储罐机械设计2.课程设计要求及原始数据（资料）：(1)、课程设计要求：①.使用国家最新压力容器和换热器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。②.广泛查阅和综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。③.设计计算要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠。④.设计说明书可以手写，也可打印，但工程图纸要求手工绘图。⑤.课程设计全部工作由学生本人独立完成。(2).设计数据：技术特性公称容积(m3)16公称直径DN(mm)2000介质液氨筒体长度L(mm)4700工作压力(MPa)2.07工作温度(0C)50厂址茂名推荐材料16MnR管口表编号名称公称直径(mm)编号名称公称直径(mm)a1-2液位计15e安全阀32b进料管50f放空管25c出料管32g人孔450d压力表h排污管50广东石油化工学院：液氨储罐机械设计23.工艺条件图4.计算及说明部分内容（设计内容）：第1章绪论：（1）液氨储罐的设计背景（2）液氨贮罐的分类及选型；（3）主要设计参数的确定及说明。第2章材料及结构的选择与论证（1）材料选择与论证；（2）结构选择与论证：封头型式的确定、人孔选择、法兰型式、液面计的选择、鞍座的选择确定。第3章工艺尺寸的确定第4章设计计算（1）计算筒体的壁厚；（2）计算封头的壁厚；（3）水压试验压力及其强度校核；（4）选择人孔并核算开孔补强；（5）选择鞍座并核算承载能力；（6）选择液位计；（7）选配工艺接管。设计小结参考文献5．绘图部分内容：总装配图一张（A1图纸）课程设计任务书36．设计期限：1周（2013年06月24日～2013年07月05日）7、设计参考进程：(1)设计准备工作、选择容器的型式和材料半天(2)设计计算筒体、封头、选择附件并核算开孔补强等一天(3)绘制装配图二天(4)编写计算说明书一天(5)答辩半天8．参考资料：(一)国家质量技术监督局，GB150-1998《钢制压力容器》，中国标准出版社，1998；(二)国家质量技术监督局，《压力容器安全技术监察规程》，中国劳动社会保障出版社，1999(三)《金属化工设备·零部件》第四卷(四)中华人民共和国化学工业部，中华人民共和国待业标准《钢制管法兰、垫片、紧固件》，1997(五)《化工设备机械基础课程设计指导书》（图书馆借阅书号：TQ05/51）(六)刁玉纬王立业，《化工设备机械基础》，大连理工大学出版社，2003年第五版；(七)李多民俞惠敏，《化工过程设备机械基础》，中国石化出版社，2007；(八)董大勤，《化工设备机械基础》，化学工业出版社，1994年第二版；(九)汤善甫朱思明，《化工设备机械基础》，华东理工大学出版社，2004年第二版；发给学生（签名）：指导教师：年月日（注：此任务书应附于所完成的课程设计说明书封面后）广东石油化工学院：液氨储罐机械设计4目录第一章绪论…………………………………………………………61.1液氨贮罐的设计背景…………………………………………61.2液氨贮罐的分类及选型………………………………………61.2.（1）贮罐的分类………………………………………………61.2.（2）贮罐的选型………………………………………………61.3设计温度和设计压力的确定…………………………7第二章材料及结构的选择与论证…………………………………82.1材料选择与论证………………………………………………82.1.（1）容器用钢…………………………………………………82.2.（2）附件用钢…………………………………………………82.2结构选择与论证………………………………………………82.2.（1）封头形式的确定……………………………………………82.2.（1）人孔的选择………………………………………………92.2.（3）法兰形式…………………………………………………92.2.（4）液面计的选择……………………………………………102.2.（5）鞍式支座的选择…………………………………………10第三章工艺尺寸的确定…………………………………………11第四章设计计算…………………………………………………144.1计算罐体壁厚设计……………………………………………144.2计算封头的壁厚……………………………………………144.3校核罐体和封头水压试验强度………………………………154.4选择人孔并核算开孔补强…………………………………154.4（1）计算削去的承受应力所必须的金属截面…………………164.4（2）.计算有效补强范围………………………………………164.4（3）.计算有效补强金属截面积………………………………164.4（4）.所需补强截面积4A为……………………………………174.4（5）.补强圈设计………………………………………………174.5.选择鞍座并核算承载能力……………………………………17目录54.5（1）.罐体的质量1m……………………………………………174.5（2）.封头的质量2m……………………………………………184.5（3）.水压试验时水的质量3m…………………………………184.5（4）.附件的质量4m……………………………………………184.6选择液位计………………………………………………………184.7选配工艺接管……………………………………………………184.7（1）.液氨进料管………………………………………………194.7（2）液氨出料管………………………………………………194.7（3）排污管……………………………………………………194.7（4）.放空管接口管……………………………………………194.7（5）.液面计接管………………………………………………194.7(6).安全阀接口管………………………………………………19设计心得……………………………………………………………20参考文献……………………………………………………………21广东石油化工学院：液氨储罐机械设计6第一章绪论：1.1.液氨贮罐的设计背景化学工业和其它流程工业的生产都离不开容器。所有的化工设备的壳体都是一种容器，容器的应用遍及各行各业，诸如航空、航海、机械制造、轻工、动力等行业。然而化工容器又有其本身特点，不仅要适应化学工艺过程所要求的压力和温度条件，还要承受化学介质的作用，要能长期的安全工作且保证良好的密封。因此在容器的设计中应综合考虑个方面的因素，使之达到最优。液氨主要用于生产硝酸、尿素和其它化学肥料，还可用作医药和农药的原料。在国防工业中用于制造火箭、导弹的推进剂，可用作有机化工产品的氨化原料，还可用作冷冻剂，将氨进行分解，分解成氢氮混合气体这种混合气体是一种良好的保护气体，可以广泛地应用于半导体工业、冶金工业以及需要保护气氛的其它工业和科学研究中。为能够进行连续的生产，需要有储存液氨的容器，因此设计液氨贮罐是制造贮罐的必备步骤，是化工生产能够顺利进行的前提。1.2.液氨贮罐的分类及选型1.2.（1）贮罐的分类贮罐按其形状可分为方形和矩形容器、球形容器、圆筒形容器（立式、卧式）。按其承压性质可分为内压和外压，内压容器又可分为低压、中压、高压、超高压4个压力等级。按其工作的温度环境可分为低温、常温、中温、高温容器。按制造器的材料可分为金属制和非金属制两类。按其应用情况可分为反应压力容器（R）、换热压力容器（E）、分离压力容器（S）、储存压力容器（C）等。1.2.（2）贮罐的选型在本设计中由于设计体积较小（约为16m3）且工作压力较小（p0=1.6MPa）可采用卧式圆筒形容器，方形和矩形容器大多在很小设计体积时采用，因其承压能力较小且使用材料较多；而球形容器虽承压能力强且节省材料，但制造较难且安装内件不方便；立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱，故选用圆筒形卧式容器。卧式圆筒形液氨储罐通常由卧式圆筒形筒体和两端的椭圆形封头组成，按照化学生产工艺的要求设置进料口、出料口、放空口、排污口、压力表、安全阀和液面计等。为了检修方便，还要开设人孔，用鞍式支座支承于混凝土基座上。第一章72.3设计温度和设计压力的确定罐储存的是经过压缩机压缩后，被冷却水冷凝的液态氨，由于冷却水的温度随气候变化而波动，通常氨被压缩到0.9～4MPa才能被冷却水冷凝。储罐通常置于室外，罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响，在冬季可达-30℃，在夏季储罐经太阳曝晒后，液氨的温度可达50℃，这时候氨的饱和蒸汽压随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断改变（参考下表3-1）。表3-1：液氨的饱和蒸汽压和密度温度（℃）50403020100-10-20-30饱和蒸汽压（绝压，MPa）2.071.5531.1650.8560.6140.4280.2910.1900.120密度（kg/m3）563580595610625639652665678液氨储罐的操作温度通常可取夏季的最高气温50℃（参考表3-2所示）。为了确保操作安全，我国劳动和社会保障部颁布的《压力容器安全技术监察规程》第25条规定：临界温度高于50℃的液氨，无保温常温储存，储罐必须安装安全阀，工程中其设计压力不低于安全阀开启压力（参考表3-3所示，安全阀开启压力取1.05～1.10倍工作压力），通常选取为2.07×1.1＝2.16MPa（相当于取50℃时饱和蒸汽压对应的设计压力）。表3-2设计温度介质工作温度设计温度ⅠⅡt＜-20℃介质最低工作温度介质工作温度减0～10℃-20℃≤t≤15℃介质最低工作温度介质工作温度减5～10℃t15℃介质最高工作温度介质工作温度加15～30℃注：当最高（低）工作温度不明确时，按表中的Ⅱ确定。表3-3设计压力类型设计压力p内压容器无安全泄放装置1.0～1.10倍工作压力装有安全阀不低于（等于或稍大于）安全阀开启压力（安全阀开启压力取1.05～1.10倍工作压力）装有爆破片取爆破片设计爆破压力的上限出口管线上装有安全阀不低于安全阀的开启压力加上流体从容器流至安全阀处的压力降两侧受压的压力容器元件一般应以两侧的设计压力分别作为该元件的设计压力。当有可靠措施确保两侧同时受压时，可取两侧最大压力差作为设计压力真空容器当有安全阀控制时，取1.25倍的内外压力差，或0.1MPa两者中的较小值。当没有安全阀控制装置时，取0.1MPa。广东石油化工学院：液氨储罐机械设计8第二章材料及结构的选择与论证2.1材料选择与论证2.1.（1）容器用钢压力容器的使用工况（如温度、压力、介质特性和操作特点等）差别很大，制造压力容器所用的钢种类很多，既有碳素钢、低合金高强度钢和低温钢，也有中温抗氢钢、不锈钢和耐热钢，还有复合钢板。一般中低压设备可采用屈服极限为245MPa～345MPa级的钢材；直径较大、压力较高的设备，均应采用普通低合金高强度钢，强度级别宜用400MPa级或以上；如果容器的操作温度超过400℃，还需考虑材料的蠕变强度和持久强度。16MnR钢是屈服强度350MPa级的普通低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性。在焊接压力容器时采用碱性焊条（J507）2，15MnVR钢和18MnMoNbR钢是屈服强度分别为400、500MPa级普通低合金高强度钢，虽然有较高的强度，但韧性、塑性都较C-Mn钢低，且有较高的缺口敏感性和时效敏感性。并且这两类钢均较16MnR钢昂贵。因此选用16MnR钢既符合工艺要求，也节约资源，以便获得更好的经济价值。2.1.（2）附件用钢优质低碳钢的强度较低，塑性好，焊接性能好，因此在化工设备制造中常用作热交换器列管、设备接管、法兰的垫片包皮等。优质中碳钢的强度较高，韧性较好，但焊接性能较差，不宜用作接管用钢。由于接管要求焊接性能好且塑性好。故选择10号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。由于本贮罐使用地点为：茂名，在夏季最高温度可达50℃，这时氨的饱和蒸气压为2.07MPa（绝对压力)。由于法兰必须具有足够大的强度和刚度，以满足连接的条件，使之