50立方米液氨储罐设计说明书张震-140140059

50m³液氨储罐设计说明书-1-燕京理工学院YanchingInstituteofTechnology（2018）届本科生化工设备机械基础大作业题目：50立方米液氨储罐设计学院：化工与材料工程学院专业：应用化学1402学号：140140059姓名：张震指导教师：周莉莉教研室主任（负责人）：顾明广2017年6月20日50m³液氨储罐设计说明书-2-目录课程设计任务书..................................................-3-50m³液氨储罐设计............................................-3-课程设计内容....................................................-3-液氨物化性质及介绍..........................................-4-第一章设备的工艺计算.......................................-4-1.1设计储存量...........................................-4-1.2设备的选型的轮廓尺寸的确定..........................-4-1.3设计压力的确定......................................-5-1.4设计温度的确定......................................-5-1.5主要元件材料的选择..................................-5-第二章设备的机械设计.......................................-6-2.1设计条件（见表2-1和表2-2）........................-6-2.2结构设计............................................-7-2.2.1材料选择.......................................-7-2.2.2筒体和封头结构设计.............................-7-2.2.3法兰的结构设计.................................-7-2.2.4人孔、液位计结构设计...........................-9-2.2.5支座结构设计.................................-11-2.2.6焊接接头设计及焊接材料的选取.................-14-2.3开孔补强计算........................................-15-2.3.1补强设计方法判别...............................-15-2.3.2有效补强范围...................................-16-2.3.3有效补强面积..................................-17-2.3.4接管的多余面积.................................-17-2.3.5补强面积.......................................-17-第三章液面计的选用.......................................-18-第四章视镜的选用.........................................-18-第五章安全阀的选用.......................................-18-第六章焊接接头的设计.....................................-18-第七章垫片及螺栓的选择...................................-18-课程设计总结...............................................-19-参考文献................................................-19-50m³液氨储罐设计说明书-3-课程设计任务书50m³液氨储罐设计一、课程设计要求：1.按照国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2.设计计算采用手算，要求设计思路设计思路清晰，计算数据准确、可靠。3.独立完成。二、原始数据设计条件表序号项目数值/名称单位备注1名称液氨储罐2用途液氨储存3最高工作压力1.55MPa由介质温度确定4工作温度0-40℃℃5公称容积（Vg）50M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(φV)0.858工作介质液氨9使用地点河北省张家口市10安装与地基要求11其它要求三、课程设计主要内容1、设备工艺、结构设计；2、设备强度计算与校核；3、技术条件编制；4、绘制设备总装配图；5、编制设计说明书。四、学生应交出的设计文件（论文）：1.设计说明书一份；2.总装配图一张(A3图纸一张)课程设计内容50m³液氨储罐设计说明书-4-液氨物化性质及介绍液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈刺激性气味。氨作为一种重要的化工原料，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。液氨在工业上应用广泛，具有腐蚀性且容易挥发，所以其化学事故发生率很高。液氨分子式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为16—25%（最易引燃浓度为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。遇热、明火，难以点燃而危险性极低，但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇火和燃烧或爆炸，如有油类或其它可燃物存在则危险性极高。第一章设备的工艺计算工艺设计的内容是根据设计任务提供的原始数据和生产工艺要求，通过计算和选型确定设备的轮廓尺寸。1.1设计储存量tVW式中：W——储存量，t；——装量系数；V——压力容器容积；m3t——设计温度下的饱和溶液的密度，3mtW=0.85×50×0.563=23.93t1.2设备的选型的轮廓尺寸的确定根据设计要求，本设计为卧式容器，筒体采用圆筒形，封头采用标准椭圆形封头由已知数据计算出筒体的基本参数如下：50m³液氨储罐设计说明书-5-表1-1筒体基本参数公称容积Vg/m³公称直径DN/mm筒体长度L/mm5026008400椭圆形封头基本参数如下表：表1-2椭圆形封头参数公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m²容积V/m³26006907.65452.5131设备计算容积V计=π/4×DN2×L+V封×2=π/4×2.6²×8.4+2.5131×2=47.10m³实际工作容积V工=V计×f=47.10×0.85=40.03m³1.3设计压力的确定液氨在40℃的饱和蒸汽压为1.55MPa，由于按《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40℃时的饱和蒸汽压力Pv=1.55Mpa，大气压Pa=0.1Mpa.而最高工作压力指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压可取液氨容器的设计压力为最大工作压力的1.1倍。即P=(1.55-0.1)×1.1=1.6水压试验Pt=1.25×1.6=2.0Mpa1.4设计温度的确定设计温度系指容器在正常操作情况下，在相应设计压力下，设定受压元件的金属温度，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度，对于0℃以下的金属温度，则设计温度不高于元件金属可能达到的最低金属温度，容器的设计温度是指壳体的设计温度，可知器设计温度选取的依据是：其值不得低于最高金属温度或不得高于最低金属温度（0℃以下）。河北省张家口市当地最高工作温度为-15℃-35℃，则设计温度取40℃。1.5主要元件材料的选择液氨属于液化气体，查阅文献，可知属于第一组介质查第一组介质—压力容器类别划分图，可知50m³液氨储罐属于第II类压力50m³液氨储罐设计说明书-6-容器。第二章设备的机械设计2.1设计条件（见表2-1和表2-2）表2-1设计条件表内容备注工作介质液氨工作压力Mpa1.54设计压力Mpa1.6工作温度℃-15—35设计温度℃40公称容积（Vg）m350计算容积（V计）m347.1工作容积（V工）m340.03装量系数f0.85介质密度（ρ）t/m³0.563kg/L材质Q345R保温要求无保温层表2-2管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称aDN450HG20592WN450-2.5MFMFM人孔bDN15G1/2FM压力表口cDN50HG20592WN50-2.5FMFM气相出口dDN80HG20592WN50-2.5FMFM安全阀排气口50m³液氨储罐设计说明书-7-eDN80HG20592WN50-2.5FMFM安全阀排气口fDN50HG20592WN50-2.5FMFM进料口gDN50HG20592WN50-2.5FMFM放空口h1-2DN20HG20592WN50-2.5FMFM液位口jDN25HG20592WN25-2.5MM放尽口iDN50HG20592WN25-2.5MM出料口tDN20M27×1.5M温度计口2.2结构设计2.2.1材料选择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，综合考虑经济因素，根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为低合金钢（16MnR）Q345（钢材标准为GB6654）[σ]t=163Mpa。Q345（16MnR）适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性,壁厚较大（≥8mm）的压力容器。2.2.2筒体和封头结构设计由表1-1可知筒体公称直径DN=2600mm，长度L=8400mm由表1-2可知EHA标准椭圆形封头公称直径DN=2600mm总深度H=690mm2.2.3法兰的结构设计法兰有设备法兰和管法兰，设备筒体和封头焊接在一起，所以不需要设备法兰，只有管法兰。（1）公称压力确定计算压力是指在相应的设计温度下，用以确定组件最危险截面厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力与液柱静压力之和，当组件所承受的液柱静压力小于5%设计时，可忽略不计。经查《压力容器安全技术监察规程》得液氨的设计压力P设=1.1×P工作=1.10×（2.059-0.1）=2.16Mpa液柱静压力ρgh=562.871×9.8×2600=0.0143Mpa，（2）法兰类型、密封面形式选择液氨易挥发，为强渗透性的中度危害介质，查文献可知须采用带颈对焊型管50m³液氨储罐设计说明书-8-法兰，面封面采用凹凸面密封。（3）法兰尺寸查阅文献可知各法兰详细尺寸及法兰质量，详细见下图2-2和表2-3图2-2表2-3PN25带颈对焊钢制法兰单位：mm接管代号公称尺寸DN钢管外径A1连接尺寸法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量M(kg)法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n（个）螺栓ThNS≥H1≥RB8089200160188M16241053.2128585.050m³液氨储罐设计说明书-9-D5057165125184M1620752.986483.0C253211585144M1218462.664401.0SV.A.E.F6576185145188M1622902.9106524.0L1.L2202510575144M1218402.364401.02.2.4人孔、液位计结构设计（1）人孔设计人