20液氨储罐毕业业设计

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）I3.0m3卧式液氨储罐的设计3.0m3卧式液氨储罐的设计【摘要】本文首先介绍了压力容器的国内外研究现状和发展趋势，对液氨储罐作了简单的介绍。对液氨储罐进行的结构设计,并运用AutoCAD绘制了储罐装配图。并利用SW6分析软件对储罐进行了应力分析，针对最大应力分布区域进行补强设计，有效地解决了用定量计算方法进行应力分析困难的缺点。还从价格评估的角度对液氨储罐作了经济性分析，验证了结构设计方案的可行性。【关键词】卧式液氨储罐；结构设计；应力分析；经济性分析；齐齐哈尔大学毕业设计（论文）IIDesignof3.0m3horizontalliquidammoniatank[Abstract]Inthispaper,wefirstintroducethepressurevesselofthedomesticresearchpresentsituationandthetrendofdevelopment,itmakesthesimpleintroductionofliquidammoniatank.Structuraldesignofliquidammoniastoragetank,andtheuseofAutoCADdrawingtankassemblydrawing.AndtheSW6analysissoftwareonthetankinthestressanalysis,needleonthemaximumstressdistributionofreinforcementdesign,effectivelysolvesthequantitativecalculationmethodforstressanalysisofthedifficultiesoftheshortcomings.Frompriceassessmentofangleofliquidammoniastoragetankfortheeconomicanalysis,toverifythefeasibilityoftheschemeofstructuraldesign.[Keyword]horizontalliquidammoniastoragetank;structuraldesign;analysisofeconomic;11选题背景1.1选题研究的目的和意义液氨作一种重要的化工原料和产品，在现代化工生产中扮演着重越来越重要的角色，但是随之而来的液氨泄露事故也越来越多。化工企业是危险性较大的一类企业，其生产原料以及产品大多数为易燃易爆的危险品，更有甚者，会产生一些具有毒害性的物质。另外，化工生产的环节较为复杂以及繁琐，较其他行业相比，不安全因素更多，一旦造成事故，其影响格外恶劣，危险性和危害性也会更大。在诸多化工产品中，液氨是一种重要的基础原料和产品。随着社会的进步，使用液氨的场所也越来越多，这无疑增加了液氨泄露的几率。据初步统计，在2001-2013年间，我国发生的氨泄漏事故多达65起，特别是2013年上海宝山区的翁牌冷藏实业有限公司发生重大氨气泄漏事故后，对于氨泄漏的预防与控制受到了社会更多的关注一般来说，液氨在常态下为高压压缩、液态状态储存，一旦发生泄漏事故，大气压的作用下其体积发生迅速膨胀，并扩散到更广的空间中。液氨泄露主要有以下几种危害：（1）对人体健康造成伤害，易中毒伤亡.（2）易发生燃烧爆炸事故。液氨还易燃易爆。氨气的燃烧点为650℃，燃烧热值为2.35~2.52J/cm3，临界温度为132℃，临界压力为11MPa，当氨气在空气中的体积分数达到11%~14%时，若有明火氨气即可燃烧。当体积分数达到16%~28%时，遇到明火时有爆炸的危险，其中最容易爆炸的浓度是17%，爆炸产生的瞬间最大压力可大0.6MP。（3）易气化扩散。（4）易污染环境。所以液氨储罐存在对我们有重要的意义。1.2压力容器的国内外研究现状及发展趋势1.21法国AeroSpatiale空间研究中心(AS)法国AeroSpatiale空间研究中心(AS)也长期从事空间COPV的研究，AS从1959年就开始着手空间COPV的研究，所研制COPV应用于TV-SAT卫星、TDF1卫星、EUROSTAR卫星、DFS卫星、Tele－X卫星、ARIANE4火箭等空间飞行器，截至1984年，已经为空间系统研制COPV的数量超过1000个。1984年以前，AS为Tale－X卫星和TVSAT分别研制了35L和51L钛衬芳纶缠绕COPV，两COPV结构设计基本相同;在成熟技术基础上应有的等待，1984年，AS又为TVSAT－TDF1星D．B．S项目研制了TC4钛合金内衬芳纶纤维球形COPV［54］。研究发现缠绕纤维向正反方向滑移1°所造成的COPV强度损失分别为2．9%和5．5%。为了提高COPV纤维缠绕精度，AS委托法国Liege大学为其研发了COPV齐齐哈尔大学毕业设计（论文）2研制专用的纤维缠绕成型CAD/CAM系统(SAMCEF)，SAMCEF可以减少人工繁琐的计算工作，提供多种设计方案，缩短设计周期，保证纤维按最佳线型进行缠绕，提高产品质量和成品率。1.22日本航天发展局(NASDA)日本航天发展局(NASDA)为本国空间系统研制了大量的COPV，其中复合材料低温贮箱研制技术较为成熟。1997年，NASDA联合日本国家航天实验室(NAL)针对COPV纤维低温力学性能和COPV树脂基体低温抗裂纹扩展性能进行了研究，并为空间用复合材料低温贮箱研制了低温高韧性树脂材料。1999年，NASDA与NAL合作对可重复适用航天运载器(RLV)用复合材料低温贮箱的可行性进行了分析，并拟定了研究方案，NASDA全复合材料低温贮箱的研究路线和美国空军试验(AFRL)基本一致，均是将研发高性能低温复合材料作为项目攻关的核心技术。通过复合材料低温性能研究表明:纤维缠绕增强高韧性树脂复合材料低温下力学性能相对常温环境下降20%，在较低的应力下就会发生裂纹起裂，可能导致全复合材料贮箱介质泄漏.2003年，东京大学承担了NASDA全复合材［58］，料低温贮箱的研制项目研究了复合材料应变水平与树脂基体裂纹扩展的关系。2004年的研究结果表明:在低温环境验证压力下全复合材料贮箱还是存在泄漏现象。由此分析:截至2004年，NASDA在用低温贮箱为金属内衬复合材料贮箱，但是全复合材料贮箱研制也在同时进行中。我国应加大力度支持空间用复合材料低温贮箱的研究项目，薄壁铝合金内衬碳纤维环向增强或全缠绕复合材料低温贮箱应该是一条合理实际的研制目标，相比全金属COPV，结构效率明显提高，技术的突破带来性能的飞跃，在此方面，NAS-DA经历的经验教训可以作为我国确定关键技术的参考。1.23国内研究压力容器广泛应用于石油化工、轻工、能源、冶金、航天等领域，在国民经济中发挥着重要的作用[1-4]。自20世纪60年代末开始[5]，空间系统中以S玻璃和凯夫拉-49纤维复合的金属内衬轻质量压力容器逐渐取代传统的全金属气瓶。80年代中期出现的性能优越的高强度碳纤维，与低费用无焊缝铝内衬制造技术结合，使得费用低、质量轻、可靠性高的高压容器生产变为现实。复合材料对于压力容器的意义复合材料压力容器具有以下优点[6]：(1)制成的容器重量轻、刚性好、强度高；(2)金属材料的疲劳破坏常常是没有明显预兆的突发性破坏。而复合材料中增强物与基体的结合面，既能有效地传递载荷，又能阻止裂纹的扩展，提高材料的断裂韧性；(3)复合材料中的大量增强纤维，使得材料过载而少数纤维断裂时，载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上，使整个构件在短期内不至于失去,承载能力；(4)无需特殊处理即能满足耐腐蚀要求。复合材料压力容器具有以下显著的性能优势[5]：容器性能齐齐哈尔大学毕业设计（论文）3因子(又称为特性系数)高，约为钛合金的1.5～3倍；可节省钛合金气瓶约25～50%的质量；负载工作寿命长；具有爆破前先泄漏(LBB)的疲劳失效模式；高可靠；生产费用低，周期短。复合材料压力容器的性能因子值均大于相近级别的金属材料。T-1000碳纤维性能因子是常用6Al-4V钛合金的3倍，锂铝合金的2.3倍。目前，复合材料压力容器正以独特的优势(重量轻、结构效率高、失效形式安全、耐腐蚀性好)在飞机、潜艇、火箭等运载工具及医疗方面广泛应用。拓展复合材料压力容器应用范围的同时，应加强复合材料压力容器方面的基础研究，特别是对带内衬或无内衬压力容器的受力状态进行精确分析。在此基础上，针对性地改进复合材料成型工艺，使碳纤维复合材料与其连接的金属材料成为整体，达到最佳的性能指标。1.3卧式液氨储罐简介液氨，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。液氨易溶于水，溶于水后形成铵根离子NH4+、氢氧根离子OH-，呈碱性的碱性溶液。液氨多储于耐压钢瓶或钢槽中，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;液氨储罐作为一种特殊的压力容器,液氨在-33度时氨压力接近真空，因此一般情况下氨冷控制的最低温度为-33，防止出现真空。30度时氨的压力是11.895（a），意味着我们在高于12公斤的时候可以用循环水把氨冷下来。常见的几种液氨储存方法:1.常压储存：压力100—500mmH2O，温度-33℃以下，一般罐体体积很大1000M3以上，为了维持罐体压力和温度要配有一套冷冻冰机系统，同时回收其蒸发的气氨。在送氨时需要液氨泵加压。造价昂贵，一般大型化工厂使用。2.带压储存：温度在10℃以上，罐体体积小，有球体和筒体，造价低，也可当中间罐用。1.4液氨储罐的作用液氨的化学性质表现为水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品、橡胶和涂层。液氨遇热、明火等难以点燃，其危险性较低，但氨和空气混合物达到16％～25％浓度范围时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。液氨毒理学：氨气经呼吸道侵入人体，对粘膜和皮肤有碱性剌激及腐蚀作用，可造成组织溶解性坏死，高浓度时可引起反射性呼吸停止和心脏停搏。眼睛接触液氨或齐齐哈尔大学毕业设计（论文）4高浓度氨气可引起灼伤，严重者可发生角膜穿孔。皮肤接触液氨可致灼伤。当空气中氨浓度达一定，人体吸入过量即可中毒，甚至可危及生命,所以液氨储罐对生活生产有重要的意义.液氨主要用于生产硝酸、尿素和其他化学肥料，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，因为液氨在气化后转变为气氨，能吸收大量的热，被誉为“冷冻剂”，同时液氨具有一定的杀菌作用，所以在家禽养殖业中，被用于杀菌和降温制冷作用。液氨还可用于纺织品的丝光整理。例如金属钠溶解在液氨中时失去它的价电子生成正离子：液氨加热至800～850℃，在镍基催化剂作用下，将氨进行分解，可以得到含75%H2、25%N2的氢氮混合气体。用此法制得的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他工业和科学研究中。1.5卧式液氨储罐的设计要求及概况设计原始数据：设计压力P=2.1Mpa，设计温度T=50℃，容积V=3.0m3，设备充装系数0.5。卧式液氨储罐图如下图1.2和1.3所示：图1.2液氨储罐图1.3液氨储罐齐齐哈尔大学毕业设计（论文）52卧式液氨储罐的结构设计2.1储罐主要结构的设计2.1.1筒体和封头的结构选择由于纯液氨具有一定的腐蚀性，而设计压力为中等压力，根据钢制压力容器中使用的钢板许用应力及其使用范围的说明，储罐的主要结构筒体和封头选材可以考虑使用Q245R、Q345R等钢。氨属于中度危害介质(Ⅱ级)，且本设备为PV值小于10Mpa·m3的中压储存容器按[2]划分，本设备为第二类压力容器。储罐选用卧式，液体静柱压力很低，可不记入设计压力中。筒体经卷板机而成，公称直径等于内径，查阅压力容器的公称直径表，并结合储罐的容积，初步选择其公称直径Di=1300mm。错误!未找到引用源。筒体和封头的对接焊接，采用全焊