100立方米液氨贮罐设计.doc.68EF0CC0E5405430F095C3AA989762EB.

1设计任务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（A1）图。本贮罐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）。装量系数0.85.1工艺参数的设定1.1设计压力由于储罐是置于室外的，因此它的温度和压力受外界影响，很趋近于大气的温度，通过给定的数据，要设计的储罐温度在夏季是50℃，温度随季节的变化，储罐的操作压力也会发生变化。通过查阅资料，夏季气温最高不会超过50℃，因此液氨储罐的操作温度通常最高可取夏季气温50℃，查表可得，在50℃时液氨的饱和蒸汽压是2.07Mpa。《压力容器安全监察规程》规定液化气体储罐必须安装安全阀，设计压力可取最大操作压力的1.05-1.10倍。通过公式Mpapp28.207.21.11.1设，因此我们的设计压力Mpap28.2。表1-1设计参数设计要求参数设计压力2.28Mpa设计温度50℃储存物料液氨储罐体积100m31.2筒体的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在0.1/mm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2GB6654-1996。常温储罐有两种形式：球形贮罐和圆筒形贮罐。球形储罐具有投资少,金属耗量少,占地面积少等优点,但是加工制造及安装复杂,焊接工作量大,因此安装费用较高。一般用于储存总量大于5003m或单罐容积大于2003m时；圆筒形贮罐具有加工制造安装简单,承压能力较好，安装费用少等优点,但是金属耗量大占地面积大,所以在总贮量小于5003m,单罐容积小于1003m时选用卧式贮罐比较经济。由于圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。根据工艺要求，液氨储量为100m3因此，液氨储罐可设计为卧式圆筒形。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，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/T4746-2002）以内直径为公称直径的封头封头取与筒体相同材料。2设计计算2.1筒体壁厚计算确定容器的公称直径、筒体长度已知：设计的液氨贮罐的理论体积为V理论=100m32i V/4DL2V封实际3装量系数实际理论VV85.0设：容器的公称直径为DN筒体的长度为L.3400,35.341184185.01002mmDmDDLLDiiii圆整取得，，取按DN=3400mm,选取标准椭圆封头，参数如下：表2-1椭圆封头标准内径曲面高度h1直边高度h2内面积Fi/m2容积V/m334008504012.95815.508根据，，封11841285.01002LDVi得L=11.8m.5.3340011800iDL合适。查《压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢》得16MnR的许用应力列于下表：表2-216MnR许用应力钢号板厚/㎜在下列温度（℃）下的许用应力/Mpa16MnR201001502002503006～167017017017015614416～366316316315914713436～605715715715013812560～10053153150141128116圆筒的计算压力为2.28Mpa,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1.0,全部无损探伤。取许用应力为163Mpa，则：4筒体计算厚度为：mmPDPtctic9.2328.211632340028.22取腐蚀余量mmC22，钢板负偏差mmC8.01。则圆整后mmtn27。2.2封头壁厚计算mmPDPtctic9.2328.25.011632340028.25.02。封头与筒体取一样的名义厚度mmtn27。3压力试验3.1水压试验试验方法：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。3.2水压试验的应力校核水压试验时的压力验压力。，则液注静压不计入试液注静压水%5%10078.2032.0032.0,85.228.225.125.1MpagDPMpaPPitT则，MpattDPeeiTT1.206)8.227(2)8.2273400(85.22)(查《化工容器设计》得16MnR钢板的常温强度指标MPas325，水压试验时的许用应力为0.90.91.00325292.5sMpa5故σT＜0.9ФσS筒体满足水压试验时的强度要求。4附件选择4.1人孔选择人孔的作用：为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷。人孔的结构：既有承受压力的筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件，也有安置与启闭端盖所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。人孔类型：从是否承压来看有常压人孔和承压人孔。从人孔所用法兰类型来看，承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔和带颈对焊法兰人孔，在人孔法兰与人孔盖之间的密封面，根据人孔承压的高低、介质的性质，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或环连接面。从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖的所处位置看，人孔又可分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔三种。人孔标准HG21524-95规定PN≥1.0Mpa时只能用带颈平焊法兰人孔或带颈对焊法兰人孔。容器上开设人孔规定当Di1000时至少设一个人孔，压力容器上的开孔最好是圆形的，人孔公称直径最小尺寸为φ400㎜。综合考虑选择水平吊盖带颈对焊法兰人孔（HG21524-95）,公称压力PN2.5、公称直径DN450、H1=320、RF型密封面、采用Ⅵ类20R材料、垫片采用外环材料为低碳钢、金属带为0Cr19Ni9、非金属带为柔性石墨、C型缠绕垫。标记为：人孔RFⅥ（W·C-1220）450-2.5HG21524-95总质量为256kg.法兰标准号为HGJ50～53-91,垫片标准号为HGJ69～72-91,法兰盖标准HGJ61～65-91材料为20R，螺柱螺母标准HGJ75-91螺柱材料40Cr螺母材料45，吊环转臂和材料Q235-A·F,垫圈标准为GB95-85材料100HV,螺母标准GB41-86，吊钩和环材料Q235-A·F，无缝钢管材料为20，支承板材料为20R[2,3,5]。6尺寸表如下表4.1人孔标准尺寸表密封面型式PN/MpaDNdw×sdDD1H1H2总质量kg突面2.5450480×124506706003202142564.2人孔补强开孔补强结构：压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强三种。补强圈补强是使用最为广泛的结构形式，它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、安全、可靠等优点。在一般用途、条件不苛刻的条件下，可采用补强圈补强形式。但必须满足规定的条件。压力容器开孔补强的计算方法有多种，为了计算方便，采用等面积补强法，即壳体截面因开孔被削弱的承载面积，必须由补强材料予以等面积的补偿。当补强材料与被削弱壳体的材料相同时，则补强面积等于削弱的面积。补强材料采用16MnR。1、内压容器开孔后所需的补强面积02()(1)nrAdTTtCf式中开孔直径：mmcddi6.455)8.02(24502强度削弱系数：82.0163/133ttnrf壳体开孔处的计算厚度T=23.9mm,mmtn27则开孔削弱面积：72011097)82.01()8.227(9.2329.236.455mmA。2、有效补强面积即已有的加强面积壳体开孔后，在有效补强范围内，可作为补强的截面积（包括来自壳体、接管、焊缝金属、补强元件）321AAAA有效宽度B:mmdB2.9116.45522接管名义厚度）nnntmmtTdBmmdB(6.5331222726.455222.9116.45522两者取最大值。补强区内侧高度：mmdthn9.73122.4551或接管实际外伸长度h=250mm.两者取较小值，1h=73.9mm补强区外侧高度：mmdthn9.73122.4552或h=接管实际内伸高度=0mm.两者取较小值2h=0mm.接管筒体计算厚度:mmpdptctnc9.328.2113326.45528.22筒体上多余金属面积：1()()2()()(1)nnnrABdTTCtCTTCf2136)82.01()8.29.2327()8.212(2)8.29.2327()6.4552.911(mm接管多余的金属的截面积：21222[()]2[()]nrnrAhtCtfhtCCf23.642)82.01(]9.3)8.212[(9.732mm8补强区内焊缝截面积：1441212212A32mm有效补强面积：23213.9221443.642136mmAAAAe比较的eAA0满足以下条件的可选用补强圈补强：刚材的标准常温抗拉强度540bMpa；补强圈厚度应小于或等于壳体壁厚的1.5倍；壳体名义厚度38n㎜；设计压力Mpa4；设计温度350℃。可知本设计满足要求，则采用补强圈补强。所需补强圈的面积为：mmAAAe7.101743.9221109704补强圈的结构及尺寸：为检验焊缝的紧密型，补强圈上钻M10的螺孔一个，以通入压缩空气检验焊缝质量。按照根据焊接接头分类，接管、人孔等与壳体连接的接头，补强圈与壳体连接的接头取D类焊缝。根据补强圈焊缝要求，并查得结构图为带补强圈焊缝T型接头，补强圈坡口取B型（查《化工容器及设备简明设计手册》）。查标准HG21506-92得补强圈外径760D0,内径5~3D0di则取484㎜补强面积：mmDBAi8.234842.9117.101744补强圈厚度：248.234842.9117.10174mmDBAi，圆整后=24mm.查标准补强圈厚度取24㎜，计算的补强圈厚度也满足补强圈补强的条件。查得对应补强圈质量为50.8㎏.4.3进出料接管的选择材料：容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选择无缝钢管，采用无缝钢管标准GB8163-87。材料为916MnR。结构：接管伸进设备内切成45度，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对壁的磨损与腐蚀。接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。不需另行补强的条件：当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。①设计压力小于或等于2.5Mpa。②两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。③接管公称外径小