化工机械基础化工设备课程设计液氨储罐机械设计

前 言

本设计的液料为液氨。液氨，又称为无水氨，是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，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，而且具有腐蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。

液氨储罐属于化工常见的储运设备，一般可分解为筒体，封头，法兰，人孔，手孔，支座及管口等几种元件。储罐的工艺尺寸可通过工艺计算及生产经验决定。

液氨储罐是合成氨工业中必不可少的储存容器，所以本设计过程的内容包括容器的材质的选取、容器筒体的性状及厚度、封头的性状及厚度、确定支座，人孔及接管、开孔补强的情况以及其他接管的设计与选取。

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。

目录

第一部分 设计绪论 .........................................................................

（1）设计任务、设计思想、设计特点 ....................................................

（2）主要设计参数的确定及说明 ...........................................................

第二部分 材料及结构的选择与论证 ...........................................

（1）材料的选择与认证 ........................................................................

（2）结构的选择与认证 ........................................................................

第三部分 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 ...............................................................................

第四部分 设计心得 ...........................................................................

第一部分 设计绪论

1.设计任务、设计思想、设计特点

1.1 设计任务：

根据储罐筒体公称直径D i = 2600mm ，罐体公称容积 V=35m3 ,设计一液氨储罐, 通过设计储罐的厚度，使其能满足工艺要求。

1.2 设计思想：

通过图书馆和上网查找有关的书籍与资料，获取需要的数据，来完成所要求要设计的部分。液氨储罐是我们平时运输液氨的一个常用设备，在设计液氨储罐时，要有利于成批生产，提高质量，便于互换，降低成本，提高劳动的生产率，要对容器的设计（如封头、法兰、支座、人孔、液面计等）进行标准化，除此之外还要尽量满足工艺的要求，密封性能要好。

1.3设计特点：

为了满足工艺过程的需要，必须做到如下要求：

（1）强度：液氨储罐可以抵抗外力破坏能力，以保证生产安全。

（2）刚度：零部件应有抵抗外力使其变形的能力，以防止容器在使用、运输或安装的过程中发生不允许的变形。

（3）稳定性：容器或其零部件在外力作用下有维持其原型的能力，防止容器被压瘪或出现皱折。

（4）耐久性：容器有一定的抵抗介质及大气的腐蚀能力，保持一的使用年限。

（5）气密性：容器在承受压力或处理有毒介质时有可靠的气密性，提供良好的劳动环境及维持正常的操作。

（6）其他：节约材料、便于制造、运输、安装、操作、维修方便，符合有关的国家标准和行业标准等的规定。

2.主要设计参数的确定及说明

2.1 设计温度

芜湖30年来最高气温为40C。

2.2 设计压力

在夏季液氨储罐经太阳暴晒，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断变化。容器设计时必须考虑在工作情况下可能遇到的工作压力和相对应的温度两者相结合中最苛刻工作压力来确定设计压力。一般是指容器顶部最高压力与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。给定设计压力为2.2MPa。

2.3 腐蚀余量

查《腐蚀数据手册》16MnR耐氨腐蚀，其ymm/1.0，若设计寿命为15年，则mm5.11.0152C

2.4焊缝系数

该容器属中压贮存容器，技《压力容器安全技术监察规程》规定，氨属中度毒性介质，容器筒体的纵向焊接接头和封头基本上都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，所以取0.1或85.0常见。此储罐采用100%无损探伤，故取0.1

2.5 容器直径

考虑到压制封头胎具的规格及标准件配套选用的需要，容器的筒体和封头的直径都有规定。此储罐设计的公称直径（内径）选择Di=2600mm。

2.6 许用应力

40oC温度时，16MnR钢材的许用应力表,知MPat0.170

C040温度时，16MnR钢材的许用应力表

钢材厚度nmm 许用应力MPat 屈服极限MPas

＜16 170 345

16～36 163 325

36～60 157 305

2.7、材料选择

根据液氨贮罐的工作压力（P=2.2MPa作为设计压力）、工作温度（最高工作温度为40C）和介质的性质可知该设备为一中压常温设备，介质对碳钢的腐蚀作用很小,主要考虑的强度指标（指s和b）和塑性指标适合的材料有：A3R、20g、16MnR、15MnVR、20R。为了节省金属，高压设备应优先选取普通低合金钢、中强度。凡属强度计算为主要的中压设备亦以采用普通低合金钢为宜。因为屈服强度分别为MPa345 和MPa392的普通低合金钢，其材料价格与碳素钢差不多，但强度比碳素钢约高60%-30%，采用该类钢材制造压力容器，可以有效地减少设备质量，降低成本，给设备的制造、运输、安装带来很大的方便。所以主要考虑16MnR和20R这两种。

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。

技 术 特 性

公称容积(m3) 35 公称直径Dg(mm) 2600

介 质 液氨 筒体长度L(mm) 7980

工作压力(MPa) 2.1 工作温度(0C) 40℃

厂 址 芜湖 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 15 e 安全阀 25

b 进料管 40 f 放空管 25

c 出料管 20 g 人孔 450

d 压力表 25 h 排污管 40

第二部分 材料及结构的选择与论证

1.材料的选择与认证

纯液氨腐蚀性很小，贮罐可选用一般钢材，但由于压力较大，可以考虑16MnR这种钢种。

16MnR钢板：

式中P—设计压力为2.2MPa；Di=2600mm; [σ] =170MPa; Ф=1.0（双面对接焊，100%无损探伤）；C2=1.5mm

那么，代入数据得：=18.43 mm

取C1=0.8mm，圆整后取δn=20mm

因此，选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。

2.结构的选择与认证

（1） 封头形式的确定

本液氨储罐的封头选用标准型椭圆形封头。

从应力分布情况考虑：在直径、壁厚、设计压力相同的条件下各种封头应力分布由好到坏的顺序是：半球形、椭圆形、蝶形、锥形、球冠形、平板形。椭圆型封头的最大应力值和与其相连接的圆筒体中的最大应力值相等，便于筒体强度设计；碟心封头有两处连接边界，受力不及椭圆形。

从金属消耗量考虑：在相同设计条件下，各种封头的金属消耗量按下列顺序依次增大：半球形，椭圆形，蝶形，平板形。球形封头用量最少，比椭圆形封头节约25.8％，平板封头的用量最多，是椭圆形封头的4倍多。

从制造考虑：椭圆形封头制造方便，平板封头则因直径和厚度较大，坯材的获得、车削加工、焊接等方面都遇到不少困难，且封头与筒体厚度相差悬殊，结构也不合理。

所以，从强度、结构和制造等方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。

（2） 人孔的选择

人孔的作用：检查设备和便于安装与拆除设备内部构件。

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22CPPDti