十六组液氨储罐设计说明书（化工设备机械基础课程设计）指导教师：张永强韩晓星完成时间：2012.11设计任务书设计课题：液氨储罐工艺参数：最高使用温度：T=40℃公称直径：Di=2400mm筒体长度（不含封头）：L0=4500mm设计内容：1.罐体材料的选择2.罐体的规格3.罐体的形状4.罐体的厚度5.封头形状及厚度6.支座的选择7.人孔及接管选择8.开孔补强9.核算校验10.设备装备图（A2）设计人：冯静轻化 2010 1066155136王加化工10-3班 1066115310袁录勇化工10-4班 1066115425谭陆然化工10-4班 1066115404邹文富化工10-4班 1066115438下达时间：2012年11月完成时间：2012年11月前言液氨，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。
无色气体,有刺激性恶臭味。
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16～25%(最易引燃浓度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,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物达到上述浓度范围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。
与硫酸或其它强无机酸反应放热,混合物可达到沸腾。
不能与下列物质共存:乙醛、丙烯醛、硼、卤素、环氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化银、硫、锑、双氧水等。
本次课程设计将根据液氨的性质，结合所学知识设计一个液氨贮罐。
由于时间仓促，如有不足之处，欢迎指正。
编者2012年11月目录1. 液氨储罐设计参数的确定............... 错误！未定义书签。
1.1.设计温度与设计压力的确定........... 错误！未定义书签。
1.2.罐体和封头的材料的选择............. 错误！未定义书签。
1.3.形状设计参数 (2)2. 封头的选择 (2)2.1.许用应力.......................... 错误！未定义书签。
2.2.焊接接头设计 (3)3. 筒体和封头的壁厚的计算.............. 错误！未定义书签。
3.1.筒体壁厚的计算..................... 错误！未定义书签。
3.2.筒体壁厚的计算..................... 错误！未定义书签。
3.3.封头壁厚的计算 (3)3.4.水压试验 .......................... 错误！未定义书签。
3.4.1.确定水压试验的试验压力值 (5)3.4.2.计算水压试验时的器壁应力值 (5)3.4.3.校核强度 (5)4. 选择人孔并核算开孔补强 (5)4.1.人孔的选择 (6)4.2.开孔补强的计算 (7)5. 选择鞍座并核算承载能力. (9)5.1.罐体质量W1 (10)5.2液氨质量W2 (10)5.3.其他附件质量W3 (10)5.4.设备总质量W (10)5.5.鞍座的选择 (10)6. 选择液面计 (11)7. 选配工艺接管 (12)7.1.液氨进料管 (12)7.2.液氨出料管 (12)7.3.排污管 (13)7.4.安全阀接口管 (13)7.5.液面计接口管 (13)7.6.放空管接管口 (12)8. 参数校核 (13)8.1.筒体轴向应力校核 (15)8.2.筒体和封头切向应力校核............. 错误！未定义书签。
8.2.1.筒体切向应力计算............... 错误！未定义书签。
8.2.2.封头切向应力计算............... 错误！未定义书签。
8.3.环向应力校核....................... 错误！未定义书签。
8.3.1.环向应力的计算................. 错误！未定义书签。
8.3.2.环向应力的校核................. 错误！未定义书签。
8.4.鞍座有效断面平均压力.............. 错误！未定义书签。
99. 设计汇总 (20)10. 结束语 (24)参考文献 (206)1.液氨储罐设计参数的确定1.1.设计温度与设计压力的确定液氨储罐通常置于室外，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。
根据设计任务书的要求，所设计液氨贮罐的最高使用温度为40℃，查表可知40℃时液氨的饱和蒸汽压为1.55MPa。
《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。
取1.10倍最大操作压力为设计压力，所以设计压力p = 1.10×(1.55− 0.1) = 1.595MPa，故取设计压力p=1.6MPa。
1.2.罐体和封头的材料的选择选择容器用钢必须综合考虑：容器的操作条件，如设计压力、设计温度、介质特性和操作压力等；材料的使用性能，如力学性能、物理性能、化学性能（主要是耐腐蚀性能）；材料的加工工艺性能，如焊接性能、热处理性能等；经济合理性及容器结构，如材料价格、制造费用和使用寿命等。
纯液氨腐蚀性小，贮罐可选用一般碳素钢，压力容器专用钢板为20R，另外还有一些合金钢，如16MnR、15MnVR等也适合作为压力容器的钢板。
16MnR是345MPa级的低合金钢，具有良好的机械性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。
中温及低温的机械性能均优于Q235-A、15、20等碳素钢，是使用十分成熟的钢种，质量稳定、可使用-40～475℃场合。
15MnVR是屈服极限为390MPa级的低合金结构钢，其塑性和冲击韧性较16MnR低，其波动较大。
另外从经济的角度考虑，16MnR也较20R制造费用低。
所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体的材料。
16MnR的含碳量为0.12%～0.20%，含Mn量较低，伸长率为19-21%，是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板。
1.3.形状设计参数在本设计中由于设计体积较小（24m3）且设计压力较小（P=1.6MPa）,故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。
2.封头的选择采用标准椭圆形封头最为合理。
椭圆形封头的型式及尺寸按JB/T 4737-95《椭圆形封头》的规定标准椭圆形封头的长短轴比值为2。
封头材料与筒体一样为16MnR。
2.1.许用应力制造容器所用的钢板，其在设计温度下许用应力值的大小，直接决定着容器强度，是主要设计参数之一。
在GB 150《钢制压力容器》中，对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力，16MnR的许用应力见表2-1。
表2.1 压力容器用16MnR钢板的许用应力钢号钢板标准使用状态厚度mm常温强度指标在下列温度(℃)下的需用应力/MPaσbMPaσsMPa≤20 100 15016MnR GB 6654 热轧正火6～16 510 345 170 170 170＞16～36490 325 163 163 163 ＞36～60470 305 157 157 1572.2.焊接接头设计焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方。
焊缝区强度降低的原因在于焊接时可能出现缺陷而未被发现；焊接热影响区往往形成出大晶2n Di 4πV 2V L -=粒区而使强度和塑性降低；由于结构刚性约束造成焊接内应力过大等。
焊缝区的强度主要决定于熔焊金属、焊缝结构和施焊质量。
设计所需的焊接街头系数大小主要根据焊接接头的型式和无损检测的长度比率确定。
容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头基本上都采用双面焊，所以取焊接接头系数1=ϕ(双面焊，全部无损探伤)。
3.筒体和封头的壁厚的计算3.1.公称直径Di 和筒体长度L 的计算经计算 当Di = 2400mm 时，L = 4500mm,此时，Di/L = 0.5325 最接近0.618 所以取 Di = 2400mm3.2.筒体壁厚的计算取计算压力p c =p=1.60MPa ，筒体内径D i =DN=2400mm ，查表2.1知16MnR 在设计温度为40℃时的许用应力为[σ]t =170MPa ，筒体的理论计算壁厚公式为：pφ2[σ]D p δti c -=(3.1)式中：δ——筒体的理论计算壁厚，mm ； c p ——筒体计算压力，MPa ； i D ——筒体内径，mm ；t [σ]——钢板在设计温度下的许用应力，MPa ；ϕ——焊接接头系数，其值为1；将数值代入公式(3.1)计算出筒体的计算厚度为：[]mm 34.116.11170224006.1σ2D p δtic =-⨯⨯⨯=-=Pc ϕ由于液氨对金属有一定的腐蚀，取腐蚀裕量C 2=2mm ，故筒体的设计厚度为：mm C 34.12134.112d =+=+=δδ由钢板厚度负偏差表查得C 1=0.8mm ，故名义壁厚为：mm C 14.138.034.121d n =+=+=δδ圆整后取δn =14mm 。
3.3.封头壁厚的计算采用的是标准椭圆形封头，各参数与筒体相同，其厚度计算式为：[]mm 32.111.60.51170224001.6p 0.5σ2D Kp δtc i=⨯-⨯⨯⨯=-=ϕ1h 2Di 261K 2i =⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+= 设计厚度为：mm 32.12132.11C δδ2d =+=+= 名义厚度为：mm 12.130.832.12C δδ1d n =+=+= 圆整后取δn =14mm 。
查得标准椭圆形封头的直边高度(JB/T4737-95)为h 0=40mm 。
3.4.水压试验容器制成以后，必须做压力试验或增加气密性试验，其目的是在于检验容器的宏观强度和有无渗漏现象，即考察容器的密封性，以确保设备的安全运行。
对需要进行焊后热处理的容器，应在全部焊接工作完成并经热处理之后，才能进行压力试验和气密性试验；对于分段交货的压力容器，可以分段热处理，在安装工地组装焊接，并对焊接的环焊缝进行局部热处理之后，再进行压力试验。
压力试验一般采用液压试验或气压测试，本次设计我们选用液压测试，液压试验一般采用水。
