课程设计液氨储罐设计

湖北大学化学化工学院化工设备机械基础课程设计计算说明书课程设计题目:液氨储罐设计姓名邹晓双学号2012221106220039专业年级12级化工2班指导教师鲁德平日期2014.12.16指导教师评语：成绩指导教师签名年月日学院审查意见院长签名年月日目录一、设计任务书..........................................1二、液氨储罐设计参数的确定..............................21、根据要求选择罐体和封头的材料........................22、确定设计温度与设计压力..............................23、其他设计参数........................................2三、筒体和封头壁厚的计算...............................21、筒体壁厚的计算......................................21.1设计参数的确定.....................................31.2筒体壁厚的设计.....................................31.3刚度条件设计筒体的最小壁厚........................32、罐体封头壁厚的计算.................................33、罐体的水压试验.....................................33.1液压试验压力的确定.................................33.2液压试验的强度校核...............................33.3压力表的量程、水温的要求...........................33.4液压试验的操作过程................................34、罐体的气压试验.....................................44.1气压试验压力的确定................................44.2气压试验的强度校核................................44.4、气压试验的操作过程...............................4四、罐体的开孔与补强....................................41、开孔补强的设计准则.................................42、开孔补强的计算..................................42.1、开孔补强的有关计算参数.......................52.2、补强圈的设计.....................................5五、选择鞍座并核算承载能力..............................51、支座的设计.........................................52、鞍座的计算.........................................63、安装位置...........................................64、人孔的设计.........................................65、液面计的设计.......................................7六、选配工艺接管........................................71、液氨进料管..........................................72、液氨出料管..........................................73、排污管..............................................74、安全阀接口管........................................75、压力表接口管........................................8七、设计结果一览表.....................................9八、液氨储罐装配图（见附图）...............................一、设计任务书试设计一液氨储罐，其公称容积、储罐内径、罐体（不包括封头）长度见下表。使用地点：家乡--湖北省十堰市竹溪县。技术特性表公称容积(立方米)25公称直径(DN)2.0介质液氨筒体长度(L)7.4工作压力（MPa)1.550工作温度(℃)≤40使用地点湖北省十堰市竹溪县推荐材料16MnR编号名称公称直径（mm）编号名称公称直径（mm）a1-a2液面计20e安全阀80b人孔450f放空管65c进料管80g排污管65d出料管80二、液氨储罐设计参数的确定1、根据要求选择罐体和封头的材料纯液氨腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20R、16MnR.这两种钢种。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。2、确定设计温度与设计压力液氨储罐通常置于室外，虽然设计有保温措施，但罐内液氨的温度和压力还是可能直接受到大气温度的影响，在夏季液氨储罐经太阳暴晒，液氨温度可达40℃，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断变化.根据《化学化工物性数据手册》查得40℃饱和蒸汽压为1.55MPa,可以判定设计的容器为储存内压压力容器，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，可取液氨的设计压力为1.70MPa，当液化气体储罐安装有安全阀时，设计压力可取最大操作压力的1.05-1.10倍，所以1.7MPa合适。0.6MPa≤p≤10MPa属于中压容器。3、其他设计参数容器公称直径见技术特性表即公称直径DN=2.0m；罐体和封头的材料为16MnR，查教材P168表8-7可知其设计温度下的许用应力[σ]t=170MPa。液氨储罐封头从受力方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。液氨储罐筒体为板卷焊，焊接接头采用V坡口双面焊接,采用局部无损检测,根据焊接接头结构和无损探伤比例确定焊接接头系数为1.0。三、筒体和封头壁厚的计算1.筒体壁厚的计算1.1设计参数的确定由文献查得：焊接接头系数φ=1.0（双面焊对接接头，100%无损探伤检查），腐蚀裕量C2=2mm(微弱腐蚀)1.2筒体壁厚的设计圆筒的计算压力为1.70MPa,由教材P195-P208表8-6，取许用应力[σ]t=170MPa，由上表知Pc=1.7MPa,Di=2*1000mm=2000mm壁厚：δ＝PcDi/(2[σ]tФ-Pc)代入数据得δ=10.05mm钢板厚度负偏差C1=0.8mm，查材料腐蚀手册得40℃下液氨对钢板的腐蚀速率小于0.05mm/年，所以双面腐蚀取腐蚀裕量C2=2mm所以设计厚度为：δd=δ+C2+C1=10.05+0.8+2=12.85mm圆整后取名义厚度14mm.1.3刚度条件设计筒体的最小壁厚因为Di=2000mm3800mm，所以δmin=2Di/1000=4.0mm，另加C2=2mm，所以δd=6.0mm。按强度条件设计的筒体壁厚δd＝14mm＞δd＝6.0mm，满足刚度条件的要求。2.封头的壁厚计算标准椭圆形封头a:b=2:1封头计算公式：δ＝PcDi/(2[σ]tФ-0.5Pc)可见封头厚度近似等于筒体厚度，则可取同样厚度。3.罐体的水压试验3.1、液压试验压力的确定根据公式，Pt=1.25P[σ]/[σ]t，当设计温度小于200℃时，[σ]与[σ]t接近，所以Pt=1.25×1.70×1MPa=2.125MPa。3.2、液压试验的强度校核根据公式，σt=Pt(Di+δe)/2δeφ，代入数据，σt=2.125×（2000+14—2-0.8）/[2×(14—0.8-2)]MPa=190.8MPa由文献查得：σs=345MPa，因为σmax＝190.8MPa＜0.9σsФ=0.9×345×1=310.5MPa所以，液压强度足够。3.3、压力表的量程、水温的要求压力表的量程：2Pt=2×2.125=4.25MPa，水温≥15℃3.4、液压试验的操作过程在保持罐体表面干燥的条件下，首先用液体将罐体内的空气排空，再将液体的压力缓慢升至21.25Kgf/cm2,保压10-30分钟，然后将压力缓慢降至17.6Kgf/cm2,保压足够长时间（不低于30分钟），检查所有焊缝和连接部位，若无泄漏和明显的残留变形。则质量合格，缓慢降压将罐体内的液体排净，用压缩空气吹干罐体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止4.罐体的气压试验4.1、气压试验压力的确定根据公式，Pt=1.15P[σ]/[σ]t，当设计温度小于200℃时，[σ]与[σ]t接近，所以Pt=1.15×1.70×1MPa=1.955MPa。4.2、气压试验的强度校核根据公式，σT=Pt(Di+δe)/2δeφ，代入数据，σt=1.955×（2000+14—2-0.8）/[2×(14—2-0..8)]MPa=175.5MPa。由文献[查得：σs=345MPa，因为σmax＝175.5MPa＜0.8σsФ=0.8×345×1=276.0MPa所以，气压强度足够。4.3、压力表的量程、气温的要求压力表的量程：2Pt=2×1.955=3.91MPa，气温≥15℃。4.4、气压试验的操作过程气压试验时缓慢升压至0.5Kgf/cm2，保持10分钟并进行初检，合格后继续升压至10.12Kgf/cm2，然后按级差为1.955Kgf/cm2逐级升至19.55Kgf/cm2，保持10～30分钟，然后再降至17.6Kgf/cm2，至少保压30分钟，同时进行检查。若无泄露和明显的残留变形。则质量合格，若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。四、罐体的开孔与补强1、开孔补强的设计准则等面积设计法:起补强作用的金属面积不小于被削弱金属的面积。2、开孔补强的计算为了满足各种工艺和结构上的要求，不可避免的要在容器的筒体或封头上开孔并安装接管。开孔后，壳壁因除去了一部分承载的金属材料而被削弱，而出现应力集中现象。为保证容器安全运行，对开孔必须采取适当的措施加以补强，以降低峰值应力。这里采用补强圈补强，因其结构简单、制造方便、使用经验丰富。采用等面积补强法。本设计取人孔筒节内径di=450mm，壁厚δm=14mm。由标准查得补强圈尺寸为：外径D2=760mm，内径D1=484mm2.1、开孔补强的有关计算参数(1)开孔所需补强的面积A开孔直径：d=di+2C=450+2×2.8mm=455.6mm开孔所需补强面积：A=d·δd=455.6×10.48mm2=4774.688mm2(2)补强有效区的范围①有效宽度:B=2d=2×455.6mm=911.2mmB=2d+2δn+2δm=455.6+2×14+2×14mm=511.6mm取两者之中的最大值B=911.2mm②外侧有效高度：h1=(dδm)1/2=(455.6×14)1/2mm=79.86mmh1=接管实际外伸长度=250mm取