液氨储罐-课程设计

课程设计任务书2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1．原始数据设计条件表序号项目数值单位备注1名称液氨储罐2用途液氨储存3最高工作压力2.059MPa由介质温度确定4工作温度-20～48℃5公称容积（Vg）50M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(φV)0.888工作介质液氨（中度危害）9使用地点室外10安装与地基要求11其它要求管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称aDN65HG/T20592-2009FM液氨进口管bDN50HG/T20592-2009FM安全阀接口cDN500HG/T21518-2005FM人孔dDN50HG/T20592-2009FM空气进口管eDN50HG/T20592-2009FM空气出口管fDN25HG/T20592-2009FM压力表接口gDN20HG/T20592-2009FM液位计接口hDN65HG/T20592-2009FM液氨出口管课程设计任务书一设计参数的选择1、设计压力：液氨在50℃是的饱和蒸汽压为2.0325Mpa，由于按《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50℃时的饱和蒸汽压力Pv=2.0325Mpa，大气压Pa=0.1Mpa.而最高工作压力指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压可取液氨容器的设计压力为最大工作压力的1.1倍。即P=(2.0325-0.1)×1.1=2.126Mpa。2、设计温度：设计温度系指容器在正常操作情况下，在相应设计压力下，设定受压元件的金属温度，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度，对于0℃以下的金属温度，则设计温度不高于元件金属可能达到的最低金属温度，容器的设计温度是指壳体的设计温度，可知器设计温度选取的依据是：其值不得低于最高金属温度或不得高于最低金属温度（0℃以下）最高工作温度为40℃，则设计温度取50℃。3、主要元件材料的选择：3.1筒体材料的选择：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率在0.1㎜/年以下，且又属于中压储罐，可以考虑20R和Q345R这两种钢材，综合考虑经济因素，根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为低合金钢Q345R（钢材标准为GB6654）t=189Mpa。Q345R适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性,壁厚较大（8mm）的压力容器。3.2地脚螺栓的材料选择：地脚螺栓选用符合GB/T700规定的Q235，Q235的许用应力147btMPa二、设备的结构与厚度设计1、筒体和封头的结构设计1.1筒体的长度计算筒体直径一般由工艺条件决定，但是要符合压力容器的公称直径。标准椭圆型封头是中低压容器经常采用的封头形式。封头公称直径必须与筒体的公称直径相一致。根据公式公称VLDi24取L/DN=4得Di=1563mm,圆整得Di=1600mm.由2)(2hHDi得mmDHhi25416004254查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表1：表1：EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/2m容积V封/3m16004252.90070.5864由224iVDLV封，充装系数为0.88，得封VLDVi248.802即5864.021.648.80122L计算得L=5.3877，圆整得L=6m。3.86.16DiL(在3~6之间)由2304.135864.0264246.122封实VLDiV封头结构示意图%5%112122304.13VVV公称公称实得符合要求。2、筒体厚度的设计2.1计算压力cP计算压力是指在相应的设计温度下，用以确定组件最危险截面厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力与液柱静压力之和，当组件所承受的液柱静压力小于5%设计时，可忽略不计。液柱静压力：Mpagh0088.016008.9871.562因为5%0.41%0056.016.20.0088pgh设，故液柱静压力可以忽略。则计算压力与设计压力相等，即cP=2.16Mpa2.2圆筒厚度该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为1.0。圆筒的厚度在16~36mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：在设计温度C50下，屈服极限强度345sMPa，许用应力pa189Mt利用中径公式，计算厚度：mmPtDPcic2.916.20.11892160016.22取10C.32C=2筒体的设计厚度mm2.1112CCd名义厚度mm5.113.02.11n1Cd圆整到14mm筒体的有效厚度mm7.11e21CCn2.3封头厚度的计算查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径mm1600inDD选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，则22iiDh，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：mmppctic17.916.25.00.118921600pa6.125.02D圆整得mm10腐蚀裕度C2=2mm，设计厚度δd=δ+C2=14+2=16mm.对于Q345R,钢板负偏差C1=0,取名义厚度mmCdn3.161有效厚度4.3mm121eCCn由于筒体的名义厚度与封头的名义厚度相近，所以可以统一去名义厚度为mmn14。选择封头的数据：DN=1600mm曲面高h1=425mm直边高h0=25mm内表面积=2.9007m2,容积=0.5864m3名义厚度δn=14mm质量=315kg。3、水压试验由MpaTtCPP7.216.225.1][][25.1δe=11.7mm，Di=1600mm,σb=345Mpa,得MpaMpaeeDiPT5.3103459.09.0963.1857.112)7.111600(7.22)(b即筒体符合水压试验。三、开孔补强设计1、人孔的选用根据HG/T21518-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》，查表3-3尺寸表，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：表7人孔尺寸表单位：mm密封面型式凹凸面MFMD6101b420d30公称压力PNMPa101D5502b48螺柱通丝16公称直4001H280A332螺母数量32径DNwds426×122H115B150螺柱尺寸M30×160d400b44L100总质量kg203根据GB150中8.3，当设计压力小于或等于2.5MPa时，在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于89mm时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中只有DN=400mm的人孔需要补强。2补强设计方法判别按HG/T21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径d=di+2c=408+2×2.3=412.6mmmm800216002D412.6mmdi故可以采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用Q345R，其许用应力MPa189t根据GB150-1998中式8-1，A=d2(1)retf其中：壳体开孔处的计算厚mm2.9接管的有效厚度mmCCnt7.63.2921et强度削弱系数fr=0.65所以开孔所需补强面积为2et068.3839335.07.62.922.96.412)1(2dAmmf2有效补强范围12.2.1有效宽度B的确定按GB150中式8-7，得：B1=2d=2×412.6=825.2mmmmntn6.458921426.41222dB2取最大B=825.2mm12.2.2有效高度的确定(1）外侧有效高度1h的确定根据GB150中式8-8，得：mmdnt60.996.412h'11651h取最小(2）内侧有效高度2h的确定根据GB150-1998中式8-9，得：mmdhnt60.996.4122，2''0h，222min(','')0hhh3有效补强面积根据GB150中式8-10~式8-13，分别计算如下：123eAAAA3.1筒体多余面积1A21155.1029335.02.97.97.622.97.116.4125.82512dmmfBAeete3.2接管的多余面积接管厚度：mmPcPcDit444.3059.25.01232408059.25.0][222212777.257065.0444.37.660.922h2mmfChfAettet3.3焊缝金属截面积焊角取6.0mm223162362Amm4补强面积2321m932.132236777.257155.1029mAAAAe因为mmAA3376e，所以开孔需另行补强所需另行补强面积：24168.2516932.13221.3839mmAAAe补强圈设计：根据DN500取补强圈外径D’=680mm。因为BD’，所以在有效补强范围。补强圈内径d’=426+4=430mm补强圈厚度：mmDA06.10430680168.2516d''4‘圆整取名义厚度为14mm。四、鞍座选型和结构设计1、鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座材料选用Q235-A.F，其许用应力[sa]=140查得Q345R密度7900Kg/m3筒体总质量M=m1+m2+m3+m4式中：m1筒体质量，m2封头质量，m3液氨质量，m4附件质量kgKg72.50127856014.09)014.06.1(14.3)L(mnni1Dkgkg6303152m2kgkgVm48.11270/6652592.198.80m33液氨m4为人孔及其它附件质量，总共估取300kgkg17213.230048.1127063072.5012gmG总每个鞍座承受的压力KN862/172G/2F∴选鞍座JB/T4712.1-2007，标准尺寸为：DN=2100mm,许用载荷400KN,包角120°，带垫板，A型。由公称直径，查《压力容器与化工设备实用手册》得公称直径DN1600腹板210垫板4b390允许载荷Q/kN275筋板3l25548鞍座高h2502b170e70度底板1l11203b240螺栓间距2l9601b20038螺孔/孔长/螺纹D/l24/40M20112垫板弧长1870鞍座质量Kg1162鞍座位置的确定双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外伸梁，由材料力学知，当外伸长度A=0.207L时，跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，所以一般近似取.2L0A,其中L取两封头切线间距离，A为鞍座中心线至封头切线间距离。考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB4731《钢制卧式容器》规定A≤0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。则可以取鞍座间距4350mm由标准椭圆封头h=25mm故1210mm25)20.2(60002h)L0.2A（鞍座的安装位置如图3所示：图3-10鞍座此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。