20立方米液氨储罐设计说明书

20m³液氨储罐设计说明书1目录课程设计任务书220m³液氨储罐设计2课程设计内容3液氨物化性质及介绍31.设备的工艺计算31.1设计储存量31.2设备的选型的轮廓尺寸的确定31.3设计压力的确定41.4设计温度的确定41.5压力容器类别的确定42.设备的机械设计52.1设计条件52.2结构设计62.2.1材料选择62.2.2筒体和封头结构设计62.2.3法兰的结构设计6（1）公称压力确定7（2）法兰类型、密封面形式及垫片材料选择7（3）法兰尺寸72.2.4人孔、液位计结构设计8（1）人孔设计8（2）液位计的选择92.2.5支座结构设计10（1）筒体和封头壁厚计算10（2）支座结构尺寸确定122.2.6焊接接头设计及焊接材料的选取14（1）焊接接头的设计14（2）焊接材料的选取162.3强度校核162.3.1计算条件162.3.2内压圆筒校核172.3.3封头计算182.3.4鞍座计算202.3.5开孔补强计算213.心得体会224.参考文献2220m³液氨储罐设计说明书2课程设计任务书20m³液氨储罐设计一、课程设计要求：1.按照国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2.设计计算采用手算，要求设计思路设计思路清晰，计算数据准确、可靠。3.工程图纸要求计算机绘图。4.独立完成。二、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（MPa）1.93由介质温度确定4工作温度（℃）-20～505公称容积（M3）206工作压力波动情况可不考虑7装量系数(φV)0.858工作介质液氨（中度危害）9使用地点太原市室外三、课程设计主要内容1.设备工艺设计2.设备结构设计3.设备强度计算4.技术条件编制5.绘制设备总装配图6.编制设计说明书四、学生应交出的设计文件（论文）：1.设计说明书一份；2.总装配图一张(A1图纸一张)20m³液氨储罐设计说明书3课程设计内容液氨物化性质及介绍液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈刺激性气味。氨作为一种重要的化工原料，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，具有腐蚀性且容易挥发，所以其化学事故发生率很高。液氨分子式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为16—25%（最易引燃浓度为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，难以点燃而危险性极低，但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇火和燃烧或爆炸，如有油类或其它可燃物存在则危险性极高。1．设备的工艺计算工艺设计的内容是根据设计任务提供的原始数据和生产工艺要求，通过计算和选型确定设备的轮廓尺寸。1.1设计储存量tVW式中：W——储存量，t；——装量系数；V——压力容器容积；m3t——设计温度下的饱和溶液的密度，3mtW=0.85×20×0.563=9.57t1.2设备的选型的轮廓尺寸的确定根据设计要求，本设计为卧式容器，筒体采用圆筒形，封头采用标准椭圆形封头查阅文献，筒体的基本参数如下：表1-1筒体基本参数公称容积Vg/m³公称直径DN/mm筒体长度L/mm202000580020m³液氨储罐设计说明书4查阅文献确定椭圆形封头基本参数如下表：表1-2椭圆形封头参数公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m²容积V/m³20005254.49301.1257设备计算容积V计=π/4×DN2×L+V封×2=π/4×2.0²×5.8+0.1257×2=20.46m³实际工作容积V工=V计×f=20.46×0.85=17.39m³1.3设计压力的确定查阅文献常温压力储存液化气体压力容器规定温度下的工作压力液化气体临界温度规定温度下的工作压力无保冷设施有保冷设施无试验实测温度有试验实测最高工作温度并且能保证低于临界温度≥50℃50℃饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下的饱和蒸气压力＜50℃在设计所规定的最大充装量下为50℃的气体压力试验实测最高工作温度下的饱和蒸气压力液氨液化气饱和蒸汽压及饱和液密度温度℃-15103050饱和蒸汽压（绝压）MPa0.2690.6031.1562.030饱和蒸汽压密度kg/m³658625595563液氨临界温度为132.4℃，其50℃饱和蒸汽压为1.93MPa故其设计压力为Pd=1.1×1.93=2.12MPa0.6MPa≤Pd≤10MPa属于中压容器1.4设计温度的确定设备工作温度为-20℃~50℃，故其设计温度为50℃，在-20～200℃条件下工作属于常温容器。1.5压力容器类别的确定液氨属于液化气体，查阅文献［4］，可知属于第一组介质查第一组介质—压力容器类别划分图，可知20m³液氨储罐属于第Ⅲ类压力容器20m³液氨储罐设计说明书52．设备的机械设计2.1设计条件（见表2-1和表2-2）表2-1设计条件表内容备注工作介质液氨工作压力Mpa1.93设计压力Mpa2.12工作温度℃-20—50设计温度℃50公称容积（Vg）m320计算容积（V计）m320.46工作容积（V工）m317.39装量系数f0.85介质密度（ρ）t/m³0.563kg/L材质Q345R保温要求无保温层其他要求表2-2管口表符号公称规格DN/mm连接法兰标准密封面用途或名称L1.L220HG/T20592-2009FM液位计接口M450/FM人孔SV70HG/T20592-2009FM安全阀接口A80HG/T20592-2009FM液相进口管20m³液氨储罐设计说明书6B100HG/T20592-2009FM压力表接口C25HG/T20592-2009FM放空管D70HG/T20592-2009FM氨气出口管E70HG/T20592-2009FM液相出口管F70HG/T20592-2009FM排污管2.2结构设计2.2.1材料选择一般而言，以强度为主的中压设备采用低合金钢为宜，而且低合金钢对液氨也具有良好的耐腐蚀率，可选用低合金钢，Q245R和Q345R这两种钢材可以满足要求。由于Q345R许用应力高于Q245R,相同条件下，采用Q345R制造设备，可减小壁厚，减小设备重量，降低成本，同时壁厚减小，也可以为材料和设备的运输以及制造加工带来很大的方便，所以选择Q345R制造设备筒体和封头。2.2.2筒体和封头结构设计由表1-1可知筒体公称直径DN=2000mm，长度L=5800mm由表1-2可知EHA标准椭圆形封头公称直径DN=2000mm总深度H=525mm则其直边长h=25mm2.2.3法兰的结构设计法兰有设备法兰和管法兰，设备筒体和封头焊接在一起，所以不需要设备法兰，只有管法兰。（1）公称压力确定设备设计压力为2.12MPa，操作温度为-20~50℃，可选用锻件，材料选16MnⅡ查文献可知，在操作温度范围内，PN25材料为16MnⅡ的钢制管法兰最大允许工作压力为2.5MPa，满足设计要求，故管法兰公称压力为PN25（2）法兰类型、密封面形式选择液氨易挥发，为强渗透性的中度危害介质，查文献可知须采用带颈对焊型管法兰，面封面采用凹凸面密封。（3）法兰尺寸查阅文献可知各法兰详细尺寸及法兰质量，详细见下图2-2和表2-320m³液氨储罐设计说明书7图2-2表2-3PN25带颈对焊钢制法兰单位：mm接管代号公称尺寸DN钢管外径A1连接尺寸法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量M(kg)法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n（个）螺栓ThNS≥H1≥RB8089200160188M16241053.2128585.0D5057165125184M1620752.986483.0C253211585144M1218462.664401.0SV.A.E.F6576185145188M1622902.9106524.0L1.L2202510575144M1218402.364401.020m³液氨储罐设计说明书82.2.4人孔、液位计结构设计（1）人孔设计人孔的作用：为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷以及装拆设备的内部零件。。人孔的结构：人孔为组合件，包括承压零件筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件，以及人孔启闭所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。圆形人孔的公称直径规定为400~600mm容器公称直径大于或等于1000mm且筒体与封头为焊接连接时，至少设一个人孔。卧式容器的筒体长度大于等于6000mm,应考虑设置2个以上人孔。综合考虑，选择回转该带颈对焊法兰人孔，公称压力PN2.5,公称直径DN450，MFM型密封面,材料选用16MnR标记为：人孔MFMⅢs-35CM(NM-XB350)A450-2.5HG/T21518-2005查阅文献，得本次选用回转盖带颈对焊法兰人孔结构尺寸，见下图2-3和表2-4表2-4回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表密封面型式公称压力PN公称直径DNwdsdDD1H1H2bMFM2.54504801245667060025012142b1b2ABLd0螺柱螺母螺柱总质量数量直径长度4146375175250242040M332165245图2-3回转盖带颈对焊法兰人孔结构图20m³液氨储罐设计说明书9（2）液位计的选择液位计是用以指示容器内物料液面的装置，液位计的种类很多，常见的有许多包括玻璃管液面计、玻璃板液面计、浮标液面计、防霜液面计、磁性液位计等其中：玻璃管液面计和玻璃板液面计适用于工作温度在0℃以上；浮标液面计适用于常压设备；防霜液面计适用于液体温度在0℃一下的液体测量；液氨储罐工作温度在-20~50℃，设计压力为1.23MPa，以上三种都不适合。磁性液位计适用于PN=1.6~16MPa，-40~300℃，液体密度≥0.45g/cm³，适合于液氨储罐根据设计要求选择磁性液位计，标记如下：HG/T21584-95UZ2.5M-1400-0.6BF321C20m³液氨储罐设计说明书102.2.5支座结构设计容器支座有鞍式支座、腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座。腿式支座和支承式支座用于低矮立式设备的支承，耳式支座用于中小型立式圆筒形容器的悬挂式支承，裙式支座用于高大型高塔的支承，鞍式支座是卧式容器经常采用的支座形式，本设计也采用鞍式支座。置于支座上的卧式容器，其情况和梁相似，有材料力学分析可知，梁弯曲产生的应力与支点的数目和位置有关。当尺寸和载荷一定时多支点在梁内产生的应力较小，因此支座数目似乎应该多些好。对于大型卧式容器而言，一般情况采用双支座。此外，卧式容器由于温度或载荷变化时都会产生轴向的伸缩，因此容器两端的支座不能都固定在基础上，必须有一端能在基础上滑动，以避免产生过大的附加应力。通常的做法是将一个支座上的地脚螺栓孔做成长圆形，并且螺母不上紧，使其成为活动支座，而另一支座仍为固定支座。所以本设计就采用这种双支座结构。查阅文献，可知一边为F型，一边为S型。鞍座的材料除垫板外都为Q235-B，加强垫板的材料与设备壳体材料相同为Q345R。（1）筒体和封头壁厚计算○1筒体壁厚计算圆筒的设计压力为2.12Mpa,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1.00,全部无损探伤。在板厚3～16mm时取许用应力为189Mpa。液柱静压力ρgh=1×9.8×2000=0.02Mpa而ρgh∕2.123=0.9%5%所以可以忽略。故筒体壁厚[1]ct2[]-icPDP=(2.12×2000)/(2×189-2.12)=11.28mm查得钢板厚度负偏差C1=0.3mm,双面腐蚀取腐蚀裕量2C2㎜。[1]筒体的设计厚度为：δd=δ+C2=11.28+2=13.28mmδn=δd+C1=13.28+0.3