化工机械设备基础课程设计13m3液氨贮罐的设计.doc

设计任务书
一、设计题目
13m3液氨贮罐的设计
二、设计任务
设计一个容积为13m3液氨贮罐
三、设计条件
1.最高温度40℃，氨的饱和蒸汽压为1.55Mpa
2.液氨的储量为13m3
四、设计步骤
1.确定容器的材质
根据液氨贮罐的工作压力、工作温度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。故选材料时，主要考虑的强度指标（指σs和σb）和塑性指标适合的材料有：A3R、20g、16MnR、15MnVR。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343MPa 和392MPa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30%-60%，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。
其中16MnR的机械加工性能、强度和塑性指标都比较好，综合金属的强度、刚度、温度、抗腐蚀能力等方面考虑选用16MnR制作罐体和封头。

2. 确定罐体的形状及内径
（1）由于此容器为液氨贮存性容器，所以此容器选用罐身为圆筒形，两端均用标准椭圆形封头的卧式容器。
（2）内径的确定
根据《化工设备机械与基础》中的表8-1压力容器的公称直径，由于V=13m3液氨贮罐，试选用Di=1600mm设罐身的长度为L，则
2×V 1+V2× L= 26m3
V 1——标准椭圆形封头的容积查表为0.586 m3
V2——筒体每米的容积查表为2.017 m3
求得L=2.40m.由L/Di=1.5 符合L/Di=2-9
所以次容器的罐身的长度L=2400mm，公称直径Di=1600mm
3.罐体壁厚设计
设计壁厚δd根据公式计算：
40oC温度时，16MnR钢材的许用应力表
钢材厚度δn(mm)
许用应力[σ]t(MPa)
屈服极限σs(MPa)
＜16
170
345
16∽36
163
325
36∽60
157
305
负偏差 查表：
钢材厚度δn(mm)
6-7
8-25
26-30
32-34
负偏差(mm)
0.6
0.8
0.9
1.0

式中 P-设计压力。本贮罐在夏季最高温度可达40℃，这时氨的饱和蒸气压为1.55MPa（绝对压力)，故取p=1.1×1.45=1.6 MPa (表压)；Di=1600mm；[s]t＝170MPa(表8-7)；f＝1.O(双面对接焊缝，100％探伤，表8-10)；C2=1mm 于是：
δd =+C2=+1=8.6mm
取C1＝0.8mm（见表8-11），圆整后取δ＝12mm厚的16MnR钢板制作罐体。δe=δn-Cl- C2=12-1.0-0.810.2mm
4．封头壁厚的设计
采用标准椭圆形封头。
设计壁厚dδd按(8-8)式计算：
dδd =+C2=+1=8.5mm
式中f＝1.0 (钢板最大宽度为2.0m，该贮罐直径为1.6m，故封头需将钢板并焊后冲压)；其它符号如前。
　　考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，圆整后取dδn＝12mm厚的16MnR钢板制作封头。
校核罐体与封头水压试验强度根据（15-2）式：
式中： PT=1.25p=1.25×1.6≈2.0Mpa
δe=dn-C=12-1.8=10.2mm ss=345 MPa （表8-7）
sT==157.86Mpa 0.9σsf=0.910345=310.5 Mpa
所以sT〈0.9σsf 水压试验符合强度要求。
5．鞍座
首先粗略计算鞍座负荷。
贮罐总质量：m=m1+m2+m3+m4
式中 m1-罐体质量； m2-封头质量； m3-液氨质量； m4-附件质量。
　　（1）罐体质量m1
　　DN=1600mm，dn=12mm的筒节，每米质量为q1=477Kg/m（附表8-24），故 m1=q1L=4772.40＝1144.8(Kg)

（2）封头质量m2
　　DN=1600mm，dn=12mm，直边高度h=25mm的椭圆形封头，其质量为q2=270Kg/m（参考书），故 m2=2q2=2×270＝540 (Kg)
　　（3）充水质量m3
m3=Vg ， g-水的密度为1000Kg／m3。
V= V封 + V筒 =π×1.6×2.40+0.586×2＝13.24m3
　　m3＝13240Kg
　　（4）附件质量m4
　　人孔约重200Kg，其它接管的总和按300Kg计，故 m4=500Kg
设备总重量 m=m1+m2+m3+m4=1144.8+540+13240+500=15424Kg≈15t
　　每个鞍座只承约受180KN负荷，所以选用轻型带垫板，包角为120°的鞍座。即
　　JB／T4712-92鞍座 A2400一 F
JB／T4712-92鞍座 A2400一 S

6.人孔的确定

根据贮罐是在常温及最高工作压力为1．6MPa的条件下工作，人孔标准应按公称压力为1.6MPa的等级选取。从人孔类型系列标准可知，公称压力为1.6MPa的人孔类型很多。本设计考虑人孔盖直径较大较重，故选用水平吊盖人孔。该人孔结构中有吊钩和销轴，检修时只须松开螺栓将盖板绕销轴旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖板取下。
　　该人孔标记为： HG21523-95 人孔RF Ⅳ（A·G）450-1.6 其中RF指突面密封，Ⅳ指接管与法兰的材料为20R，A·G是指用普通石棉橡胶板垫片，450-1.6是指公称直径为450mm、公称压力为1.6 Mpa。
7．人孔补强的确定
　　由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准。本设计所选用的人孔筒节内径d＝450mm，壁厚dn＝10mm。故补强圈尺寸确定如下：补强圈内径d=484mm，外径D=760mm，根据补强的金属面积应大于等于开孔减少的截面积，补强圈的厚度按下式估算：
d补 ===16.76mm
故补强圈取17mm厚。
8．接口管
　　本贮罐设有以下接口管。
(1) 液氨进料管：采用
f45×3.5mm无缝钢管(强度验算略去)。
管的一端切成45°，伸入贮罐内少许。配用具有突面密封的平焊管法兰，法兰标记：HG20592 法兰SO50-1.6 RF16MnR。 因为壳体名义壁厚dn＝12mm>10mm，接管公称直径小于或等于50mm，不需补强。
　　(2)液氨出料管
采用可拆的压出管f25×3mm，
将它用法兰套在接口管f38×3.5mm内。
罐体的接口管法兰采用法兰：
HG20592 法兰SO32-1.6 RF 16MnR 。 。
与该法兰相配并焊接在压出管的法兰上， 其连接尺寸和厚度与HG2 SO32-1.6 RF 16MnR相同，但其内径为25mm。
　　液氨压出管的端部法兰(与氨输送管相连)采用HG20592 法兰SO20-1.6 RF 16MnR。这些小管都不必补强。压出管伸入贮罐2.5m。
　(3)排污管：
贮罐右端最底部安设排污管一个，管子规格是f57×3.5mm，管端焊有一与截止阀J41W一16相配的管法兰　HG20592 法兰SO50-1.6 RF 16MnR。排污管与罐体联接处焊有一厚度为10mm
的补强圈。
(4)液面计接管

　本贮罐采用玻璃管液面计BIW 　PN1.6，L＝500mm，HG5-227-80两支。
　　与液面计相配的接管尺寸为f18×3mm，管法兰为HG20592 法兰SO15-1.6 RF 16MnR。
　　(5)放空管接管
　　采用f32×3.5mm无缝钢管，法兰HG20592 法兰SO25-1.6 RF 16MnR。
　　(6)安全阀接管
安全阀接管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用f32×2.5mm的无缝钢管，法兰为HG20592 法兰SO25-1.6 RF 16MnR。

五.参考文献

[1] 董大勤主编.化工机械设备基础.北京:化学工业出版社,2002.12
[2] 王非编著.化工压力容器设计. 北京:化学工业出版社,2005.4
[3] 陈国桓主编. 化工机械设备基础. 第二版.北京:化学工业出版社,2006.1
[4] 潘红良,郝俊文主编.过程设备机械设计.上海:华东理工大学出版社,2006.7

六.设计心得
为期两周紧张而忙碌的课程设计马上结束了。忙碌的时间总是过得很快，回想刚开始设计的时候无从下手，再到后来的得心应手，自己的收获确实很多。在这整个设计期间，我对已经学过的《化工机械设备基础》书中的知识有了更深一步的了解，对液氨贮罐工作原理及其工作过程有了更全面的认识，同时也巩固加强了CAD制图方法，感受到了CAD制图的方便与快捷。
顺利完成此次设计离不开老师和同学们的帮助和关心，自己的设计不可避免的存在很多错误跟问题，期待老师的批评指正！

技术特性表
液氨贮罐
指标
设计压力
1.55MPa
工作温度
≤40℃
物料名称
液氨
容积
13m3
其它：焊缝采用双面对接焊缝，100％探伤，表8-10
f＝1.O
钢板负偏差： Cl＝0.8mm
腐蚀裕量: C2=1mm

液氨贮罐技术要求
　　　1．本设备按GBl50-1998《钢制压力容器》进行制造、试验和验收
　　　2．焊接材料，对接焊接接头型式及尺寸可按GB985-80中规定(设计焊接接头系数f＝1．0)
　　　3．焊接采用电弧焊，焊条型号为E4303
　　　4．壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100％
　　　5．设备制造完毕后，以2MPa表压进行水压试验
　　　6．管口方位按接管表

接 管 表
符号
连接法兰标准
密封面形式
用途
a1-2
HG20592 SO15-1.6 RF
突面
液面计接口管
b1-2
HG20592 SO15-1.6 RF
突面
液面计接口管
c
HG20592 SO450-1.6 RF
突面
人孔
d
HG20592 SO32-1.6 RF
突面
出料口
e
HG20592 SO45-1.6 RF
突面
进料口
f
HG20592 SO25-1.6 RF
突面
安全阀接口管
g
HG20592 SO25-1.6 RF
突面
放空口
h
HG20592 SO50-1.6 RF
突面
排污口

总 图 材 料 明 细 表
22
GB8163-87
出料接管f38×3.5 L=200
10
1

0.5

21
HB20592-95
法兰SO 32-1.6 RF
16MnR
1

1.6

20
HB20592-95
法兰内径f35其它尺寸按SO32-1.6
16MnR
1

1.86

19
GB8163-87
压料接管f25×3 L=2750
10
1

4.5

18
HB20592-95
法兰SO20-1.6 RF
16MnR
1

0.94

17
GB8163-87
排污接管f57×3.5 L210
10
1

1.0

16
HB20592-95
法兰SO50-1.6 RF
16MnR
1

2.77

15
JB/T4712-92
JB／T4712-92鞍座 A1600一 F
JB／T4712-92鞍座 A1600一 S
Q235-A·F
2
420
840

14
HB20592-95
法兰SO25-1.6 RF
16MnR
1

1.12

13
GB8163-87
放空管接管f32×3.5 L=210
10
1

0.58

12
HB20592-95
法兰SO25-1.6 RF
16MnR
1

1.12

11
GB8163-87
安全阀接管f32×3.5 L=210
10
1

0.58

10
HB20592-95
法兰SO50-1.6 RF
16MnR
1

2.27

9
GB8163-87
进料接管f45×3.5 L=400
10
1

1.85

8
JB/T4736-95
补强圈f760/f484 d=10
16MnR
1

33.9

7
HG21523-95
人孔RF Ⅱ（A·G）450-1.6
组合件
1

178

6
GB9019-88
罐体DN 1600×10 L=2350
16MnR
1

1863

5
JB4737-95
封头DN 1600×10 h=25
16MnR
2
237
474

4
HG5-227-80
玻璃管液面计BIW PN1.6， L＝500mm
组合件
2
12.6
25.2

3
GB8163-87
液面计接管f18×3 L=210
10
2
0.23
0.46

2
HB20592-95
法兰SO15-1.6 RF
16MnR
4
0.68
2.73

1
GB8163-87
液面计接管f18×3 L=400
10
2
0.44
0.88

序号
图号或标准号
名称
材料
数量
单重
总重
备注
重量(Kg)