1、 15m3液氨储罐的设计目录1.前言.2.设计条件及设计任务.3.容器类别的确定.4.设计计算.5.结构设计.6.结束语.1.前言本次设计是针对过程设备基础所安排的一次课程设计，是对这门课的一次总结和巩固，需综合运用所学知识并查阅相关文献书籍完成设计。本说明书为15m 3 夜氨储罐设计说明书 。这次设计中采用全面分析方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、机械设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管等进行设计，然后采用 GB150 对其进行强度校核，最后形成了比较合理的设计方案。2.设计条件及设计任务管口条件：液氨入口 DN40；液氨出口
2、 DN40;气氨出口 DN40;放空口 DN25；排污管 DN32；安全阀接口 DN80;压力表接口 DN25.液位计接口和人孔按需设置设计任务：综合运用所学的专业课知识，设计一个第一二类压力容器中的中度危害性内压容器液氨储罐。设计条件表序号 项目 数值 单位 备注1 最高工作压力 2.1 Mpa 由介质温度确定2 工作温度 -2050 3 公称容积 15 m34 装量系数 0.855 工作介质 液氨6 使用地点 太原市，室外3.容器类别的确定1.介质分组 压力容器的介质分为以下两组，包括气体、液化气体以及最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体：（1） 第一组介质，毒性程度为极度危害、高度危害
3、的化学介质，易爆介质，液化气体。（2） 第二组介质，除第一组以外的介质。介质危害性介质危害性指压力容器在生产过程中因事故致使介质与人体大量接触，发生爆炸或者因经常泄露引起职业性慢性危害的严重程度，用介质毒性程度和爆炸危害程度表示。压力容器类别划分化工设备的主体是压力容器，容器的强度决定着设备的安全性，为了加强压力容器的安全监察，保护任命生命和财产的安全，国家质量监督局颁布了压力容器安全技术监察规程这是一部对压力容器安全技术监督提出基本要求的法规，压力容器设计、安装、使用、检验、修理和改造等单位必须遵守的法规，为了有利于安全技术监督和管理，压力容器安全技术监察规程将其管辖范围内的压力容器划分为三
4、类，分别为第一类压力容器、第二类压力容器和第三类压力容器。 本次设计压力容器中的介质为液态氨，属于中度危害，且设计压力为中压，根据其类别划分图将其划分为第三类压力容器。设计计算筒体和封头厚度设计计算 1）确定封头的大概直径因为 V=15 m ，筒体长度与直径之比 L：D3，由 V= 于是3 LD24D= 1854mm,根据计算将筒体内径圆整至 1800，即 DN=1800.43V2）确定筒体的长度根据 DN=1800，查表可得 V =0.8270 m封 头 3V =15-20.8270=17.2984 m =筒 体 3LD24计算得 L=5244mm,据此将筒长圆整至 L=5250V = +2
5、 V = =15.01m3 与所要设计的 50 m 非实 际 LD24封 头 25.8.143常接近，完全符合设计要求。根据以上计算将筒体的 DN 设计为 1800mm，筒体设计为 5250mm。3)筒体厚度的确定查表可得在 50时液氨的饱和蒸汽压为 1.925Mpa，所以 Pw=1.925-0.1=1.825，所以安全阀开启压力 P=1.1X1.825=2.0075Mpa,据此将以下压力定为,Pc=Pw=2.1Mpa。液氨是中度危害性的介质，但其腐蚀性小,贮罐可选用一般低碳钢,有因为使用温度为-2050，且很少出现条件恶劣的温度，根课程设计指导书中钢板的使用条件，应选用 Q245R 或 Q3
6、45R。下面针对 Q245R 和 Q345R 进行计算，并决定最终的选材与厚度。Q345R:假设筒体厚度在 616mm,根据公式 = ，焊接接头采用双面焊对接接头，=1，查表得 =189Mpat根据公式计算得 =10.06mm，腐蚀余量取 C2=2，= + =10.06+2=12.06mm,设计厚度加上钢材的负偏差 C1d2C0.03，并圆整，取 =13 此厚度在假设范围之内，计算有效n厚度 e =13-2-0.3=10.7 mm。Q245R:假设筒体厚度在 616mm,根据公式 = ，焊接接头采用双面焊对接接头，=1，查表得 =147Mpat根据公式计算得 =12.94mm，腐蚀余量取 C2
7、=2，= + =12.94+2=12.06mm,设计厚度加上钢材的负偏差 C1d2C0.03，并圆整，取 =15 此厚度在假设范围之内，计算有效n厚度 e =15-2-0.3=10.7 mm。名义厚度，从经济方面，选 Q345R较合适。所以筒体的的材料选 Q345R, n=13mm，e=10.07。厚度的校核计算：正常情况:m1 为筒体质量，m2 为液氨质量，m=m1+m2=+,带入数据得=11t G=107.8N耐压试验：m1 为筒体质量，m3 为水质量。m=m1+m3+,带入数据得 m=17.78t。G=174.244正常操作和液压试验时跨中截面处的弯矩与封头相同体积的的筒体直径的量长度L
8、 =15.01（3.141.81.8)4=5902e建立力学模型，把上述计算所得的质量产生的重力，简化为沿容器轴线作用的分布载荷，即上图.求出 A、B 两点的支反力:2qLFBA由教材知，当支座位置 a=0.207Le 时，支座在跨中截面处的弯矩最小。所以支座的最佳位置距筒体边缘的距离 a ， =1222-（5902-5250）/2=890所以 a 重新取值为 a=890+（5902-5250）/2=1216。M 的最小值为 M=1/8qL2-1/2qLa,所以正常情况下 M=(1/8115.902-1/2111.216)9.8=14KNm水压情况下有：M=（1/817.785.902-1/2
9、17.781.216)9.8=23.6KNmLq正常操作状态下，最大拉应力由介质压力及弯矩引起，位于该截面的最低点，即eecDMp2max785.04最大压应力位于该截面的最高点，即eecp2min785.04若 min0，表明整个跨中截面不会出现压应力。液压试验时的最大拉应力由试验压力及试验时的重力产生的弯矩产生，即eTeTDMp2max785.04最大压应力在盛满液体而未升压时有最大值，故压力试验时压应力的最大值为：eTTDM2min785.0分别按公式带入数据求得：正常操作 max=86.64Mpa ，min=85.64Mpa水压试验：Pt=1.25P/ t =1.25P=1.252.1
10、=2.625Mpa分别按公式带入数据得在水压试验情况下有：max=108.53Mpa ， min=-0.864Mpamax t 液压试验时的强度条件为： Tmax0.9 s其稳定性条件为：max-min，- Tmin cr 式中 cr为稳定许用压缩应力，按下述方法来确定：按照外压圆筒的图算法，由（2-10）式计算系数 A：eoRA/094.式中 Ro为圆筒外半径。根据圆筒的材料选择相应的系数 B 图，若A 值位于曲线的右方，则可查出系数 B，若位于曲线的左方，则按（2-11 ）式计算系数 B：AE32如此得到的 B 值就是稳定许用压缩应力，即 cr=B。由强度条件及稳定性条件知，在该厚度下，压
11、力容器处于安全装态。正常操作时的强度条件为： 开孔及开孔补强压力容器不可避免地要开孔并往往带有管子或凸缘。容器开孔接管后在应力分布和强度方面会带来如下影响：（1）开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中；（2）接管处容器壳体与接管形成不连续应力；（3）壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。这样往往在开孔接管根部产生很大的应力峰值，引起局部强度削弱，必要时须采取一定的补强措施。2.2.1 不另行补强的最大开孔直径容器开孔并非都需要补强，因为常常有各种强度富裕量存在。例如，壳体和接管的有效厚度超过计算厚度，有一定的多余壁厚，接管根部的填角焊缝等，都会使开孔接管的局部削弱得到一定的加强。
12、当开孔直径较小，两相邻开孔相距较远，且在离连接边缘较远处开孔时，可考虑不进行补强。GB150 规定，壳体开孔满足下述全部要求时，可不另行补强：（1）设计压力小于或等于 2.5MPa；（2）两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和；对于 3 个或以上相邻开孔，任意两孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于该两孔直径之和的 2.5 倍（3）接管外径小于或等于 89mm；（4）接管最小壁厚满足表 24 的要求。表 24接管公称外径25 32 38 45 48 57 65 76 89最小壁厚 3.5 4.0 5.0 6.0注:1.钢材标准接抗拉强度下限值 Rm540MPa
13、时，接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构型式。2.接管的腐蚀裕量为 1mm。由上述可知，在这次压力容器的设计中许另行补强的部件为人孔。为了避免补强以及容器的安全性，开孔与接管应避开边缘应力区，避开边缘区的距离应符合下述公式;d1.5（R) 1/2 将数据带入上式得 d=164 若是接管开孔，接管中心线与筒体的边缘的距离不应小于 164mm，若是人孔开孔，则是人孔边缘距筒体边缘的距离不应小于 164mm。开孔补强结构（1）补强圈补强我国已制定了补强圈标准：JB/T 4736补强圈 。设计时可根据该标准选用合适的补强圈。采用补强圈补强时，应具备下列条件：a） 低合金钢的标准抗拉强度下限值小于 540
14、MPa；b） 壳体名义厚度 n38mm；c） 补强圈厚度小于或等于 1.5 n。若条件许可，推荐以厚壁管代替补强圈进行补强，其 nt/n 宜控制在 0.52。 nt 表示接管的名义厚度。（2） 整体补强增加壳体的厚度，或用全焊透的结构型式将厚壁接管或整体补强锻件与壳体相焊。开孔补强计算GB150 采用等面积补强准则进行补强计算。这种补强计算的方法简便，在工程上有很长的使用经验。等面积补强准则认为，沿壳体纵向截面上，由于开孔而减少的有效面积 A(有效厚度范围内的面积),可以由有效补强范围（开孔附近的高应力区域）内的强度富余面积Ae（壳体除本身承受内压所需截面积以外的多余面积）来弥补；若AeA，则
15、需要另行补强，其补强面积应大于或等于 A-Ae。下面是内压圆筒等面积补强法的具体计算方法。1） 圆筒开孔所需补强面积按式（2-12）计算：)1(2fdAet式中：d-开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍的厚度附加量，mm；-圆筒计算厚度，按（2-1）式计算，mm ；et-接管有效厚度，mm；f强度削弱系数，等于设计温度下接管材料的许用应力与壳体材料许用应力之比值，当该比值大于 1 时，取 f=1。式中第二项的意义为，接管插入孔内有效厚度部分由于接管强度低于壳体强度造成的所需补强面积的增加，换句话说，由于接管强度低于壳体强度，所以接管插入开孔内有效厚度部分的面积不能完全弥补壳体开孔在相应区域内损失
16、的面积。设计温度下接管的许用应力为 189MPa，壳体的材料许用应力也是189Mpa，所以强度削弱系数为 1。先计算人孔的 ,ctipD2 ,=2.1500/(21891-2.1)=2.3mm=d=(500+2.32)10.6=50762)有效补强范围内补强面积 Ae 的计算。有效补强范围的宽度 B 取 2d 和 d+2（ n+nt）二者中的较大值；有效补强范围的高度有外侧高度 h1 和内侧高度 h2。h 1 取 和接ntd管实际外伸高度二者中的较小值，h 2 取 和接管实际内伸高度二nt者中的较小值。补强面积 Ae 按（2-13）式计算：Ae = A1 + A2 + A3 式中：A 1 -壳
17、体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，mm 2；)1()(1 fdBete A2 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，mm 2；fChfhettet )(2)(221式中第二项的计算理由为：因为接管内伸部分处于介质包围之中，没有强度问题，即接管内伸部分的计算厚度为零，但呈现双面腐蚀，故比外伸部分多出一倍的腐蚀裕量。A3焊缝金属面积（见图 2-1） ，mm 2,此次计算不考虑 3 。若 AeA，则不需要另加补强；若 AeA，则需要另加补强，补强面积A4AA e。 2d=2（500+4.6)=1009.2d+2(n+nt)=504.6+2(12+13)=554.6 2d所以 B=2d=1009.2A1=(1009.2-504.6)(10.7-10.06)=323h1=(dnt） 1/2=(504.612)1/2=77A2=2h1（
