300立方米液氨儲罐設計

1、<p><b>　　·</b></p><p>　　《化工容器設計》課程設計說明書</p><p>　　300m3液氨儲罐設計</p><p>　　專業(yè)：過程裝備與控制工程</p><p>　　班級：13級過控1班</p><p><b>　　學號：</b>

2、;</p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設計參數(shù)的選擇4</p><p>　　1.1 設計的題目4</p><p>　　1.2 原始數(shù)據4</p><p><b

3、>　　1.3 儲存量4</b></p><p>　　1.4 設計壓力5</p><p>　　1.5 設計溫度5</p><p>　　2 容器的結構設計6</p><p>　　2.1 筒體的內徑和長度的確定6</p><p>　　2.2 筒體和封頭的厚度設計計算6</p>&l

4、t;p>　　2.3 人孔設計7</p><p>　　2.4 其他零部件的設計7</p><p>　　2.4.1 液位計的設計7</p><p>　　2.4.2 管口設計8</p><p>　　2.5 鞍座選型和結構設計11</p><p>　　2.5.1 質量確定11</p><p

5、>　　2.5.2 鞍座的安裝位置12</p><p>　　3 開孔補強設計13</p><p>　　3.1 補強設計方法判別13</p><p>　　3.2 補強圈計算13</p><p>　　3.2.1 圓筒開孔所需補強面積13</p><p>　　3.2.2 殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積

6、14</p><p>　　3.2.3 接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積14</p><p>　　3.2.4 焊縫金屬面積14</p><p>　　3.2.5 另加補強面積14</p><p><b>　　4 強度計算15</b></p><p>　　4.1 液壓試驗15</p

7、><p>　　4.2 圓筒軸向彎矩15</p><p>　　4.2.1 載荷分布15</p><p>　　4.2.2 筒體彎矩16</p><p>　　4.3 圓筒軸向應力計算并校核16</p><p>　　5.3.1 筒體應力16</p><p>　　4.3.2 筒體軸向應力校核17&

8、lt;/p><p>　　4.4 切向剪應力的計算并校核18</p><p>　　4.4.1 圓筒切向剪應力的計算18</p><p>　　4.4.2 圓筒被封頭加強時，最大剪應力18</p><p>　　4.4.3 切向剪應力的校核18</p><p>　　4.5 圓筒周向應力的計算并校核19</p>

9、<p>　　4.5.1 在橫截面的最低點處19</p><p>　　4.5.2 周向應力校核19</p><p>　　5 防護及使用管理20</p><p><b>　　5.1 防腐20</b></p><p>　　5.2 防靜電20</p><p>　　5.3 熱處理要求

10、20</p><p><b>　　5.4 焊接20</b></p><p>　　5.5 使用及管理20</p><p><b>　　1 設計參數(shù)的選擇</b></p><p><b>　　1.1 設計的題目</b></p><p>　　300m3液

11、氨儲罐設計</p><p><b>　　1.2 原始數(shù)據</b></p><p>　　表1.1 設計條件</p><p><b>　　1.3 儲存量</b></p><p>　　盛裝液化氣體的壓力容器設計存儲量：</p><p><b>　　W=ΦVρt</

12、b></p><p>　　式中，裝載系數(shù)Φ=0.9</p><p>　　壓力容器設計V=300m³</p><p>　　設計溫度下的飽和液體密度ρt =562.87㎏/m³</p><p>　　則：存儲量W=15.20t</p><p><b>　　1.4 設計壓力</b&g

13、t;</p><p>　　設計壓力取飽和蒸氣壓，p=1.5MPa</p><p><b>　　1.5 設計溫度</b></p><p>　　工作溫度為 -45℃～48℃ ，則取 </p><p><b>　　設計溫度取50℃</b></p><p><b>　　2

14、 容器的結構設計</b></p><p>　　2.1 筒體的內徑和長度的確定</p><p>　　由設計任務書可知：V=300m3</p><p>　　L/D=8 取 L=8D</p><p>　　則有： </p><p>　　取內徑為3700mm，由于筒體的內徑較大，所以

15、采用鋼板卷制，公稱直內徑DN3700mm.</p><p><b>　　選用標準橢圓形封頭</b></p><p>　　表2.1 EHA橢圓形封頭內表面積及容積 </p><p><b>　　則筒體長度：</b></p><p>　　圓整：L =26610mm</p><p&

16、gt;<b>　　則實際體積：</b></p><p><b>　　則體積相對誤差為：</b></p><p><b>　　符合設計要求。</b></p><p>　　2.2 筒體和封頭的厚度設計計算</p><p>　　（1）設計壓力?。簆=1.5MPa</p>

17、<p>　　液柱壓力（安裝滿時計算）：</p><p><b>　?。ィ?％</b></p><p>　　所以可以忽略液柱的壓力。單面焊，100%無損探傷，焊接接頭系數(shù)=0.9</p><p><b>　　筒體厚度：</b></p><p>　　計算壓力： </p&

18、gt;<p>　　計算厚度： </p><p>　　查表2-5得，厚度負偏差C1=0.8mm。</p><p>　　設計壽命20年，腐蝕速率0.1mm/a，所以腐蝕裕量C2=2mm。</p><p>　　設計厚度=19.75+2=21.75mm；</p><p>　　名義厚度=24mm。</p>&

19、lt;p>　　標準橢圓形封頭厚度：</p><p>　　計算厚度： </p><p>　　設計厚度： td=t+C1+C2+圓整值=24mm </p><p><b>　　2.3 人孔設計</b></p><p>　　設置1個人孔，其公稱直徑取DN450。根據HG/T 2151

20、8-2005 《鋼制人孔和</p><p>　　手孔》選?。喝丝?RF Ⅲ t-35CM (W·D-1232) B 450-2.5 HG/T 21518-2005具體</p><p>　　結構和材料見標準HG/T 21518-2005 《鋼制人孔和手孔》。</p><p>　　2.4 其他零部件的設計</p><p>　　2.4.1

21、 液位計的設計</p><p><b>　　1）液位計類型</b></p><p>　　由于該儲罐的介質為液氨，工作溫度常溫，所以選用磁性液位計。</p><p><b>　　2）液位計中心距</b></p><p>　　可簡化容器為一圓筒，液體達到總體積的90%（本儲罐的裝量系數(shù)為0.9），可近似

22、認為截面面積達到全面積的90%，所以下圖所示的陰影面積為全面積的10%。即： </p><p><b>　　3）接管與法蘭</b></p><p>　　由于介質為液氨，應采用帶頸對焊法蘭（突面）、帶加強環(huán)的纏繞墊片（帶外環(huán)）和專用級高強度螺栓組合，而且它的腐蝕性不大，所以材料不需要選太好的。為了有良好焊縫，接管材料選16Mn。同時接管伸出較長，需要支撐結構。</

23、p><p>　　綜上所述，具體見表3.2</p><p>　　表2.2 接管與法蘭</p><p>　　2.4.2 管口設計</p><p>　　1）管口中心線位置的確定</p><p>　　根據管口的性質可確定其安放位置，排污管在筒體的下方，其它在筒體的上方。</p><p>　　根據GB 15

24、0規(guī)定，按殼體開孔不另行補強設計要求設計法蘭管的位置。要求如下：</p><p>　　a.設計壓力小于或等于2.5MPa。 </p><p>　　b.兩相鄰開孔中心線的間距應不小于兩孔直徑之和的兩倍。</p><p>　　c.接管公稱外徑小于或等于89mm。</p><p>　　d.接管最小壁厚滿足下表：</p><p&g

25、t;　　表2.3 接管最小壁厚</p><p>　　集中布管，順序為：放空口、人孔、安全閥接口、溫度計口、壓力表接口、液相進口管、氣相出口管、排污口在殼體下方、液相出口管在殼體下方。（具體位置見裝配圖）</p><p>　　1.離焊縫最近的人孔，所以它離焊縫距離應該不小于，</p><p>　　則取人孔與焊縫距離為640mm；</p><p&g

26、t;　　2.兩相鄰開孔中心線的間距應不小于兩孔直徑之和的兩倍,則放空口與人孔距離為1000mm，人孔與安全閥接口距離為1000，安全閥與溫度計口800mm、溫度計與壓力表的距離為650mm、壓力表與液相進口距離為650mm、液相進口與氣相出口距離為600mm。（具體位置見裝配圖）</p><p><b>　　2）接管與法蘭選取</b></p><p>　　a．根據殼體

27、開孔不另行補強，條件d條可確定接管厚度：</p><p>　　b．液相進口管，液相出口管，氣相進口管，氣相出口管，排污管——5mm</p><p>　　c．安全閥接口接管——6.0mm</p><p>　　d．壓力表接管，液位計接管——3.5mm</p><p>　　由于本儲罐裝的是液氨，法蘭采用帶頸對焊法蘭，纏繞墊片（帶外環(huán)）。綜上所述：

28、 </p><p>　　表2.4 接管與法蘭</p><p><b>　　3）焊接結構設計。</b></p><p>　　1．殼體A，B類焊接接頭的設計</p><p>　　該容器上的A,B類接頭必須采用對接焊，不允許采用搭接焊。對接焊易于焊透，質量容易保證，易于作無損檢測，可

29、獲得最好的焊接接頭質量。</p><p>　　該容器上的接管與殼體以及補強圈之間的焊接一般只能采用角接和搭接。</p><p>　　2．殼體C，D類焊接接頭的設計</p><p>　　平蓋，管板與圓筒非對接連接的接頭，法蘭與殼體，接管連接的接頭，內封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭，均屬C類焊接接頭，但已規(guī)定為A，B</p><p

30、><b>　　類的焊接接頭除外。</b></p><p>　　接管、人孔、凸緣、補強圈等與殼體連接的接頭均屬于D類焊接接頭，但已規(guī)定為A，B類的除外。</p><p>　　3．焊接接頭坡口設計</p><p>　　容器筒體，封頭與接管法蘭的厚度均在δ=20～50mm的范圍，為了減小焊接變形和殘余應力，因此可取接頭坡口形式為U形。</

31、p><p>　　4）常用焊接方法與焊條的選擇</p><p>　　采用手工電弧焊，該方法設備簡單，便于操作，使用于各種焊接，在壓力容器</p><p>　　制造中應用十分廣泛，鋼板對接，接管與筒體、封頭的連接等都可以采用。</p><p>　　考慮母材力學性能與化學成分，對低碳鋼和低合金鋼構件，要求等強度原則選擇焊條，即要求焊縫與母材的強度相等或

32、基本相等，而不要求焊縫的化學成分與木材相同。不同類型的低合金鋼之間進行異種鋼焊接時，應選與其中強度較低的鋼材等強度的焊條</p><p>　　進行焊接，再綜合考慮金屬進行熱處理后，對其力學性能的影響構件的結構與剛性和經濟性，該容器所用焊條使用型號如下表：</p><p>　　表2.5 焊條型號</p><p>　　由于介質為液氨，應采用帶頸對焊法蘭（突面）、帶加強

33、環(huán)的纏繞墊（帶外環(huán)）和專用級高強度螺栓組合，而且它的腐蝕性不大，所以材料不需要選太好的。為了有良好焊縫，接管材料選16Mn。同時接管伸出較長，需要支撐結構。 </p><p>　　綜上所述，儲罐其它部件確定如（表2.6）。</p><p>　　表2.6 儲罐其他部件</p><p>　　2.5 鞍座選型和結構設計</p>

34、<p>　　該臥式容器采用雙鞍式支座，初步選用輕型鞍座，材料選用16MnDR.</p><p><b>　　估算鞍座的負荷 </b></p><p>　　2.5.1 質量確定 </p><p>　　由于接管、人孔、液位計等質量相對于筒體和封頭的質量較小，所以這里主</p><p>　　要考慮筒體和封頭質量&l

35、t;/p><p><b>　　容器質量：</b></p><p>　　正常操作狀態(tài)下最大質量:</p><p>　　水壓試驗時最大質量：</p><p>　　綜上所述， mmax =364100.6kg</p><p>　　則每個鞍座承受的質量為182050.3kg，即為1785kN。<

36、/p><p>　　查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表1，首先優(yōu)先選擇輕型支座。</p><p>　　查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表2得（表3.7）</p><p>　　表2.7 鞍座尺寸表</p><p>　　該對鞍座標記為JB/T4712.1-2007 鞍座A2300-S和JB/T4712.1

37、-2007 鞍座</p><p><b>　　A2300-F。</b></p><p>　　2.5.2 鞍座的安裝位置</p><p>　　根據JB/T4731-2005《鋼制臥式容器》中6.1.1規(guī)定，應盡量使支座中心到封頭切線的距離A小于等于0.5R無法滿足A小于等于0.5R宜大于0.2L。R筒的平均內徑。</p><p

38、>　　L=L0+4/3H=26910+4/3×965=27896.7mm</p><p>　　即A≦R/2=1850/2=925mm</p><p><b>　　取A=850mm</b></p><p>　　鞍座的安裝位置如圖所示：</p><p>　　圖2.2 鞍座位置</p><

39、p><b>　　3 開孔補強設計</b></p><p>　　根據GB150中8.3，知該儲罐中只有人孔需要補強。</p><p><b>　　3.1 </b></p><p>　　其中開孔直徑: 480-15×2+2×（2+0.8）mm=455.6mm</p>

40、<p>　　d≤Di/3=3700/3=1233.3mm</p><p>　　故可以采用等面積法進行開孔補強計算</p><p><b>　　3.2 補強圈計算</b></p><p><b>　　補強圈如圖：</b></p><p><b>　　圖4.1 補強圈</b&

41、gt;</p><p>　　3.2.1 圓筒開孔所需補強面積</p><p>　　開孔直徑: d=450+2×（2+0.8）mm=455.6mm</p><p>　　圓筒計算厚度: δ=19.75mm</p><p>　　接管有效厚度: δet=15-1-0.8mm=13.2mm</p&g

42、t;<p>　　強度削弱系數(shù): fτ=1.0</p><p>　　所以 : A=8998.1mm2</p><p>　　3.2.2 殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積</p><p>　　有效補強范圍的寬度: B=970.4mm</p><p>　　所以:

43、 A1=800.58mm2</p><p>　　3.2.3 接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積</p><p>　　有效補強范圍外側高度: h1=85.38mm</p><p>　　有效補強范圍內側高度: h2=0 mm</p><p><b>　　接管計算厚度 ：</b></p>&l

44、t;p>　　所以: A2=1885.2mm2</p><p>　　3.2.4 焊縫金屬面積</p><p>　　焊縫金屬面積不考慮，則： A3=0</p><p>　　3.2.5 另加補強面積</p><p>　　A4=A-A1-A2-A3=8998.1-800.58-1885.2=6312.3

45、2mm2</p><p><b>　　所以補強圈厚度：</b></p><p>　　考慮焊縫的補強作用，取 δc=10mm </p><p>　　標記：dN450×10-C-16MnDR JB/T 4736</p><p><b>　　質量：21.2kg</b></p>

46、<p><b>　　4 強度計算</b></p><p><b>　　4.1 液壓試驗</b></p><p><b>　　采用水壓試驗</b></p><p><b>　　試驗壓力： </b></p><p>　　校核有效厚度: te=t

47、n-C=24-2-0.6=21.4mm </p><p>　　而 </p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　4.2 圓筒軸向彎矩</p><p>　　建立力學模型，建立數(shù)學模型</p><p>　　該臥式容器可簡化為外伸梁受均

48、布載荷</p><p><b>　　如圖：</b></p><p>　　圖4.1 載荷分布</p><p>　　4.2.1 載荷分布</p><p>　　置于對稱分布的鞍座上臥式容器所受的外力包括載荷和支座反力。</p><p>　　（1）均布載荷q、支座反力F 首先應把封頭折算成和容器直徑相同

49、的當量圓筒。長度為2/3H（H凸形封頭的深度）故重量載荷作用的長度為L+4/3H如果容器的總重量為2F，則作用在外伸梁上的的單位長度均布載荷為</p><p>　　N/mm= （4-1）</p><p><b>　　則有 : </b></p><p>　　F= N= （4-2）</p><p>　　

50、(2)豎直剪力V和力偶M封頭本身和封頭物料的重量為，此重力作用在封頭的重心上，橢圓形封頭重心e=，按照力線平移法則，此重力可用一個作用在梁端點的橫向剪力V和一個附加的力偶m1來代替，則有</p><p><b>　　（4-3）</b></p><p>　　和 </p><p><b>　?。?-4）

51、</b></p><p>　　此外，當封頭中充滿液體時，液體靜壓力對封頭作用一水平向外推力。這一推力偏離容器軸線，對梁的則形成一個力偶m2為</p><p><b>　　（4-5）</b></p><p>　　將力偶m1和m2合成一個力偶M，即</p><p><b>　　（4-6）</b&g

52、t;</p><p>　　橢圓封頭可近似可做RI=H則有 M=0</p><p>　　4.2.2 筒體彎矩</p><p><b>　　取：A=850mm</b></p><p>　　1.彎矩，筒體在支座跨中截面的彎矩，可分析兩平衡條件得：</p><p><b>　　M1=</

53、b></p><p>　　筒體在支座截面處的彎矩：</p><p><b>　　M2=</b></p><p><b>　　則最大彎矩為M1</b></p><p>　　4.3 圓筒軸向應力計算并校核</p><p>　　5.3.1 筒體應力</p>&l

54、t;p>　　1）鞍座跨中截面上筒體的最大軸向應力</p><p><b>　　截面最高點：</b></p><p><b>　　σ1=-=-</b></p><p><b>　　截面最低點：</b></p><p><b>　　σ2=+=+</b>&

55、lt;/p><p>　　2）支座截面筒體的最大軸向應力</p><p><b>　　截面最高點： </b></p><p><b>　　截面最低點：</b></p><p>　　由于A<R/2鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得式中折扣系數(shù)K1和K2分別都為1.</p>

56、<p>　　4.3.2 筒體軸向應力校核</p><p>　　由以上分析知，筒體的最大軸向應力為σ1～σ4其位置如下圖：</p><p>　　圖4.2 筒體的軸向應力圖</p><p>　　最大應力為σ2=64.8364670MPa</p><p>　　計算得到的軸向壓應力為;</p><p>　　σ

57、cr= (4-7)</p><p>　　pcr=mP設計 （4-8）</p><p>　　m為安全系數(shù)取3則有：</p><p>　　σcr= =MPa</p><p>　　設計溫度下的許用應力［σ］t為157MPa</p><p>　　容器安全使用的穩(wěn)

58、定條件為：</p><p><b>　　比較得：</b></p><p><b>　　σ2＜σcr ，</b></p><p><b>　　故均滿足強度要求</b></p><p>　　4.4 切向剪應力的計算并校核</p><p>　　4.4.1 圓筒

59、切向剪應力的計算</p><p>　　根據JB/T 4731-2005中式7-9計算</p><p>　　查JB/T 4731-2005中表7-2，得：</p><p><b>　　τ=</b></p><p>　　4.4.2 圓筒被封頭加強時，最大剪應力</p><p>　　根據JB/T4731

60、-2005中式7-10，計算得：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　4.4.3 切向剪應力的校核</p><p>　　圓筒的切向剪應力不應超過設計溫度下材料許用應力的0.8倍，即</p><p>　　封頭的切向剪應力，應滿足</p><p>　　而

61、 τ=19.85MPa≤0.8［σ］t=0.8×157=125.6MPa</p><p>　　即： </p><p>　　故圓筒滿足強度要求。</p><p>　　4.5 圓筒周向應力的計算并校核</p><p>　　4.5.1 在橫截面的最低點處</p><p>　　σ5=

62、 （b2為圓筒的有效厚度）</p><p><b>　　查,表7-3知，</b></p><p>　　F=892972.3N, δe=21.4mm， b2=335mm</p><p><b>　　σ5=-</b></p><p>　　4.5.2 周向應力校核</p>&

63、lt;p>　　根據JB/T 4731-2005中7.3.4.3進行校核</p><p>　　由于 ［σ］t=157 MPa</p><p><b>　　所以 ： </b></p><p><b>　　故均滿足強度要求</b></p><p>　　該容器可以安全使用！

64、</p><p><b>　　5 防護及使用管理</b></p><p><b>　　5.1 防腐</b></p><p>　　設備制造完畢后，應徹底去污除銹，外表面涂鐵紅防銹和銀粉漆個兩遍。為警示，再沿罐體水平中心線四周刷紅色色帶一道，寬度不應小于150mm，最后在在筒體兩邊中央用紅漆寫上“嚴禁煙火”四字，高度不小于20

65、0mm。</p><p><b>　　5.2 防靜電</b></p><p>　　液化石油氣本身不但具有爆炸和著火危險，而且其在管道和設備中流動，會因摩擦而產生靜電，如果不及時導走，靜電聚集產生高達數(shù)千伏的電壓，從而發(fā)生爆炸、著火。為防止儲罐電荷聚集，容器必須靜電接地，其接地電阻不應大于10Ω</p><p><b>　　5.3 熱處

66、理要求</b></p><p>　　設備制造完畢后，焊在容器上的連接件、附件應隨容器一起進行消除應力的整體熱處理，熱處理后不得在容器上動火。</p><p><b>　　5.4 焊接</b></p><p>　　所有焊縫，包括對焊、補焊、管子與筒體焊接、對焊、角焊等均應進行焊接工藝評定和焊制產品的焊接試板。</p>&

67、lt;p><b>　　5.5 使用及管理</b></p><p>　　設備設置的位置應符合GB16-87《建筑設計防火規(guī)范》的規(guī)定。有條件的最好在設備上設置噴淋裝置，當介質溫度接近50℃時，即打開噴淋水噴淋。以保證儲罐的正常工作。按其第一道法蘭結構和尺寸，配備適合該法蘭的堵漏裝置和工具。設置液化氣泄漏報警裝置。嚴格控制H2S含量不超過50mg/L。使用單位必須按照《容規(guī)》規(guī)定，認真安排