燕京理工学院Yanching Institute of Technology（2018）届本科生化工设备机械基础大作业题目： 50立方米液氨储罐设计学院：化工与材料工程学院专业：应用化学1402学号： 140140059 ：震指导教师：周莉莉教研室主任（负责人）：顾明广2017年6月20日目录课程设计任务书 (3)50m³液氨储罐设计 (3)课程设计容 (3)液氨物化性质及介绍 (4)第一章设备的工艺计算 (4)1.1设计储存量 (4)1.2 设备的选型的轮廓尺寸的确定 (4)1.3 设计压力的确定 (5)1.4 设计温度的确定 (5)1.5 主要元件材料的选择 (5)第二章设备的机械设计 (6)2.1 设计条件（见表2-1和表2-2） (6)2.2 结构设计 (7)2.2.1 材料选择 (7)2.2.2 筒体和封头结构设计 (7)2.2.3 法兰的结构设计 (7)2.2.4 人孔、液位计结构设计 (9)2.2.5 支座结构设计 (11)2.2.6 焊接接头设计及焊接材料的选取 (14)2.3 开孔补强计算 (15)2.3.1补强设计方法判别 (15)2.3.2有效补强围 (16)2.3.3 有效补强面积 (17)2.3.4接管的多余面积 (17)2.3.5补强面积 (17)第三章液面计的选用 (18)第四章视镜的选用 (18)第五章安全阀的选用 (18)第六章焊接接头的设计 (18)第七章垫片及螺栓的选择 (18)课程设计总结 (19)参考文献 (19)课程设计任务书50m³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.独立完成。
二、原始数据1、设备工艺、结构设计；2、设备强度计算与校核；3、技术条件编制；4、绘制设备总装配图；5、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 (A3图纸一)课程设计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。
第一章 设备的工艺计算工艺设计的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t V W ρφ=式中：W ——储存量，t ； φ——装量系数； V ——压力容器容积；m 3t ρ——设计温度下的饱和溶液的密度，3m tW=0.85×50×0.563=23.93 t1.2 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由已知数据计算出筒体的基本参数如下：表1-1 筒体基本参数椭圆形封头基本参数如下表：V计=π/4×DN2×L+V封×2=π/4×2.6²×8.4+2.5131×2=47.10m³实际工作容积V工=V计×f=47.10×0.85=40.03m³1.3 设计压力的确定液氨在40℃的饱和蒸汽压为1.55 MPa，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40℃时的饱和蒸汽压力Pv=1.55Mpa，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=(1.55-0.1)×1.1=1.6水压试验 Pt=1.25×1.6=2.0Mpa1.4 设计温度的确定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）。
省市当地最高工作温度为-15℃-35℃，则设计温度取40℃。
1.5 主要元件材料的选择液氨属于液化气体，查阅文献，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50m³液氨储罐属于第II类压力容器。
第二章设备的机械设计2.1 设计条件（见表2-1和表2-2）容备注工作介质液氨工作压力 Mpa 1.54设计压力 Mpa 1.6工作温度℃-15—35设计温度℃40） m350公称容积（Vg）m347.1计算容积（V计工作容积（V）m340.03工装量系数 f 0.85介质密度（ρ）t/m³0.563kg/L材质Q345R保温要求无保温层表2-2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a DN450 HG20592 WN450-2.5MFM FM 人孔b DN15 G1/2 FM 压力表口c DN50 HG20592 WN50-2.5FM FM 气相出口d DN80 HG20592 WN50-2.5FM FM 安全阀排气口2.2 结构设计2.2.1 材料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16MnR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（16MnR）Q345（钢材标准为GB6654）[σ]t=163 Mpa。
Q345（16MnR）适用围：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。
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=2600mm ，长度L=8400mm由表1-2可知EHA标准椭圆形封头公称直径DN=2600mm 总深度H=690mm2.2.3 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。
经查《压力容器安全技术监察规程》得液氨的设计压力P设=1.1×P工作=1.10×（2.059-0.1）=2.16Mpa液柱静压力ρgh=562.871×9.8×2600=0.0143Mpa，（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2-3图2-2表2-3 PN25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ThN S≥H1≥RB 80 89 200 160 18 8 M16 24 105 3.2 12 8 58 5.02.2.4 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 MFMⅢ s-35CM (NM-XB350) A 450-2.5 HG/T 21518-2005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图2-3 回转盖带颈对焊法兰人孔结构图（2）液位计的选择液位计是用以指示容器物料液面的装置，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/T 21584-95 UZ2.5M-1400-0.6 BF321C2.2.5 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 。