.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：液氨储罐的设计学院：化工与材料工程学院专业：应用化学学号： 140140023 姓名：游超杰指导教师：周莉莉2017年6月30日.目录1、设计任务书 (1)2、前言 (2)3.设计方案 (3)3.1设计依据及原则 (3)3.2、设计要求 (3)技术特性表 (3)4、设计计算 (5)4.1、圆筒厚度设计 (5)4.2、封头壁厚设计 (6)4.3、水压试验及强度校核 (6)5、选择人孔并核算开孔补强 (7)5.1、人孔参数确定 (7)5.2、开孔补强的计算 (8)6、接口管设计 (10)6.1、进料管 (10)6.2、出料管 (10)6.3、液位计接口管 (10)6.4、放空阀接口管 (11)6.5、安全阀接口管 (11)6.6、排污管 (11)6.7、压力表接口 (11)7、鞍座负载设计 (11)首先粗略计算鞍座负荷 (11)7.1、罐体质量m1 (12)7.2、封头质量m2 (12)7.3、液氨质量m3 (12)7.4、附件质量m4 (12)8、设计汇总 (13)1、设计任务书课题：液氨储罐的设计（家乡衡水）设计内容：根据既定的工艺参数设计一台液氨储罐已知工艺参数：最高使用温度T=40℃罐体容积V=12mm3此时氨的饱和蒸汽压P=1.55MPa具体的内容包括：1.筒体材料选择2.罐的结构及尺寸（内径、长度）形状（卧式、球形、立式），罐体厚度，封头形状及厚度，支座的选择，人孔及接管，开孔补强下达时间：2017年6月16日完成时间：2017年6月30日2、前言本次课程设计是化工与材料工程学院，应用化学专业对化工设备机械基础这门课程进行的。
课设题目为液氨储罐的课程设计。
液氨，又称为无水氨，是一种无色液体。
氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，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，而且具有腐蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。
气氨相对密度(空气＝1)：0.59，分子量为17．04.液氨的密度是NH30.562871Kg/L(50℃) 。
自燃点：651．11℃饱和蒸汽压：2.033MPa熔点(℃)：-77．7 爆炸极限：16％～25％沸点(℃)：-33．4 1％水溶液PH值：11．7比热kJ(kg·K)：氨（液体）4.609 氨（气体）2.179 蒸汽与空气混合物爆炸极限16～25%(最易引燃浓度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,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。
液氨主要用于生产硝酸、尿素和其他化学肥料，还可用作医药和农药的原料。
在国防工业中，用于制造火箭、导弹的推进剂。
可用作有机化工产品的氨化原料，还可用作冷冻剂。
液氨还可用用于纺织品的丝光整理。
液氨通常采用钢瓶或槽车灌装。
灌装用钢瓶或槽车应符合国家劳动局颁发的“气瓶安全监察规程”、“压力容器安全监察规程”等有关规定。
本设计是针对《化工设备机械基础》这门课程所安排的一次课程设计，是对这门课程的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。
设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。
设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。
各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。
本设计过程的内容包括容器的材质的选取、容器筒体的性质及厚度、封头的形状及厚度、确定支座、人孔及接管、开孔补强的情况以及其他接管的设计与选取。
3.设计方案3.1设计依据及原则本液氨贮罐属于中压容器，设计以“钢制压力容器”国家标准（GB150）为依据，严格按照政府部门对压力容器安全监督的法规“压力容器安全技术监督教程”的规定进行设计。
以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足够的安全寿命。
设计的步骤如下：(1)根据设计中要用的各种参数进行计算及材料选择。
(2)对容器的筒体、封头鞍座及其他附件进行参数计算。
(3)对计算出来的数据进行校核。
3.2、设计要求技术特性表管口表3.3、液氨储罐设计参数的确定3.3.1、设计温度与设计压力的确定（1）设计温度：T= 40℃（2）设计压力:本贮罐在最高使用温度40℃下，氨的饱和蒸汽压为1.55MPa(绝对压强)，容器上装有安全阀，则取1.05到1.10倍的最高工作压力作为设计压力，这里取最高设计压力为1.10倍。
所以设计压力为P= 1.10×（1.55-0.10133）=1.60MPa。
3.3.2、罐体和封头材料的选择（1）材料选择：由操作条件可知，该容器属于中压、常温范畴（化工设备机械基础第六版P56表2-2）。
考虑到机械性能、强度条件、腐蚀情况等要求，筒体和封头的材料选用可以考虑20R、16MnR这两种钢种。
如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板， 16MnR钢板的价格比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价， 16MnR钢板为比较经济。
所以在此选择16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。
钢号为16MnR的钢板（适用温度范围-40-475℃，使用状态为热轧或正火，钢板标准为GB6654—1996）。
接管材料选用钢号为16MnR的接管（许用应力：[σ]=[σ]t=163MPa）。
法兰材料为16MnR，鞍座材料选用16MnR。
（2）钢板厚度负偏差：由《化工设备机械基础》第六版P97表4—9可知，钢板=0.80mm。
厚度在7.5-25mm时钢板负偏差C1（3）腐蚀裕量:腐蚀裕量由介质对材料的均匀腐蚀速率和容器的设计寿命决定。
=Ka，其中K为腐蚀速率；a容器的使用寿命。
对于低合金钢的容器，腐蚀裕量C2其腐蚀程度若属于轻度腐蚀，腐蚀速度 0.05-0.13（mm/a），腐蚀余量≥1.0mm，（第六版P98 表4-11）故腐蚀余量取C=2.0mm.2（4）焊接头系数：本次课程设计是液氨储罐的机械设计。
氨属于中度毒性物质，查（第六版P56 表2-2）可知该设备为中压储存容器，即为第三类压力容器。
由于焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方，要保证设备密封性能良好，故筒体焊接结构采用双面焊的全焊透的对接接头，且全部无损探伤的，故取焊接头系数φ=1.0。
（5）许用应力：对于本设计是用钢板卷焊的筒体以内径作为公称直径DN=D=1600mm.假设16MnR钢的厚度在16-36mm之间，设计温度下钢板的许用应i力[σ]t=163Mpa。
4、设计计算4.1、圆筒厚度设计16MnR 的密度为7.85t/m 3，熔点为1430℃，许用应力[]tσ列于下表：表3.1 16MnR 许用应力在GB-150-1998《钢制压力容器》中规定，将计算厚度与腐蚀裕量作为设计厚度，即： 2][2C p DNp ctc d +-⨯=φσδ 式中 δd —设计厚度（mm ）；C 2—腐蚀裕量（mm ）； P c —圆筒的设计压力（MPa ）； DN —圆筒的公称直径（mm ）； φ—焊接接头系数；[σ]t —钢板在设计温度下的许用应力（MPa ）。
于是2][2C p DNp ctc d +-⨯=φσδ=1.60×1600/（2×163×1.0-1.60）+2.0=9.89mm. 将设计厚度加上钢板负偏差后向上圆整到钢板的标准规格的厚度，及圆筒的钢号板厚/㎜在下列温度（℃）下的许用应力/ Mpa≤2010015020025030016MnR6～16 170 170 170 170 156 14416～36163 163 163 159 147 13436～60157 157 157 150 138 125>60～100153 153 150 141 128 116名义厚度： 1C d n +=δδ=9.89+0.8=10.69mm即1C d n +=δδ=9.89+0.80+△。
圆整后取δn =11.00mm 后的16MnR 钢板制作筒体。
4.2、封头壁厚设计由于椭圆封头厚度的计算公式和筒体厚度的计算公式几乎相同，说明筒体采用标准椭圆封头，其封头厚度近似等于筒体厚度，这样筒体和封头可采用相同厚度的钢板制作。
因为D i /2h f =2时，定义为标准椭圆封头，所以封头的形状系数K=1.0。
封头的设计厚度为： 25.0][2··C p KDN p ct c d +-=φσδ即25.0][2··C p KDN p ctc d +-=φσδ=1.60×1600/（2×163×1.0-0.5×1.60）+2.0=9.87mm 。
考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，需圆整，封头的名义厚度由公式可得1C d n +=δδ=9.87+0.8，圆整后取δn =11mm 厚的16MnR 钢板作封头。
4.3、水压试验及强度校核由《化工设备机械基础》（第六版P100）查得内压容器液压试验时应力校核公式为φσδδσs ee t t DN p 9.02)(≤+=式中p t —试验压力（MPa ）； δe —有效厚度（mm ）；σs —圆筒材料在试验温度下的屈服点（MPa ）；D i —圆筒的内直径；σt — 圆筒壁在试验压力下的计算应力（MPa ）；Φ—圆筒的焊接接头系数。
其中p t =1.25p=1.25×1.60=2.00MPa δe =8.2mm σs =325MPa 于是ee t t Di p δδσ2)(+==20.8220.8160000.2⨯+⨯）（=196.12MPa ≤φσs 9.0=0.9×325×1.0=292.5MPa.水压试验满足强度要求。
5、选择人孔并核算开孔补强5.1、人孔参数确定为了检查设备使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷，应开设检查孔，此设备应至少开设一个人孔，人孔的形状有圆形和椭圆两种，当设备内径D＞i 1000mm时，压力容器上的开孔最好是圆形的。