化工设备基础课程设计
第一章设计方案的确定 (1)
1.1 液氨储罐选型 (1)
1.2 液氨储罐选材 (2)
第二章储罐的工艺设计 (2)
2.1 筒体壁厚设计 (2)
2.2 筒体封头设计 (3)
2.3 校核罐体及封头的水压试验强度 (4)
2.4 人孔设计 (4)
2.5 人孔补强 (5)
2.6 接口管 (5)
2.6.1 液氨进料管 (5)
2.6.2 液氨出料管 (6)
2.6.3 排污管 (6)
2.6.4 液面计接管 (6)
2.6.5 放空接口管 (6)
2.7 鞍座 (6)
2.7.1 罐体质量 (7)
2.7.2 封头质量 (7)
2.7.3 液氨质量 (7)
2.7.4 附件质量 (7)
第三章设备总装配图 (8)
3.1 设备总装配图 (8)
3.2 储罐技术要求： (8)
3.3 设计技术特性表 (9)
第四章设计总结 (9)
参考文献 (10)
第一章设计方案的确定
1.1 液氨储罐选型
工业的压力容器种类很多，按形状主要分以下几类：（1）方型或矩形容器（2）球型容器（3）圆筒型容器。
本设计采用圆筒型容器，方型或矩形容器虽制造简单，但承压能力差，四角的边缘应力较大，容易失效且封头设计较厚，故不选用。
球型容器，虽单位容积所用的材料最少且受力最佳，承载力好，但对中小型储罐来说安装内件不方便，制造难度较大，成本相对较高，不选用。
而圆筒型容器，制造容易，选用适当的长径比之后，安装、检修方便，承载能力较好。
因此本设计采用圆筒型容器。
1.2 液氨储罐选材
储罐的经济性与实用性重要方面就是材料的选择。
根据实际条件，本设计
采用16MnR，主要有几下方面原因：（1）容器的使用条件，如温度、压力等。
当容器温度低于0℃时，不得选用Q235系列的钢板，因其塑性变脆。
虽20R的碳素钢满足，但其制造要求较高且强度底。
而16MnR在常温-40℃—200℃下，具有良好的力学性能和足够的强度。
（2）综合经济市场调查（2009年）20R 碳素钢价格：2600元/吨，低合金钢16MnR价格：2680元/吨，两者价格相差不大，但16MnR制造的储罐比碳素钢的质量轻1/3，同时减少了壁厚。
综上所述，本设计用钢选用16MnR。
第二章 储罐的工艺设计
2.1 筒体壁厚设计
采用内径Di=2200mm ，储罐长度L （不包含封头）=5000mm 的工艺尺寸。
其长径之比L/Di=2.27，满足一般卧式容器长径比在2—6的范围之内[1]。
本设计采用50℃设计温度，这时氨的饱和蒸汽压为 2.07MPa [2]。
P 表压=P 绝对大气压-P 大气压=2.07-0.10103=1.969 Mpa
储罐上安装安全阀 故P=1.969⨯1.1=2.16 Mpa 设计壁厚公式：
c PD t
i d
2
]
[2+
=
σδ
其上式中相关参数如表2-1：
116
.211632+-⨯⨯=δ
d
=15.67mm 由表3-13[3]
查得：C 1=0.8mm δ
d
=15.67+0.8=16.47mm
圆整后
δ
n
=18mm 故筒壁用18mm 的16MnR 钢板制
2.2 筒体封头设计
从工艺操作要求考虑，对封头没有特殊要求。
从定性角度分析可知：平板封头四角处在较大边缘应力且厚度较大，故不采用；半球形封头受力最好、壁厚最薄、重量轻，但深度大，制造较难，中、低压设备不宜选用；蝶形封头母线曲率不连续，存在局部应力，受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头已系列化，制造容易，受力比蝶形好，故选用此封头。
设计壁厚
δ
n
： []
P
t
i
d
PD 5.02-=
ϕσδ
其中ϕ=1 δ
d
=16.43mm
圆整之后
δ
n
=18mm
考虑减少材料间的线性膨胀系数，故采用18mm 厚16MnR 钢板制造的
标准椭圆形封头。
2.3 校核罐体及封头的水压试验强度
由水压实验公式： ()σϕ
σσσS
e
i
T
t e D p 96
.02≤+=
MPa P p
T
7.216.225.125.1=⨯=⨯=
mm e
2.168.118=-=σ
MPa S
325=σ
MPa s 5.2929.032596.0=⨯=σ ()MPa 7.1841
2.1622.1622007.2=⨯⨯+⨯=
T σ
可见 ：
σσ
S 96.0<T
所以满足水压试验，强度足够。
2.4 人孔设计
根据储罐的设计温度、工作压力、材质及使用要求等条件，选用公称压力PN=2.5Mpa 的水平吊盖带颈对焊法兰人孔，其公称直径选定为DN=450mm 。
采用榫槽密封面（T.G ）型和石棉橡胶板垫片（A.G ）。
人孔各零件名称、材质及尺寸见表2-2，结构见1-1图。
该水平吊盖带颈对焊法兰人孔的标记： 人孔TG Ⅷ(A.G) 450-2.5 HG21524-95 [4]
人孔PN2.5 DN450（HG21524-95）明细表2-2
其图见后附图 1-1
2.5 人孔补强
人孔开孔补强采用补强圈结构，材质为16MnR 。
根据补强经验,补强圈的厚度与筒体壁厚相等，其补强强度足够，故补强圈厚度取18mm 。
2.6 接口管
本储罐有以下接管 2.6.1 液氨进料管
采用流速为1.5m/s ,3.8小时流到16.5m3（22⨯0.75），故Qv,h=4.34m 3/h
mm u s Qv D 32,45
.114.336005
.54===
⨯⨯
π
采用mm mm 5.338⨯φ的无缝钢管，管的一端切成45°，深入储罐内少许，配用图面板式平焊管法兰，法兰标记：HG20592 法兰PL32-2.5RF 16MnR 。
因该
mm mm 5.338⨯φ其设计压力等于2.5MPa ，接管公称外径小于89mm 且接管最小壁厚满足表3-31[5],所以不用补强。
2.6.2液氨出料管
φ，将它用法兰固定在接口管采用可拆的压出管mm
mm3
25⨯
φ内。
罐体的接口管法兰采用HG20592 法兰PL32-2.5 RF 16Mn, mm5.3
mm
38⨯
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法兰HG20592 法兰PL32-2.5 RF 16Mn相同，其内径为25mm。
压出管深入储罐2.1m。
2.6.3 排污管
φ，管端装储罐右端最低部，安设排污管一个，管子规格mm
57⨯
mm5.3
有一与截止阀J41W-16相配的管法兰：HG20592 法兰PL50-2.5 RF 16Mn
2.6.4 液面计接管
本储罐采用玻璃防霜面计AI2.5—1260—50 HG/T2155-93两只。
其中：AI—防霜面计类型 2.5—公称压力等级，MPa 1260—液面计的公称长度50—防霜翅片高度，mm
HG/T2155-93—液面计的标准图号
2.6.5 放空接口管
φ无缝钢管，管法兰HG20592 法PL25-2.5 RF 16Mn 采用mm
mm5.3
32⨯
2.7 鞍座
储罐总质量: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
2.7.1罐体质量
DN=2200mm, δn=18mm筒件。
每米质量q1=984kg/m (见附表4)[4]故m1= q1⨯L=984⨯5=4920kg
2.7.2封头质量
DN=2200mm, δn=18mm 直角高度40mm的标准椭圆形封头。
其质量m2=782kg(附表6)[4]
2.7.3液氨质量
m 3=ψV ρ 式中： ψ----装填系数，取0.75
V----储罐体积 V=V 封+V 筒=22.08m3 ρ---液氨在-20℃时密度665kg/m3 m 3=0.75⨯22.08⨯665=11012.4kg
2.7.4附件质量 人孔质量约重200kg ；
法兰质量列如下表：
法兰总质量=10.59kg m 4=200+250+10.59=460.59kg
设备总质量：m= m 1+m 2+ m 3+ m 4=4920+1564+11012.4+460.59 =17956.99kg F=
2mg =2
81
.999.17956⨯=88.08kN 即每个鞍座只承受约88.08kN 负荷，根据附录16[5] 表40，可以选用轻型带垫板、包角为120°的鞍座。
故选用： JB/T4712-92 鞍座 A2200-F
JB/T4712-92 鞍座 A2200-S
第三章设备总装配图3.1设备总装配图示
见附图2-2，各零部件的名称、规格、尺寸、材料等见明细表。
3.2 储罐技术要求
储罐技术要求：
3.3 设计技术特性
综上计算过程，其结果如技术特性表：。