东华理工大学课程设计题目：压力容器设计院系：化学生物与材料科学学院专业：化学工程与工艺班级：1121001姓名：朱晓琳学号：201120100116设计说明书1.设计课题：液氨储罐的机械设计2.已知工艺参数如下：公称直径：DN=2500㎜；筒体长度（不含封头）：Lo=4600㎜。

取最高使用温度：50℃查表可知50℃时液氨的饱和蒸汽压为P=2.033Mpa（绝对压力）此压力即为容器的最大工作压力。

容器的设计压力应该高于其最大工作压力，对于装有安全阀的容器，其设计压力不得低于安全阀的开启压力，安全阀的开启压力是根据容器最大工作压力调定，据此，取最大压力的1.10倍作为容器的设计压力，则设计压力p=1.1×（2.033-0.101）=2.1252Mpa（表压），取p=2.2Mpa（表压）。

3.材料结构的选择与论证3.1 材料的选择钢材根据化学成分，压力容器用钢可分为碳素钢、低合金钢和高合金钢。

在设计和制造化工容器时，选择容器用钢必须综合考虑：容器的操作条件，材料的使用性能，材料的加工工艺性能，经济的合理性。

并且必须符合GB150-1988《钢制压力容器》的要求。

由于设计要求最高使用温度：T=50℃，设计压力P=2.2Mpa（表压），液氨低腐蚀，该容器属于中压、低温范畴，同时温度和压力有波动。

对材料的要求应是耐压，耐低温，且抗压力波动。

根据选材原则优先考虑16MnR、15MnVR、15MnTi等钢材。

再考虑到经济性选择16MnR为设计容器筒体和封头所用钢材。

在GB 150《钢制压力容器》中，对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力，16MnR的许用应力见表3-1。

表3.1压力容器用16MnR钢板的许用应力钢号钢板标准使用状态厚度mm常温强度指标在下列温度(℃)下的需用应力/MPaσbMPaσsMPa≤20 100 15016MnR GB 6654 热轧，正火6～16 510 345 170 170 170 ＞16～36 490 325 163 163 163 ＞36～60 470 305 157 157 157优质低碳钢的强度较低，塑性好，焊接性能好，因此在化工设备制造中常用作热交换器列管、设备接管、法兰的垫片包皮。

优质中碳钢的强度较高，韧性较好，但焊接性能较差，不宜用作接管用钢。

由于接管要求焊接性能好且塑性好。

故选择10号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。

由于法兰必须具有足够大的强度和刚度，以满足连接的条件，使之能够密封良好，选择相应的钢材。

3.2 结构选择与论证3.2.1贮罐结构形式的选择贮罐的结构形式主要有卧式贮罐、立式贮罐和球形贮罐。

根据设计要求，作为储存液氨的容器一般选用地面卧式储罐，主要由筒体、封头和支座组成。

3.2.2封头的选择及其材料的选择封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。

椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度。

它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。

从受力情况，制造角度以及费用综合考虑后，本设计选用标准椭圆形封头。

查椭圆形封头标准（JB/T4737-95）表2.1 椭圆封头标准公称直径DN 曲面高度h1 直边高度h2 内表面积A/m2 容积V/m3 2500 665 40 7.0891 2.2417 封头取与筒体相同材料。

3.2.3人孔的选择压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。

人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。

一般人孔有两个手柄。

选用时应综合考虑公称压力、公称直径(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。

公称直径则指其简节的公称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。

人孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性，其尺寸大小及位置以设备内件安装和工人进出方便为原则。

由于贮罐是在常温及最高压力为 2.2MPa 下工作，人孔标准按公称压力2.5MPa 的压力等级选取。

又人孔盖直径较大且质量较重，选用水平吊盖法兰人孔，因为人孔结构中有吊钩和销轴，在检修时只需松开螺栓将盖板绕销轴旋转，即可轻松进入，而不必将其取下以节约维修时间。

查得该人孔的有关数据如下:表3.2 水平吊盖带颈对焊法兰人孔(突面)标准尺寸 (mm)公称压力 MPa 公称直径 d W ×S D D 1 d b b 1 b 2 A H 1 H 2 d 0 2.5450480×1267060045046404438032021436该水平吊盖带颈对焊法兰人孔的标记为：HG21524-95 人孔RF Ⅴ（A•G ）450-2.5 其中RF 指突面密封，Ⅴ指接管与法兰的材料为16MnR ，A•G 是指用普通石棉橡胶板垫片，450-2.5是指公称直径为450mm 、公称压力为2.5 Mpa 。

表3.3 人孔PN2.5 DN450(HG21524-95)明细表3.2.4 法兰的选择压力容器法兰的标准（JB/T470～4707—2000）压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。

平焊法兰又分为甲型与乙型两种。

甲件号 标准号名称 数量 材料 尺寸/mm1 筒节 1 16MnR d W ×S=480×12，H 1=3202 HGJ52-91 法兰 1 16Mn(锻件)3 HGJ69-91 垫片 1 石棉橡胶板 δ=3(代号A .G)4 HGJ63-91 法兰盖 1 16MnR b 1=39， b 2=445 HGJ75-91P螺柱 20 35 M33×2×1756 螺母 40 25 M337 吊环 1 Q235-A .F8 转臂 1 Q235-A .F d 0=369 GB95-85 垫圈20 1 100HV 10 GB41-88螺母M20 2 4级 11 吊钩 1 Q235-A .F 12 环 1 Q235-A .F13 无缝钢管 1 20 14支承板116MnR型平焊法兰有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa ，在较小范围内（DN300 mm ～2000 mm ）适用温度范围为-20℃～300℃。

乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa ～1.6 MPa 压力等级中较大的直径范围，适用的全部直径范围为DN300 mm ～3000 mm ，适用温度范围为-20℃～350℃。

对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性。

用于更高压力的范围（PN0.6 MPa ～6.4MPa ）适用温度范围为-20℃～45℃。

法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。

管法兰、钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照原化学工业部于1997年颁布的《钢制管法兰、垫片、紧固件》标准（HG20592～HG20635-1997）的规定。

3.2.5 支座的选择卧式容器的支座应用最普遍，而且有标准可查的是鞍式支座，简称鞍座，鞍座标准是（JB/T4712-92）。

鞍座分为A 型（轻型）和B 型（重型）两类，每种形式的鞍座又分为固定式支座（F ）和滑动式支座（S ）两种。

鞍座的尺寸是由公称直径确定的。

本设计公称直径DN=2500mm >1000mm ，则选用轻型A 双鞍座，焊制、120°包脚、带垫板、一为固定式F 型一为滑动式支座S 型。

4设计计算4.1 筒体壁厚计算[]22C ppDitd+-=ϕσδ有查 《压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢》得16MnR 的密度为7.85t/m 3，熔点为1430℃，许用应力[]t σ列于下表：表3.1 16MnR 许用应力钢号板厚/㎜在下列温度（℃）下的许用应力/ Mpa≤20100 150 200 250 300 16MnR6～16 170 170 170 170 156 144 16～361631631315914713436～60 157 157 157 150 138 125 >60～100153153150141128116容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为0.1=ϕ（双面对接焊缝，100%探伤), 取许用应力[]MPaC170040=σ40C 0时氨的饱和蒸汽压为MPa p 555.10=（绝对压力），贮罐的设计压力MPa p p 6.11.10==由于液氨对金属有一定的腐蚀，故属单面腐蚀取mm C 12=根据公式得[]22C ppDitd +-=ϕδσ设计厚度mmd 82.1216.11170225006.1=+-⨯⨯⨯=δ查表10-10取钢板负偏差mm C 8.01=，则筒体的名义壁厚n δ=mm C d 62.138.082.121=+=+δ， 圆整后，圆筒的名义壁厚14mm4.1封头壁厚的计算采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同，其厚度计算式为：[]mm p D p ti c 93.162.25.00.1163225002.25.02=⨯-⨯⨯⨯=-=ϕσδ查表10-10取钢板负偏差mm C 8.01= 双面腐蚀裕量mm C 22=所以， 设计厚度为：mm C 93.18293.162d =+=+=δδ 名义厚度为：mm C 73.198.093.181d n =+=+=δδ 圆整后取δn =20mm 。

查椭圆形封头标准（JB/T4737-95）表2.1 椭圆封头标准公称直径DN曲面高度h1直边高度h2内表面积A/m2容积V/m3 2500665407.08912.24174.1支座的选取支座用来支撑容器的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保持稳定。

卧式圆筒形容器的支座分为鞍式支座、圈座、腿式支座三类。

由于鞍式支座承压能力较好且对筒体产生的局部应力较小，故此设计中选用鞍式支座。

鞍座分为A 型（轻型）和B 型（重型）两类，每种形式的鞍座又分为固定式支座（F ）和滑动式支座（S ）两种。

由于在此设计中，贮罐体积较小且长径比较小，故采用A 型双鞍座，一为固定式一为滑动式支座。

4.3鞍座结构和材料的选取卧式容器的支座有三种形式：鞍座、圈座、和支腿，常见的卧式容器和大型卧式储罐、换热器等多采用鞍座，它是应用得最为广泛的一种卧式容器支座。

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内产生的应力较小，因此支座数目似乎应该多些好。