化工设备机械基础设计说明书课程名称：化工设备机械基础设计题目：液氨储罐容器设计学院：材料工程学院组号：第七组组长：高岩梧组员：黄永斌康宏强侯雄侯正鹏蒋丽专业：林产化工指导教师：***2011年6月19日前言压力容器是一种能够承受压力载荷的密闭容器。

主要用于传热、传质等工艺过程，以及贮存、运输有压力的气体或液化气体。

本设计是根据液氨存在条件的要求以及使用地点、地理环境、技术要求等来完成一个液氨储罐容器。

采用卧式圆筒形储罐，保持介质压力稳定，生产连续进行。

从安全管理的角度来看，液氨对大多数材料尚无腐蚀作用。

冷凝时，加压至0.9—1.4MPa。

所以选材时优先采用低合金钢，如使用16MnR、15MnVR等。

储罐是一种广泛应用于许多工业部门的通用工艺设备。

本设计为卧式圆筒形储罐，封头采用标准椭圆形封头，鞍座可以选用轻型带垫板，包角为1200的鞍座。

人孔选择水平吊盖带颈对焊法兰人孔，采用榫槽面密封面，接管设有液氨进料管、液氨出料管、排污管、液面计接管和放空管接管。

容器各结构选择如下：筒体：卧式圆筒形封头：标准椭圆形封头人孔：TG Ⅷ(A.G) 450—2.5 HG21524—95鞍座：JB/T 4712-92 鞍座A2600-FJB/T 4712-92 鞍座A2600-S接管：液氨进料管、液氨出料管、排污管、液面计接管和放空管接管目录第一章绪论 (3)1.1设计任务 (3)1.2设计思想 (3)1.3设计特点 (3)第二章材料选择 (4)2.1筒体的选择 (4)2.2封头的选择 (5)2.3人孔的选择 (5)2.4容器支座的选择 (5)2.5法兰型式 (6)2.6液面计的选择 (6)第三章罐体壁厚设计 (7)第四章封头厚度设计 (9)第五章鞍座 (10)第六章人孔 (12)第七章接管 (13)7.1液氨进料管 (13)7.2液氨出料管 (13)7.3排污管 (14)7.4液面计接管 (14)7.5放空管接管 (14)7.6安全阀接管 (14)第八章设备总装配图 (15)附录 (19)参考文献 (19)总结 (20)第一章绪论1.1 设计任务综合运用所学的知识，针对化工厂中常见的液氨储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图和零件图，并编写设计说明说1.2 设计思想综合运用所学过程装备知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。

在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。

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。

1.3 设计特点容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。

常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。

本设计书主要介绍了液罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。

且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。

第二章材料选择2.1 筒体的选择（一）罐体结构卧式圆筒形（在大气环境温度下，储存经过加压的气体如空气，氧气，氮气，氨气等），通常采用卧式储罐（参考《化工设备设计手册》）。

（二）焊接方式双面焊对接接头，100%无损检测，根据《化工设备机械基础》P96表4—8。

（三）选择液氨储罐材料(1)分析储罐操作条件(I) 介质储罐内盛装经氨压缩机压缩并被水冷凝下来的液氨。

液氨对大多数材料尚无腐蚀作用。

（II）温度与压力根据冷取水的温度，氨水冷凝时一般需要加压至0.9—1.4MPa，由于液氨储罐大都露天放置，因而罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响。

夏季储罐经太阳暴晒，温度可达40摄氏度甚至更高，这时氨的饱和蒸气压为1.485MPa（表压）左右，因此，储罐的操作温度和压力又是波动的。

根据《压力容器安全技术监察规程》关于固定式液化气体压力容器设计压力的规定，液氨储罐的设计压力按50摄氏度是液氨的饱和蒸汽压确定。

液氨50摄氏度时的蒸气压为1.973MPa(表压)，规定设计压力为2.16MPa。

（2）选择材料品种通过操作条件的分析可知，该容器属于中压~低温范畴，同时温度和压力有波动。

对材料的要求是耐压，耐低温，且有抗压力波动。

根据选材原则，应优先选用低合金钢，故我们选择16MnR制作罐体和封头。

参考《化工设备机械基础》P49。

2.2封头的选择封头据几何形状的不同，可分为球形、椭圆形、碟形、球冠型、锥壳和平盖等几种，其中球形、椭圆形、碟形、球冠型封头又统称为凸型封头。

从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。

但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。

平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。

从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。

因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。

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。

2.4容器支座的选择容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。

鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。

从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。

所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。

但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。

因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。

所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。

圈座一般对于大直径薄壁容器和真空操作的容器。

腿式支座简称支腿，因这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备（DN≤1600，L≤5m）。

综上考虑在此选择双个鞍式支座作为储120包角带垫板鞍式座结构罐的支座。

选的型号为轻型（A型）DN(1000-2000) 0与尺寸承受的压力为278KN2.5 法兰型式法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。

缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。

压力容器法兰分瓶焊法兰与堆焊法兰。

平焊法兰又分为甲型与乙型两种。

甲型平焊法兰有PN0.25Mpa 0.6Mpa 1.0Mpa 1.6Mpa，在较小范围内（DN300mm-2000mm）适用温度范围为-20℃-300℃。

乙型平焊法兰用于PN0.25Mpa-1.6Mpa压力等级中较大的直径范围，使用的全部直径范围为DN300mm-3000mm，适用温度范围为-20℃-350℃。

对焊接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（PN0.6MPa-6.4MPa）适用温度范围为-20℃-45℃。

2.6 液面计的选择液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。

在中低压容器中常用前两种。

玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在0~ 250℃。

但透光式适用工作压力较反射式高。

玻璃管液面计适用工作压力小于 1.6MPa，介质温度在0~250℃的范围。

液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接，分别用于不同型式的液面计。

液面计的选用1．玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。

板式液面计承压能力强，但是比较笨重、成本较高。

2．玻璃板液面计一般选易观察的透光式，只有当物料很干净时才选反射式。

3．当容器高度大于3m时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果限制，应改用其它适用的液面计。

总之，液氨为较干净的物料，易透光，不会出现严重的堵塞现象所以在此选用玻璃管液面计。

第三章 罐体壁厚设计壁厚计算公式（根据《化工设备机械基础》式4—5 ）： []c t ic p D p -=φσδ2（1）本储罐的夏季最高温度（按40℃考虑）时氨的饱和蒸汽压为1.555MPa （绝对压力），储罐容器上需要安装安全阀，故取c p =1.71MPa （《压力容器安全技术监察规程》规定液氨储罐设计温度为40℃，设计压力为 1.71MPa ），i D =2400mm ；[]t σ=170MPa ；s σ=345MPa （附表9—1，附表9—2）；0.1=φ（双面焊接对接接头，100%无损检测，表4—8）。

取2C =2mm ，于是)(1.1271.10.11702240071.1mm ≈-⨯⨯⨯=δ)(1.1421.122mm C d =+=+=δδ 根据mm d 1.14=δ，由表4-9查得mm C 25.01=，则)(35.1425.01.141mm C d =+=+δ 圆整后取mm n 15=δ 确定选用mm n 15=δ厚的16MnR 钢板制作罐体。

（2）校核罐体水压试验强度：s e e i T t D p φσδδσ9.02)(≤+=式中 )(14.271.125.125.1MPa p p T ≈⨯==)(75.1225.215mm C n e =-=-=δδ)19(345-=附表MPa s σ 则)(48.20275.122)75.122400(14.2MPa T =⨯+⨯=σ 而)(5.3103450.19.09.0MPa s =⨯⨯=φσ因为s T φσσ9.0<，所以水压试验强度足够。

第四章 封头厚度设计采用标准椭圆形封头。

(1) 计算封头厚度厚度δ计算（根据《化工设备机械基础》第六版式4—21）：[]c tic p D p 5.02-=φσδ0.1=φ（钢板最大宽度为3m ，该储罐直径为2.4m ，故封头需将钢板并焊后冲压）。

于是)(1.1271.15.00.11702240071.1mm ≈⨯-⨯⨯⨯=δ同前 )(25.2225.021mm C C C =+=+= 故 )(35.1425.21.12mm C =+=+δ 圆整后取 mm n 15=δ确定选用mm n 15=δ厚的16MnR 钢板制作封头。

(2) 校核封头水压试验强度 根据式：see i T t D p φσδδσ9.02)(≤+=式中 )(14.271.125.125.1MPa p p T ≈⨯== )(75.1225.215mm C n e =-=-=δδ)19(345-=附表MPa s σ则 )(48.20275.122)75.122400(14.2MPa T ≈⨯+⨯=σ而 )(5.3103450.19.09.0MPa s =⨯⨯=φσ因为s T φσσ9.0<，所以水压试验强度足够。