武漢工程大學
課程設計
題目： 液氨儲罐設計
院系： 化學工程學院
專業： 化學工程與工藝
班級姓名
指導教師：
完成日期：2023年12月25日
設計任務書
設計題目： 液氨儲罐設計
設計任務： 試設計一液氨儲罐，完成主體裝置的工藝設計和附屬裝置的選型設計。
包括筒體、封頭、零部件的材料的選擇及結構的設計；罐的製造施工及焊接形式等；設計計算及相關校核；各設計的參考標準；附cad圖。
已知工藝引數如下：
最高使用溫度：t=50℃；
公稱直徑：dn=3000㎜；
筒體長度（不含封頭）：lo=5900㎜。
任務下達時間：2023年11月19日
完成截止時間：2023年12月30日
目錄設計任務書
1 前言 1
2 設計選材及結構 2
2.1 工藝引數的設定 2
2.1.1 設計壓力 2
2.1.2 筒體的選材及結構 2
2.1.3 封頭的結構及選材 2
3 設計計算 4
3.1 筒體壁厚計算 4
3.2 封頭壁厚計算 4
3.3 壓力試驗 5
4 附件的選擇 6
4.1 人孔的選擇 6
4.2 人孔補強的計算 7
4.3 進出料接管的選擇 9
4.4 液面計的設計 10
4.5 安全閥的選擇 10
4.6 排汙管的選擇 10
4.7 鞍座的選擇 11
4.7.1 鞍座結構和材料的選取 11
4.7.2 容器載荷計算 12
4.7.3 鞍座選取標準 12
4.7.4 鞍座強度校核 13
5 容器焊縫標準 14
5.1 壓力容器焊接結構設計要求 14
5.2 筒體與橢圓封頭的焊接接頭 14
5.3 管法蘭與接管的焊接接頭 14
5.4 接管與殼體的焊接接頭 14
6 筒體和封頭的校核計算 16
6.1 筒體軸向應力校核 16
6.1.1 由彎矩引起的軸向應力 16
6.1.2 由設計壓力引起的軸向應力 17
6.1.3 軸向應力組合與校核 17
6.2 筒體和封頭切向應力校核 18
7 總結 19
參考文獻 20
1 前言
本設計是針對《化工裝置機械基礎》這門課程所安排的一次課程設計，是對這門課程的一次總結，要綜合運用所學的知識並查閱相關書籍完成設計。
本設計的液料為液氨，它是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應用廣泛。分子式nh3，分子量17.
03，相對密度0.7714g/l，熔點-77.7℃，沸點-33.
35℃，自燃點651.11℃，蒸汽壓1013.08kpa(25.
7℃)。蒸汽與空氣混合物**極限16～25%(最易引燃濃度17%)。氨在20℃水中溶解度34%,25℃時,在無水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶於氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。
水溶液呈鹼性。液態氨將侵蝕某些塑料製品,橡膠和塗層。遇熱、明火,難以點燃而危險性較低; 但氨和空氣混合物達到上述濃度範圍遇明火會燃燒和**,如有油類或其它可燃性物質存在,則危險性更高。
設計基本思路：本設計綜合考慮環境條件、介質的理化性質等因素，結合給定的工藝引數，機械按容器的選材、壁厚計算、強度核算、附件選擇、焊縫標準的設計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補強、接管、管法蘭、液位計、鞍座、焊接形式進行了設計和選擇。裝置的選擇大都有相應的執行標準，設計時可以直接選用符合設計條件的標準裝置零部件，也有一些裝置沒有相應標準，則選擇合適的非標裝置。
各項設計引數都正確參考了行業使用標準或國家標準，這樣讓設計有章可循，並考慮到結構方面的要求，合理地進行設計。
2 設計選材及結構
2.1 工藝引數的設定
2.1.1 設計壓力
根據《化學化工物性資料手冊》查得50℃蒸汽壓為2032.5kpa，可以判斷設計的容器為儲存內壓壓力容器，按《壓力容器安全技術監察規程》規定，盛裝液化氣體無保冷設施的壓力容器，其設計壓力應不低於液化氣50℃時的飽和蒸汽壓力，可取液氨容器的設計壓力為2.16 mpa，屬於中壓容器。
而且查得當容器上裝有安全閥時，取1.05～1.3倍的最高工作壓力作為設計壓力；所以取2.
16 mpa的壓力合適。屬於中壓容器[5]。
設計溫度為50攝氏度，在-20～200℃條件下工作屬於常溫容器。
2.1.2 筒體的選材及結構
根據液氨的物性選擇罐體材料，碳鋼對液氨有良好的耐蝕性腐蝕率在0.1㎜/年以下，且又屬於中壓儲罐，可以考慮20r和16mnr這兩種鋼材。如果純粹從技術角度看，建議選用20r類的低碳鋼板， 16mnr鋼板的**雖比20r貴，但在製造費用方面，同等重量裝置的計價，16mnr鋼板為比較經濟。
所以在此選擇16mnr鋼板作為製造筒體和封頭材料。鋼板標準號為gb6654-1996。
筒體結構設計為圓筒形。因為作為容器主體的圓柱形筒體，製造容易，安裝內件方便，而且承壓能力較好，這類容器應用最廣[1，5]。
2.1.3 封頭的結構及選材
封頭有多種形式，半球形封頭就單位容積的表面積來說為最小，需要的厚度是同樣直徑圓筒的二分之一，從受力來看，球形封頭是最理想的結構形式，但缺點是深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大直徑採用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。橢圓形封頭的應力情況不如半球形封頭均勻，但對於標準橢圓形封頭與厚度相等的筒體連線時，可以達到與筒體等強度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優點，用沖壓法易於成形，製造比球形封頭容易，所以選擇橢圓形封頭，結構由半個橢球面和一圓柱直邊段組成。
查橢圓形封頭標準（jb/t4737-95）
表2.1 橢圓封頭標準
封頭取與筒體相同材料[1,5]。
3 設計計算
3.1 筒體壁厚計算
查 《壓力容器材料使用手冊-碳鋼及合金鋼》得16mnr的密度為7.85t/m3，熔點為1430℃，許用應力列於下表：
表3.1 16mnr許用應力
圓筒的計算壓力為2.16 mpa,容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭都採用雙面焊或相當於雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭係數為1.00,全部無損探傷。
取許用應力為163 mpa。
壁厚：3.1）
鋼板厚度負偏差,查材料腐蝕手冊得50℃下液氨對鋼板的腐蝕速率小於0.05㎜/年，所以雙面腐蝕取腐蝕裕量㎜。
所以設計厚度為：
㎜圓整後取名義厚度24㎜。
3.2 封頭壁厚計算
標準橢圓形封頭a:b=2:1
封頭計算公式 ：
3.2）
可見封頭厚度近似等於筒體厚度，則取同樣厚度。因為封頭壁厚≥20㎜則標準橢圓形封頭的直邊高度㎜[1,4].
3.3 壓力試驗
水壓試驗，液體的溫度不得低於5℃；
試驗方法：試驗時容器頂部應設排氣口，充液時應將容器內的空氣排盡，試驗過程中，應保持容器外表面的乾燥。試驗時壓力應緩慢上公升，達到規定試驗壓力後，保壓時間一般不少於30min。
然後將壓力降至規定試驗壓力的80%，並保持足夠長的時間以便對所有焊接接頭和連線部位進行檢查。如有滲漏，修補後重新試驗。
水壓試驗時的壓力
3.3)
水壓試驗的應力校核：
水壓試驗時的應力
mpa3.4)
水壓試驗時的許用應力為
故筒體滿足水壓試驗時的強度要求[1]。
4 附件選擇
4.1 人孔選擇
人孔的作用：為了檢查壓力容器在使用過程中是否產生裂紋、變形、腐蝕等缺陷。
人孔的結構：既有承受壓力的筒節、端蓋、法蘭、密封墊片、緊韌體等受壓元件，也有安置與啟閉端蓋所需要的軸、銷、耳、把手等非受壓件。
人孔型別：從是否承壓來看有常壓人孔和承壓人孔。從人孔所用法蘭型別來看，承壓人孔有板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔和帶頸對焊法蘭人孔，在人孔法蘭與人孔蓋之間的密封面，根據人孔承壓的高低、介質的性質，可以採用突面、凹凸面、榫槽面或環連線面。
從人孔蓋的開啟方式及開啟後人孔蓋的所處位置看，人孔又可分為迴轉蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。
31立方公尺液氨儲罐設計說明書
第一章緒論 一 設計任務 針對化工廠中常見的液氨儲罐，完成主體裝置的工藝設計和附屬裝置的選型設計，繪製 配圖和零件圖，並編寫設計說明書。二 設計思想 綜合運用所學的機械基礎課程知識，本著認真負責的態度，對儲罐進行設計。在設計過程中綜合考慮了經濟性，實用性，安全可靠性。各項設計引數都正確參考了行業使用...
分析碳鋼壓力容器類別及設計壓力說明
對於碳鋼壓力容器設計全過程了解主要是根據使用者提出技術協議，並在水處理碳鋼罐規範範圍內，進行調壓箱的技術設，同時碳鋼原水罐的最大工作壓力1.4mpa 溫度為200 工作介質為壓縮空氣 體積2立方公尺 需要10年的壽命使用。這些引數是我們的設計提供了依據使用者。一.確定容器類別 容器類別的劃分在國家質...
設計說明書
北京化工大學化學工程學院 化工設計 課程作業 題目 學生 班級 學號 指導教師 200 年月日 目錄 需註明說明書各部分的起始頁碼，題目和頁碼用 相連 主要題目用黑體字，每節題目用宋體字 設計說明書正文約20頁。全文本型一律採用宋體和times new roman英文。全文單倍行距。一級標題 章 採...