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。
（三）設計特點：
容器的設計一般由筒體、封頭、法蘭、支座、介面管及人孔等組成。常、低壓化工裝置通用零部件大都有標準，設計時可直接選用。本設計書主要介紹了液罐的的筒體、封頭的設計計算，低壓通用零部件的選用。
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。
第二章材料及結構的選擇與論證
（一）材料選擇：
純液氨腐蝕性小,貯罐可選用一般鋼材,但由於壓力較大,可以考慮20r、16mnr這兩種鋼種。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，且16mnr機械加工效能、強度和塑性指標都比較號，所以在此選擇16mnr鋼板作為製造筒體和封頭材料。
（二）結構選擇與論證：
1.封頭的選擇：
從受力與製造方面分析來看，球形封頭是最理想的結構形式。但缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多，易於沖壓成型，是目前中低壓容器中應用較多的封頭之一。平板封頭因直徑各厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。
從鋼材耗用量來年：球形封頭用材最少，比橢圓開封頭節約，平板封頭用材最多。因此，從強度、結構和製造方面綜合考慮，採用橢圓形封頭最為合理。
2.人孔的選擇：
壓力容器人孔是為了檢查裝置的內部空間以及安裝和拆卸裝置的內部構件。人孔主要由筒節、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。
選用時應綜合考慮公稱壓力、公稱直徑(人、手孔的公稱壓力與法蘭的公稱壓力概念類似。公稱直徑則指其簡節的公稱直徑)、工作溫度以及人、手孔的結構和材料等諸方面的因素。人孔的型別很多，選擇使用上有較大的靈活性，其尺寸大小及位置以裝置內件安裝和工人進出方便為原則。
通常可以根據操作需要,在這考慮到人孔蓋直徑較大較重, 可選擇迴轉蓋對焊法蘭人孔。
3.法蘭的選擇：
法蘭連線主要優點是密封可靠、強度足夠及應用廣泛。缺點是不能快速拆卸、製造成本較高。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。
平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。甲型平焊法蘭有pn0.25 mpa 0.
6 mpa 1.0 mpa1.6 mpa，在較小範圍內（dn300 mm ～2000 mm）適用溫度範圍為-20℃～300℃。
乙型平焊法蘭用於pn0.25 mpa～1.6 mpa壓力等級中較大的直徑範圍，適用的全部直徑範圍為dn300 mm ～3000 mm，適用溫度範圍為-20℃～350℃。
對焊法蘭具有厚度更大的頸，進一步增大了剛性。用於更高壓力的範圍（pn0.6 mpa～6.
4mpa）適用溫度範圍為-20℃～45℃。法蘭設計優化原則：法蘭設計應使各項應力分別接近材料許用應力值，即結構材料在各個方向的強度都得到較充分的發揮。
法蘭設計時，須注意以下二點：管法蘭、鋼製管法蘭、墊片、緊韌體設計參照原化學工業部於2023年頒布的《鋼製管法蘭、墊片、緊韌體》標準（hg20592～hg20635-1997）的規定。
4.液面計的選擇：
液面計是用以指示容器內物料液面的裝置，其型別很多，大體上可分為四類，有玻璃板液面計、玻璃管液面計、浮子液面計和浮標液面計。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計有透光式和反射式兩種結構，其適用溫度一般在0～250℃。
但透光式適用工作壓力較反射式高。玻璃管液面計適用工作壓力小於1.6mpa，介質溫度在0～250℃的範圍。
液面計與容器的連線型式有法蘭連線、頸部連線及嵌入連線，分別用於不同型式的液面計。液面計的選用：
（1）玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用於物料內沒有結晶等堵塞固體的場合。板式液面計承壓能力強，但是比較笨重、成本較高。
（2）玻璃板液面計一般選易觀察的透光式，只有當物料很乾淨時才選反射式。
（3）當容器高度大於3m時，玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面觀察效果受到限制，應改用其它適用的液面計。
液氨為較乾淨的物料，易透光，不會出現嚴重的堵塞現象，所以在此選用玻璃管液面計。
4.鞍座的選擇：
鞍式支座是應用最廣泛的一種臥式支座。從應力分析看，承受同樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁採用多個支承比採用兩個支承優越，因為多支承在粱內產生的應力較小。所以，從理論上說臥式容器的支座數目越多越好。
但在是實際上臥式容器應盡可能設計成雙支座，這是因為當支點多於兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和區域性不圓度、支座的水平度、各支座基礎下沉的不均勻性、容器不同部位抗區域性交形的相對剛性等等，均會影響支座反力的分布。因此採用多支座不僅體現不出理論上的優越論反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的執行安全帶來不利的影響。所以一台臥式容器支座一般情況不宜多於二個。
在此選擇鞍式雙支座，乙個s型，乙個f型。
第三章設計計算
（一）計算筒體的壁厚：
因為液氨的儲量為31m3，按原化工部2023年頒布實施的有關貯罐尺寸和質量的行業標準（《臥式橢圓形封頭貯罐系列》hg5-1580-85）,取di=2700mm
pc—設計壓力儲罐的最高工作溫度為40℃，此時氨的飽和蒸汽壓為1.55mpa ，取此壓強的1.10倍作為設計壓力，故
在操作溫度-5～40℃的範圍內，估計筒體壁厚大約為16mm，在《常用容器鋼板（管）許用應力表》中按設計溫度40℃，板厚6～16mm間插值取得
焊接接頭採用v坡口雙面焊接,採用全部無損檢測,其焊接接頭係數由焊接接頭係數表查得=1.00
鋼板負偏差由《鋼板厚度負偏差表》查得c1=0.8 mm；液氨為輕微腐蝕，腐蝕裕量由(殼體、封頭腐蝕裕量表)查得c2=2 mm。
液氨儲罐是內壓薄壁容器，按公式計算筒體的設計厚度為：
考慮到鋼板負偏差，所以筒體厚度應再加上c1，即
13.515+0.8=14.315
根據鋼板的厚度規格，查《鋼板的常用厚度表》，圓整為δn=16mm
（二）計算封頭的壁厚：
採用標準橢圓形封頭，各引數與筒體相同。
封頭的設計厚度
考慮到鋼板負偏差，所以封頭厚度應再加上c1，
即12.515+0.8=14.315 mm
根據鋼板的厚度規格，查《鋼板的常用厚度表》，圓整為
δn=16mm，可見跟筒體等厚。
（三）水壓試驗及強度校核：
先按公式確定水壓試驗時的壓力為：
選取兩者中壓力較大值作為水壓試驗壓力，即取，
水壓試驗時的應力為
查表得厚度為16mm的16mnr鋼板的鋼材屈服極限
故在常溫水壓試驗時的許用應力為
故因此滿足水壓試驗要求
（四）選擇人孔並核算開孔補強：
根據儲罐是在常溫下及最高工作壓力為1.705 mpa的條件下工作,人孔的標準按公稱壓力為2.5 mpa等級選取，考慮到人孔蓋直徑較大較重,故選用水平吊蓋人孔(gh21524-2004)，公稱直徑450mm，突面法蘭密封面。
該人孔標記為：人孔rf ⅳ(a·g)450-2.5 gh21524-2004
另外,還要考慮人孔補強,確定補強圈尺寸,由於人孔的筒節不是採用無縫鋼管,故不能直接選用補強圈標準。本設計所選用的人孔筒節內徑為,壁厚=10mm
查表得人孔的筒體尺寸為480×10，由標準查得補強圈尺寸為：
內徑di=484外徑do=760
開孔補強的有關計算引數如下：
1. 筒體的計算壁厚：
2. 計算開孔所需補強的面積a：
開孔直徑：
補強的面積：
3. 有效寬度：
取最大值 b=907.2mm
4. 有效高度：
外側高度
或兩者取較小值
內側高度
或兩者取較小值
5. 筒體多餘面積a1：
筒體有效厚度：
選擇與筒體相同的材料（16mnr）進行補償，故=1，所以
6. 接管多餘金屬的截面積a2：
接管計算厚度
7. 補強區內焊縫截面積a3：
8. 有效補強面積ae：
因為，所以需要補強
9. 所需補強截面積a4:
10. 補強圈厚度：（補強圈內徑，外徑）
考慮鋼板負偏差並圓整，實取補強厚度12mm，補強材料與殼體材料相同，製造時為便於備材，且補強圈耗材也不多，設計時可採用與殼體相同的板厚，即取
（五）核算承載能力並選擇鞍座：
首先粗略計算鞍座負荷
儲罐總質量： ，式中
—罐體的質量，kg
—水壓試驗時水的質量，kg
—附件的質量，kg
1. 罐體質量w1：
儲罐公稱容積為31，筒體公稱直徑=2700 mm，那麼每公尺長的容積為5.73 ，由《材料與零部件》查得封頭容積=2.8055/m，則
解得l=4.43，取l=4.5即取l=4500
罐體的自重由《壓力容器設計手冊》可查得，公稱直徑dn=2700，壁厚的筒體的重量為7238kg，封頭自重為1016kg，故罐體自重
2. 水壓試驗時水的質量w2:
儲罐的總容積
故水壓試驗時罐內水重
3. 其他附件質量w3:
人孔質量約為200kg，其他接管總和按350kg計
4. 裝置總質量w:
查《壓力容器設計手冊》得，公稱直徑為2800，高度h=250的a型鞍座單個允許載荷447kn>403.9168kn,故其承載能力足夠。標記為：
支座dg2008 a jb/t 4712-1992
（六）選擇液面計：
液氨儲罐常用玻璃液面計,由儲罐公稱直徑2700選擇長度為2000mm 液面計二支，體材料(針形閥)為碳鋼,體溫型, 液面計接管為無縫鋼管，液面計相配的介面管尺寸為:平焊管法蘭hg 5010-58 pg16dg25 液面計標記為：玻璃管液面計 aidl-1200 hg 5-227-80
（七）選擇壓力計：
量程裝在鍋爐、壓力容器上的壓力表，其最大量程（表盤上刻度極限值）應與裝置的工作壓力相適應。壓力表的量程一般為裝置工作壓力的1.5～3倍，最好取2倍。
若選用的壓力表量程過大，由於同樣精度的壓力表，量程越大，允許誤差的絕對值和肉眼觀察的偏差就越大，則會影響壓力讀數的準確性；反之，若選用的壓力表量程過小，裝置的工作壓力等於或接近壓力表的刻度極限，則會使壓力表中的彈性元件長期處於最大的變形狀態，易產生永久變形，引起壓力表的誤差增大和使用壽命降低。另外，壓力表的量程過小，萬一超壓執行，指標越過最大量程接近零位，而使操作人員產生錯覺，造成更大的事故。因此，壓力表的使用壓力範圍，應不超過刻度極限的60～70％。
測量精度壓力表的精度是以允許誤差佔表盤刻度極限值的百分數來表示的。精度等級一般都標在表盤上，選用壓力表時，應根據裝置的壓力等級和實際工作需要來確定精度。額定蒸汽壓力小於2.
45mpa的鍋爐和低壓容器所用的壓力表，其精度不應低於2.5級；額定蒸汽壓力大於2.45mpa的鍋爐和中、高壓容器的壓力表，精度不應低於1.
5級。表盤直徑為了使操作人員能準確地看清壓力值，壓力表的表盤直徑不應過小。在一般情況下，鍋爐和壓力容器所用壓力表的表盤直徑不應小於100mm，如果壓力表裝得較高或離崗位較遠，表盤直徑還應增大。
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