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完整的压力容器设计(储罐液氨).doc
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完整的压力容器设计(储罐液氨).doc
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. . . .
设计任务书
设计题目:液氨储罐设计
设计任务:试设计一液氨储罐,完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计。
包括筒体、封头、零部件的材料的选择与结构的设计;罐的制造施工与焊接形式等
设计计算与相关校核;各设计的参考标准;附CAD图。
已知工艺参数如下:
最高使用温度:T=50℃;
公称直径:DN=3000㎜;
筒体长度(不含封头):Lo=5900㎜。
I / 21
. . . .
目录
设计任务书......................................................................................................I
1 前言...........................................................................................................1
2设计选材与结构............................................................................................1
2.1工艺参数的设定 1
2.1.1 设计压力.............................................................................................................1
2.1.2 筒体的选材与结构.............................................................................................1
2.1.3 封头的结构与选材.............................................................................................2
3 设计计算.....................................................................................................3
3.1筒体壁厚计算 3
3.2 封头壁厚计算 4
3.3 压力试验 4
4 附件选择.....................................................................................................5
4.1 人孔选择 5
4.2 人孔补强的计算 6
4.3 进出料接收的选择 8
4.4 液面计的设计 9
4.5 安全阀的选择 9
4.6 排污管的选择 9
4.7鞍座的选择 10
4.7.1 鞍座结构和材料的选取...................................................................................10
4.7.2 容器载荷计算...................................................................................................10
4.7.3 鞍座选取标准...................................................................................................11
4.7.4 鞍座强度校核...................................................................................................11
5 容器焊缝标准............................................................................................12
5.1 压力容器焊接结构设计要求 12
5.2 筒体与椭圆封头的焊接接头 12
5.3 管法兰与接收的焊接接头 13
5.4 接收与壳体的焊接接头 13
6 筒体和封头的校核计算................................................................................13
6.1 筒体轴向应力校核 13
6.1.1 由弯矩引起的轴向应力...................................................................................13
6.1.2 由设计压力引起的轴向应力...........................................................................15
6.1.3轴向应力组合与校核........................................................................................15
6.2 筒体和封头切向应力校核 15
7 总结.........................................................................................................17
参考文献......................................................................................................17
I / 21
. . . .
1 前言
本设计是针对《化工设备机械基础》这门课程所安排的一次课程设计,是对这门课
程的一次总结,要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。
本设计的液料为液氨,它是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料,应用广泛
分子式NH
3
,分子量17.03,相对密度0.7714g/L,熔点-77.7℃,沸点-33.35℃,自
燃点651.11℃,蒸汽压1013.08kPa(25.7℃)。蒸汽与空气混合物爆炸极限16~25%
(最易引燃浓度17%)。氨在20℃水中溶解度34%,25℃时,在无水乙醇中溶解度10%,在
甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性
液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。遇热、明火,难以点燃而危险性较低; 但氨和空
气混合物达到上述浓度围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险
性更高。
设计基本思路:本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素,结合给定的工
艺参数,机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序,
分别对储罐的筒体、封头、人孔接收、人孔补强、接收、管法兰、液位计、鞍座、焊接
形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准,设计时可以直接选用符合
设计条件的标准设备零部件,也有一些设备没有相应标准,则选择适宜的非标设备。
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。
2设计选材与结构
2.1工艺参数的设定
2.1.1 设计压力
根据《化学化工物性数据手册》查得50℃蒸汽压为2032.5kpa,可以判断设计的容器
为储存压压力容器,按《压力容器安全技术监察规程》规定,盛装液化气体无保冷设施
的压力容器,其设计压力应不低于液化气50℃时的饱和蒸汽压力,可取液氨容器的设计
压力为2.16 Mpa,属于中压容器。而且查得当容器上装有安全阀时,取1.05~1.3倍的
最高工作压力作为设计压力;所以取2.16 Mpa的压力适宜。 属于中
压容器
[5]
。
设计温度为50摄氏度,在-20~200℃条件下工作属于常温容器。
2.1.2 筒体的选材与结构
根据液氨的物性选择罐体材料,碳钢对液氨有良好的耐蚀性腐蚀率在0.1㎜/年以下
且又属于中压储罐,可以考虑20R和16MnR这两种钢材。如果纯粹从技术角度看,建议
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. . . .
选用20R类的低碳钢板, 16MnR钢板的价格虽比20R贵,但在制造费用方面,同等重
量设备的计价,16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封
头材料。钢板标准号为GB6654-1996。
筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体,制造容易,安装件方便
而且承压能力较好,这类容器应用最广
[1
,
5]
。
2.1.3 封头的结构与选材
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。查椭圆形封头标准
(/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 表面积Fi/m2 容积V/m3
3000 750 50 10.2 3.89
封头取与筒体相同材料
[1,5]
。
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beibeidzh
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