80M3液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說明書.doc

液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說明書液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說明書13前言本說明書為80m3 液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)說明書。本文采用分析設(shè) 計(jì)方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質(zhì)等因素并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 按工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算的設(shè)計(jì)順序，分別對(duì) 儲(chǔ)罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后采用1SW6-1998 對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核，最后形成合理的設(shè)計(jì)方案。目錄附：設(shè)計(jì)任務(wù)書 .2第一章 緒 論 .3（一）設(shè)計(jì)任務(wù) .3（二）設(shè)計(jì)思想 .3（三）設(shè)計(jì)特點(diǎn) .3第二章 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證 3（一）材料選擇 .3（二）結(jié)構(gòu)選擇與論證 .3第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算 5（一）計(jì)算筒體的壁厚 .5（二）計(jì)算封頭的壁厚 .6（三）水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核 .6（四）選擇人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng) .7（五）核算承載能力并選擇鞍座 .9（六）選擇液面計(jì) .9（七）選擇壓力計(jì) .10（八）選配工藝接管 .10 第五章 結(jié)束語 .11 第六章 參考文獻(xiàn).12 第一章 緒論（一）設(shè)計(jì)任務(wù)：針對(duì)化工廠中常見的液氨儲(chǔ)罐，完成主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和附屬 設(shè)備的選型設(shè)計(jì)，繪制總裝配圖和零件圖，并編寫設(shè)計(jì)說明書。（二）設(shè)計(jì)思想：綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)課程知識(shí)，本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)儲(chǔ) 罐進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，安全可靠性。 各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有 章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。（三）設(shè)計(jì)特點(diǎn)：容器的設(shè)計(jì)一般由筒體、封頭、法蘭、支座、接口管及人孔等組 成。常、低壓化工設(shè)備通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可直接選用。 本設(shè)計(jì)書主要介紹了液罐的的筒體、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，低壓通用零部件的選用。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有 章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。第二章 材料及結(jié)構(gòu)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,但由于壓力較大,可以考 慮 20R、16MnR 這兩種鋼種。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用 20R 類的低碳鋼板， 16MnR 鋼板的價(jià)格雖比 20R 貴，但在制造費(fèi)用方面， 同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)，16MnR 鋼板為比較經(jīng)濟(jì)，且 16MnR 機(jī)械加工性 能、強(qiáng)度和塑性指標(biāo)都比較號(hào)，所以在此選擇 16MnR 鋼板作為制造筒 體和封頭材料。（二）結(jié)構(gòu)選擇與論證：1.封頭的選擇：從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但 缺點(diǎn)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， 易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應(yīng)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(jié)約，平板封頭用材最多。因此，從強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為 合理。2.人孔的選擇：壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備 的內(nèi)部構(gòu)件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有 兩個(gè)手柄。選用時(shí)應(yīng)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(jiǎn)節(jié)的公稱直徑)、 工作溫度以及人、手孔的結(jié)構(gòu)和材料等諸方面的因素。人孔的類型很 多，選擇使用上有較大的靈活性，其尺寸大小及位置以設(shè)備內(nèi)件安裝 和工人進(jìn)出方便為原則。通常可以根據(jù)操作需要,在這考慮到人孔蓋 直徑較大較重, 可選擇回轉(zhuǎn)蓋對(duì)焊法蘭人孔。3.法蘭的選擇：法蘭連接主要優(yōu)點(diǎn)是密封可靠、強(qiáng)度足夠及應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是不 能快速拆卸、制造成本較高。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對(duì)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 0.6MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在較小范圍內(nèi)（DN300 mm 2000 mm）適用溫 度范圍為-20300。乙型平焊法蘭用于 PN0.25 MPa1.6 MPa 壓 力等級(jí)中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為 DN300 mm 3000 mm，適用溫度范圍為-20350。 對(duì)焊法蘭具有厚度更大的頸， 進(jìn)一步增大了剛性。用于更高壓力的范圍（PN0.6 MPa6.4MPa）適 用溫度范圍為-2045。法蘭設(shè)計(jì)優(yōu)化原則：法蘭設(shè)計(jì)應(yīng)使各項(xiàng) 應(yīng)力分別接近材料許用應(yīng)力值，即結(jié)構(gòu)材料在各個(gè)方向的強(qiáng)度都得到 較充分的發(fā)揮。法蘭設(shè)計(jì)時(shí)，須注意以下二點(diǎn)：管法蘭、鋼制管法蘭、墊片、緊 固件設(shè)計(jì)參照原化學(xué)工業(yè)部于 1997 年頒布的鋼制管法蘭、墊片、 緊固件標(biāo)準(zhǔn)（HG20592HG20635-1997）的規(guī)定。4.液面計(jì)的選擇：液面計(jì)是用以指示容器內(nèi)物料液面的裝置，其類型很多，大體上 可分為四類，有玻璃板液面計(jì)、玻璃管液面計(jì)、浮子液面計(jì)和浮標(biāo)液 面計(jì)。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計(jì)有透光式和反射式 兩種結(jié)構(gòu)，其適用溫度一般在 0250。但透光式適用工作壓力較 反射式高。玻璃管液面計(jì)適用工作壓力小于 1.6MPa，介質(zhì)溫度在 0250的范圍。液面計(jì)與容器的連接型式有法蘭連接、頸部連接及嵌入連接，分別用于不同型式的液面計(jì)。液面計(jì)的選用：（1）玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)均適用于物料內(nèi)沒有結(jié)晶等堵 塞固體的場(chǎng)合。板式液面計(jì)承壓能力強(qiáng)，但是比較笨重、成本較高。（2）玻璃板液面計(jì)一般選易觀察的透光式，只有當(dāng)物料很干凈時(shí) 才選反射式。（3）當(dāng)容器高度大于 3m 時(shí)，玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)的液面觀察效果受到限制，應(yīng)改用其它適用的液面計(jì)液氨為較干凈的物料，易透光，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象，所以在此選用玻璃管液面計(jì)。4.鞍座的選擇：鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座。從應(yīng)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采用多個(gè)支承比采用兩個(gè) 支承優(yōu)越，因?yàn)槎嘀С性诹粌?nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力較小。所以，從理論上說臥 式容器的支座數(shù)目越多越好。但在是實(shí)際上臥式容器應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成 雙支座，這是因?yàn)楫?dāng)支點(diǎn)多于兩個(gè)時(shí)，各支承平面的影響如容器簡(jiǎn)體 的彎曲度和局部不圓度、支座的水平度、各支座基礎(chǔ)下沉的不均勻性、 容器不同部位抗局部交形的相對(duì)剛性等等，均會(huì)影響支座反力的分 布。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會(huì)造成容器受 力不均勻程度的增加，給容器的運(yùn)行安全帶來不利的影響。所以一臺(tái) 臥式容器支座一般情況不宜多于二個(gè)。在此選擇鞍式雙支座，一個(gè) S 型，一個(gè) F 型。第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算（一）計(jì)算筒體的壁厚：因?yàn)橐喊钡膬?chǔ)量為 80m3，按原化工部 1985 年頒布實(shí)施的有關(guān)貯 罐尺寸和質(zhì)量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（臥式橢圓形封頭貯罐系列HG5-1580-85）, 取 Di=3200mmPc 設(shè)計(jì)壓力 儲(chǔ)罐的最高工作溫度為 48，此時(shí)氨的飽和蒸汽壓為 1.93MPa ，取此壓強(qiáng)的 1.10 倍作為設(shè)計(jì)壓力，故Pc = 1.10 *1.93 = 2.123MPa在操作溫度-540的范圍內(nèi)，估計(jì)筒體壁厚大約為 22mm，在常用容器鋼板（管）許用應(yīng)力表中按設(shè)計(jì)溫度 48，板厚 1636mma間插值取得o t = 320.45 MP焊接接頭采用 V 坡口雙面焊接,采用全部無損檢測(cè),其焊接接頭系數(shù)由焊接接頭系數(shù)表查得$ =1.00鋼板負(fù)偏差由鋼板厚度負(fù)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(chǔ)罐是內(nèi)壓薄壁容器，按公式計(jì)算筒體的設(shè)計(jì)厚度為：6 d =Pc Dic2o t j P+C2 = 23.19考慮到鋼板負(fù)偏差，所以筒體厚度應(yīng)再加上 C1，即23.19+0.8=24根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查鋼板的常用厚度表，圓整為n=24mm（二）計(jì)算封頭的壁厚：采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，各參數(shù)與筒體相同6 d =Pc Dic2o t j P+C2 = 23.19考慮到鋼板負(fù)偏差，所以封頭厚度應(yīng)再加上 C1，即 23.19+0.8+2=24 mm根據(jù)鋼板的厚度規(guī)格，查鋼板的常用厚度表，圓整為n=24mm，可見跟筒體等厚。（三）水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核：先按公式確定水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力 Pt 為： 選取兩者中壓力較大值作為水壓試驗(yàn)壓力，即取Pt 2.66MPa ，水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力為o t Pt (Di 6 e )26 ej2.66*3200+(24-0.8-2)2*(24- 0.8- 2)*1 202.08MPas查表得厚度為 36mm 的 16MnR 鋼板的鋼材屈服極限o故在常溫水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力為= 325MPa0.9o s = 0.9* 325= 292.5MPat故o 0.9o s因此滿足水壓試驗(yàn)要求（四）選擇人孔并核算開孔補(bǔ)強(qiáng)：根據(jù)儲(chǔ)罐是在常溫下及最高工作壓力為 2.123 MPa 的條件下工作, 人孔的標(biāo)準(zhǔn)按公稱壓力為 2.5 MPa 等級(jí)選取，考慮到人孔蓋直徑較大 較重,故選用水平吊蓋人孔(GH21518-2005)，公稱直徑 500mm，突面 法蘭密封面。該人孔標(biāo)記為：MFM S-35CM(W.B-0222)B500-2.5 GH21524-2004 另外,還要考慮人孔補(bǔ)強(qiáng),確定補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸,由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管,故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)所選用的人孔筒節(jié) 內(nèi)徑為di =500mm ,壁厚6m =10mm查表得人孔的筒體尺寸為 55028，由標(biāo)準(zhǔn)查得補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸為：內(nèi)徑 Di=484 外徑 Do=760 開孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：1. 筒體的計(jì)算壁厚： 2. 計(jì)算開孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積 A：開孔直徑：補(bǔ)強(qiáng)的面積：3. 有效寬度：4. 有效高度：外側(cè)高度h1 或h1 =接管實(shí)際外伸高=250mm兩者取較小值h1 =內(nèi)側(cè)高度h2 或h2 兩者取較小值h2 =0mm5. 筒體多余面積 A1：e筒體有效厚度：選擇與筒體相同的材料（16MnR）進(jìn)行補(bǔ)償，故 fr =1，所以 6. 接管多余金屬的截面積 A2：接管計(jì)算厚度 7. 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫截面積 A3：8. 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 Ae：2 因?yàn)?Ae A ，所以需要補(bǔ)強(qiáng)9. 所需補(bǔ)強(qiáng)截面積 A4: 10. 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度6 ：（補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑Di 484 ，外徑Do 760 ） 考慮鋼板負(fù)偏差并圓整，實(shí)取補(bǔ)強(qiáng)厚度 mm，補(bǔ)強(qiáng)材料與殼體 材料相同，制造時(shí)為便于備材，且補(bǔ)強(qiáng)圈耗材也不多，設(shè)計(jì)時(shí)可采 用與殼體相同的板厚，即取6 = 24mm（五）核算承載能力并選擇鞍座：首先粗略計(jì)算鞍座負(fù)荷儲(chǔ)罐總質(zhì)量：W=W1 +W2 + W3W1 罐體的質(zhì)量，Kg，式中W2 水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量，KgW3 附件的質(zhì)量，Kg1. 罐體質(zhì)量 W1：N儲(chǔ)罐公稱容積為 80m 3 ，筒體公稱直徑D =3200 mm， V=80 m 3罐體的自重由壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得，公稱直徑 DN=3200，n壁厚6 = 24 的筒體的重量為16792Kg，封頭自重為 2316.1Kg，故罐體自 重W1 =16792 +2*2316.1=21424.2Kg2. 水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量 W2:儲(chǔ)罐的總?cè)?0.396m 3故水壓試驗(yàn)時(shí)罐內(nèi)水重W2 =80396Kg3. 其他附件質(zhì)量 W3:人孔質(zhì)量約為 400Kg，其他接管總和按 350Kg 計(jì)4. 設(shè)備總質(zhì)量 W:W =W1 + W2 +W3=21424.2+80000+ 750=102174.2Kg查壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)得，公稱直徑為 3200，高度 H=250 的 A型鞍座單個(gè)允許載荷 2853kN1021.742Kn,故其承載能力足夠。標(biāo)記 為：支座 BI3200-F(S) JB/T 4712-92（六）選擇液面計(jì)：液氨儲(chǔ)罐常用玻璃液面計(jì),由儲(chǔ)罐公稱直徑 3200 選擇長(zhǎng)度為3550mm 液面計(jì)二支，體材料(針形閥)為碳鋼,體溫型, 液面計(jì)接管為 無縫鋼管，液面計(jì)相配的接口管尺寸為:20mm 平焊管法蘭 HG20592-97液面計(jì)標(biāo)記為 ：玻璃管液面計(jì) HG21589.1-95-5（七）選擇壓力計(jì)：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(yīng)與設(shè)備的工作壓力相適應(yīng)。壓力表的量程一般為設(shè)備工作 壓力的 1.53 倍，最好取 2 倍。若選用的壓力表量程過大，由于同 樣精度的壓力表，量程越大，允許誤差的絕對(duì)值和肉眼觀察的偏差就 越大，則會(huì)影響壓力讀數(shù)的準(zhǔn)確性；反之，若選用的壓力表量程過小， 設(shè)備的工作壓力等于或接近壓力表的刻度極限，則會(huì)使壓力表中的彈 性元件長(zhǎng)期處于最大的變形狀態(tài)，易產(chǎn)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，萬一超壓運(yùn)行， 指針越過最大量程接近零位，而使操作人員產(chǎn)生錯(cuò)覺，造成更大的事 故。因此，壓力表的使用壓力范圍，應(yīng)不超過刻度極限的 6070。測(cè)量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤刻度極限值的百分 數(shù)來表示的。精度等級(jí)一般都標(biāo)在表盤上，選用壓力表時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的壓力等級(jí)和實(shí)際工作需要來確定精度。額定蒸汽壓力小于2.45MPa 的鍋爐和低壓容器所用的壓力表，其精度不應(yīng)低于 2.5 級(jí)； 額定蒸汽壓力大于 2.45MPa 的鍋爐和中、高壓容器的壓力表，精度不 應(yīng)低于 1.5 級(jí)。表盤直徑為了使操作人員能準(zhǔn)確地看清壓力值，壓力表的表盤直 徑不應(yīng)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(yīng)小于 100mm，如果壓力表裝得較高或離崗位較遠(yuǎn)，表盤直徑還應(yīng) 增大?？紤]到液氨有一定腐蝕性,所以綜合考慮選用隔膜壓力表, 技術(shù) 指標(biāo)為：精度等級(jí)：(1.6) 公稱直徑：$ 20測(cè)量范圍：0 2.4MPa（八）選配工藝接管：本儲(chǔ)罐設(shè)有如下接口管1.液氨進(jìn)料管接頭螺紋：1.5G1采用無縫鋼管GB/T8163-1999 $ 575mm ,管的一端伸入罐切成 45,管長(zhǎng) 400 mm。配用凹凸面式平焊管法蘭 HG20592-97 WN50-2.52.液氨出料管采用可拆的壓出管$ 585mm,伸入到罐內(nèi)離罐底約 100 mm,外套 無縫鋼管$ 8720mm(管壁加厚，具有補(bǔ)強(qiáng)作用),都配用HG20592-97 WN50-2.5凹凸面管法蘭和石墨復(fù)合墊片（HG20608-97）。3.排污管在罐的右端最底部設(shè)個(gè)排污管，規(guī)格是$ 12524mm，管端焊有與 截止閥相配的管法蘭 HG20592-97 WN80-2.5。排污管與罐體連接處焊 有一厚度為 10mm 的補(bǔ)強(qiáng)圈.4.安全閥接口管安全閥接口管