液氨储蓄罐的机械设计

XX学院本科课程设计题目：液氨储蓄罐的机械设计专业：应用化学学院：化学XX 学院班级： XX级XX 班姓名： XXX 学号：XXX指导教师： XXX目录一、设计条件 (3)二、设计内容 (3)1.选择符合要求的材料 (3)2.确定设计参数 (4)3.罐体壁厚设计 (5)4.封头壁厚设计 (5)5.校核水压实验强度 (5)6.应力的计算 (6)7.鞍座的设计 (8)8.人孔的设计 (10)9.人孔的补强 (11)10.接口管的设计 (11)五、课程设计收获 (13)六、设计符号说明 (13)七、参考资料 (14)液氨储罐的机械设计一、 设计时间2016年10月25日-2016年12月25日二、 设计条件1.工艺条件；温度40℃，氨的饱和蒸汽压1.55MPa2.贮罐筒体为圆柱形，封头为标准椭圆封头3. 贮罐容积V （单位m 3）：204. 使用地点：XX三、 设计内容1.选择符合要求的材料因为液氨的腐蚀性小，贮罐可选用一般钢材，但由于液氨贮罐属于带压容器，可以考虑20R 和16MnR 这两种钢种。

而16MnR 在中温（475℃以下）及低温（-40℃以上）的机械性能优于20R ，是使用十分成熟的钢种，质量稳定，可使用在-40-475℃场合，故在此选择16MnR 钢板作为制造筒体和封头的材料。

2.确定设计参数(1)设计温度题目中给出设计温度取40℃。

(2)设计压力在夏季液氨储罐经太阳暴晒，随着气温的变化，储罐的操作压力也在不断变化。

通过查阅资料可知包头最高气温为40℃，通过查表可知，在40℃ 时液氨的饱和蒸汽压(绝对压力)为1.55MPa ，密度为580kg/m 3，而容器设计时必须考虑在工作情况下可能遇到的工作压力和相对应的温度两者相结合中最苛刻工作压力来确定设计压力。

一般是指容器顶部最高压力与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。

此液氨储罐采用安全法，依据《化工设备机械基础》若储罐采用安全法时设计压力应采用最大工作压力的倍，取设计压力（已知w P 1.105.1-w P P 05.1=表压）所以 。

(3) 腐蚀余量查得16MnR 耐氨腐蚀，其，若设计寿命为15年，则(4)焊缝系数该容器属中压贮存容器，氨属中度毒性介质，容器筒体的纵向焊接接头和封头基本上都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，所以取或常见。

得选取按下表选择:此储罐采用100%无损探伤，故(5) 容器直径考虑到压制封头胎具的规格及标准件配套选用的需要，容器的筒体和封头的直径都有规定。

此储罐设计的公称直径（内径）选择。

表2.2 公称直径40o C 温度时，16MnR 钢材的许用应力表,知表2.3 温度时，16MnR 钢材的许用应力表MPa P w 55.1=MPa P P w 6.105.1==y mm /1.0<λm m5.11.0152=⨯==αλC φ0.185.0φ0.1=φm m 2200=i D i D []MPa t0.170=σC 0403.罐体壁厚设计（1）公式:其中、、、代入公式：由2.3可知 则得：根据 ，查书中表可知 则可得：（2）筒体最小厚度，满足要求。

4.封头壁厚设计采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同。

封头的计算厚度 设计厚度 圆整后选取名义厚度的16MnR 钢板5.校核水压实验强度5.1罐体水压实验强度[]ppD tid -=ϕσδ2MPa P 6.1=mm D i 2200=[]MPa t 170=σ0.1=φmm 10.40mm 1.61.0170222001.6δd =⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯=m m 1.50C 2=[]2tid C pσ2pD δ+-=ϕmm 11.90mm C 1.61.0170222001.6δ2d =⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⨯⨯⨯=mm 10.4δd =m m 8.01=C mm 1412.7ΔC C δδ21d n ==+++=()mm 11.7C δmm 4.41000D 2δ2n 筒i min =-≤==[]mm pD p ti c 39.146.185.0170226006.12=-⨯⨯⨯=-=ϕσδmm C d 39.15139.142=+=+=δδmm n 16=δ液压试验时设计温度圆筒的应力因为 ,所以，水压校验符合要求5.2封头水压实验强度经强度校核满足要求。

6.应力的计算6.1罐体应力的计算筒体切向应力计算：由《化工机械工程手册》查得。

tT PP ][][25.1σσ=C T 040=MPa T 170][][==σσMPa P P T 0.26.125.125.1=⨯==ee i T T D P δδσ2)(+=MPa T 87.1859.112)9.112200(0.2=⨯+=σMPa s 345=σMPa s 5.3103459.09.0=⨯=σS T σσ9.0<s ee i t t D P σσ94.02)(≤∆∆+=mm C n e 7.11=-∆=∆MPa p PP tT 225.1][][25.1===σσ5.31034519.003.1897.112)7.112200(2=⨯⨯<=⨯+=t σMPa 401.0880.043==K K ，所以：②封头切向应力计算：因 ， 所以合格。

③环向应力的计算：设垫片不起作用 在鞍座处横截面最低点式中：——筒体的有效宽度，。

由《化工机械工程手册》（上卷）查得，。

式中，考虑容器焊在鞍座上式中：——鞍座轴向宽度，。

所以 所以鞍座边角处轴向应力因为 ，MPa R F K e m 23.07.11111434450880.03=⨯⨯=⋅⋅=δτMPa R F K e m h 11.07.11111434450401.04=⨯⨯=⋅⋅=δτ[][]MPa DN P K e th t07.627.11222006.1117025.1225.125.1=⨯⨯⨯-⨯=⋅⋅-⨯=-δσσσh t h σστ-<][25.1255b F K k e ⋅⋅⋅-=δσ2b mm 0132.07603.065==K K ，1.0=k e m R b b δ⋅+=56.12b mm mm b 10.7687.11111456.15902=⨯⨯+=MPa 29.010.7687.11344507603.01.05-=⨯⨯⨯-=σ84.3091114/4800L/R m <==且 所以6.2封头应力及应力分布的计算封头切向应力计算：因 ， 所以合7.鞍座的设计鞍座承受的水平分力由《化工机械机械基础》查得，。

所以。

鞍座有效断面平均应力式中： ——鞍座的计算高度，； ——鞍座的腹板厚度，。

其中取鞍座实际高度（）和中的最小值，即。

腹板厚度2626234ee F K b F δδσ--=MPa 94.57.112344500132.037.1110.76843445026-=⨯⨯⨯-⨯⨯-=σMPa R F K e m h 11.07.11111434450401.04=⨯⨯=⋅⋅=δτ[][]MPa DN P K e th t07.627.11222006.1117025.1225.125.1=⨯⨯⨯-⨯=⋅⋅-⨯=-δσσσh t h σστ-<][25.1F K F s ⋅=9204.09=K N F s 8.702734450204.0=⨯=09b H F s s⋅=σS H mm 0b mm s H mm 250H =m m 371.33/11143/R m ==mm 250H =s mm 8b 0=所以应力校核：，式中 则由上述计算得： 鞍座材料Q235—AF 的许用应力储罐总质量：式中： ——罐体质量 ——封头质量——充液质量 ——附件质量 （1）罐体质量的计算罐体质量，筒节 ， 每米质量为 ，; 故 （2） 封头质量的计算封头质量，，直边高度的椭圆形封头，其质量为， 故： （3）充液质量式中： ——储罐容积——水的密度为 故：（4）附件质量MPa 51.382508.70279=⨯=σ[]sa σ32[]MPa 140σsa =[]MPa 93.3314032σ32sa ==[]sa σσ329<4321m m m m m +++=1m 2m 3m 4m 1m mm 2200DN =m m 14.0δn =kg/m 764.0q 1=31m 3.801V =kg 3667.24.8764.0L q m 11=⨯==2m mm 2200DN =m m 14.0δn =mm 44.0h =kg 616.0q 2=32V m 1.5459=kg 448.0kg 224.02q 2m 22=⨯==ρV m =3V ρ3/kg 1000m 32119.2026.15459.18.4801.3m V V V ==⨯+⨯=+=筒体封头kg m 210002110003=⨯=人孔质量为，其他接管总和按计。

故： （5）设备总质量。

每个鞍座只约承受负荷，所以选用轻型垫板，包角为的鞍座，即：JB/T74712-92鞍座A2200-F ；JB/T74712-92鞍座A2200-S 。

（6）鞍座安放位置筒体长度。

式中： ——两鞍座间距离——鞍座与封头切线之间距离 由于筒体L/D 较大，且鞍座所在平面又无加强圈，取8.人孔的设计8.1人孔的选择人孔的作用：检查设备和便于安装与拆除设备内部构件。

人孔的结构：既有承受压力的筒节、端盖、法兰、密封垫片、紧固件等受压元件，也有安置与启闭端盖所需要的轴、销、耳、把手等非受压件。

人孔类型：从是否承压来看有常压人孔和承压人孔。

从人孔所用法兰类型来看，承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔和带颈对焊法兰人孔，在人孔法兰与人孔盖之间的密封面，根据人孔承压的高低、介质的性质，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或环连接面。

从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖的所处位置看，人孔又可分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔三种。

根据储罐是在常温及最高工作压力为的条件下工作，人孔标准应按公称压力为的等级选取。

从人孔类型标准可知，公称压力为的人孔类型很多，本设计考虑人孔盖直径较大较重，故选用水平吊盖人孔。

该人孔结构中有吊钩和销轴，检修时只需松开螺栓将盖板绕销轴旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖板取下。

该人孔标记为：HG21523-95人孔RF Ⅳ(A ·G)450-1.6， 其中RF 面密封，Ⅳ指接管与法兰的材料为20R ，A ·G 指用普通石棉橡胶板垫片，450-1.6是指公称直径为、公称压力为8.2人孔的尺寸选择kg 181kg 300kg m 0.5004=kg m m m m m 36.70244182100016.7762.36674321=+++=+++=KN 45.34C 012010L A 2L +=1L A mm370022000.2524800A 2L L mm55022000.25D 0.25A 01i =⨯⨯-=-==⨯==MPa 6.1MPa 6.1MPa 6.1mm 450MPa 6.19.人孔的补强9.1补强圈的设计由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准。