完整的压力容器设计(储罐液氨)

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及结构的设计；罐的制造施工及焊接形式等；设计计算及相关校核；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㎜。

目录

设计任务书

1 前言 (1)

2 设计选材及结构 (2)

2.1 工艺参数的设定 (2)

2.1.1设计压力 (2)

2.1.2筒体的选材及结构 (2)

2.1.3封头的结构及选材 (2)

3 设计计算 (4)

3.1 筒体壁厚计算 (4)

3.2封头壁厚计算 (4)

3.3压力试验 (5)

4 附件的选择 (6)

4.1人孔的选择 (6)

4.2人孔补强的计算 (7)

4.3进出料接管的选择 (9)

4.4液面计的设计 (10)

4.5安全阀的选择 (10)

4.6排污管的选择 (10)

4.7 鞍座的选择 (11)

4.7.1鞍座结构和材料的选取 (11)

4.7.2容器载荷计算 (12)

4.7.3鞍座选取标准 (12)

4.7.4鞍座强度校核 (13)

5 容器焊缝标准 (14)

5.1压力容器焊接结构设计要求 (14)

5.2筒体与椭圆封头的焊接接头 (14)

5.3管法兰与接管的焊接接头 (14)

5.4接管与壳体的焊接接头 (14)

6 筒体和封头的校核计算 (16)

6.1 筒体轴向应力校核 (16)

6.1.1由弯矩引起的轴向应力 (16)

6.1.2 由设计压力引起的轴向应力 (17)

6.1.3 轴向应力组合与校核 (17)

6.2筒体和封头切向应力校核 (18)

7 总结 (19)

参考文献 (20)

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NH3，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范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、人孔接管、人孔补强、接管、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，则选择合适的非标设备。

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 设计选材及结构

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内压压力容器，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的压力合适。pa

pa<

≤

6.0M

M

10

p

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筒体的选材及结构

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，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广[1，5]。

2.1.3封头的结构及选材

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（JB/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 内表面积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]。