20立方米液氨储罐设计说明书

目录

课程设计任务书 2 20m³液氨储罐设计 2 课程设计容 3 液氨物化性质及介绍 3

1. 设备的工艺计算 3

1.1 设计储存量 3

1.2 设备的选型的轮廓尺寸的确定 3

1.3 设计压力的确定 4

1.4 设计温度的确定 4

1.5 压力容器类别的确定 4

2. 设备的机械设计 5

2.1 设计条件 5

2.2 结构设计 6

2.2.1 材料选择 6

2.2.2 筒体和封头结构设计 6

2.2.3 法兰的结构设计 6

（1）公称压力确定7

（2）法兰类型、密封面形式及垫片材料选择7

（3）法兰尺寸7

2.2.4 人孔、液位计结构设计8

（1）人孔设计8

（2）液位计的选择9

2.2.5 支座结构设计10

（1）筒体和封头壁厚计算10

（2）支座结构尺寸确定12

2.2.6 焊接接头设计及焊接材料的选取14

（1）焊接接头的设计14

（2）焊接材料的选取16

2.3 强度校核16

2.3.1 计算条件16

2.3.2 压圆筒校核17

2.3.3 封头计算18

2.3.4 鞍座计算20

2.3.5 开孔补强计算21

3. 心得体会22

4. 参考文献22

课程设计任务书

20m³液氨储罐设计

一、课程设计要求：

1.按照国家最新压力容器标准、规进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。

2.设计计算采用手算，要求设计思路设计思路清晰，计算数据准确、可靠。

3.工程图纸要求计算机绘图。

4.独立完成。

二、原始数据

1.设备工艺设计

2.设备结构设计

3.设备强度计算

4.技术条件编制

5.绘制设备总装配图

6.编制设计说明书

四、学生应交出的设计文件（论文）：

1.设计说明书一份；

2.总装配图一(A1图纸一)

课程设计容

液氨物化性质及介绍

液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈刺激性气味。氨作为一种重要的化工原料，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。液氨在工业上应用广泛，具有腐蚀性且容易挥发，所以其化学事故发生率很高。

液氨分子式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为16—25%（最易引燃浓度为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，难以点燃而危险性极低，但氨和空气混合物达到上述浓度围遇火和燃烧或爆炸，如有油类或其它可燃物存在则危险性极高。

1． 设备的工艺计算

工艺设计的容是根据设计任务提供的原始数据和生产工艺要求，通过计算和选型确定设备的轮廓尺寸。

1.1设计储存量

t V W ρφ=

式中：W ——储存量，t ； φ——装量系数； V ——压力容器容积；m 3

t ρ——设计温度下的饱和溶液的密度，

3m t

W=0.85×20×0.563=9.57 t

1.2 设备的选型的轮廓尺寸的确定

根据设计要求，本设计为卧式容器，筒体采用圆筒形，封头采用标准椭圆形封头 查阅文献，筒体的基本参数如下：

查阅文献确定椭圆形封头基本参数如下表：

V计=π/4×DN2×L+V封×2=π/4×2.0²×5.8+0.1257×2=20.46m³

实际工作容积

V工=V计×f=20.46×0.85=17.39m³

1.3 设计压力的确定

查阅文献

液氨临界温度为132.4℃，其50℃饱和蒸汽压为1.93MPa

故其设计压力为

P d=1.1×1.93=2.12 MPa

0.6MPa≤P d≤10MPa 属于中压容器

1.4 设计温度的确定

设备工作温度为-20℃~50℃，故其设计温度为50℃，

在-20～200℃条件下工作属于常温容器。

1.5 压力容器类别的确定

液氨属于液化气体，查阅文献［4］，可知属于第一组介质

查第一组介质—压力容器类别划分图，可知20m³液氨储罐属于第Ⅲ类压力容器

2．设备的机械设计

2.1 设计条件（见表2-1和表2-2）

表2-1设计条件表

容备注

工作介质液氨

工作压力Mpa 1.93

设计压力Mpa 2.12

工作温度℃-20—50

设计温度℃50

公称容积（V g）m320

计算容积（V计）m320.46

工作容积（V工）m317.39

装量系数 f 0.85

介质密度（ρ）t/m³0.563kg/L

材质Q345R

保温要求无保温层

其他要求

表2-2 管口表

符号公称规格DN/mm 连接法兰标准密封面用途或名称

L1.L2 20 HG/T 20592-2009 FM 液位计接口

2.2 结构设计

2.2.1 材料选择

一般而言，以强度为主的中压设备采用低合金钢为宜，而且低合金钢对液氨也具有良好的耐腐蚀率，可选用低合金钢，Q245R和Q345R这两种钢材可以满足要求。

由于Q345R许用应力高于Q245R,相同条件下，采用Q345R制造设备，可减小壁厚，减小设备重量，降低成本，同时壁厚减小，也可以为材料和设备的运输以及制造加工带来很大的方便，所以选择Q345R制造设备筒体和封头。

2.2.2 筒体和封头结构设计

由表1-1可知筒体公称直径DN=2000mm ，长度L=5800mm

由表1-2可知EHA标准椭圆形封头公称直径DN=2000mm 总深度H=525mm

则其直边长h=25mm

2.2.3 法兰的结构设计

法兰有设备法兰和管法兰，设备筒体和封头焊接在一起，所以不需要设备法兰，只有管法兰。

（1）公称压力确定

设备设计压力为2.12MPa，操作温度为-20~50℃，可选用锻件，材料选16MnⅡ

查文献可知，在操作温度围，PN25材料为16MnⅡ的钢制管法兰最大允许工作压力为2.5MPa，满足设计要求，故管法兰公称压力为PN25