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1、液氨储罐设计参数的确定设计说明书第一章 绪论1.1设计符号说明英文字母容器的设计寿命,;贮罐内径，;钢板的许用应力，液氨的饱和蒸汽压，钢板厚度负偏差, ;介质的腐蚀裕量, ;希腊字母罐体计算厚度, ;罐体设计厚度, ;罐体的名义厚度, ;罐体的有效厚度, ;圆整值，腐蚀速率，焊接接头系数1.2 设计任务设计一液氨贮罐。工艺条件：温度为40，氨饱和蒸气压，容积为。1.3 设计思路综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责团结合作的态度，对储罐进行详细设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性，各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有实际意义，并考虑到结构方面的要
2、求，合理地进行设计，研究出最佳方案。1.4 设计特点容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。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。1.5设计要求及成果1. 确定容器材质；2. 确定罐体形状及名义厚度；3. 确定封头形状及名义厚度；4. 确定支座，人孔及接管，以及开孔补强情况5. 编制设计说明书以及绘制设备装配图1张（A2）。1.6技术要求（一） 本设备按GBl50-1998钢制压力
3、容器进行制造、试验和验收 （二） 焊接材料，对接焊接接头型式及尺寸可按GB985-80中规定(设计焊接接头系数) （三） 焊接采用电弧焊，焊条型号为E4303 （四）壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100 第二章 液氨储罐设计参数的确定2.1.设计温度与设计压力的确定液氨储罐通常置于室外，罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响，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。根据设计任务书的要求，所设计液氨贮罐的最高使用温度为40，查表可知40时液氨的饱和蒸汽压为1.55MPa。压力容器安全监察规程规定液化气体储罐必须安装安全阀，设计压力可取最大操作压力的1.0
4、5-1.10倍。取1.10倍最大操作压力为设计压力，所以设计压力p = 1.10(1.05 1.1) = 1.595MPa，故取设计压力p=1.6MPa。2.2.罐体和封头的材料的选择选择容器用钢必须综合考虑：容器的操作条件，如设计压力、设计温度、介质特性和操作压力等；材料的使用性能，如力学性能、物理性能、化学性能（主要是耐腐蚀性能）；材料的加工工艺性能，如焊接性能、热处理性能等；经济合理性及容器结构，如材料价格、制造费用和使用寿命等。纯液氨腐蚀性小，贮罐可选用一般碳素钢，压力容器专用钢板为20R，另外还有一些合金钢，如16MnR、15MnVR等也适合作为压力容器的钢板。16MnR是345MP
5、a级的低合金钢，具有良好的机械性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。中温及低温的机械性能均优于Q235-A、15、20等碳素钢，是使用十分成熟的钢种，质量稳定、可使用-40475场合。15MnVR是屈服极限为390MPa级的低合金结构钢，其塑性和冲击韧性较16MnR低，其波动较大。另外从经济的角度考虑，16MnR也较20R制造费用低。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体的材料。16MnR的含碳量为0.12%0.20%，含Mn量较低，伸长率为19-21%，是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板。2.3.形状设计参数在本设计中由于设计体积较小（40m3）且设计压力较小（P=1.6MPa
6、）,故可采用卧式圆筒形容器，方形和矩形容器大多在很小设计体积时采用，因其承压能力较小且使用材料较多；而球形容器虽承压能力强且节省材料，但制造较难且安装内件不方便；立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱，故选用圆筒形卧式容器。第三章 封头的选择几何方面，就单位容积的表面积来说，以半球形封头为最小。椭圆形和蝶形封头的容积和表面积基本相同，可以近似认为相等。力学方面，在直径、厚度和计算压力相同的条件下，半球形封头的应力最小，二向薄膜应力相等，而沿经线的分布式均匀的。如果与壁厚相同的圆筒体连接，边缘附近的最大应力与薄膜应力并无明显不同。椭圆形封头的应力情况就不如半球形封头均匀。由应力分析可
7、知，椭圆形封头沿经线各点的应力是变化的，顶点处应力最大，在赤道上可能出现环向内压应力，对于标准椭圆形封头与壁厚相等的圆筒体相连接时，其可以达到与筒体等强度。从制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是浓度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。因此，从几何、力学和制造方面综合考虑，采用标准椭圆形封头最为合理。椭圆形封头的型式及尺寸按JB/T 4737-95椭圆形封头的规定标准椭圆形封头的长短轴比值为2。封头材料与筒体一样为16MnR。3.1.许用应力制造容器所用的钢板，其在设计温度下许用应力值的大小，直接决定着容器强度，
8、是主要设计参数之一。在GB 150钢制压力容器中，对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力，16MnR的许用应力见表2-1。表3.1 压力容器用16MnR钢板的许用应力钢号钢板标准使用状态厚度mm常温强度指标在下列温度()下的需用应力/MPabMPasMPa2010015016MnRGB 6654热轧正火616510345170170170163649032516316316336604703051571571573.2.焊接接头设计焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方。焊缝区强度降低的原因在于焊接时可能出现缺陷而未被发现；焊接热影响区往往形成出大晶粒区而使强度和塑性降低；由于结构刚性约束造成焊
9、接内应力过大等。焊缝区的强度主要决定于熔焊金属、焊缝结构和施焊质量。设计所需的焊接街头系数大小主要根据焊接接头的型式和无损检测的长度比率确定。容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头基本上都采用双面焊，所以取焊接接头系数(双面焊，全部无损探伤)。第四章 筒体和封头的壁厚的计算4.1.公称直径Di和筒体长度L的计算 取Di = 2600 Di= 2800 Di = 3000 Di = 3200 经计算 当Di =2600mm时，L = 4410mm,此时，Di/L = 0.589 最接近0.618 所以取 Di = 2600mm 4.2.筒体壁厚的计算 取计算压力pc=p=1.60MPa，筒体内径
10、Di=DN=2600mm，查表2.1知16MnR在设计温度为40时的许用应力为t=163MPa，筒体的理论计算壁厚公式为： (3.1)式中：筒体的理论计算壁厚，mm； 筒体计算压力，MPa； 筒体内径，mm； 钢板在设计温度下的许用应力，MPa；焊接接头系数，其值为1；将数值代入公式(3.1)计算出筒体的计算厚度为：由于液氨对金属有一定的腐蚀，取腐蚀裕量C2=2mm，故筒体的设计厚度为：由钢板厚度负偏差表查得C1=0.8mm，故名义壁厚为：圆整后取n=16mm。4.3.封头壁厚的计算采用的是标准椭圆形封头，各参数与筒体相同，其厚度计算式为：设计厚度为：名义厚度为：圆整后取n=16mm。查得标准
11、椭圆形封头的直边高度(JB/T4737-95)为h0=40mm。4.4.水压试验容器制成以后，必须做压力试验或增加气密性试验，其目的是在于检验容器的宏观强度和有无渗漏现象，即考察容器的密封性，以确保设备的安全运行。对需要进行焊后热处理的容器，应在全部焊接工作完成并经热处理之后，才能进行压力试验和气密性试验；对于分段交货的压力容器，可以分段热处理，在安装工地组装焊接，并对焊接的环焊缝进行局部热处理之后，再进行压力试验。压力试验一般采用液压试验或气压测试，本次设计我们选用液压测试，液压试验一般采用水。需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。实验室液体的温度应低于其闪点或沸点。奥氏体不锈钢制容器用
12、水进行液压实验后，应将水渍清楚干净。无法清楚干净时，应控制水中氯离子的含量不超过25mg/L。试验温度：对碳钢、16MnR、15MnRNbR和正火的15MnVR钢制容器进行液压试验时，液体温度不得低于5；对于其他低合金钢制容器进行液压试验时，液体的温度不得低于15。如果由于板厚等因素造成材料无塑性转变温度升高，则须相应提高试验液体的温度。试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液是应将容器内空气排净，试验过程中保持容器观察表明干燥。试验时压力应缓慢上升至设计压力，若无泄露，再缓慢上升，达到一定的试验压力后，保压一段时间后一般不低于30min。然后将压力降至规定试验压力的80，并保持足够长的时间，
13、以对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验，直至合格。对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后再焊夹套，然后进行夹套内的液压试验；液压试验完毕后，应将液体排净，并用压缩空气净内部吹干。4.4.1.确定水压试验的试验压力值已知p=1.6MPa， =t=163MPa试验压力： (4.2) 式中：PT试验压力，MPa;p设计压力，MPa; 、t分别为液压试验温度和设计温度下壳壁材料的许用应力，MPa。带入数据得：4.4.2.计算水压试验时的器壁应力值实验时器壁的应力： (4.3)其中有效厚度故4.4.3.校核强度查表2.1可知22mm的16MnR钢板的常温强度指标s=325MPa。
14、所以,，故所设计的器壁厚度满足设计要求。第五章 选择人孔并核算开孔补强5.1.人孔的选择 压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。根据储罐是在常温下及设计压力为1.6MPa 的条件下工作,人孔的标准按公称压力为1.6 MPa 等级选取。考虑到人孔盖直径较大较重,故选用水平吊盖带颈平焊法兰人孔(HG 20593-95)，公称直径为450mm，突面法兰密封面(RF型)。该人孔结构中有吊钩和销轴，在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，即可轻松进入，而不必将其取下以节约维修时间。查得该人孔的有关数据如下: 表5.1 水平吊盖带颈平焊法兰人孔(突面)标准尺寸(mm)公称压力MPa公称直径dWSDD1bb1b2AH1H2d01.64504801064058534343636530020436该水平吊盖带颈对焊法兰人孔的标记为：HG20593-95 人孔RF （AG）450-
