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1、 Revised as of 23 November 2020立方米液氨储罐设计过程设备设计课程设计说明书设计项目： 20M3液氨储罐设计 所属院系： 化学化工学院 专业班级：化学工程与工艺1304班学 号： 学生姓名： 指导教师： 张铱鈖 2016年01月20日摘 要本次课程设计任务为设计一个容积为20m3的液氨储罐，采用常规设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管等进行设计，然后对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。设计说明书的正文部分包括工艺设计和机械设计，其中机械设计包括结构
2、设计和强度计算两部分内容，结构设计中包括设备一系列零部件的数据，强度计算包括厚度计算、水压试验、气密性试验等。一、设计任务书20M3液氨储罐设计课程设计要求及原始数据（资料）一、 课程设计基本要求1、 按照国家压力容器设计标准、规范设计要求，掌握典型过程设备设计的过程。2、 设计计算采用手算，要求设计思路清晰，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、 原始数据表1 设计条件表序号项目数值备注1名称液氨储罐2用途液氨储存3最高工作压力MPa由介质温度确定4工作温度-20505公称容积M36工作压力波动情况可不考虑7装置系数f8工作介质液氨（中度危害）9使用地点太原市
3、，室外目 录一、设计任务书 2二、课程设计内容 5 工艺设计 5一、设计压力的确定 5二、设计温度的确定 6 机械设计 6一、结构设计 6 设计条件 6 结构设计 7 1、压力容器选择 7物料的物理化学性质压力容器的类型压力容器的用材 2、筒体和封头的结构设计 8 容器的筒体和封头壁厚的设计8三设备的设计计算 1、筒体名义厚度的初步确定 8 2、封头壁厚的计算 8 容器的水压试验 10 3、各个接管的位置及法兰的选择11接管的设计法兰的设计垫片的选择 4、人孔的选取13 5、液面计的设计15 6、鞍座的计算16筒体的质量封头的质量液氨的质量附件的质量确定鞍座类型鞍座安装位置确定 7、焊接接头设
4、计17回转壳体的焊接结构设计接管与壳体的焊接结构设计带补强圈的接管的焊接 8.开孔补强计算18 四、参考文献20二、课程设计内容 课程设计内容包括工艺设计和机械设计两部分工艺设计 工艺设计的内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。其中设计储量： 式中 f = V =20m3由表2得： =563/m3=m3故 W=20=表二 液化气体饱和蒸汽压及饱和液密度温度-15103050饱和蒸汽压MPa（绝压）氨饱和液密度Kg/m3氨658625595563一、 设计压力的确定设计压力应根据最高工作压力来确定。对于盛装液化气体的压力容器，可根据固定式压力容器安全技
5、术监察规程TSG R0004-2009 经查表2得50下液氨饱和蒸汽压（绝压）为。工作压力=（）MPa= 设计压力为容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力，而最高工作压力系指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。装设安全阀的容器，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不得低于安全阀的开启压力，通常可取最高工作压力的倍，所以设计压力P= 液柱静压力为： , 于是忽略了液柱静压力的影响，得到 二、设计温度的确定 根据液氨储罐工作温度为-2050 选择设计温度t=50 机械设计机械设计包括结构设计和强度计算两部分 一、结构设计 设计条件表3 结构设计条件表项目内容备注
6、工作介质液氨工作压力 MPa由介质温度决定设计压力 MPa工作温度 -2050设计温度 50公称容积（Vg）m320计算容积（V计）m320工作容积（V工）m3装量系数f介质密度（t）t/m3材质Q345R，16MnR，16Mn保温要求无其他要求无表4 管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称ADN80HG/T20592-2009FM进口BDN100HG/T20592-2009FM备用口CDN70HG/T20592-2009FM排气口DDN70HG/T20592-2009M放净口EDN80HG/T20592-2009M出口PIDN25HG/T20592-2009FM压力计口SVD
7、N70HG/T20592-2009FM安全阀接口MDN450HG/T20592-2009MFM人孔LGDN20HG/T20592-2009FM液位计接口 结构设计 化工设备的结构设计包括设备承压壳体（一般为筒体和封头）及其零部件的设计。设备零部件包括支座、接管和法兰、人孔和手孔、液面计、视镜等。我国已经制订了化工设备通用零部件的系列标准，设计时可根据具体设计条件按照附录中给出的相关标准进行选用。 1、压力容器选择 （a）物料的物理化学性质 氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，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，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈的刺激性气味，
8、液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，且容易挥发，采用钢瓶和槽车装运。 （b）压力容器的类型化工设备的主体是压力容器，容器的强度决定着设备的安全性，为了加强压力容器的安全监察，保护任命生命和财产的安全，国家质量监督局颁布了压力容器安全技术监察规程这是一部对压力容器安全技术监督提出基本要求的法规，压力容器设计、安装、使用、检验、修理和改造等单位必须遵守的法规，为了有利于安全技术监督和管理，压力容器安全技术监察规程将其管辖范围内的压力容器划分为三类，分别为第一类压力容器、第二类压力容器和第三类压力容器。本次设计压力容器中的介质为液态氨，属于中度危害，是第二组介质且设计压力为中压，所以将其划分为第二
9、类压力容器。 （c）压力容器的用材 正确选择材料对于保护设备的安全使用和降低成本是至关重要的。压力容器用材料包括容器及压壳体用钢和设备零部件用材料，零部件有受压元件（如接管、法兰）和非受压元件（如支座），所用材料涉及钢板、钢管、锻件、型钢及钢棒等。 压力容器受元件用钢应符合GB150钢制压力容器中的有关规定，对于非受压元件用钢，当与受压元件焊接时，也应是焊接性能良好的钢材。压力容器通常采用钢板经过成型焊接而成，法兰视具体情况可采用钢板或锻件，螺栓和螺柱应采用钢棒，接管一般应采用无缝钢管，支座所用材料涉及钢板，型钢及钢管，因为使用温度在-2050，设计压力为，所以选用Q345R，封头采用标准椭圆
10、形封头，同样采用Q345R。采用16Mn为钢管的材料。法兰采用16Mn 2、筒体和封头的结构设计 （a）筒体公称直径和筒体长度的确定：筒体直径一般由工艺条件决定，但是要符合压力容器的公称直径。标准椭圆型封头是中低压容器经常采用的封头形式。封头公称直径必须与筒体的公称直径相一致。公称体积二、强度计算 容器的筒体和封头壁厚的设计 1、筒体名义厚度的初步确定： 筒体设计选用616 mm厚度的Q345R，50下其许用应力185MPa。计算厚度 ：式中， 计算压力，MPa；圆筒内直径，mm；容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa；圆筒的焊接接头系数双面对接焊缝，100%无损检测则计算厚度 取腐蚀裕量
11、=，查表得负偏差=，所以取=16mm，则 2、封头壁厚的计算本设计采用标准椭圆封头（2:1）即：K（形状系数）=。式中根据公式，封头的设计壁厚为： 查表：取钢板的负偏差，则筒体的名义壁厚为：。标准规定以内径为公称直径的标准椭圆形封头(代号EHA)的直边高度只与公称直径有关：DN2000mm时,直边高度为25mm；DN2000mm时,直边高度为40mm。由于所设计的筒体公称直径DN=2200mm2000mm，所以直边高度为h=40mm， （b） 椭圆形封头内表面积、容积： 查GB/T25198-2010压力容器用封头中EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表：表5 EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V封/m32200590
