目录
第一章工艺设计
任务书***************************************
储量*****************************************
备的选型及轮廓尺寸***************************
第二章机械设计
结构设计
2.1.1筒体及封头设计
材料的选择**********************************
筒体壁厚的设计计算**************************
封头壁厚的设计计算*************************** 2.1.2接管及接管法兰设计
接管尺寸选择*********************************
管口表及连接标准*****************************
接管法兰的选择 *****************************
紧固件的选择 ******************************* 2.1.3人孔的结构设计
密封面的选择 ******************************
人孔的设计********************************
2.1.4 核算开孔补强**************************** 2.1.5支座的设计
支座的选择**********************************
支座的位置********************************** 2.1.6液面计及安全阀选择
2.1.7总体布局
2.1.8焊接接头设计
强度校核
小结
课程设计任务书
一、绪论
1、任务说明
设计一个容积为103m的液液氨储罐，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、接管进行设计，然后采用SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。
2、液氨的性质
液氨相对密度(水=1)：(25℃)
液氨，又称为无水氨，是一种无色液体。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。液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。为无色液体，有强烈刺激性气味，极易气化为气氨。密度cm3；沸点为－℃，低于－℃可成为具有臭味的无色结晶。
液氨为第类有毒气体
二、设计参数的确定表1：设计参数表
第一章工艺设计1.1存储量
盛装液化气体的压力容器设计存储量
t V W ρφ=
式中：W ——储存量，t ； φ——装载系数； V ——压力容器容积；
t ρ——设计温度下的饱和溶液的密度，
3m t
；
根据设计条件t V W ρφ==t t 7855.4563.01085.0=??
1.2 设备的选型及轮廓尺寸
粗略计算内径： 32104
m L D i =π
一般63—=D L ，取3=D L
得mm D i 1619=，圆整得：mm D i 1600=
选用EHA 椭圆封头，那么 L=4800mm. 封头公称直径选取1600mm ，那么此时的总体积为3。由于误差较大，所以将筒体长调整为L=4500mm ，体积变为了与封头3。
故，筒体公称直径与封头的工程直径选定为mm D i 1600=筒体长选定为mm L 4500=. 所以计算容积为3，工作容积：×=3。
第二章 机械设计
结构设计
2.1.1筒体及封头设计
.材料的选择
纯液氨是中度危害性的介质，具有腐蚀性,又因为使用温度为 ，根据《课程设计指导书》中钢板的使用条件，选用Q345R。20
～50
C。
.筒体壁厚设计计算
I.设计压力
液氨储罐的工作温度-20℃——50℃，故选取设计温度t=50℃，由《课程设计指导书》查的，该温度下的绝对饱和蒸汽压为。在本次设计中的液氨储罐上装有安全阀，通常认为设计压力为工作压力的——1.10倍，所以设计压力为,工程压力取。
压力容器类别确定
一、划分总原则
综合考虑压力容器中介质的危害程度、容器所受的压力的高低和容器容积的大小来确定容器的危险程度。
二、介质的危险程度及分组
压力容器的介质分为以下两组，包括气体、液化气体以及最高温度高于或等于标准沸点的液体：
（1）第一组介质，毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。
（2）第二组介质，除第一组以外的介质
由于该储罐为中压（
此容器为第一类压力容器. II.液柱静压力
液氨的密度为563Kg/m 3，筒体公称直径为1600mm 。，则根据公式i p gD ρ=静可得a 008836.0MP P =静 III.计算压力
c
p
因为
%5πP
P 静
，所以 液柱静压力可忽略不计，则计算压力等于设计压力。
IV.设计温度下材料的许用应力[]t σ
t 为C 。
～5020-，假设筒体厚度为mm 163～
，由《材料许用应力表》可得R Q 345的[]MPa t 189=σ V.焊接接头系数φ
本次液氨储罐的设计采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全
焊透对接接头，局部无损检测，所以φ＝。 内压容器的计算厚度δ
根据内压容器的计算厚度公式
【2】
：
[]mm p D p c
t
i c 19.11233
.285.018921600
233.22=-???=
-=
φσδ
mm 19.11在mm 166～之间，故假设是成立的。
取腐蚀裕量22C mm =，mm C d 2.132=+=δδ
负偏差mm C 3.01=。mm C d 5.131=+δ 查《钢板厚度的常用规格表》，
将其圆整为mm 14，即名义厚度mm n
14=δ的R Q 345钢板。
.封头壁厚的设计计算
标准椭圆形封头的计算厚度
根据标准椭圆形封头的计算厚度公式：
[]mm p D p c
t
i
c 16.115.02=-=
φσδ 取腐蚀裕量22C mm =，mm n 14=δ
查《钢板厚度的常用规格表》，将其圆整为mm 14，即名义厚度
mm n 14=δ的R Q 345钢板，可见标准椭圆形封头与筒体等厚。
2.1.2接管及接管法兰设计
.管口表及连接标准
接管代号 公称尺寸
连接尺寸标准 连接面形式 用途或名称
1
DN50
HG/T20592-2009
FM
进料口
2DN50
HG/T20592-2009FM出料口
3DN500FM人孔4DN25HG/T20592-2009FM出气口5DN25HG/T20592-2009FM温度计接口6DN25HG/T20592-2009FM压力表接口7DN25HG/T20592-2009FM液位计接口8DN32HG/T20592-2009FM排液口9DN32HG/T20592-2009FM安全阀接口
.接管法兰的选择
图2 接管法兰结构
序号名
称
公称
直径
DN
钢管
外径
1
A
法
兰
外
径
D
螺栓
孔中
心圆
直径
K
螺
栓
孔
直
径
L
螺
栓
孔
数
量
n
螺栓
Th
法
兰
厚
度
C
法兰颈法兰
高度
H
法兰质量
(Kg)
N S
≧
1
H
≈
R
B B
1进料口
出料口
5057165125184M1620758648
接管法兰标记
2.1.3人孔的结构设计
① .密封面的选择
由于本次设计的介质是中度危害的，所以本次设计采用凹凸法兰密封面（MFM）。
② .人孔的设计
本次设计的储罐设计压力为，根据20052153521514/-～T HG 《钢
制人孔和手孔》【3】
，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。
该人孔标记为：人孔CM MFM S 35-Ⅲ B 5.2500-
200521518/-T HG
人孔结构示意图 人孔结构尺寸【3】
密封面型
公称压力
公称直径
d w ?S
d
D
D 1
H 1
H 2
b
2.1.4 核算开孔补强
在设计中,只有人孔需要补强,去补强圈的公称直径为人孔直径的二倍,厚度与筒体厚度相同.
2.1.5支座的设计
①.支座的选择
鞍座结构
该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q245-AF 。 估算鞍座的负荷： 储罐总质量43212m m m m m +++=
1m —筒体质量：kg DL m 6.2484785010145.46.114.331，=?????=?=-ρδπ
2m —单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》
中表 EHA 椭圆形封头质量，可知，kg m 3152=
3m —充液质量： 3m =
4m —附件质量：人孔质量为302kg ，其他接管质量总和估100kg ，即kg m 4024=
综上所述，
kg m m m m m 2.95213026.547231526.284624321=++?+=+++= G=mg=93,4kN,每个鞍座承受的重量为
由此查容器支座，选取轻型，焊制为A,包角为120，有垫板的鞍座。查得鞍座结构尺寸如下表4：
鞍式支座结构尺寸 单位：mm
公称直径DN
允许载荷Q
鞍座高度h
底板 腹板
筋板
l 1
b 1
1δ
2δ
l 3
b 2
b 3
3δ
②.鞍座位置的确定
通常取尺寸A 不超过0.2L 值，中国现行标准JB 4731《钢制卧式容器》规定A ≤0.2L=（L+2h ），A 最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。
故mm h L A 910)2524500(2.0)2(2.0=?+=+≤
由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB 4731还规定当满足A ≤0.2L 时，最好使A ≤ m （2R i n m R δ+=）,即
mm R n
m 8142
21600=+=
δ
mm R A m 40710065.05.0=?=≤，取A=400mm
综上有：A=400mm 。
鞍座标记为：/JB T 4712.12007,-支座 F A -1600
/JB T 4712.12007,-支座 S A -1600
2.1.6液位计选择
本次设计采用磁性液位计，普通型，压力等级为 MPa 。根据实际要求，选用液位计的长度为1100mm 。标记 HG/T 21584-95 UZ BF 321C 。
。
2.1.7总体布局
进料管外伸度200mm ，内伸高度1500mm 。出料管外伸高度200mm ，内伸高度0mm 。
安全阀外伸高度200mm ，内伸高度0mm 。压力表外伸高度200mm,内伸高度0mm.
出气管外伸高度200mm,内伸高度0mm 。人孔外伸280mm ，内伸0mm 。 接管与接管间距450mm ，接管与封头间距600mm,与焊缝距离不小于150mm,鞍座距封头切线400mm 。
2.1.8焊接结构设计及焊条的选择
1）、壳体A ，B 类焊接接头的设计
该容器上的A,B 类接头必须采用对接焊，不允许采用搭接焊。对接焊易于焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接
接头质量。
该容器上的接管与壳体以及补强圈之间的焊接一般只能采用角接和搭接。
2）、壳体C，D类焊接接头的设计
平盖，管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体，接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头，但已规定为A，B类的焊接接头除外。
接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头均属于D类焊接接头，但已规定为A，B类的除外。
3）、焊接接头坡口设计
容器筒体，封头与接管法兰的厚度均在δ=3~26mm的范围，为了减小焊接变形和残余应力，因此可取接头坡口形式为X形。
4、常用焊接方法与焊条的选择
采用手工电弧焊，该方法设备简单，便于操作，使用于各种焊接，在压力容器制造中应用十分广泛，钢板对接，接管与筒体、封头的连接等都可以采用。
考虑母材力学性能与化学成分，对低碳钢和低合金钢构件，要求等强度原则选择焊条，即要求焊缝与母材的强度相等或基本相等，而不要求焊缝的化学成分与木材相同。不同类型的低合金钢之间进行异种钢焊接时，应选与其中强度较低的钢材等强度的焊条进行焊接，再综合考虑金属进行热处理后，对其力学性能的影响构件的结构与刚性和经济性，该容器所用焊条使用型号如下表：
接头母材焊条型号焊条牌号Q345R+Q345R E5016(GB/T5117)J506
E4316(GB/T5117)J426
Q235-A+Q235-
A
Q235-A+Q345R E4303(GB/T5117)J422 Array
图补强圈接头形
9 强度校核
钢制卧式容器计算单
位
计算条件简图
设计压力p MPa
设计温度t50℃
筒体材料名称Q345R(热轧)
封头材料名称Q345R
封头型式标准椭圆形封头
筒体内直径D i1600mm
筒体长度L4500mm
筒体名义厚度n14mm 支座垫板名义厚度rn8mm 筒体厚度附加量C mm 腐蚀裕量C12mm 筒体焊接接头系数
封头名义厚度hn14mm 封头厚度附加量 C h mm 鞍座材料名称Q235AF
鞍座宽度 b200mm 鞍座包角θ120°支座形心至封头切线距离A400mm 鞍座高度H250mm 地震烈度度
2.1.7
内压圆筒校核
计算单位 计算条件
筒体简图
计算压力 P c MPa 设计温度 t C 内径 D i 1600 mm 材料
Q345R ( 板材 ) 试验温度许用应力 MPa 设计温度许用应力 MPa 试验温度下屈服点 MPa 钢板负偏差 C 1 mm 腐蚀裕量 C 2
mm 焊接接头系数
厚度及重量计算
计算厚度
= P D P c i
t c 2[]σφ- = mm
有效厚度 e
=n - C 1- C 2= mm 名义厚度 n =
mm 重量
Kg
压力试验时应力校核
压力试验类型 液压试验
试验压力值 P T = [][]σσ = (或由用户输入)
MPa 压力试验允许通过 的应力水平 T
T
s
=
MPa
试验压力下 圆筒的应力
T
= p D T i e e .().+δδφ
2 =
MPa 校核条件
T
T
校核结果
合格
压力及应力计算