15m3液氨儲罐的設計 目錄1. 前言.2. 設計條件及設計任務.3. 容器類別的確定.4. 設計計算.5. 結構設計.6. 結束語. 1.前言本次設計是針對過程設備基礎所安排的一次課程設計，是對這門課的一次總結和鞏固，需綜合運用所學知識并查閱相關文獻書籍完成設計。本說明書為15m3夜氨儲罐設計說明書。這次設計中采用全面分析方法，綜合考慮環境條件、液體性質等因素并參考相關標準，按工藝設計、機械設計、設備強度計算的設計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管等進行設計，然后采用GB150對其進行強度校核，最后形成了比較合理的設計方案。 2.設計條件及設計任務設計條件表序號項目數值單位備注1最高工作壓力2.1Mpa由介質溫度確定2工作溫度-20503公稱容積15m34裝量系數0.855工作介質液氨6使用地點太原市，室外管口條件：液氨入口DN40；液氨出口DN40;氣氨出口DN40;放空口DN25；排污管DN32；安全閥接口DN80;壓力表接口DN25.液位計接口和人孔按需設置設計任務：綜合運用所學的專業課知識，設計一個第一二類壓力容器中的中度危害性內壓容器液氨儲罐。 3.容器類別的確定1. 介質分組 壓力容器的介質分為以下兩組，包括氣體、液化氣體以及最高工作溫度高于或者等于標準沸點的液體：（1） 第一組介質，毒性程度為極度危害、高度危害的化學介質，易爆介質，液化氣體。（2） 第二組介質，除第一組以外的介質。介質危害性介質危害性指壓力容器在生產過程中因事故致使介質與人體大量接觸，發生爆炸或者因經常泄露引起職業性慢性危害的嚴重程度，用介質毒性程度和爆炸危害程度表示。壓力容器類別劃分化工設備的主體是壓力容器，容器的強度決定著設備的安全性，為了加強壓力容器的安全監察，保護任命生命和財產的安全，國家質量監督局頒布了壓力容器安全技術監察規程這是一部對壓力容器安全技術監督提出基本要求的法規，壓力容器設計、安裝、使用、檢驗、修理和改造等單位必須遵守的法規，為了有利于安全技術監督和管理，壓力容器安全技術監察規程將其管轄范圍內的壓力容器劃分為三類，分別為第一類壓力容器、第二類壓力容器和第三類壓力容器。 本次設計壓力容器中的介質為液態氨，屬于中度危害，且設計壓力為中壓，根據其類別劃分圖將其劃分為第三類壓力容器。 設計計算筒體和封頭厚度設計計算 1）確定封頭的大概直徑因為V=15 m，筒體長度與直徑之比L：D3，由V= 于是D=1854mm,根據計算將筒體內徑圓整至1800，即DN=1800. 2）確定筒體的長度根據DN=1800，查表可得V=0.8270 mV=15-20.8270=17.2984 m=計算得L=5244mm,據此將筒長圓整至L=5250V=+2 V=15.01m3與所要設計的50 m非常接近，完全符合設計要求。根據以上計算將筒體的DN設計為1800mm，筒體設計為5250mm。 3)筒體厚度的確定查表可得在50時液氨的飽和蒸汽壓為1.925Mpa，所以Pw=1.925-0.1=1.825，所以安全閥開啟壓力P=1.1X1.825=2.0075Mpa,據此將以下壓力定為,Pc=Pw=2.1Mpa。液氨是中度危害性的介質，但其腐蝕性小,貯罐可選用一般低碳鋼,有因為使用溫度為-2050，且很少出現條件惡劣的溫度，根課程設計指導書中鋼板的使用條件，應選用Q245R或Q345R。下面針對Q245R和Q345R進行計算，并決定最終的選材與厚度。Q345R:假設筒體厚度在616mm,根據公式= ，焊接接頭采用雙面焊對接接頭，=1，查表得=189Mpa根據公式計算得 =10.06mm，腐蝕余量取C2=2， =+=10.06+2=12.06mm,設計厚度加上鋼材的負偏差C10.03，并圓整，取=13此厚度在假設范圍之內，計算有效厚度e=13-2-0.3=10.7 mm。Q245R:假設筒體厚度在616mm,根據公式= ，焊接接頭采用雙面焊對接接頭，=1，查表得=147Mpa根據公式計算得 =12.94mm，腐蝕余量取C2=2， =+=12.94+2=12.06mm,設計厚度加上鋼材的負偏差C10.03，并圓整，取=15此厚度在假設范圍之內，計算有效厚度e=15-2-0.3=10.7 mm。名義厚度，從經濟方面，選Q345R較合適。所以筒體的的材料選Q345R, n=13mm，e=10.07。厚度的校核計算：正常情況:m1為筒體質量，m2為液氨質量，m=m1+m2=+,帶入數據得=11t G=107.8N耐壓試驗：m1為筒體質量，m3為水質量。m=m1+m3+,帶入數據得m=17.78t。G=174.244正常操作和液壓試驗時跨中截面處的彎矩與封頭相同體積的的筒體直徑的量長度L=15.01（3.141.81.8)4=5902建立力學模型，把上述計算所得的質量產生的重力，簡化為沿容器軸線作用的分布載荷，即上圖L.求出A、B兩點的支反力:由教材知，當支座位置a=0.207Le時，支座在跨中截面處的彎矩最小。所以支座的最佳位置距筒體邊緣的距離a，=1222-（5902-5250）/2=890所以a重新取值為a=890+（5902-5250）/2=1216。M的最小值為M=1/8qL2-1/2qLa,所以正常情況下M=(1/8115.902-1/2111.216)9.8=14KNm水壓情況下有：M=（1/817.785.902-1/217.781.216)9.8=23.6KNm 正常操作狀態下，最大拉應力由介質壓力及彎矩引起，位于該截面的最低點，即 最大壓應力位于該截面的最高點，即 若smin0，表明整個跨中截面不會出現壓應力。液壓試驗時的最大拉應力由試驗壓力及試驗時的重力產生的彎矩產生，即 最大壓應力在盛滿液體而未升壓時有最大值，故壓力試驗時壓應力的最大值為： 分別按公式帶入數據求得：正常操作max=86.64Mpa ，min=85.64Mpa水壓試驗：Pt=1.25P/t =1.25P=1.252.1=2.625Mpa分別按公式帶入數據得在水壓試驗情況下有：max=108.53Mpa ， min=-0.864Mpa smaxstF 液壓試驗時的強度條件為： sTmax0.9ssF 其穩定性條件為：max-smin，-sTmin scr 式中cr為穩定許用壓縮應力，按下述方法來確定：按照外壓圓筒的圖算法，由（2-10）式計算系數A： 式中Ro為圓筒外半徑。根據圓筒的材料選擇相應的系數B圖，若A值位于曲線的右方，則可查出系數B，若位于曲線的左方，則按（2-11）式計算系數B： 如此得到的B值就是穩定許用壓縮應力，即scr=B。由強度條件及穩定性條件知，在該厚度下，壓力容器處于安全裝態。正常操作時的強度條件為： 開孔及開孔補強壓力容器不可避免地要開孔并往往帶有管子或凸緣。容器開孔接管后在應力分布和強度方面會帶來如下影響：（1）開孔破壞了原有的應力分布并引起應力集中；（2）接管處容器殼體與接管形成不連續應力；（3）殼體與接管連接的拐角處因不等截面過渡而引起應力集中。這樣往往在開孔接管根部產生很大的應力峰值，引起局部強度削弱，必要時須采取一定的補強措施。2.2.1 不另行補強的最大開孔直徑容器開孔并非都需要補強，因為常常有各種強度富裕量存在。例如，殼體和接管的有效厚度超過計算厚度，有一定的多余壁厚，接管根部的填角焊縫等，都會使開孔接管的局部削弱得到一定的加強。當開孔直徑較小，兩相鄰開孔相距較遠，且在離連接邊緣較遠處開孔時，可考慮不進行補強。GB150規定，殼體開孔滿足下述全部要求時，可不另行補強：（1） 設計壓力小于或等于2.5MPa；（2）兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于兩孔直徑之和；對于3個或以上相鄰開孔，任意兩孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于該兩孔直徑之和的2.5倍（3）接管外徑小于或等于89mm；（4）接管最小壁厚滿足表24的要求。表24接管公稱外徑253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0注:1.鋼材標準接抗拉強度下限值Rm540MPa時，接管與殼體的連接宜采用全焊透的結構型式。2.接管的腐蝕裕量為1mm。由上述可知，在這次壓力容器的設計中許另行補強的部件為人孔。為了避免補強以及容器的安全性，開孔與接管應避開邊緣應力區，避開邊緣區的距離應符合下述公式;d1.5（R)1/2 將數據帶入上式得d=164 若是接管開孔，接管中心線與筒體的邊緣的距離不應小于164mm，若是人孔開孔，則是人孔邊緣距筒體邊緣的距離不應小于164mm。開孔補強結構（1）補強圈補強我國已制定了補強圈標準：JB/T 4736補強圈。設計時可根據該標準選用合適的補強圈。采用補強圈補強時，應具備下列條件：a） 低合金鋼的標準抗拉強度下限值小于540MPa；b） 殼體名義厚度n38mm；c） 補強圈厚度小于或等于1.5n。若條件許可，推薦以厚壁管代替補強圈進行補強，其dnt/dn宜控制在0.52。dnt表示接管的名義厚度。（2） 整體補強增加殼體的厚度，或用全焊透的結構型式將厚壁接管或整體補強鍛件與殼體相焊。開孔補強計算GB150采用等面積補強準則進行補強計算。這種補強計算的方法簡便，在工程上有很長的使用經驗。等面積補強準則認為，沿殼體縱向截面上，由于開孔而減少的有效面積A(有效厚度范圍內的面積),可以由有效補強范圍（開孔附近的高應力區域）內的強度富余面積Ae（殼體除本身承受內壓所需截面積以外的多余面積）來彌補；若AeA，則需要另行補強，其補強面積應大于或等于A-Ae。下面是內壓圓筒等面積補強法的具體計算方法。1） 圓筒開孔所需補強面積按式（2-12）計算： 式中：d-開孔直徑，圓形孔取接管內直徑加兩倍的厚度附加量，mm；-圓筒計算厚度，按（2-1）式計算，mm；et-接管有效厚度，mm；f強度削弱系數，等于設計溫度下接管材料的許用應力與殼體材料許用應力之比值，當該比值大于1時，取f=1。式中第二項的意義為，接管插入孔內有效厚度部分由于接管強度低于殼體強度造成的所需補強面積的增加，換句話說，由于接管強度低于殼體強度，所以接管插入開孔內有效厚度部分的面積不能完全彌補殼體開孔在相應區域內損失的面積。設計溫度下接管的許用應力為189MPa，殼體的材料許用應力也是189Mpa，所以強度削弱系數為1。 先計算人孔的,=2.1500/(21891-2.1)=2.3mm=d=(500+2.32)10.6=50762)有效補強范圍內補強面積Ae的計算。有效補強范圍的寬度B取2d和d+2（n+nt）二者中的較大值；有效補強范圍的高度有外側高度h1和內側高度h2。h1取和接管實際外伸高度二者中的較小值，h2取和接管實際內伸高度二者中的較小值。補強面積Ae按（2-13）式計算：Ae = A1 + A2 + A3 式中：A1 -殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積，mm2； A2 接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積，mm2； 式中第二項的計算理由為：因為接管內伸部分處于介質包圍之中，沒有強度問題，