1、1前前 言言.12設計總論設計總論.22.1設計任務.22.2材料及結構的選擇與論證.22.2.1材料的選擇.22.2.2封頭的選擇.32.2.3人孔的選擇.32.2.4容器支座的選擇.42.2.5密封裝置設計.52.2.6開孔和開孔補強.62.2.7焊接結構設計.73設計計算設計計算.93.1確定罐體的形狀及內徑.93.2設計主要技術參數的確定.143.2.1設計壓力.143.2.2設計溫度.143.2.3厚度及厚度附加量.153.2.4焊接接頭系數.163.2.5許用應力.163.3筒體厚度設計.173.4封頭壁厚設計.193.5水壓試驗及強度校核.193.6人孔并核算開孔補強.203.6

2、.1人孔的選擇.203.6.2開孔補強的計算.213.6.3補強圈設計.243.7核算承載能力并選擇鞍座.243.7.1承載核算.243.7.2鞍座的選擇.253.8液面計選擇.263.9壓力計選擇.263.10安全閥選擇.273.11接口管選擇.274筒體和封筒體和封頭頭的的應力校核計算應力校核計算.294.1由彎矩引起的軸向應力校核.294.2筒體和封頭切向應力校核.325結結 論論.33參考參考文文獻獻.34謝謝 辭辭.35附附 錄錄.36本儲罐技術要求.36主要設計數據列表.36接管方位示意圖.37壓力容器裝配結構簡圖.38臥式液氨儲罐設計摘要：用于儲存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質

3、的儲罐，在化工、石油、能源、輕工、環保、制藥及食品等行業得到廣泛應用。本設計運用常規設計的方法，對臥式液氨儲罐的筒體、封頭進行厚度設計計算，對水壓試驗進行校核，并對所開人孔進行補強設計。按照相關標準選擇密封裝置、人孔、支座、接口管以及部分安全附件。根據設計時的需要附上一些儲罐零件圖與儲罐裝配簡圖。完成了一個相對比較完整的臥式液氨儲罐的設計。關鍵字關鍵字：儲罐；壓力容器；設計；計算Design of Horizontal Type Liquid Ammonia Storage TankAbstract: Storage tank is used to store or pack gases, l

4、iquids, liquefaction gases and other media. It is widely used in the chemical industry, petroleum, energy, light industry, environmental protection, pharmacy and food industries. Conventional design methods is used in this design to calculate and design the thickness of the horizontal cylinder of li

5、quid ammonia storage tank and the head, check the water pressure test, and reinforced design of the opened manhole. Selected hermetic devices, manhole, supports, hicky tube and security accessories according to related standard. It includes some simplified drawing of tank parts and tank assembly acc

6、ording to the needs of this design. A relatively completed design of horizontal liquid ammonia storage tank is accomplished.Keywords: storage tank; pressure vessel; design; calculate11 前 言壓力容器是一種密閉的承壓容器，通常是由板、殼組合而成的焊接結構。其應用廣泛且用量大，但又比較容易發生事故且事故往往是嚴重的。壓力容器的設計一般有筒體、封頭、密封裝置、支座、接口管、人孔及安全附件等組成。與任何工程設計一樣，壓

7、力容器的設計目標也是對新的或該進的工程系統和裝置進行創新和優化，以滿足人們的愿望與需要。具體來說，壓力容器的設計人員應根據設計任務的特定要求，遵循設計工作的基本規則或規范，以及材料控制結構細節制造工藝檢驗及質量管理等方面的規則，并盡可能地采用標準1。液氨儲罐是合成氨工業中必不可少的儲存容器，所以本設計過程的內容包括容器的材質的選取、容器筒體結構和強度的設計，密封的設計、罐體壁厚設計、封頭壁厚設計、確定支座，人孔及接管、開孔補強的情況以及焊接形式的設計與選取。在設計過程中要綜合考慮經濟性、實用性和安全可靠性。設備的選擇大都有相應的執行標準，設計時可以直接選用符合設計條件的標準設備零部件，也有一些

8、設備沒有相應標準，則選擇合適的非標設備。各項設計參數都正確參考了行業使用標準或國家標準，這樣讓設計有章可循，并考慮到結構方面的要求，合理地進行設計。此次設計主要原理來自過程設備設計一書以及其他參考資料13。本設計的液料為液氨，它是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應用廣泛。分子式 NH3，分子量 17.03，相對密度 0.7714g/L，熔點-77.7，沸點-33.35，自燃點 651.11，蒸汽壓 1013.08kPa(25.7)。蒸汽與空氣混合物爆炸極限1625%(最易引燃濃度 17%)。氨在 20水中溶解度 34%,25時，在無水乙醇中溶解度 10%，在甲醇中溶解度 16%，溶于氯

9、仿、乙醚，它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性。液態氨將侵蝕某些塑料制品，橡膠和涂層。遇熱、明火，難以點燃而危險性較低；但氨和空氣混合物達到上述濃度范圍遇明火會燃燒和爆炸,如有油類或其它可燃性物質存在，則危險性更高。設計一臺具體的化工設備或容器，必須全面考慮設計對象的工況條件，使其有：1. 總體結構合理、符合工藝要求，高效、可靠、經濟；2. 保證受壓元件強度、剛度和穩定性，密封良好，使用期內具有安全壽命；3. 力求制造、運輸、安裝、維修簡便，易于實現質量監檢與控制；4. 符合國家設計規定和標準，符合勞動部門法規。設計概要1. 強度、穩定性及密封設計1) 根據設計條件及所造的結構、材料進

10、行強度、穩定性及密封計算，以確定設備或容器的機械尺寸。通過計算，常會對結構加以修改，使之更加合理。22) 施工圖設計 根據設計計算的結果，繪制施工圖，確定制造技術要求，提出各零件質量及設備總重、材料、品種、規格、用量及標準件、外構件等。2. 編寫技術文件1) 計算書2) 設計說明書 內容應包含技術經濟分析，并表明技術經濟指標位生產能力與消耗系數；材料消耗與生產；維護管理費用。3) 設計圖紙3. 設計可行性論證 設備或容器設計的可行性分析應就以下諸方面論證：1) 任務來源，目的與意義；2) 設計對象在國內外的現狀及發展；3) 結構合理性、技術指標、技術可行性、技術關鍵；4) 原材料來源及價格；5

11、) 制造工藝、運輸、安裝、維護、管理的特殊要求；6) 技術經濟分析，產品成本與投資3 4 20。2設計總論2.1設計任務設計一個容積為 150.0m3液氨臥式貯罐。設計數據表如表 2-1 所列：表 2-1 設計數據表序號項目數值單位備注1名稱臥式液氨儲罐2用途液氨儲藏3最高工作壓力2.5MPa4最高工作溫度555全容積150M6裝料系數0.25T/立方米7工作介質名稱及特性液氨2.2材料及結構的選擇與論證2.2.1材料選擇根據液氨的物性選擇罐體材料，碳鋼對液氨有良好的耐蝕性腐蝕率在 0.1/年以下，貯罐可選用一般鋼材，根據液氨貯罐的工作壓力、工作溫度和介質的性質可知該設備為一中壓常溫設備，介質

12、對碳鋼的腐蝕作用很小。故選材料時，主要考慮的強度指標（指 s和 b）和塑性指標適合的材料，內罐貯存中溫液氨，可以考慮20R、16MnR 這兩種鋼種。如果純粹從技術角度看，建議選用 20R 類的低碳鋼板，316MnR 鋼板的價格雖比 20R 貴，但在制造費用方面，同等重量設備的計價，16MnR鋼板為比較經濟。其中 16MnR 的機械加工性能、強度和塑性指標都比較好，綜合金屬的強度、剛度、溫度、抗腐蝕能力等方面考慮選用 16MnR 制作罐體和封頭。所以在此選擇 16MnR 鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標準號為 GB6654-1996。筒體結構設計為圓筒形。因為作為容器主體的圓柱形筒體，制造容易

13、，安裝內件方便，而且承壓能力較好，這類容器應用最廣3 6。2.2.2封頭的選擇壓力容器封頭的種類較多，分為凸形封頭、錐殼、變徑段、平蓋及緊縮口等，其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭。可參閱文獻1137139 頁。常見容器凸形封頭形式如圖 2-1 示14。圖 2-1 常見容器凸形封頭的形式從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結構形式。但缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應用較多的封頭之一。平板封頭因直徑各厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。從鋼材耗用量來看：球形封頭用材最少，比橢圓開封頭節約，平板

14、封頭用材最多。因此，從強度、結構和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭較為合理11。2.2.3人孔的選擇壓力容器人孔是為了檢查設備的內部空間以及安裝和拆卸設備的內部構件。人孔主要由筒節、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。選用時應綜合考慮公稱壓力、公稱直徑(人、手孔的公稱壓力與法蘭的公稱壓力概念類似。公稱直徑則指其簡節的公稱直徑)、工作溫度以及人、手孔的結構和材料等諸方面的因素。人孔的類型很多，從是否承壓來看有常壓人孔和承壓人孔。從人孔所用法蘭類型來看，承壓人孔有板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔和帶頸對焊法蘭人孔，在人孔法蘭與人孔蓋之間的密封面，根據人孔承壓的高低、介質的性質，可以采用突面

15、、凹凸面、榫槽面或環連接面。從人孔蓋的開啟方式及開啟后人孔蓋的所處位置看，人孔又可分為回轉蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。選擇使用上有較大的靈活性。常見的人孔形狀有圓形和橢圓形兩種，為使操作人員在能夠自由出入，圓形人孔的直徑至少應為 400，橢圓形人孔的尺寸一般為 350 4501 2。4人孔標準 HG21524-95 規定 PN1.0Mpa 時只能用帶頸平焊法蘭人孔或帶頸對焊法蘭人孔。容器上開設人孔規定當 Di1000 時至少設一個人孔，壓力容器上的開孔最好是圓形的。通常可以根據操作需要選擇，本設計考慮到人孔蓋直徑較大較重，故選用碳鋼水平吊蓋人孔，人孔筒節軸線垂直安裝8。2.2.4

16、容器支座的選擇壓力容器靠支座支承并固定在基礎上，圓筒形容器和球形容器的支座不同。隨安裝位置不同，圓筒形容器支座分立式容器支座和臥式容器支座兩類，其中立式容器支座有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四種；臥式容器支座有鞍座，圈座和支腿三種。而球形容器多采用柱式或裙式支座。鞍座是應用最廣泛的一種臥式支座，鞍座普遍使用雙鞍座支承。從應力分析看，承受同樣載荷且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個支承比采用兩個支承優越，因為多支承在粱內產生的應力較小。所以，從理論上說臥式容器的支座數目越多越好。但在是實際上臥式容器應盡可能設計成雙支座，這是因為當支點多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度

17、和局部不圓度、支座的水平度、各支座基礎下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部矯形的相對剛性等等，均會影響支座反力的分布。因此采用多支座不僅體現不出理論上的優越論反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利的影響。所以一般臥式儲罐最好采用雙鞍座支承。圈座一般用于大直徑薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座簡稱支腿，因這種支座在與容器殼壁連接處會造成嚴重的局部應力，故只適合用于小型設備（DN1600，L5m） 。綜上考慮在此選擇雙個鞍座作為儲罐的支座,一個 S 型，一個 F 型2。另外，由材料力學可知，對于雙支座上受均布載荷的簡支梁，若梁的全長為 L,則當外伸長度為時，雙支座跨距中間截面的

18、最大彎矩和支座截面處的彎矩絕0.207AL對值相等，從而使上述兩截面處應力較為復雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸值，為此中國現行標準 JB 4731鋼制臥式容器0.2L規定取，A 值最大不得超過。否則由于容器外伸端的作用將使支座截0.2AL0.25L面處的應力過大。其中 A 為封頭切線至支座中心線之距離，L 為兩封頭切線間之距離，此外，由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗彎剛度，故封頭對于支座處圓筒的抗彎剛度具有局部的加強作用1 10。5圖 2-2 鞍式支座總體圖2.2.5密封裝置設計壓力容器的可拆密封裝置形式很多，如中低壓容器中的螺紋連接、承插式連接和螺栓法蘭連接等，

19、其中以結構簡單、裝配比較方便的螺栓法蘭連接用得最普遍。螺栓法蘭連接主要有法蘭、螺栓和墊片組成。螺栓的作用有兩個：一是提供預緊力實現初始密封，并承擔內壓產生的軸向力；二是使螺栓法蘭連接變為可拆連接。墊片裝在兩個法蘭中間，作用是防止容器發生泄漏。法蘭上由螺栓孔，以容納螺栓。螺栓法蘭連接設計的一般目的是：對于已知的墊片特性，確定安全、經濟的法蘭和螺栓尺寸，使接頭的泄漏率在工藝和環境允許范圍內，使接頭內的應力在材料允許范圍內，即確保密封性和結構完整性。螺栓法蘭連接設計關鍵要解決兩個問題：一是保證連接處“緊密不漏” ；二是法蘭應具有足夠的強度，不致因受力而破壞。實際應用中，螺栓法蘭連接很少因強度不足而破

20、壞，大多因密封性能不良而導致泄漏。因此密封設計是螺栓法蘭連接中的重要環節，而密封性能的優劣又與壓緊面和墊片有關1 14。1. 法蘭壓緊面的選擇壓緊面主要應根據工藝條件、密封口徑以及墊片等進行選擇。常用的壓緊面形式有全平面圖 2-3（a） 、突面圖 2-3（b） 、凹凸面圖 2-3（c） 、榫槽面圖 2-3（d） 及環連接面（或稱 T 形槽） 圖 2-3（e） 等，其中以突面、凹凸面、榫槽面最為常用。圖 2-3 壓緊面的形式62. 墊片的選擇墊片是螺栓法蘭連接的核心，密封效果的好壞主要取決于墊片的密封性能。設計時，主要應根據介質特性、壓力、溫度和壓緊面的形狀來選擇墊片的結構形式、材料和尺寸，通常

21、兼顧價格、制造和更換是否方便等因素。基本要求是制作墊片的材料不污染工作介質、耐腐蝕、具有良好的變形能力和回彈能力，以及在工作溫度下不易變質硬化或軟化等。對于化工、石油、輕工、食品等生產中常用的介質，可以參閱墊片選用表選用墊片，查得結果如下表。可參考文獻1149157 頁。表 2-2 墊片選用表墊片介質法蘭公稱壓力MPa工作溫度密封面形式材料氨2.5150凹凸橡膠墊中壓橡膠石棉板法蘭連接主要優點是密封可靠、強度足夠及應用廣泛。缺點是不能快速拆卸、制造成本較高。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。甲型平焊法蘭有 PN0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MP

22、a，在較小范圍內（DN3002000）適用溫度范圍為-20300。乙型平焊法蘭用于 PN0.25MPa4.0MPa 壓力等級中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為 DN3003000，適用溫度范圍為-20350。對焊法蘭具有厚度更大的頸，進一步增大了剛性。用于更高壓力的范圍（PN0.6MPa6.4MPa）適用溫度范圍為-2045。法蘭設計優化原則：法蘭設計應使各項應力分別接近材料許用應力值，即結構材料在各個方向的強度都得到較充分的發揮。可參考文獻6209227 頁。法蘭設計時，須注意以下二點：管法蘭鋼制管法蘭、墊片、緊固件設計參照HG20592HG20635 的規定。故本設計選用長頸堆焊法蘭，

23、標準號 JB/T 4703-2000；密封面的形式為凹凸面密封，代號 MFM；法蘭名稱：一般法蘭，代號：法蘭14。標記為：法蘭 MFM 3800-2.5、68-155 JB/T 4703-20002.2.6開孔和開孔補強由于各種工藝和結構上的要求，不可避免地要在容器上開孔并安裝接管。開孔以后，除削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結構的連續性被破壞，會產生很高的局部應力，給容器的安全操作帶來隱患，因此壓力容器設計必須充分考慮開孔的補強問題。壓力容器開孔補強的計算方法有多種，為了計算方便，采用等面積補強法，即殼體截面因開孔被削弱的承載面積，必須由補強材料予以等面積的補償。當補強材料與被削弱

24、殼體的材料相同時，則補強面積等于削弱的面積1 2。補強材料采用 16MnR。壓力容器接管補強結構通常采用局部補強結構，主要有補強圈補強、厚壁接管補強和整鍛件補強三種形式，如圖 2-4 所示。7圖 2-4 補強元件的基本類型1)補強圈補強 這是中低壓容器使用最為廣泛的補強結構，補強圈貼焊在殼體與接管連接處，如圖 2-4（a）所示。它具有結構簡單、制造方便、原材料易解決、安全、可靠、使用經驗豐富等優點。但補強圈與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時，二者存在較大的熱膨脹差，因而使補強區域產生較大的熱應力；另外，補強圈與殼體采用搭接連接，難以與殼體形成整體，所以抗疲勞性能差。這種補

25、強結構一般使用在靜載、常溫、中低壓、材料的標準抗拉強度低于 540MPa、補強圈厚度小于或等于、殼體名義厚度不大于 38的場合。1.5nn2)厚壁接管補強 即在開孔處焊上一段厚壁接管，如圖 2-4（b）所示。由于接管的加厚部分正處于最大應力區域內，故比補強圈更能有效地降低應力集中系數。接管補強結構簡單，焊縫少，焊接質量容易檢查，因此補強效果較好。高強度低合金鋼制壓力容器由于材料缺口敏感性較高，一般都采用該結構，但必須保證焊縫全熔透。3)整鍛件補強 該補強結構是接管和部分殼體連同補強部分做成整體鍛件，再與殼體和接管焊接，如圖 2-4（c）所示。此補強只在重要壓力容器中應用，如核容器，材料屈服點在

26、 500MPa 以上的容器開孔及受低溫、高溫、疲勞載荷容器的大直徑開孔等。可參考文獻1173180 頁。2.2.7 焊接結構設計壓力容器各受壓部件的組裝大多采用焊接方式，焊縫的接頭形式和坡口形式的設計直接影響到焊接的質量與容器的安全，因而必須對容器焊接接頭的結構進行合理設計。焊縫系指焊件經焊接所形成的結合部分，而焊接接頭是焊縫、熔合線盒熱影響區的總稱。焊接接頭形式一般有被焊接兩金屬件的相互結構位置來決定，統稱分為對接接頭、角接接頭及 T 字接頭、搭接接頭。見圖 2-5。對接接頭時壓力容器中最常用的焊接接頭形式。可參閱文獻1186189 頁。8（a）對接接頭（b）角接接頭（c）搭接接頭圖 2-5

27、 焊接接頭的三種形式為了保證全熔透和焊接質量，減少焊接變形，施焊前，一般需將焊件連接處預先加工成各種形狀，稱為焊接坡口。不同的焊接坡口，適用于不同的焊接方法和焊件厚度。基本的坡口形式有 5 種，即形、形、單邊形、U 形和 J 形，如圖 2-6 所示。圖 2-6 坡口基本形式壓力容器焊接結構的設計遵循以下基本原則。1)盡量采用對接接頭 前已述及，對接接頭易于保證焊接質量，因而除容器殼體上所有的縱向及環向焊接接頭、凸形封頭上的拼接焊接接頭，必須采用對接接頭外，其他位置的焊接結構也應盡量采用對接接頭。2)盡量采用全熔透的結構，不允許產生未熔透缺陷 所謂未熔透是指基本金屬盒焊縫金屬局部未完成熔合而留下

28、空隙的現象。未熔透往往是導致脆性破壞的起裂點，在交變載荷作用下，它也可能誘發疲勞。3)盡量減少焊縫處的應力集中 焊接接頭常常是脆性斷裂和疲勞的起源處，因此，在設計焊接結構時必須盡量減少應力集中。如對接接頭應盡可能采用等厚度焊接，對于不等厚度鋼板的對接，應將較厚板按一定斜度削薄過渡，然后再進行焊接，以避免形狀突變，減緩應力集中程度。一般當薄板厚度不大于 10，兩板厚度差2超過 3；或當薄板厚度大于 10，兩板厚度差超過薄板的 30%，或超過 5時，2均需按圖 2-7 的要求削薄厚板邊緣。9圖 2-7 板厚不等時的對接接頭綜上所述，本設計采用全熔透的對接接頭形式。3設計計算3.1確定罐體的形狀及內

29、徑根據工藝要求，液氨儲罐可設計為罐身為圓筒形，兩端均用標準橢圓形封頭的臥式容器5。根據化工設備標準手冊標準 GB 9019-88 中的表 3-1 壓力容器的公稱直徑，筒體的容積、面積及質量查標準 GB 9019-88 表 3-2。表 3-1 筒體用鋼板卷制時，容器的公稱直徑表300350400450500550600650700750800900100011001200130014001500160017001800190020002100220023002400250026002800300032003400350036003800400042004400450046004800500052

30、0054005500560058006000標記示例：直徑 1200的容器的公稱直徑：公稱直徑 DN 1200 GB 9019-8810表 3-2 筒體的容積、面積及質量表 一米高筒節鋼板質量（）壁厚公稱直徑Dg一米高的容積V一米高的內表面積BF34568101214161820222426283030035040045050055060065070080090010001100120013001400150016001800200022002400260028003000320034003600380040000.0710.0960.1260.1590.1960.2380.2830.3320

31、.3850.5030.6360.7850.9501.1311.3271.5391.7672.0172.5453.1423.8014.5245.3096.1587.0308.0509.07510.18011.34012.5660.941.101.261.411.511.741.882.042.202.512.833.143.463.774.094.404.715.035.666.286.817.558.178.809.4310.0510.6811.3211.8312.57222630343741453035404550556065697980374450566268758187991121241

32、361491611731861984460677582909710511913414916417819320822323826729632235659791001211301401591791992182382582782973173563974364755145545936326727117517909912515017620022424927429832334837239744649554559664469374279184189093998811915018021324027029635841844647653659665571477483188195010081070112611861

33、752113502803153484184875566276957148349039701040110811771246131513833633994795676367167958749601030111011901267134614241514158240845054063072080698598410801160125013381425151716061693178050360270080089799510931194129013901490158716871785188419806627708809871095120413141422153116401745185719652047218

34、5840960108012001318143515531671179019082027214522632380914104011701300142915561684181219402069219723252453258598611241263140015401677181519562091222923672505264327851058120613531501165017981946209422422390253326862834298511封頭尺寸表如下表 3-3。 表 3-3 封頭尺寸表 公稱直徑gD曲邊高度1h直邊高度2h內表面積 F()容積（m）14003502540502.232.2

35、92.330.3980.4210.43616004002540502.892.973.020.5870.5130.530（1700）4252540503.253.343.390.7000.7340.75718004502540503.643.733.780.8260.8660.889（1900）47525404.054.140.9711.0120005002540504.484.574.631.131.181.20（2100）525405.031.3622005502540505.405.505.571.491.541.58（2300）575406.001.7624006002540506.4

36、16.5260601.932.002.0526006502540507.507.637.712.432.512.56280070040508.828.913.123.183000750405010.110.23.823.893200800405011.511.64.614.69340036003800400085090095010005050505013.014.616.217.95.606.627.759.0212封頭容積、重量查標準 JB 1154-73 中表 3-4。表 3-4 以內經為公稱直徑的碳素鋼、普通低合金鋼、復合鋼板制橢圓形封頭質量 厚度e4681012141618202224

37、26直邊高度2h254050公稱直徑gD重量 G（）300350400450500550600650700800900100011001200130014001500160017001800190020002100220023002400260028003000320034003600380040003.885.126.538.2010.011.913.816.318.523.930.236.75.897.739.9012.315.117.921.224.528.236.045.255.566.878.691.61061211377.9713.320.123.928.332.737.748.4

38、60.974.189.210612314216218520823225828418.327.137.750.363.679.697.411613715918420923726629733036440043847451922.132.746.060.071.297.311716522128532035839743848252757562273084296526.038.553.971.491.31131371942583344195135636166727288529851120127030.045.261.581.6104129157222296383479588705835975112012

39、80146050.570.091.8117147178250334431540663782940110012701450164059.080.510613616820328538048860674689510501230142016201740208023202570285088.61181501862243154205386748229871160136015701780204097.613016520424634445859073690210801280149017201960222025002800310034401792222683744986428009781170138016201

40、8602130241013續表 3-4厚度e28303234363840424650直邊高度2h50公稱直徑gD重量 G（）3003504004505005506006507008009001000110012001300140015001600170018001900200021002200230024002600280030003200340036003800400023929040453869286410601260150017402010230026002920326036304010311435579743928113013601600187021602460279046661979

41、599312101450172020002300263029803350374041604600497659846106012801540182021202450280031707029101120136016401940226026002970336037804220468051807439531180146017302040239027503140356010001250152018302160252029003310376010601320160019202260264030403480394014501760212025002910335038201580193023102720317

42、0366014試選用筒體內徑 Di=3800，設罐身的長度為 L，則：設 L=12000對容積的核算：筒體體積 V1：V1=311.340 12136.08m封頭體積 V2：經查表得到 V2=7.753m總體積：V3122136.082 7.75151.58mVVV 3=150sVm式中設計容積，m。sV所以取筒體： L=12000。11 203800iD 3.2設計主要技術參數的確定壓力容器設計技術參數主要有設計壓力、設計溫度、厚度及其附加量、焊接接頭系數和許用應力等。3.2.1設計壓力設計壓力為壓力容器的設計載荷條件之一，其值不得低于最高工作壓力。而最高工作壓力系指容器頂部在正常工作過程中

43、可能產生的最高表壓。設計壓力應視為內壓或外壓容器分別取值。當內壓容器上裝有安全泄放裝置時，其設計壓力應根據不同形式的安全泄放裝置確定。裝設安全閥的容器，考慮到安全閥開啟動作的滯后，容器不能及時泄壓，設計壓力不應低于安全閥的開啟壓力，通常可取最高工作壓力的 1.051.10 倍；裝設爆破片時，設計壓力不得低于爆破片的爆破壓力。對于盛裝液化氣體的容器，由于容器內介質壓力為液化氣體的飽和蒸汽壓，在規定的裝量系數范圍內，與體積無關，僅取決于溫度的變化，故設計壓力與周圍的大氣環境溫度密切相關。此外，還要考慮容器外壁有否保冷設施，可靠的保冷設施能有效地保證容器內溫度不受大氣環境溫度的影響，即設計壓力應根據

44、工作條件下可能達到的最高金屬溫度確定。計算壓力是指在相應設計溫度下，用以確定元件最危險截面厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。通常情況下，計算壓力等于設計壓力加上液柱靜壓力。當元件所承受的液柱靜壓力小于 5%設計壓力時，可忽略不計。可參閱文獻1124 頁。3.2.2設計溫度設計溫度也為壓力容器的設計載荷條件之一，它是指容器在正常情況下，設定元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值） 。當元件金屬溫度不低于 0時，設計溫度不得低于元件金屬可能達到的最高溫度；當元件金屬溫度低于 0時，其值不得高于元件金屬可能達到的最低溫度。GB150 規定設計溫度等于或等于-20的容器屬于低溫容器。元件的金屬溫度可

45、以通過傳熱計算或實測得到，也可按內部介質的最15高（最低）溫度確定，或在此基礎上增加（或減少）一定數值。設計溫度與設計壓力存在對應關系。當壓力容器遇有不同的操作工況時，應按最苛刻的壓力與溫度的組合設定容器的設計條件，而不能按其在不同工況下各自的最苛刻條件確定設計溫度和設計壓力。可參閱文獻1124125 頁。3.2.3厚度及厚度附加量由公式所給出的厚度為計算厚度，并未包括厚度附加量。設計時要考慮的厚度附加量由鋼材的厚度負偏差 C1和腐蝕裕量 C2組成，即 C=C1+C2,不包括加工減薄量CC3。加工減薄量一般根據具體制造工藝和板材的實際厚度由制造廠而并非由設計人員確定。因此，出廠時的實際厚度可能

46、和圖樣厚度不完全一樣。計算厚度（）是按有關公式采用計算壓力得到的厚度。必要時還用計入其他載荷對厚度的影響。設計厚度（d）系計算厚度與腐蝕裕量之和。名義厚度（n）指設計厚度加上鋼材厚度負偏差后向上圓整至鋼材標準規格的厚度，及標注在圖樣上的厚度。有效厚度（e）為名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材負偏差。成形后厚度指制造廠考慮加工減薄量并按鋼板厚度規格第二次向上圓整得到的坯板厚度，再減去實際加工減薄量后的厚度，也為出廠時容器的實際厚度。一般情況下，只要成形后厚度大于設計厚度就可滿足強度要求。各種厚度間的關系見圖 3-1。圖 3-1 各種厚度關系圖鋼板或鋼管厚度負偏差 C1應按相應鋼材標準的規定選取。當鋼材的

47、厚度負偏差不大于 0.25,且不超過名義厚度的 6%時，可取 C1=0。由于 GB6654壓力容器用鋼板和 GB3531低溫壓力容器用低合金鋼鋼板規定壓力容器專用鋼板的厚度負偏差不大于 0.25，一次使用該標準中鋼板厚度超過 5時（如 20R、16MnR 和16MnDR 等） ，可取=0；其他常用鋼板（如、Q235-A 以及 0Cr18Ni9 等）的厚1C20g16度負偏差見表 3-5。表 3-5 其他常用鋼板的厚度負偏差 C1值鋼板標準GB/T 3274 GB/T 3280 GB/T 4237 GB/T 4238鋼板厚度5.57.57.52525303034負偏差1C0.60.80.91.0

48、鋼板厚度3440405050606080負偏差1C1.11.21.31.8腐蝕余量主要是防止容器受壓元件由于均勻腐蝕、機械磨損而導致厚度削弱減薄。與腐蝕介質直接接觸的筒體、封頭、接管等受壓元件，均應考慮材料的腐蝕裕量。腐蝕裕量一般可根據鋼材在介質中的均勻腐蝕速率和容器設計壽命確定。在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，不小于 1；對于不銹鋼，當介質的腐蝕性極微2C時，可取=0。2C但腐蝕裕量只對防止發生均勻腐蝕破壞有意義；對于應力腐蝕、氫脆和縫隙腐蝕等非均勻腐蝕，用增加腐蝕裕量的辦法來防止腐蝕效果不佳，此時應著重于選擇腐蝕材料或進行適當的防腐蝕處理。可參閱文獻1125126 頁。3.2.4

49、焊接接頭系數通過焊接制成的容器，焊縫中可能存在夾渣、未熔透、裂紋、氣孔等焊接缺陷，且在焊縫的熱影響區很容易形成粗大晶粒而使目的材料的強度或塑性有所降低，因此焊縫往往成為容器強度比較薄弱的環節。為彌補焊縫對容器整體強度的削弱，在強度計算中需引入焊接接頭系數。焊接接頭系數表示焊縫金屬與目的材料強度的比值，反映容器強度受削弱的程度。可參閱文獻1126 頁。影響焊接接頭系數大小的因素較多，但主要與焊接接頭形式和焊縫無損檢測的要求及長度比例有關。中國鋼制壓力容器的焊接接頭系數可按表 3-6 選取。表 3-6 鋼制壓力容器的焊接接頭系數值焊接接頭形式無損檢測比例值焊接接頭形式無損檢測比例值100%1.00

50、100%0.90雙面焊對接接頭和相當于雙面焊的全熔透對接接頭局部0.85單面焊對接接頭（沿焊接根部全長又緊貼基本金屬的墊板）局部0.803.2.5許用應力許用應力是容器殼體、封頭等受壓元件的材料許用強度，取材料強度失效判據的極限值與相應的材料設計系數（又稱安全系數）之比。設計時必須合理地選擇材料的17許用應力，采用過小的許用應力，會使設計的部件過分笨重而浪費材料，反之則使部件過于單薄而容易破損。作為壓力容器受壓元件設計時的許用應力，即按下式取值 mintbssbssnnn，也就是說在設計受壓元件時，以抗拉強度和屈服點同時來控制許用應力。GB150 給出了鋼板、鋼管、鍛件以及螺栓材料在設計溫度下

51、的許用應力值，同時也列出了確定鋼材許用應力的依據，表 3-7 所示為鋼材（除螺栓材料外）許用應力的確定依據。可參閱文獻1126127 頁。表 3-7 鋼制壓力容器用材料許用應力的取值方法材料許用應力取下列各值中的最小值/MPa碳素鋼、低合金鋼、鐵素體高合金鋼3.0 1.6 1.6 1.5 1.0tttbssnD，奧氏體高合金鋼0.20.2()()3.01.51.51.5 1.0ttttbssnD ，3.3筒體厚度設計液氨儲罐通常置于室外，罐內液氨的溫度和壓力直接受到大氣溫度的影響，在夏季液氨儲罐經太陽暴曬，隨著氣溫的變化，儲罐的操作壓力也在不斷變化。儲罐在夏季最高溫度可達到 55，查常溫下液體

52、飽和蒸氣壓表,這時氨的飽和蒸氣壓為2.355MPa(絕對壓力) 2。壓力容器安全監察規程規定液化氣體儲罐必須安裝安全閥，設計壓力通常可取最大操作壓力的 1.051.10 倍。設計壓力MPap65. 25 . 206. 1故取設計壓力2.65pMPa由于5%0.05 2.650.133pMPa液柱靜壓力1.14 9.87 38000.0425%lpghMPap所以2.65cpMPa在操作溫度 2060的范圍內,估計筒體的厚度在 40左右，為安全計取許用應力=157MPa(查教材鋼制壓力容器設計中使用的許用應力表 3-8 鋼板許用應力 鋼 t18板標準 GB664)焊接接頭采用 V 坡口雙面焊接，

53、采用 100%無損檢測，其焊接接頭系數由焊接接頭系數表查得=1.01 5。表 3-8 16MnR 的許用應力表在下列溫度（）下的許用應力/MPa鋼號板厚/2010015020025030016MnR6161636366060100170163157153170163157153170163157150170159150141156147138128144134125116筒體厚度計算由于 2.650.40.4 157 1.062.8tcpMPaMPa所以 34.3265. 20 . 11572380065. 22cticpDp式中筒體計算厚度，；計算壓力，MPa；cp許用應力，MPa； t焊縫

54、街頭系數；筒體內徑，。iD在鋼制壓力容器中，只考慮鋼板腐蝕裕量，不計鋼板的厚度負偏差 C1，平面腐裕量取 C2=2。34.34234.322Cd式中設計厚度，。d根據及鋼板厚度規格，圓整后取名義厚度n，確定選用n =3816MnR10C 罐體。現已知圓筒尺寸、，需對圓筒進行強度校核，其應力強度判別按下式進行。iDn 2.653800382141.19157 1.015722362tcietepDMPaMPa式中有效厚度，,；e=enC名義厚度，；n19C厚度附加量，；設計溫度下圓筒的計算應力，MPa。t滿足強度條件。因此，圓筒的最大允許工作壓力為 wp2.5 22382157 1.02.953

55、800362tewiepMPaDMPa式中圓筒的最大允許工作壓力，MPa。 wp滿足條件。根據鋼板厚度規格表，圓整后選取厚度 3816MnR 鋼板。筒體尺寸表如表所示：表 3-9 筒體尺寸表公稱直徑iD一米高的容積V（）3m一米高的內表面積()BF名義厚度（）n一米高筒節鋼板質量（）380011.34011.833834203.4封頭壁厚設計采用標準橢圓形封頭，各參數與筒體相同。 21.3265. 25 . 00 . 11572380065. 25 . 02cticpDp式中1.0(鋼板最大寬度為 3m，該儲罐直徑 2.6m，故封頭需將鋼板并焊后壓)。設計厚度21.34221.322Cd考慮鋼

56、板厚度負偏差及沖壓減薄量，圓整后選取名義厚度的 16MnR 鋼38n板。橢圓形封頭的最大允許工作壓力按下式確定 22362157 1.02.962.50.51.0 38000.5382tewiepMPaMPaD所以封頭也符合設計條件。可參閱文獻1140141 頁。 表 3-10 封頭尺寸表 公稱直徑gD曲面高度1h直邊高度2h容積 V（）3m內表面積()F名義厚度（）n質量（）203800950507.7516.23849403.5水壓試驗及強度校核根據公式，試驗壓力 tTpp式中試驗壓力，MPa；Tp耐壓試驗壓力系數，查表知；=1.25設計壓力，MPa；p材料許用應力，當容器各元件（筒體、封

57、頭、接管、法蘭及緊固件等） 所用材料不同時，應取各元件材料許用應力比的最小值； /t設計溫度下材料的許用應力，MPa。 t先按公式確定水壓試驗時的壓力為：TPMPaPPMPaPPcTtcT75. 210. 065. 210. 0313. 30 . 165. 225. 125. 1選取兩者中壓力較大值作為水壓試驗壓力，即取，aTMPP313. 3水壓試驗時應力校核1 2：計算水壓試驗時應力MPaDpeeiTT51.1760 . 123822384000313. 3216MnR 鋼板的鋼材屈服極限asMP305在常溫水壓試驗時的許用應力MPas5 .2740 . 13059 . 09 . 0sT9

58、 . 0，故筒體厚度滿足水壓試驗時的強度要求。3.6人孔并核算開孔補強3.6.1人孔的選擇根據儲罐是在常溫下及最高工作壓力為 2.5MPa 的條件下工作,人孔的標準按公稱壓力為 2.5MPa 等級選取，考慮到人孔蓋直徑較大較重,故選用碳鋼水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔(HG 21524-95)，人孔筒節軸線垂直安裝。公稱直徑 500,凹凸法蘭密封面21（C 型） ，采用類 20R 材料、墊片采用外環材料為低碳鋼、金屬帶為 0Cr19Ni9、非金屬帶為柔性石墨、C 型纏繞墊。該人孔結構中有吊鉤和銷軸，檢修時只須松開螺栓將蓋板旋轉一個角度，由吊鉤吊住，不必將蓋松取下。法蘭標準號為 HGJ5053-91,

59、墊片標準號為 HGJ6972-91,法蘭蓋標準 HGJ6165-91 材料為 20R，螺柱螺母標準HGJ75-91 螺柱材料 40Cr 螺母材料 45，吊環轉臂和材料 Q235-AF,墊圈標準為GB95-85 材料 100HV,螺母標準 GB41-86，吊鉤和環材料為 Q235-AF，無縫鋼管材料為 20，支承板材料為 20R。人孔尺寸表如下表3 4。表 3-11 水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔尺寸表 螺柱螺母螺柱密封面形式PN/MPaDNwdsdD1D1H2Hb1b1b2bAod數量直徑長度總質量凹凸面（MFM型）2.550053012500730660340213484348415482040M

60、332180 312該人孔標記為：HG21524-95 人孔 MFM VI (W.C-1220) 500-2.5-HG 21524-95 3.6.2開孔補強的計算開孔補強的有關計算參數如下：補強及補強方法判別1. 補強判別GB150 規定，當在設計壓力小于或等于 2.5MPa 的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱直徑小于或等于 89時，只要接管最小厚度滿足表 3-12 要求，就可不另行補強。表 3-12 不另行補強的接管最小厚度 單位：接管公稱外徑253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0根據表 3-12,允許不