1、目 錄一 設計任務、設計思想、設計特點2二 材料及結構的選擇與論證3三 設計計算內容5四 容器的壓力實驗9五 進出料接管的選擇、液面的設計10六 支座的設計12七 壓力容器焊接結構設計要求141、筒體與橢圓封頭的焊接接頭142、管法蘭與接管的焊接接頭153、接管與殼體的焊接接頭15八 筒體和封頭的校核計算151、 筒體軸向應力校核152、 由設計壓力引起的軸向應力173、 軸向應力組合與校核174、 筒體和封頭切向應力校核17九 設備結構圖18總結19參考文獻20一 設計任務、設計思想、設計特點(1)設計任務：根據儲罐筒體公稱直徑D i = 1220mm ，罐體公稱容積 V=3m3 ,設計一液

2、氨儲罐, 通過設計儲罐的厚度，使其能滿足工藝要求。設計任務主要分兩個階段： 準備階段A、準備好設計資料、手冊、圖紙、說明書的報告紙B、認真研究、分析設計任務及有關設計數據，明確設計要求及設計內容C、認真復習有關教科書內容，熟悉有關資料及步驟D、結合有關圖紙，了解設備結構及作用 機械設計階段A、根據設計參數，論證選材、論證物料的腐蝕性及對環境的污染情況B、根據計算有關殼體的尺寸，根據壓力計算殼體壁厚，校核殼體的強度，確定合理尺寸C、選用零部件，查標準及手冊，確定尺寸和結構D、計算設備重量，列表有關附件的重量E、繪制設備總裝圖，進行縮小或放大繪圖比例F、提出技術要求，對設備制造、檢驗、安裝提出技術

3、地求，并在總圖上標注清楚G、編寫設計說明書2設計思想：各種石油化工設備，雖然大小不一、形狀不同，但都有一個受到內壓或外壓作用的稱之為壓力容器的外殼。壓力容器是化工生產所用的各種各樣化工設備外部殼體的總稱。所以，容器設計是所有化工設備設計的根底。3設計特點對化工壓力容器的根本要求：平安可靠性的要求要求所使用的設備具有足夠的強度、韌性和剛度，以及良好的密封性和腐蝕性。工藝條件的要求化工設備是為工藝過程效勞的，應保證在指定的生產工藝條件下完成指定的生產任務，即滿足相應的工藝條件要求經濟合理性要求在滿足設備的平安運行和工藝條件的前提下，結構要合理，制造要簡單，盡量減少加工量，降低制造本錢。便于操作和維

4、護例如所設置的閥門、平臺、人孔形位置要適宜，易損件便于更換等。環境保護要求所謂化工設備失效的一個新概念是“環境失敗即有害物質泄露到環境中，生產過程殘留無法消除的有害物質及噪音等，化工容器在設計時包括化工工廠的選址均應考慮這些因素的影響。2主要設計參數確實定及說明 本儲罐設計公稱容積為3m3，公稱直徑Dg為1220mm，材料為16MnR在溫度t42時工作，液氨的飽和蒸汽壓為1.8MP，取P=1.8MP，取=170MP，那么雙面對接焊的全焊透對接焊縫為100%無損，根據書本表5-4可得焊接接頭系數全部無損檢測=1.00。二 材料及結構的選擇與論證1材料選擇與論證本貯罐選用16MnR制作罐體和封頭。

5、材料：本貯罐選用16MnR制作罐體和封頭。16MnR表示平均含碳量為0.16%的容器鋼，屬于低碳鋼，它的塑性好，焊接性和鍛造性良好，適宜制造化工容器等焊接件和設備封頭等沖壓件，也可用來制造受載不大的螺栓，或經滲碳后制作齒輪和軸等零件。所以，本液氨儲罐選用16MnR制作罐體和封頭。2結構選擇與論證：封頭型式確實定、人孔選擇、法蘭型式選擇確定。封頭形式確實定本液氨儲罐的封頭選用橢圓形封頭，橢圓封頭是由曲率半徑連續變化而成的，所以，封頭上的應力分布也是均勻變化的，他的受力狀態比蝶形封頭要好，雖不如半球封頭，但對各種封頭的強度和經濟合理性進行比擬。從鋼材耗用量考慮：球形封頭用量最少，比橢圓形封頭節約2

6、5.8，平板封頭的用量最多，是橢圓形封頭的4倍多。從制造考慮：橢圓形封頭制造方便，平板封頭那么因直徑和厚度較大，坯材的獲得、車削加工、焊接等方面都遇到不少困難，且封頭與筒體厚度相差懸殊，結構也不合理。所以，從強度，結構和制造等方面綜合考慮，采用橢圓形風封頭最為合理。人孔的選擇人孔是安裝或按檢修人員進入塔器的唯一通道。一般每隔510m距離才設置一個人孔，對于直徑大于800mm的填料塔，人孔可設在每段填料層的上、下，同時兼作填料裝卸孔用。根據儲罐是在常溫及最高工作壓力為1.8MPa的條件下工作，人孔標準應按公稱壓力為1.8MPa的等級選取，符合要求的有垂直吊蓋帶頸平焊法蘭人孔和和水平吊蓋帶頸平焊法

7、蘭人孔，本設計選用水平吊蓋人孔，人孔的公稱直徑選定為450mm，密封壓緊面采用C型。法蘭形式法蘭與筒體、封頭或管段以角焊方式聯接的，稱為平焊法蘭，平焊法蘭制造簡單，廣泛應用，但剛性較差，緊用于壓力不高的場合，如管法蘭PN小于或等于2.5MPa,壓力容器法蘭PN小于或等于4.0MPa ；是筒體、封頭或管段以對焊方式連接用的法蘭，稱為對焊法蘭或帶頸法蘭，對焊法蘭剛性好且對焊縫的強度高，適用于壓力、溫度較高的場合。鞍式支座的選擇容器支座有鞍座,圈座和支腿三種,用來支撐容器的重量。鞍式支座是應用最廣泛的一種臥式支座。從應力分析看，承受同樣載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

8、，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和局部不圓度、支座的水平度、各支座根底下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對剛性等等，均會影響支座反力的分市。因此采用多支座不僅表達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，給容器的運行平安帶來不利的影響。而且，現在儲罐等的支座已經標準化了，所以鞍座采用了雙支座，一個S型，另外一個F型，為了充分利用封頭對筒體的加強作用，支座應靠近封頭，即ARi ，A不大于0.2L，以便使筒體的中間局部截面與支撐局部

9、截面的彎矩值相等或相近。接管的選擇容器接管一般應采用無縫鋼管，所以液體進出料口接管材料選擇無縫鋼管，采用無縫鋼管標準GB8163-87.材料為16MnR。結構：接管伸進設備內切成45º，可防止物料沿設備內壁流動，減少物料對內壁的磨損和腐蝕。接管壁厚的要求：接管的壁厚除了要考慮上述的要求，還要考慮焊接的方法、焊接參數、加工條件、焊接位置等制造上的因素及運輸、安裝中的剛度要求。一般情況下，壁厚不宜小于殼體壁厚的一半，否那么，應采用厚壁管或是整體鍛件，以保證接管與殼體相焊局部厚度的匹配。不需另行補強的條件：當殼體上的考空滿足下述全部要求時。可以不另行補強。設計壓力小于或等于2.5。兩相鄰開

10、孔中心的距離應不小于兩孔直徑之和的2倍。接管公稱外徑小于或等于89接管的最小壁厚滿足以下要求。表1 接管最小壁厚要求接管公稱直徑/57766589最小壁厚/5.06.0因此熱軋無縫鋼管的尺寸。取接管伸出長度為。三 設計計算內容1.封頭及筒體的設計計算：標準橢圓形封頭是中低壓容器中經常采用的封頭形式,其最新的標準為JB/T4746-2002.該標準規定以內徑為公稱直徑的標準橢圓形封頭(代號EHA)的直邊高度只與公稱直徑有關：DN2000mm時,直邊高度為25mm；DN>2000mm時,直邊高度為40mm。由于所設計的筒體公稱直徑DN=1220mm2000mm，所以直邊高度為h=25mm，根

11、據JB/T47462002?鋼制壓力容器用封頭?的規定，以內徑為基準的標準橢圓形封頭形式代號為EHA，以外徑為基準的橢圓形封頭形式代號為EHB，這兩種封頭的內外表積、容積和質量分別列于表2、表3中：表2 EHA橢圓形封頭內外表積、容積JB/T47462002序號公稱直徑DN/mm總深度H/mm內外表積A/m2容積V/m3序號公稱直徑DN/mm總深度H/mm內外表積A/m2 容積V/m313001000.12110.00533429007659.48073.456723501130.16030.008035300079010.13293.817034001250.20490.0115363100

12、81510.80674.202144501380.25480.015937320084011.50214.611055001500.31030.021338330086512.21935.046365501630.37110.027739340089012.95815.508076001750.43470.035340350091513.71865.997286501880.50900.044241360094014.50086.514497002000.58610.054542370096515.30477.0605107502130.66860.066343380099016.13037.

13、6364118002250.75660.0796443900101516.97758.2427128502380.84990.0946454000104017.84648.8802139002500.94870.1113464100106518.73709.5498149502631.05290.1300474200109019.649310.25231510002751.16250.1505484300111520.583210.98831611003001.39800.1980494400114021.538911.75881712003251.65520.2545504500116522

14、.516212.56441813003501.93400.3208514600119023.515213.40601914003752.23460.3977524700121524.535914.28442015004002.55680.4860534800124025.578215.20032116004252.90070.5864544900126526.642216.15452217004503.26620.6999555000129027.728017.14792318004753.65350.8270565100131528.835318.18112419005004.06240.9

15、687575200134029.964419.25502520005254.49301.1257585300136531.115220.37042621005655.04431.3508595400139032.287621.52812722005905.52291.5459605500141533.481722.72882823006156.02331.7588615600144034.697523.97332924006406.54531.9905625700146535.935025.26243025006657.08912.2417635800149037.194126.5969312

16、6006907.65452.5131645900151538.475027.97763227007158.24152.8055656000154039.777529.40533328007408.85033.1198表3 EHA橢圓形封頭質量JB/T47462002/kg序號公稱直徑DN/mm封頭名義壁厚n/mm2345681012141618202224262830321300 1.92.83.84.8 5.87.82350 2.53.75.06.3 7.610.334004.86.48.0 9.713.116.520.023.644505.97.910.012.016.220.424.82

17、9.255007.29.612.114.6 19.624.730.035.340.746.251.865508.611.514.417.423.429.535.741.948.354.861.4760010.113.517.020.427.534.641.849.256.764.271.9865011.715.719.723.8 31.940.248.557.065.674.483.2970013.518.122.727.336.646.155.765.475.385.295.31075015.420.625.831.141.752.563.474.485.6 96.8108.3 118002

18、3.329.235.1 47.159.3 71.583.996.5109.2122.0135.0148.2161.4174.91285026.132.839.452.966.580.294.1 108.1122.3136.6 151.1165.8180.6195.51390029.236.544.058.974.189.3104.8 120.4136.1152.0168.1184.4200.8217.31495032.340.548.8 65.382.199.0116.1 133.3150.7168.3186.0203.9 222.0240.315100035.744.753.8 72.190

19、.5109.1 127.9146.9166.0185.3204.8224.5 244.4264.416110053.764.686.5108.6130.9153.3176.0198.9221.9245.2 268.6292.2316.1340.1364.317120063.576.4102.2128.3154.6181.1207.8234.7 261.8289.1 316.6344.4372.3400.5428.918130089.2 119.3149.7180.3211.1 242.2273.4 304.9336.7 368.6400.8 433.2465.9498.7191400102.9

20、137.7172.7208.0243.5279.2315.2 351.4387.9424.6461.5 498.7536.25 573.8201500117.7157.4197.4237.6278.1318.9359.9401.1442.7484.4526.5568.8611.4654.2211600133.4178.4223.7269.2315.0361.1407.5454.1501.1548.3595.7643.5 691.5739.8注：DN1700以上至DN6000的數據沒有摘引。又根據?EHA橢圓形封頭內外表積及容積?查得：DN=1220mm時，總深度H=330mm，內外表積A=1.

21、7106，容積。所以，封頭設計為EHA1020×16-16MnR JB/T4746-2002。2.計算壓力確實定由設計壓力與液柱靜壓力來確定：的臨界溫度 對于承裝臨界溫度大于的液化氣體的壓力容器，設計有可靠的保冷措施，那么其最高工作壓力為所盛液化氣體在可能到達的最高工作溫度下的保和蒸汽壓。設計壓力； 液柱靜壓力為： ，于是忽略了液柱靜壓力的影響，得到 -設計溫度下的許用應力 對于的低合金鋼鋼管，在的設計溫度下。-焊接接頭系數 取值根據接頭形式及無損檢測的長度比例來確定采用雙面對接接頭或相當于雙面對接接頭的全焊透對接頭，進行100%無損檢測時，。3.名義厚度的計算：3.1 計算厚度：筒

22、體厚度：封頭厚度：根據計算厚度大約在5mm左右，那么查書P116表4-8得鋼板的厚度負偏差，查?腐蝕數據手冊?知液氨對16MnR鋼材的每年的年腐蝕余量為0.1mm，假設該液氨儲罐使用10年，那么總腐蝕余量，那么有：3.2 設計厚度參加腐蝕裕量：筒體厚度：封頭厚度：3.3 名義厚度設計厚度+鋼板厚度負偏差：筒體厚度：封頭厚度：根據鋼板的厚度還需要圓整，那么取筒體和封頭的名義厚度均為9mm，厚度附加量3.4 有效厚度：筒體厚度：封頭厚度：四 容器的壓力實驗所謂壓力試驗，就是用液體或氣體作為工作介質，在容器內施加比它的設計壓力還要高的試驗壓力，以檢查容器在試驗壓力下是否有滲漏、明顯的塑性變形以及其他

23、缺陷。壓力試驗分為液壓試驗和氣壓試驗兩種，一般采用液壓試驗，而且普遍采用水為液壓試驗介質，故本次設計采用水壓試驗。根據GB150標準的規定，液壓試驗時 取設計實驗溫度為，查表有所以 而圓筒的應力 所以 查表課本附錄-壓力容器材料的許用應力得到 所以，厚度校核合格。五 進出料接管的選擇、液面的設計1. 進出料接管的選擇 材料：容器接管一般應采用無縫鋼管，所以液體進料口接管材料選擇無縫鋼管，采用無縫鋼管標準GB8163-87。材料為16MnR。結構：接管伸進設備內切成45度，可防止物料沿設備內壁流動，減少物料對壁的磨損與腐蝕。接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考慮上述要求外，還需考慮焊接方法、焊接參數

24、、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運輸、安裝中的剛性要求。一般情況下，管壁厚不宜小于殼體壁厚的一半，否那么，應采用厚壁管或整體鍛件，以保證接管與殼體相焊局部厚度的匹配。不需另行補強的條件：當殼體上的開孔滿足下述全部要求時，可不另行補強。 設計壓力小于或等于2.5Mpa。 兩相鄰開孔中心的距離應不小于兩孔直徑之和的2倍。 接管公稱外徑小于或等于89。 接管最小壁厚滿足以下要求。表4.2 接管最小壁厚要求接管公稱直徑/mm57657689最小壁厚/mm5.06.0因此熱軋無縫鋼管的尺寸為89×12。 鋼管理論重量為22.79/m。取接管伸出長度為150。 管法蘭的選擇：根據平焊法蘭適用

25、的壓力范圍較低PN<4.0Mpa,選擇突面板式平焊管法蘭，標記為：HG20592-1997法蘭RF(A)80-2.5,其中D=190,管法蘭材料鋼號標準號:20GB711。根據歐洲體系鋼制管法蘭、墊片、墊片、緊固件選配表HG20614-1997選擇：墊片型式為石棉橡膠板墊片(尚無標準號)，密封面型式為突面，密封面外表為密紋水線，緊固件型式為六角螺栓雙頭螺柱全螺紋螺柱。在離筒體底以上250處安裝容器出料管，容器內的管以彎管靠近容器底，這種方式用于臥式容器。出料口的根本尺寸以及法蘭與進料口相同。進出料接管滿足不另行補強的要求所以不再另行補強5。2.液面計的設計 液面計的種類很多，常用的有玻璃

26、板液面計和玻璃板液面計。它們都是外購的標準件，只需要選用。玻璃板液面計有三種：透光式玻璃板液面計、反射式玻璃板液面計、視鏡式玻璃板液面計。 根據選用表選用：選用反射式玻璃板液面計，標準號HG21590-95，法蘭形式及其代號C型長頸對焊突面管法蘭HG20617-97,液面計型號R型公稱壓力PN4.0,使用溫度0250，液面計的主題材料代號：鍛鋼16Mn，結構形式及其代號:普通型無代號，公稱長度為1450mm，排污口結構:V排污口配螺塞。 液面計標記為：液面計CR4.0-1450V根據筒體公稱直徑3000選擇兩個同樣的液面計，單個質量為90左右。兩個液面計接口管的安裝位置如裝配圖所畫。液面計接管

27、：無縫鋼管GB8163-87熱軋鋼管，尺寸為89×124。3、平安閥的選擇 安裝位置：在離右封頭切線處1150處安裝一平安閥。由操作壓力決定平安閥的公稱壓力，由操作溫度決定平安閥的使用溫度范圍，所以由本設計的溫度、壓力、介質等根本參數可以查得標準型號A21H-40,公稱通徑DN取20，質量約為80。與平安閥和接管連接的法蘭選擇突面板式平焊管法蘭HG20592-1997法蘭RF(A)80-2.5，與殼體連接的接管為無縫鋼管GB8163-87熱軋鋼管，尺寸為89×125。4、排污管的選擇 安裝位置：在離右鞍座的左側1000mm處安裝一個排污管。選擇無縫鋼管GB8163-87熱軋

28、鋼為材料的排污管焊接在容器底部，尺寸為89×12。管端法蘭：突面板式平焊管法蘭HG20592-1997法蘭RF(A)80-2.5，法蘭一端連接排污閥截止閥，型號J41H-40，取公稱通徑為80，對應質量為44.4。排污閥的結構是利用裝在閥桿下面的閥盤與閥體的突緣局部相配合，一控制閥的啟閉。結構較閘閥簡單，制造、維修方便。可以調節流量，應用廣泛5。六 支座的設計1、 支座的選取支座用來支撐容器的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保持穩定。臥式圓筒形容器的支座分為鞍式支座、圈座、腿式支座三類。由于鞍式支座承壓能力較好且對筒體產生的局部應力較小，故此設計中選用鞍式支座。鞍座分為A型輕型和

29、B型重型兩類，其中B型支座又分為5個分類,分別是B、B、B、B、B。每種形式的鞍座又分為固定式支座F和滑動式支座S兩種。由于在此設計中，貯罐體積較小且長徑比擬小，故采用A型雙鞍座，一個為固定式，一個為滑動式支座。2、 鞍座的計算首先估算出鞍座的負荷。貯罐的總質量 式中 ：m1為筒體質量kg；m2為封頭質量kg；m3為液氨質量kg；m4為附件質量kg。罐體質量m1經計算筒體的長度：L 罐體的質量m1 kg 封頭質量m2 液氨的質量m3 式中：裝料系數； 貯罐容積m3； 水的密度kg/m3。 3.11取水在常溫時的密度為1000kg/m3。3.4.2.4 其余附件的質量m4人孔約重50kg，其它接

30、口管的總重約80kg計，故那么設備總質量： 3.12由于每個鞍座承受17KN負荷，應選用輕型帶墊板包角為1200的鞍座，即JB/T4712-92鞍座A3000-F, JB/4712-92鞍座A3000-S。鞍座安裝的位置，貯罐總長 3.13式中：罐體長度(mm)； 曲面高度mm； 直邊高度mm。 (3.14) (3.15)式中：鞍座中心離筒體端部切線距離mm； 兩鞍座之間的距離(mm)。經計算得，。稱直徑DN允許載荷kN高度H底板筋板墊板地腳螺栓規格3000786250218036014341316406500106528M24表3.1 A型支座系列參數尺寸5 容器焊縫標準七 壓力容器焊接結構

31、設計要求 焊縫分散原那么；防止焊縫多條相交原那么；對稱質心布置原那么；避開應力復雜區或應力峰值去原那么；對接鋼板的等厚連接原那么；接頭設計的開敞性原那么；焊接坡口的設計原那么焊縫填充金屬盡量少；防止產生缺陷；焊縫坡口對稱；有利于焊接防護；焊工操作方便；復合鋼板的坡口應有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率。1、筒體與橢圓封頭的焊接接頭壓力容器受壓局部的焊接接頭分為A、B、C、D四類，查得封頭與圓筒連接的環向接頭采用A類焊縫。焊接方法：采用手工電弧焊，其原理是利用電弧熱量融化焊條和母材，由融化的金屬結晶凝固而形成接縫，焊接材料為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼，應用范圍廣，適用短小焊縫及全位置施焊，可適用在靜止

32、、沖擊和振動載荷下工作的鞏固密實的焊縫焊接，這種方法靈活方便，適應性強，設備簡單，維修方便，生產率低，勞動強度高。封頭與圓筒等厚采用對接焊接。平行長度任取。坡口形式為I型坡口。根據16MnR的抗拉強度=490Mpa和屈服點=325Mpa選擇E50系列強度要求：490Mpa；400Mpa的焊條，型號為E5014.該型號的焊條是鐵粉鈦型藥皮藥皮成分：氧化鈦30%，加鐵粉，適用于全位置焊接，熔敷效率較高，脫渣性較好，焊縫外表光滑，焊波整齊，角焊縫略凸，能焊接一般的碳鋼結構。2、管法蘭與接管的焊接接頭 管法蘭與接管焊接接頭形式和尺寸參照標準HG20605-97,根據公稱通經DN 80選擇坡口寬度b=6

33、mm，如附圖中的局部放大圖所示。3、接管與殼體的焊接接頭所設的接管都是不帶補強圈的插入式接管，接管插入殼體，接管與殼體間的焊接有全焊透和局部焊頭兩種，它們的焊接接頭均屬T形或角接接頭。選擇HG20583-1998標準中代號為G2的接頭形式，根本尺寸為；，且，它適用于，因為所選接管的厚度都為殼體厚度的一半，殼體的厚度為24mm，所以符合要求。選擇全焊透工藝，可用于交變載荷，低溫及有較大溫度梯度工況。八 筒體和封頭的校核計算1、筒體軸向應力校核 由彎矩引起的軸向應力筒體中間處截面的彎矩： (6.1)式中 F鞍座反力，N； 橢圓封頭長軸外半徑，mm； L兩封頭切線之間的距離，mm； A鞍座與筒體一端的距離，mm； hi封頭短軸內半徑，mm。支座處截面上的彎矩： (6.2)所以 由?化工機械工程手冊?上卷，P1199得K1=K2=1.0。因為M1M2，且ARm/2=762mm，故最大軸向應力出現在跨中面，校核跨中面應力。筒體中間截面上最高點處 (6.3)所以 最低點處： (6.4)鞍座截面處最高點處：