当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

液氨储罐的设计


液氨储罐设计

1 序言
压力容器 是指盛装气体或者液体,承载一定压力的密闭设备。贮运容 器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。储罐属于贮运容器。 压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工 等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、 法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外

,还配有 安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介 质等原因,容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环 境的事故。 储罐及其分类 储罐属于贮运容器。储罐用以存放酸、醇、气体等提炼的 化学物质。其种类很多,大体上有:滚塑储罐,玻璃钢储罐,陶瓷储罐、橡胶储 罐、焊接塑料储罐等。就储罐的性价比来讲,现在以滚塑储罐最为优越,滚塑储 罐又可以分钢衬塑储罐,全塑储罐两大系,分别包括立式,卧式,运输,搅拌等 多个品种。 用于储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐,防腐储罐工程是石油、 化工、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业必不可少的、重要的基础设 施,我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制储罐,钢制储罐,防腐储罐在 国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的。钢制储罐是储存各种液体(或气 体)原料及成品的专用设备,对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产,特别是 国家战略物资储备均离不开各种容量和类型的防腐储罐等储罐。 由于储存介质的不同,储罐的形式也是多种多样的,大致分为以下几类 按位置分类:可分为地上储罐、地下储罐、半地下储罐、海上储罐、海 底储罐等; 按油品分类:可分为原油储罐、燃油储罐、润滑油罐、食用油罐、消防 水罐等; 按用途分类:可分为生产油罐、存储油罐等; 按形式分类:可分为立式储罐、卧式储罐等; 按结构分类:可分为固定顶储罐、浮顶储罐、球形储罐等; 按大小分类: 100 m 3 以上为大型储罐,多为立式储罐; 100 m 3 以下的 为小型储 罐,多为卧式储罐; 按储罐的材料: 储罐工程所需材料分为罐体材料和附属设施材料。罐体 材料可按抗拉屈服强度或抗拉标准强度分为低强钢和高强钢, 高强钢多用于 5000 m 3 以上储罐;附属设施(包括抗风圈梁、锁口、盘梯、护栏等)均采 用强度较低的普通碳素结构钢,其余配件、附件则根据不同的用途采用其他 材质,制造罐体常用的国产钢材有20、20R、16Mn、16MnR、以及 Q235系 列等。

-1-

液氨储罐设计

2 液氨储罐的设计计算
2.1 设计参数
介质:液氨 体积 V =35m? 工作压力 Pw = 1.57MPa
ρ
m

使用寿命 15年 充装系数 ζ =0.9 腐蚀速率0.1mm/年

=706.7kg/m?(25℃,相对于水=1)

双面焊对接接头,100%无损检测 φ =1.0

2.2 设计计算
2.2.1 罐体壁厚计算 1 确定材料
PC =1.1 Pw =1.1×1.57=1.727MPa, 1.6≤ PC ≤10(MPa)属于中压容器,故

选用16MnR 钢。 2 确定内径 D i 对比得:
DN /mm
L /mm

V =35m? 最佳长径比约为3左右

[1 ]

,查附表4-2 [ 2 ] 得,

2400 6860.2 2.89

2200 8938.2 4.06

L

DN

其中 L =(V-2×V 封头)/

π 4

DN

2

由表可知,2.89接近3,故选取 DN =2400mm 查表得 h1 =600mm, h 2 =40mm , A封头 =6.5453㎡, V 封头 =1.9905m? 得 L =6860.2mm 3 设计压力

-2-

液氨储罐设计

PC =1.1=1.1×1.57 Pw =1.727MPa,因选用材料为16MnR 钢,假设厚度在

6-16mm 之间,查附表6-1 [ 3 ] 得, [σ ] t =170MPa,腐蚀余量 C 2 =15×0.1=1.5mm, 由表4-9 [ 3 ] 得, C 1 =0.80,厚度计算为: δ =
pc Di 2[ ] φ - p c σ
t

=

1 . 727 ? 2400 2 ? 170 ? 1 - 1 . 727

=12.25mm

δ d =δ + C 2 =12.25+1.5=13.75mm,
δ

n

=δ d + C 1 +圆整量=13.75+0.8+圆整量,取δ n =16mm,

计算厚度在所选范围内,即选取合理。 2.2.2 封头厚度计算 采用标准椭圆封头,厚度计算为: δ =
pc Di 2[ ] φ - 0 . 5 p c δ
t

=

1 . 727 ? 2400 2 ? 170 ? 1 - 0 . 5 ? 1 . 727

=12.20mm

δ d =δ + C 2 =12.20+1.5=13.70mm
δ

n

=δ d + C 1 +圆整量=13.70+0.8+圆整量,

取δ n =16mm,与筒壁厚度相同。 2.2.3 校核水压试验强度 (1)
p T =1.25 P =1.25×1.57=1.9625MPa

圆筒材料在试验温度下的屈服点,查附表6-1 [ 3 ] 得, σ s =345MPa
δ e =δ
n

- C =16-1.5=14.5mm

圆筒在试验压力下:
σT=

p T ( D i ?δ e ) 2 δ
e

=

1 . 9625 ? 2400 ? 14 . 5) ( 2 ? 14. 5

=163.40MPa

0.9φ δ s =0.9×1×345=310.5MPa
σ T <0.9φ δ s ,即水压强度足够。

-3-

液氨储罐设计

2.2.4 各种工况下的载荷计算 1 DN =2400mm, h1 =600mm, h 2 =40mm V 封头 =1.9905m? (1) 筒体质量 m 1
L =6860.2mm,δ
n

=16mm,查附表4-1 [ 2 ] 得, q 筒体 =960 kg m ,
3

m 1 = L × q 筒体 =6.8602×960kg=6.59× 10 kg

(2)封头质量 m 2 查附表4-3 [ 2 ] 得, m 封头 =808.42 kg
m 2 =2× m 封头 =1616.82 kg

(3)附件质量 m附件 人孔质量,查表3-3 [ 4 ] 得, m 人孔 =223 kg 其他接管等质量总和按300 kg 计,即 m附件 =523 kg 2 各种工况下的载荷计算 (1)空罐时的重量 m 总 1
m 总 1 = m 1 + m 2 + m 附件 =6590+1616.82+523=8.73× 10 kg
3

(2)水压试验下的重量 m 总 2
V =2× V 封头 + L

π 4

D =2×1.9905+6.8602×
2

3 . 14 4

× 2 . 4 2 =35m?

m 总 2 = m 总 1 +ρ



V =8730+35×1000=43730 kg

(3)工作状况下的重量 m 总 3
m 总 3 = m 总 1 +ρ
m

V ζ =+706.7×35×0.9=8730+706.7×35×0.9=31001.1 kg

2.2.5 鞍座及应力校核 1 鞍座选取

-4-

液氨储罐设计

取最大质量,即 m 总 2 ,此时单个鞍座承受负荷:
F =

mg 2

=

43730 ? 9 . 81 2

=214.5 kN

根据附录16 [ 3 ] ,可以选用轻型带垫板,包角为120度的鞍座,即 JB/T 4712—92 JB/T 4712—92 鞍座 A2400—F 鞍座 A2400—S

2 双鞍座筒体的轴向应力计算 (1)支座反力的计算
F =

mg 2

=214.5 kN

根据公式,
hi ) 可得单位长度载荷为, 2 3 2F 2 ? 214500 q= = =56.00 N mm 4 4 L ? hi 6860. 2 ? ? 600 3 3
F =

q

(L ?

4

(2)筒体轴向弯矩的计算 双鞍座支撑的卧式容器, 可视为双支点的外伸梁,在容器轴向存在两个最大 弯矩,一个在鞍座处,一个在容器两支座跨距的中点处,如图1-1。
F =214.6 kN , L =6860.2mm, h1 =600mm

R m = Ri ?

δ

n

=

2400 2

2

?

16 2

=1208mm,A=608mmm(A=

D0 4

,且 A<

L 2

)

跨距中点处截面上的弯矩计算:
M1=

FL 1 ? 2 ( R m ? hi ) / L 4A [ ? ] 4 1 ? 4 hi / 3 L L
2 2 2

2 2 2 = 214500 ? 6860 . 2 ? [ 1 ? 2 ? (1208 - 600 )/ 6860 .2 - 4 ? 608 ]

4

1 ? 4 ? 600/3 ? 6860.2

6860.2

= 209.3× 10 6 N · mm 支座处截面上的弯矩计算:
M 2 = ? FA [1 ?

1 ? A / L ? ( R m ? hi ) / 2 AL
2 2

1 ? 4 hi / 3 L
2 2

]

= ? 214500 ? 608 ? [1 -

1 - 608/ 6860 . 2 ? (1208 ? 600 ) / 2 ? 608 ? 6860 . 2 1 ? 4 ? 600 / 3 ? 6860 . 2

]

=-8.58× 10 6 N · mm

-5-

液氨储罐设计

(a)载荷与支座反力

(b)剪力图

(c)弯矩图 图1-1 (3)筒体轴向应力的计算 在跨距中点处横截面上,由介质压力及弯矩所引起的轴向应力之和如下: (a)在横截面的最高点:
σ1=

pc Rm 2 δ
e

?

M1 π Rm δ
2 e

=

1 . 727 ? 1208 2 ? 14 . 5

-

209.3 ? 10
2

6

3 . 14 ? 1208 ? 14 . 5

=68.79 N · mm

(b)在横截面的最低点:
pc Rm 2 δ
e

σ2=

?

M1 π Rm δ
2 e

=

1 . 727 ? 1208 2 ? 14 . 5

?

209 . 3 ? 10
2

6

3 . 14 ? 1208 ? 14 . 5

= 75.09 N ·mm

(4)筒体轴向应力的验算 以上算出的轴向拉应力不得超过材料在设计温度下的许用应力 [σ ] t ,轴向压缩

-6-

液氨储罐设计

力不得超过材料在设计温度下的许用应力 [σ ] t 和轴向许用压缩力 [σ ] ac 中的较小 值。 A= 查图5-9 [ 3 ] 可知,B=140 MPa 因 [σ ] t =170 MPa ,故取最小值140 MPa , 经计算,轴向压缩应力没有超过140 MPa 。 2.2.6 人孔和补强措施 1 人孔设计 根据储罐的设计温度、最高工作压力、材质、介质使用要求等条件,选用工程压 力为1.6 MPa ( PN ≥ PW )的回转盖带颈平焊法兰人孔,如图1-2,明细表如下:
0 . 094 R m /δ
e

=

0 . 094 1208 / 14 . 5

=1.13× 10 ? 3

回转盖带颈平焊法兰人孔(HG/T 21517—2005)

-7-

液氨储罐设计

图 1-2 回转盖带颈平焊法兰人孔(HG/T 21517—2005) 明细表

件号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

标准号 HG 20613 HG 20613 HG 20594 HG 20606 HG 20601

名称 筒节 螺柱 螺母 法兰 垫片 法兰盘 把手 轴销 销 垫圈 盖轴耳(1) 法兰轴耳(1) 法兰轴耳(2)

数量 1 20 40 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1

GB/T 91 GB/T 95

材质 16MnR 35CrMoA 35CrMo 16MnⅡ(锻 件) 非金属平垫 16MnR Q235-A·F Q235-A·F Q215 100HV Q235-A·F Q235-A·F Q235-A·F

尺寸/mm

-8-

液氨储罐设计

14

盖轴耳(2)

1

Q235-A·F

2 人孔补强 选用回转盖带颈平焊法兰人孔(RF 型)突面密封形式。查表3-3 [ 4 ] ,取标准人孔 内径
d 1 =500mm, 开孔直径

d=500+30=530mm, δ
δ
e

nt

=12.25mm

筒体开孔处计算厚度:δ n =16mm,

=13.7mm,δ =12.20mm

设接管材料与筒体材料相同,即 fr=1 人孔接管厚度:
δt=

pc DO 2[ ] φ ? p c σ
t

=

1 . 727 ? 530 2 ? 170 ? 1 ? 1 . 727

=2.68mm

(1)计算 A
A = dδ ? 2 δ δ
et

(1 - fr ) =530×12.25=6492.5 mm

2

(2)有效厚度 B=2×d=2×530=1060mm B=d+2δ n +2δ (3)有效高度
h1 = dδ
nt
nt

=530+2×16+2×12.25=586.5mm

= 530 ? 12 .25 =81mm
h 2 =0

A1 = ( B ? d )( e ?δ )- 2 et ( e -δ )(1 - fr ) =(1060-530)×(13.7-12.25)-0=768.5 mm δ δ δ A2 = 2 h1 ( δ

2

et

-δ t ) fr ? 2 h2 ( δ

et

- C 2 ) fr =2×81×(12.25-2.68-0.8)+0=1420.8 mm
A3 =0

2

Ae = A1 + A2 + A3 =768.5+1420.8=2189.3 mm
A4 = A - Ae =6492.5-2189.3=4303.2 mm
2

2

得加强补强面积为: A4 =4303.2 mm 2 查附表4-13 [ 2 ] 得,补强圈尺寸: DN=500mm,外径 D 0 =840mm,内径 D i =534mm,厚度δ =14mm,质量 m=36.3kg

-9-

液氨储罐设计

2.2.7 接管

图1-3 液氨储罐接管示意图 1 液氨进料管 采用Φ 57×3.5mm,无缝钢管,一段削成45°角,配用凹凸面的密封对焊管法 兰。 型号:PN2.5 DN50 HG 200592—97 RF 16MnR 厚度小于5mm,该孔需补强。 2 出料管 采用可拆的压出管Φ 25×3mm 将它套入罐体固定接口管为Φ 38×3.5mm 内。 罐体接口管法兰采用:HG 20592 PL2.5 DN32 法兰 RF 16MnR 与该法兰相配并焊接在压出管法兰上,其尺寸与上相同,但内径为25mm。 液氨压出管端部法兰采用:HG 20592 PL2.5 DN20 法兰 RF 16MnR 查压料管质量为 m,查表得,无缝钢管标准型号为 DN32 ,PN2.5,外径38mm,壁厚 3.5mm,接管公称直径小于8mm,根据条件无需补强。 3 排污管 采用Φ 57×3.5mm,管端装有一与截止阀 J41W-16,相配管法兰: HG 20592 PL 2.5 DN50 法兰 RF 16MnR 4 液面计接管 采用玻璃管防霜液面计 AI 2.5-1260-50 HG/T 21550-93 5 放空管接管 采用Φ 32×3.5mm 无缝钢管,管法兰为: HG 20592 PL2.5 DN25 法兰 RF 16MnR

- 10 -

液氨储罐设计

参考文献
[1].王洪海等.内压式储罐最佳长径比研究.河北工业大学学报.2002.2 [2].蔡纪宁, 张秋翔编.化工设备机械基础课程设计指导书.北京:化学工业出版 社,2000.6 [3].刁玉玮,王立业编.化工设备机械基础(第五版).大连理工大学出版 社.2006.12 [4].回转盖带颈平焊法兰人孔(HG/T 21517—2005)

- 11 -

液氨储罐设计

装配图

- 12 -

液氨储罐设计

附表

- 13 -

液氨储罐设计

致谢
通过本次对液氨卧式储罐的课程设计,让我对它的性能和结构、 设计方法等有了更深的了解和认识。 熟知了压力容器的设计过程和计 算方法,以及一些标准参数的查询方法。在这里要感谢老师的精心指 导和团队的相互配合,在他们的帮助下,让我的课程设计得以顺利完 成。

- 14 -


相关文章:
液氨储罐设计
液氨储罐设计_能源/化工_工程科技_专业资料。内蒙古科技大学化工机械设计基础课程设计说明书 前 言 本设计是针对《化工设备机械基础》这门课程所安排的一次课程设计,...
液氨储罐设计说明书
设计题目:液氨储罐机械设计 2. 课程设计要求及原始数据(资料) : (1)、课程设计要求: ①.使用国家最新压力容器和换热器标准、规范进行设计,掌握典型过程设备设计 ...
50m3液氨储罐设计
50m3液氨储罐设计_化学_自然科学_专业资料。目录一、设计前言………..1 1.1 设计任务………1 1.2 设计思想………1 1.3目录一、设计前言………...
液氨储罐设计
s ?MPa? 345 325 305 170 163 157 2.7、材料选择 根据液氨贮罐的工作压力( P ? 1.60 MPa 作为设计压力)、工作温度(最 高工作温度为 40 ?C )和介质的...
液氨储罐设计参考图
液氨储罐设计参考图_理学_高等教育_教育专区。化工制图 技术要求 1.本设备按 GBl50-1998《钢制压力容器》进行制造、试验和验收 。 2.焊接材料,对接焊接接头型式...
液氨储罐的设计
液氨储罐的设计_能源/化工_工程科技_专业资料。化机课程设计《卧式储罐的设计和强度计算》液氨储罐设计 1 序言压力容器 是指盛装气体或者液体,承载一定压力的密闭设...
液氨储罐设计标准
液氨储罐设计标准_建筑/土木_工程科技_专业资料。液氨储罐设计标准 附录TLV(Threshold Limit Values)值 TLV(Threshold Limit Values)值是指毒性气体对人体的危害指标....
液氨储罐的设计
化工设备机械基础课程设计 题班学姓 目:液氨贮罐的机械设计 级: 号: 名: 07080102 0708010213 陈剑崔岳峰 指导教师: 沈阳理工大学环境与化学工程学院 2010 年 11...
液氨储罐设计
12 1. 设计内容某厂需添置一台液氨贮罐,设计原始数据:设计压力 P=1.6Mpa,设计温度 T=40℃,容积 V=2.8m3,设备充装系数 0.9。采用鞍式支座。试设计该设备。 ...
课程设计液氨储罐设计
一、设计任务书 试设计液氨储罐,其公称容积、储罐内径、罐体(不包括封头)长度见下 表。使用地点:家乡--湖北省十堰市竹溪县。 技术特性表公称容积(立方 米) ...
更多相关标签:
液氨储罐课程设计 | 液氨储罐设计规范 | 8.0m3液氨储罐的设计 | 液氨储罐压力 | 液氨储罐设计 | 液氨储罐设计图 | 液氨储罐消防喷淋设计 | 液氨储罐设计压力 |