目錄

一、設計前言…………………………………………………………..1

1.1設計任務………………………………………………………1

1.2設計思想………………………………………………………1

1.3設計特點………………………………………………………1

二、材料及結構的選擇………………………………………………..1

2.1材料選擇……………………………………………………….1

2.2結構選擇與論證……………………………………………….1

三、名義厚度的初步確定……………………………………………...3

3.1所需參數的確定……………………………………………….3

3.2 名義厚度的計算………………………………………………5

四、容器的壓力實驗…………………………………………………...5

五、鞍座設計…………………………………………………………...6

5.1先粗略計算鞍座負荷………………………………………….6

5.2 鞍座位置的確定………………………………………………7

5.3力學模型………………………………………………………..8

六、人孔設計…………………………………………………………....8

七、人孔補強確定………………………………………………………8

八、接口管………………………………………………………………9

九、自我總結…………………………………………………………..10

十、參考文獻…………………………………………………………..11

一、設計前言

1.1設計任務：

針對化工廠中常見的液氨儲罐，完成主體設備的工藝設計和附屬設備的選型設計，繪制總裝配圖和零件圖，并編寫設計說明書。

1.2設計思想：

綜合運用所學的機械基礎課程知識，本著認真負責的態度，對儲罐進行設計。在設計過程中綜合考慮了經濟性，實用性，安全可靠性。

1.3設計特點：

容器的設計一般由筒體，封頭，法蘭，支座，接口管及人孔等組成。常，低壓化工設備通用零件大都有標準，設計時可直接選用。本設計書主要介紹了液罐的筒體，封頭的設計計算，低壓通用零件的選用。

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，合理的進行設計。

二、材料及結構的選擇

2.1材料選擇：

純液氨腐蝕性小,貯罐可選用一般鋼材,但由于壓力較大,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， 16MnR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，且16MnR機械加工性能、強度和塑性指標都比較號，所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。

2.2結構選擇與論證：

（1）封頭的選擇：

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。從鋼材耗用量來年：球形封頭用材最少，比橢圓開封頭節約，平板封頭用材最多。因此，從強度、結構和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。

（2）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，選擇使用上有較大的靈活性，其尺寸大小及位置以設備內件安裝和工人進出方便為原則。通?？梢愿鶕僮餍枰?在這考慮到人孔蓋直徑較大較重, 可選擇回轉蓋對焊法蘭人孔。

（3）法蘭的選擇：

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PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在較小范圍內（DN300 mm～2000 mm）適用溫度范圍為-20℃～300℃。乙型平焊法蘭用于PN0.25 MPa～1.6 MPa壓力等級中較大的直徑范圍，適用的全部直徑范圍為DN300 mm～3000 mm，適用溫度范圍為-20℃～350℃。 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（PN0.6 MPa～6.4MPa）適用溫度范圍為-20℃～45℃。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。

法蘭設計時，須注意以下二點：管法蘭、鋼制管法蘭、墊片、緊固件設計參照原化學工業部于1997年頒布的《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》標準（HG20592～HG20635-1997）的規定。

（4）液面計的選擇：

液面計是用以指示容器內物料液面的裝置，其類型很多，大體上可分為四類，有玻璃板液面計、玻璃管液面計、浮子液面計和浮標液面計。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計有透光式和反射式兩種結構，其適用溫度一般在0～250℃。但透光式適用工作壓力較反射式高。玻璃管液面計適用工作壓力小于1.6MPa，介質溫度在0～250℃的范圍。液面計與容器的連接型式有法蘭連接、頸部連接及嵌入連接，分別用于不同型式的液面計。液面計的選用：

（1）玻璃板液面計和玻璃管液面計均適用于物料內沒有結晶等堵塞固體的場合。板式液面計承壓能力強，但是比較笨重、成本較高。

（2）玻璃板液面計一般選易觀察的透光式，只有當物料很干凈時才選反射式。

（3）當容器高度大于3m時，玻璃板液面計和玻璃管液面計的液面觀察效果受到限制，應改用其它適用的液面計。

液氨為較干凈的物料，易透光，不會出現嚴重的堵塞現象，所以在此選用玻璃管液面計。

（5）鞍座的選擇：

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，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、各支座基礎下沉的不均勻性、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。所以一臺臥式容器支座一般情況不宜多于二個。

在此選擇鞍式雙支座，一個S型，一個F型。

三、名義厚度的初步確定

3.1所需參數的確定

(1) 筒體長度的確定（以長寬盡量符合黃金比例為準），相關數據由《化工機械基礎》P315頁附錄12查得。

若取公稱直徑時：

同理：時：

時：

時：

取最接近0.618的值為：

于是筒體長度確定為5.05m.

(2) 計算壓力的確定（由設計壓力與液柱靜壓力來確定）

工作壓力；則設計壓力P=1.1P=1.1×1.455=1.6MPa

液柱靜壓力為：

，于是忽略了液柱靜壓力的影響，得到

(3) （）----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。

(4) -----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，。

3.2 名義厚度的計算

(1)計算厚度

筒：

封頭：

(2) 設計厚度（加入腐蝕裕量）

筒：

封頭：

(3) 名義厚度（設計厚度+鋼板厚度負偏差）

筒：

封頭：

根據鋼板的常用規格，取筒和封頭的名義厚度均為

(4) 有效厚度

筒：

封頭：

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　

查表得到

所以，厚度校核合格。

五、鞍座設計

5.1先粗略計算鞍座負荷。

貯罐總質量：m=m₁+m₂+m₃+m₄

式中 :

m₁-罐體質量；

m₂-封頭質量；

m₃-液氨質量；

m₄-附件質量。

（1）罐體質量m₁:

筒節DN=3200mm，_n＝18mm的筒節,每米質量為q₁=1425Kg/m（附錄7）,m₁=q₁L=1425×5.05=7196.25Kg

（2）封頭質量m₂:

橢圓形封頭DN=3200mm，_n＝18mm，直邊高度h=50mm ,

q₂=1640Kg,所以

m₂=2q₂=2×1640=3280(Kg)

（3）充水質量m₃:　　

m₃=Vρ

m₃＝50×1000=50000 Kg

（4）附件質量m₄:

人孔約200Kg，其它接管總和按300Kg計，m₄=500Kg

設備總重量

m=m₁+m₂+m₃+m₄=7196.25+3280+50000+500=60976.25kg≈610t

每個鞍座承約受305KN負荷，選用輕型帶墊板，包角為120°的鞍座。即

　JB／T4712-92鞍座 A2400— F

　JB／T4712-92鞍座 A2400—S

5.2 鞍座位置的確定

鞍座位置的選擇一方面要考慮到利用封頭的加強效應，另一方面又要考慮到不使殼體中因荷重引起的彎曲應力過大。由此，鞍座的位置按，并盡量使的條件來確定，其中a為鞍座中心線至圓筒端部的距離，L為圓筒長度（兩封頭切線間距離），為筒體內半徑。

取