液氨儲罐設(shè)計

已知工藝參數(shù)：

使用溫度：T=50℃

公稱直徑：DN=3000mm

筒體長度：L=4500mm

1 工藝尺寸的確定

1.1 儲罐的體積

筒體長度：L=4500mm  公稱直徑：DN=3000mm

則圓柱形筒體的體積為：      （1.1）

筒體的總內(nèi)表面積：          （1.2）

封頭壁厚為22mm ，則取直邊高度為50mm。經(jīng)查表的

則封頭的總?cè)莘e為：

單個封頭的表面積： 

封頭的總內(nèi)表面積為：

筒體的總體積為：V=

筒體的總內(nèi)表面積：

長徑比為：                       (1.3)

2  工藝計算

2.1 筒體壁厚的計算

根據(jù)公式：            (2.1)

式中：  ——圓筒的計算壓力，MPa；

 ——圓筒的內(nèi)徑，mm；

——鋼板在設(shè)計溫度t下的許用應(yīng)力，MPa；

  ——焊接接頭系數(shù)，≤1;

在設(shè)計溫度為50℃時候，氨的飽和蒸汽壓為（壓力），

儲罐的表壓為：，

在容器上有安全閥的時候取1.05 ~1.1為工作壓力的設(shè)計壓力。即：P=1.1

16MnR在40℃的時候許用壓力為：（見附表）

公稱直徑Di=3000mm

 (雙面對接焊縫，99%探傷，見表)

由于液氨有一定的腐蝕性，故屬于單面腐蝕，取

查表：取鋼的負(fù)偏差

則筒體的計算壁厚

圓整后，圓筒的名義厚度為δ

2.2 封頭壁厚的計算

本設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭（2:1）即：K（形狀系數(shù)）=1.0。

根據(jù)公式，封頭的設(shè)計壁厚為：   (2.2)

查表：取鋼板的負(fù)偏差，

則筒體的計算壁厚為：。

上式中

（因鋼板的寬度為3m，此儲罐直徑為3000mm故封頭需焊后沖壓），

其他符號同前。

考慮沖壓減薄量，圓整后取名義厚度的16MnR鋼制作封頭。

2.3 水壓試驗(yàn)

很據(jù)公式：           (2.3)

其中：

     （查表得：）

故符合工藝條件的要求。

2.4 支座

2.4.1 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(wěn)定。臥式圓筒形容器的支座分為鞍座、圈座和支腿三類。常見的臥式容器和大型臥式儲罐大多采用鞍座。主要由于鞍座的承壓能力較好且對筒體的局部阻力較小，故采用鞍座。

鞍座又分為輕型（A）和重型（B）兩大類，每種形式的鞍座又分為固定支座（F）和滑動支座（S），在一臺容器上F型與S型總是配對使用。

本設(shè)計中由于儲罐的體積較小且長徑比較小，故采用A型雙鞍座，在、其中一個為F型另一個為S型。

2.4.2 鞍座的計算

首先估算鞍座的負(fù)荷。

儲罐的總質(zhì)量：

式中：m₁為筒體質(zhì)量（kg），m₂為封頭質(zhì)量（kg），m₃為液氨質(zhì)量（kg），m₄為附件質(zhì)量（kg）。

筒體的質(zhì)量m₁

   DN=3000mm，的筒節(jié)，每米的質(zhì)量為1640kg（查表4得）

故

封頭的質(zhì)量m₂

DN=3000mm，直邊高度h=50mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其質(zhì)量為1780kg（查表6），

故

液氨的質(zhì)量m₃

上式中：為裝料系數(shù)，取0.7; V為貯罐容積，V=39.58m³

為液氨在-20⁰C時候的密度為665kg/m³。

故：18424.5kg

附件的質(zhì)量：

人孔約重200kg ，其他接口管的總重約為350kg。

則：m₄=550kg

經(jīng)過上述計算得：

由于每個鞍座承受約146kN負(fù)荷，故選用輕型帶墊板包角為120⁰的鞍座，即JB/T4712.3-2007鞍座A3000-F,  JB/4712.3-2007鞍座A3000-S。

表3.1   A型支座系列參數(shù)尺寸

2.4.3 安裝高度

儲罐的總長我為：L=4500+（750+50）x2=6100mm=6.1m

    由公式：L＝2a＋l　　　a＝0.208L得：

a為鞍座離罐體一端的距離，

l為兩鞍座之間的距離。

計算的，a=1.27m=1270mm，

       l=3.56m=3560mm。

2.5 人孔的選取

壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般的人孔有兩個手柄。人孔分為：板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔、帶頸對焊法蘭人孔。根據(jù)儲罐在常溫下及高溫工作壓力為2.125Mpa的條件下工作，人孔的標(biāo)準(zhǔn)公稱壓力為2.125Mpa等級選取，考慮到人孔較大較重，故選用水平呆吊蓋帶頸對焊法蘭人孔。公稱直徑為450mm，突面法蘭密封面。

表4-1 水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔標(biāo)準(zhǔn)尺寸

該人孔標(biāo)記為：人孔RF Ⅲ（A·G）450-2.5   HG21524-95

2.6 人孔補(bǔ)強(qiáng)

2.6.1 人孔補(bǔ)強(qiáng)的計算

為了滿足各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免的要在容器的筒體或封頭上開孔并安裝接管。開孔后，殼壁因除去可一部分承載的金屬材料而被消弱，進(jìn)而出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。為保證容器的安全運(yùn)行，對開孔必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右匝a(bǔ)強(qiáng)以降低峰值的應(yīng)力。這里采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，因其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、使用經(jīng)驗(yàn)豐富進(jìn)而被廣泛使用。

由于人孔的筒節(jié)不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑為，壁厚。由標(biāo)準(zhǔn)查得補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸為：外徑，內(nèi)徑。

      開孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)計算如下：

(1) 不計焊縫系數(shù)的筒體計算壁厚：

                   (2.5)

(2) 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積A：

        開孔直徑： 

        開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積：

(3) 補(bǔ)強(qiáng)有效區(qū)的范圍：

       有效寬度B：

                     (2.6)

           取二者中之大值

        外側(cè)有效高度：           (2.7)

               或

               取二者中的最小值

        內(nèi)側(cè)有效高度：           (2.8)

                或

               取二者中之小值

(4) 有效補(bǔ)償面積           (2.9)

      式中  ——補(bǔ)強(qiáng)面積，；

——殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積，；

           ——接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積，；

          ——焊縫金屬截面積，；

其中           (2.10)

筒體的有效厚度為：

接管材料選擇與筒體相同的材料（16MnR）進(jìn)行補(bǔ)償，故，代入上式得

接管計算厚度

                          (2.11)

有效補(bǔ)強(qiáng)面積

因，所以開孔需另加補(bǔ)強(qiáng)。

所需補(bǔ)強(qiáng)面積

(5) 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度

圓整后取26mm，補(bǔ)強(qiáng)材料與殼材料相同，為16MnR

2.6.2 不需補(bǔ)強(qiáng)的開孔直徑

由于鋼板具有一定的規(guī)格，殼體的壁厚往往超過實(shí)際強(qiáng)度的需要，厚度增加，使應(yīng)力降低，相當(dāng)于容器已被整體加強(qiáng)，并且容器的開孔總有接管相連，其接管多于實(shí)際需要的壁厚也起補(bǔ)強(qiáng)作用。同時由于容器材料具有一定的塑性儲備，允許承受不大的局部應(yīng)力。故當(dāng)孔徑不超過一定數(shù)值時，可不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

不需要補(bǔ)強(qiáng)的條件:

○設(shè)計壓力小于或等于 2.5MPa；

○兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔徑之和的兩倍；

○接管公稱外徑小于或等于89mm；

○接管最小壁厚滿足下表的要求。

接管最小壁厚

     注:接管的腐蝕裕量為1mm

2.7 接口管

2.7.1 液氨進(jìn)料管

進(jìn)料管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)部并將管口的一端切成45⁰ ，為了是避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動一減少磨蝕和腐蝕。為了在短時間內(nèi)將物料注滿容器。

取的低合金無縫鋼管。配用具有凸面密封的平焊管法蘭，法蘭標(biāo)記：HG20592 法蘭PL68-1.6 RF 16Mn

2.7.2 液氨出料管

在化工生產(chǎn)中，有時需要將液體介質(zhì)運(yùn)送到與容器平行的或較高的設(shè)備中去，并且獲得純凈無雜質(zhì)的物料。

故采用可拆的壓料管排料方式。取壓出管，將它用法蘭固定接口管內(nèi)。

筒體的接口管法蘭采用HG20592  法蘭PL32-1.6RF16Mn相配并焊接在壓出管的法蘭上，其連接尺寸和厚度與HG20592 法蘭PL32-1.6RF16Mn內(nèi)徑為25mm

液氨壓出管的端部法蘭采用HG20592  法蘭PL20-1.6 RF16Mn。

2.7.3 排污管

在清洗儲罐時候，為了能將廢液排除儲罐外，液氨介質(zhì)會腐蝕管壁而出現(xiàn)沉淀，故需在筒體底部安設(shè)排污管一個。

因此管子規(guī)格取為：，管端焊有一與截止閥J41W-16相配的法蘭HG20592法蘭PL50-1.6 RF 16Mn。

2.7.4 液面計接管

液面計是用來觀察設(shè)備內(nèi)部液位變化的一種裝置，通過測量液位來確定容器中物料的數(shù)量。由于設(shè)備不大且壓力較小，物料潔凈。

故采用玻璃管防霜液面計AI2.5-1260-50HG/T21550-93兩支。

與液面計相配的接口管尺寸為：，管法蘭HG20592 法蘭PL15-1.6RF 16Mn

2.7.5 放空接口管

為了在注入液體時，能將容器內(nèi)的空氣排到罐體外以便能順利快速的注入，需要安設(shè)一個放空管。

采用的無縫鋼管，管法蘭為：HG20592 法蘭 PL25-2.5RF 16Mn

2.7.6 安裝閥接口管

安全閥是通過閥的自動開啟排出氣體來降低容器內(nèi)過高的壓力。為了操作的安全，因此需設(shè)一安全閥，安全閥的接口管尺寸由安全閥泄放量決定。

因此選用的無縫鋼管，管法蘭HG20592 法蘭 PL25-1.6 RF 16 Mn。

接口管中，因其選擇的條件在不需補(bǔ)強(qiáng)的條件之內(nèi)，因此，以上接口管在筒體上的開孔不需要補(bǔ)強(qiáng)。