液氨儲罐

已知工藝參數：

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）

筒體的總內表面積：          （1.2）

封頭壁厚為22mm ，則取直邊高度為50mm。經查表的

則封頭的總容積為：

單個封頭的表面積： 

封頭的總內表面積為：

筒體的總體積為：V=

筒體的總內表面積：

長徑比為：                       (1.3)

2  工藝計算

2.1 筒體壁厚的計算

根據公式：            (2.1)

式中：  ——圓筒的計算壓力，MPa；

 ——圓筒的內徑，mm；

——鋼板在設計溫度t下的許用應力，MPa；

  ——焊接接頭系數，≤1;

在設計溫度為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，*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

本設計采用標準橢圓封頭（2:1）即：K（形狀系數）=1.0。

根據公式，封頭的設計壁厚為：   (2.2)

查表：取鋼板的負偏差，

則筒體的計算壁厚為：。

上式中

（因鋼板的大寬度為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

很據公式：           (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

首先估算鞍座的負荷。

儲罐的總質量：

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）。

筒體的質量m₁

   DN=3000mm，的筒節，每米的質量為1640kg（查表4得）

故

封頭的質量m₂

DN=3000mm，直邊高度h=50mm的標準橢圓形封頭，其質量為1780kg（查表6），

故

液氨的質量m₃

上式中：為裝料系數，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

附件的質量：

人孔約重200kg ，其他接口管的總重約為350kg。

則：m₄=550kg

經過上述計算得：

由于每個鞍座承受約146kN負荷，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，人孔的標準公稱壓力為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準尺寸

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

2.6 人孔補強

2.6.1 人孔補強的計算

為了滿足各種工藝和結構上的要求，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，進而出現應力集中的現象。為保證容器的安全運行，對開孔必須采取適當的措施加以補強以降低峰值的應力。這里采用補強圈補強，因其結構簡單、制造方便、使用經驗豐富進而被廣泛使用。

由于人孔的筒節不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補強圈標準，本設計所選用的人孔筒節內徑為，壁厚。由標準查得補強圈尺寸為：外徑，內徑。

      開孔補強的有關計算如下：

(1) 不計焊縫系數的筒體計算壁厚：

                   (2.5)

(2) 開孔所需補強的面積A：

        開孔直徑： 

        開孔所需的補強面積：

(3) 補強有效區的范圍：

       有效寬度B：

                     (2.6)

           取二者中之大值

        外側有效高度：           (2.7)

               或

               取二者中的小值

        內側有效高度：           (2.8)

                或

               取二者中之小值

(4) 有效補償面積           (2.9)

      式中  ——補強面積，；

——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）進行補償，故，代入上式得

接管計算厚度

                          (2.11)

有效補強面積

因，所以開孔需另加補強。

所需補強面積

(5) 補強圈厚度

圓整后取26mm，補強材料與殼材料相同，為16MnR

2.6.2 不需補強的大開孔直徑

由于鋼板具有一定的規格，殼體的壁厚往往超過實際強度的需要，厚度增加，使大應力降低，相當于容器已被整體加強，并且容器的開孔總有接管相連，其接管多于實際需要的壁厚也起補強作用。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力。故當孔徑不超過一定數值時，可不進行補強。

不需要補強的條件:

○設計壓力小于或等于 2.5MPa；

○兩相鄰開孔中心的間距應不小于兩孔徑之和的兩倍；

○接管公稱外徑小于或等于89mm；

○接管小壁厚滿足下表的要求。

接管小壁厚

     注:接管的腐蝕裕量為1mm

2.7 接口管

2.7.1 液氨進料管

進料管伸進設備內部并將管口的一端切成45⁰ ，為了是避免物料沿設備內壁流動一減少磨蝕和腐蝕。為了在短時間內將物料注滿容器。

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

2.7.2 液氨出料管

在化工生產中，有時需要將液體介質運送到與容器平行的或較高的設備中去，并且獲得純凈無雜質的物料。

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。

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，液氨介質會腐蝕管壁而出現沉淀，故需在筒體底部安設排污管一個。

因此管子規格取為：，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備內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量。由于設備不大且壓力較小，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，能將容器內的空氣排到罐體外以便能順利快速的注入，需要安設一個放空管。

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過高的壓力。為了操作的安全，因此需設一安全閥，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強的條件之內，因此，以上接口管在筒體上的開孔不需要補強

液氨儲罐