20立方米液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)【20m3液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)】【含有限元】【說明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真】
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液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 學(xué)生：指導(dǎo)老師：畢畢業(yè)業(yè)論論文文開題報(bào)開題報(bào)告告外外文文翻翻譯譯正文正文方案設(shè)方案設(shè)計(jì)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)確定確定結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)載荷載荷計(jì)算計(jì)算安全安全內(nèi)流內(nèi)流場(chǎng)分場(chǎng)分析析應(yīng)力應(yīng)力分析分析壓力云壓力云圖圖液液體體體體積積分分?jǐn)?shù)數(shù)圖圖CAD二二維零件維零件圖及裝圖及裝配圖配圖3D圖形圖形展示及展示及爆炸圖爆炸圖焊接焊接 安全2013年6月3日清晨，吉林省德惠市一禽業(yè)公司發(fā)生火災(zāi)，截至中午12時(shí)46分，火災(zāi)已造成61人死亡，數(shù)十位人受傷。據(jù)公安部消防局最新消息，該事故是因液氨泄漏引發(fā)爆炸。中午時(shí)分，當(dāng)?shù)叵缕鸲虝旱募庇?，雨后現(xiàn)場(chǎng)煙霧減少了許多，但仍能聞到異味。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)警察介紹，因?yàn)閺S區(qū)內(nèi)可能發(fā)生氨氣泄漏，隨時(shí)有爆炸可能，所以將警戒線擴(kuò)大，在廠區(qū)周圍1000米范圍內(nèi)的人員均被疏散300公斤TNT當(dāng)量和75.7m擴(kuò)散半徑(50M3)安全液氨儲(chǔ)罐物理爆炸安全液氨儲(chǔ)罐泄露中毒空氣中氨濃度達(dá)到O5時(shí)，人吸入510min即可致死安全液氨儲(chǔ)罐引發(fā)火災(zāi)和化學(xué)爆炸安全預(yù)防措施液氨儲(chǔ)罐必須有良好的防腐措施；嚴(yán)格控制液氨儲(chǔ)罐充裝量，液氨儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存系數(shù)不應(yīng)大于0.9，不要過量充裝；液氨儲(chǔ)罐防止意外受熱或罐體溫度過高而致使飽和蒸氣壓力顯著增加；盡量減少空氣進(jìn)入液氨儲(chǔ)罐；液氨儲(chǔ)罐盡可能保持較低的工作溫度，低溫儲(chǔ)存，并設(shè)置噴淋水，遮陽(yáng)棚安全閥、壓力表等安全裝置必須齊全完好，妥善維護(hù)，定期校驗(yàn)，確保靈敏可靠；氨站應(yīng)采用敞開式，氨站建筑物的地面應(yīng)耐酸堿防止火源、熱源發(fā)生，定期檢查照明電路，防止摩擦、撞擊及靜電火花產(chǎn)生，檢修時(shí)使用銅扳手等銅制工具進(jìn)行操作，嚴(yán)格控制動(dòng)火 液氨儲(chǔ)罐爆炸圖 原始數(shù)據(jù)：工藝條件：溫度為50，50氨飽和蒸氣壓2.03Mpa，容積為20m3，工作壓力1.62Mpa，風(fēng)和雪載荷不考慮 內(nèi)流場(chǎng)分析網(wǎng)格中間筒體六面體網(wǎng)格，兩邊封頭四面體網(wǎng)格內(nèi)流場(chǎng)分析壁面速度邊界內(nèi)流場(chǎng)分析 全為液體時(shí)的壓力云圖 初始?xì)怏w占四分之一的壓力云圖初始?xì)怏w占四分之一的液體體積分?jǐn)?shù)圖焊接焊接接頭形式：對(duì)接 容器的主體、簡(jiǎn)體與封頭等重要部位的連接均采用對(duì)接接頭，因?qū)咏宇^受力比較均勻，強(qiáng)度可達(dá)到與母材相等。角接 管接頭與殼體的連接多用角接頭。搭接 搭接接頭主要用于非受壓部件與受壓殼體的連接。鞍座，裙座，補(bǔ)強(qiáng)圈等。焊接順序：先焊縱縫，后焊環(huán)縫；先焊大坡口面焊縫，后焊小坡口面焊縫缺陷：裂紋，夾渣，未熔透，未熔合，氣孔，咬邊，焊瘤 A類接頭是容器中受力最大的接頭，所以要求用雙面焊或保證全面焊透的單面焊縫，主要是筒節(jié)的拼接縱縫，封頭瓣片的拼接縫、半球形封頭與筒體的環(huán)焊縫等；B類接頭的工作應(yīng)力A類的1/2，除可以采用雙面焊的對(duì)接接頭之外，也可采用帶襯墊的單面焊縫。它包括筒節(jié)間的環(huán)焊縫、橢圓形及蝶形封頭與接管相接的環(huán)焊縫等；C類接頭受力較小，通常用角焊縫連接。但對(duì)高壓容器，裝有劇毒介質(zhì)的容器和低溫容器應(yīng)采用全焊透接頭。如法蘭、板管處的焊縫；D類接頭是接管與筒體的交叉焊縫、受力條件較差，且存在較高的應(yīng)力集中。the end
摘要
[摘要]
壓力儲(chǔ)罐是用于儲(chǔ)存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)，在化工、石油、能源、輕工、環(huán)保、制藥及食品等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)運(yùn)用常規(guī)設(shè)計(jì)的方法，對(duì)臥式液氨儲(chǔ)罐的筒體、封頭進(jìn)行厚度設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)水壓試驗(yàn)進(jìn)行校核，并對(duì)所開人孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇密封裝置、人孔、支座、接口管以及部分安全附件。根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的需要附上一些儲(chǔ)罐零件圖與儲(chǔ)罐裝配簡(jiǎn)圖。完成了一個(gè)相對(duì)比較完整的臥式液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)。?
關(guān)鍵詞：儲(chǔ)罐；壓力容器；設(shè)計(jì)；計(jì)算??
Abstract
Student: yupeng, Institute of Mechanical Engineering
Professor: zhangqin, Institute of Mechanical Engineering
Storage?tank?is?used?to?store?or?pack?gases,?liquids,?liquefaction?gases?and?other?media.?It?is?widely?used?in?the?chemical?industry,?petroleum,?energy,?light?industry,?environmental?protection,?pharmacy?and?food?industries.?Conventional?design?methods?is?used?in?this?design?to?calculate?and?design?the?thickness?of?the?horizontal?cylinder?of?liquid?ammonia?storage?tank?and?the?head,?check?the?water?pressure?test,?and?reinforced?design?of?the?opened?manhole.?Selected?hermetic?devices,?manhole,?supports,?hicky?tube?and?security?accessories?according?to?related?standard.?It?includes?some?simplified?drawing?of?tank?parts?and?tank?assembly?according?to?the?needs?of?this?design.?A?relatively?completed?design?of?horizontal?liquid?ammonia?storage?tank?is?accomplished.?
Keywords:?storage?tank;?pressure?vessel;?design;?calculate
XIV
任務(wù)書
學(xué)院（系）專業(yè) 班級(jí)
學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師/職稱
1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：
液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)
2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間：2013年3月～2013年6月
3．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分）
資料：
（1） 徐英、楊一凡、朱萍，球罐和大型儲(chǔ)罐，化學(xué)工業(yè)出版社，2000年
1月
（2）陳登豐，壓力容器，1987年1月：58—68
（3）GB 150—1998 《鋼制壓力容器》
（4）壓力容器手冊(cè)（下）， 勞動(dòng)人事出版社， 1989年1月：
（5）實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（下）第2版， 機(jī)械工業(yè)出版社， 1994年1月 ：523-524
原始數(shù)據(jù)：
工作介質(zhì)：液氨
設(shè)計(jì)容積：20 m3
工作壓力：
工作溫度：
風(fēng)和雪載荷：不考慮
4．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容
（1）完成相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)研
（2）方案設(shè)計(jì)
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（4）載荷計(jì)算
（5）繪制儲(chǔ)罐裝配圖和零件圖
5．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的目標(biāo)及具體要求
（1）閱讀與研究課題有關(guān)的有代表性的參考文獻(xiàn)資料15篇以上
（2）與研究課題有關(guān)的譯文不少于3千漢字 (或 2 萬(wàn)印刷字符的外文原文的翻譯)
（3）論文正文不少于1.2萬(wàn)字
（4）儲(chǔ)罐總裝圖1張
（5）儲(chǔ)罐零件圖若干
6、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需的條件及上機(jī)時(shí)數(shù)要求
熟悉AUTOCAD
上機(jī)200小時(shí)
任務(wù)書批準(zhǔn)日期 年 月 日 教研室(系)主任(簽字)
任務(wù)書下達(dá)日期 年 月 日 指導(dǎo)教師(簽字)
完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生（簽名）
III
長(zhǎng)江大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
題 目 名 稱 液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)
院 （系） 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí) 裝備10901班
指 導(dǎo) 教 師 張 琴
輔 導(dǎo) 教 師 張 琴
開題報(bào)告日期 2013年3月
液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)
學(xué) 生：余鵬，長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
指導(dǎo)老師：張琴，長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
1. 題目來源
題目來源：生產(chǎn)實(shí)踐
2. 研究目的及意義
儲(chǔ)罐是用于儲(chǔ)存液體或氣體的鋼制密封容器即為鋼制儲(chǔ)罐，防腐儲(chǔ)罐工程是石油、化工、糧油、食品、消防、交通、冶金、國(guó)防等行業(yè)必不可少的、重要的基礎(chǔ)設(shè)施，我們的經(jīng)濟(jì)生活中總是離不開大大小小的鋼制儲(chǔ)罐，鋼制儲(chǔ)罐，防腐儲(chǔ)罐在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所起的重要作用是無可替代的。鋼制儲(chǔ)罐是儲(chǔ)存各種液體（或氣體）原料及成品的專用設(shè)備，對(duì)許多企業(yè)來講沒有儲(chǔ)罐就無法正常生產(chǎn)，特別是國(guó)家戰(zhàn)略物資儲(chǔ)備均離不開各種容量和類型的防腐儲(chǔ)罐等儲(chǔ)罐。
液氨儲(chǔ)罐的容積一般都小于100m3，近年來隨著制造工藝的提高其容積有逐漸增大的趨勢(shì)。隨著容積的增大，儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)和使用中的安全可靠性就變得極為重要。然而我國(guó)液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)制造技術(shù)的還遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平，制造較困難，加工費(fèi)用高。
國(guó)際能源機(jī)構(gòu)建議其成員國(guó)建立起至少維持各自石油消費(fèi)90天的戰(zhàn)略儲(chǔ)備量美國(guó)、日本和德國(guó)的石油儲(chǔ)備分別達(dá)到了158天、161天和127天，而我國(guó)原油的綜合儲(chǔ)備天數(shù)僅能達(dá)到30天的水平。因此國(guó)家正在積極組織實(shí)施石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地的建設(shè)需要大型儲(chǔ)罐和特大型儲(chǔ)罐的發(fā)展作為技術(shù)支撐。目前國(guó)內(nèi)大型油庫(kù)中的儲(chǔ)罐仍以10萬(wàn)m3儲(chǔ)罐為主，而國(guó)外單罐容積已達(dá)到了20萬(wàn)m3。無論從積極推進(jìn)國(guó)家石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備的建設(shè)，還是提高我國(guó)特大型儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)建造技術(shù)水平都需要在儲(chǔ)罐方面得以提高。所以研究液氨儲(chǔ)罐對(duì)我國(guó)石油化工等行業(yè)有著極其重要的意義.
3. 閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱
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卷.第6期
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[8]. 姜運(yùn)建.基于ABAQUS液氨儲(chǔ)罐管座角接頭應(yīng)力計(jì)算. PRESSURE VESSEL
TECHNOLOGY.2011.第28卷第2期
[9]. 潘旭海.基于模擬計(jì)算的液氨儲(chǔ)罐泄漏潛在危險(xiǎn)性分析.石油化工高等學(xué)校學(xué)
報(bào).2006.第19卷.第1期
[10]. 孫東亮.基于質(zhì)量流率離散方法的液氨儲(chǔ)罐泄漏擴(kuò)散模型的研究.工業(yè)安全與環(huán)
保.2010.第36卷.第6期
[11]. 張曦.蒙德法在火電廠液氨儲(chǔ)罐評(píng)價(jià)單元的應(yīng)用.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù).2012.
第8卷第2期
[12]. 張健健.淺論液氨儲(chǔ)罐壓力容器設(shè)計(jì)的常見問題.今日湖北.2012年第6期（中）
[13]. 鄭世南.淺析電廠SCR煙氣脫硝液氨儲(chǔ)罐腐蝕防護(hù).管理觀察.2010年1月上旬
刊
[14]. 莫振輝.田東電廠脫硫工程液氨儲(chǔ)罐泄漏事故后果模擬分析.紅河水.2010.第29
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[15]. 朱曉鵬.液氨儲(chǔ)罐安全運(yùn)行與維護(hù)管理.大氮肥.2008.第31卷第5期
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[17]. 丁曉曄.液氨儲(chǔ)罐事故性泄漏擴(kuò)散過程模擬分析.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù).2007.
第3卷第3期
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Distribution in a Spherical Shell of Liquified Natural Gas (LNG)Pressure Vessels.Engineering.2011.3.1012-1017
4. 壓力容儲(chǔ)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向
4.1國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)外通過各種手段進(jìn)一步減少油品損失，降耗節(jié)能，重視安全和污染，強(qiáng)化防腐和監(jiān)測(cè)技術(shù)；地上罐進(jìn)一步大型化的勢(shì)頭不甚明顯。 隨著化工、石油、能源、鍋爐等工業(yè)的迅速發(fā)展，壓力容器向大型化發(fā)展， 容器的直徑、容積、厚度、質(zhì)量等參數(shù)增大。容器的工作條件如溫度、壓力、介質(zhì)越來越惡劣、復(fù)雜，而且這一大型化的趨勢(shì)還在繼續(xù)。容器大型化可以節(jié)約能源、節(jié)約材料、降低投資、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。
1962年，美國(guó)芝加哥橋梁公司首先建成了10萬(wàn)m3浮頂油罐；1964年，殼牌石油公司在歐洲建成了10萬(wàn)m3的浮頂儲(chǔ)罐； 1967年，委內(nèi)瑞拉建成15萬(wàn)m3的浮頂儲(chǔ)罐；1971年，日本建成了16萬(wàn)m3大型儲(chǔ)罐；1975年，國(guó)內(nèi)建成了首臺(tái)5萬(wàn)m3浮頂油罐；1985年從日本引進(jìn)10萬(wàn)m3浮頂罐的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)并在秦皇島建造之后，陸續(xù)又引進(jìn)建造了20多臺(tái)10萬(wàn)m3浮頂罐，并且開始研制大型儲(chǔ)罐用國(guó)產(chǎn)鋼材。
國(guó)內(nèi)液氨儲(chǔ)罐行業(yè)在各區(qū)域發(fā)展不平衡，特別是低溫儲(chǔ)罐但發(fā)展不平衡問題還很突出，主要表現(xiàn)在發(fā)展存量差距大、客觀條件制約多、體制政策不完善等。
2001年，秦景娜等在《低溫液氨儲(chǔ)罐的保冷設(shè)計(jì)》一文中指出根據(jù)其提供的保冷材料和施工要求等設(shè)計(jì)方式可以滿足液氨的儲(chǔ)存、裝運(yùn)、緩沖及平衡作用。并有實(shí)際運(yùn)行達(dá)10多年的設(shè)備作佐證。
2007年，朱曉紅等在《爆炸與中毒模型在液氨儲(chǔ)罐安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用》一文中指出研究液氨儲(chǔ)罐的安全性具有重大意義，并提出將氣體蒸氣云爆炸模型和中毒事故模型應(yīng)用于液氨儲(chǔ)罐的安全評(píng)價(jià)中從而判定儲(chǔ)罐區(qū)的危險(xiǎn)性和危害程度。
2009年，周德紅等在《合成氨廠液氨儲(chǔ)罐泄漏環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析》一文中通過對(duì)合成氨廠液氨儲(chǔ)罐泄漏的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)分析，為合成氨廠的環(huán)境選址可行性開辟了一條新思路，可以有效地預(yù)測(cè)、預(yù)防、控制災(zāi)害性事故的發(fā)生，確保石化企業(yè)生產(chǎn)的安全運(yùn)行和社會(huì)的穩(wěn)定。
2011年，趙新文在《 液氨儲(chǔ)罐在生產(chǎn)過程中發(fā)生危險(xiǎn)性分析及預(yù)防措施 》一文中中指出充分應(yīng)用系統(tǒng)安全工程學(xué)的方法和手段，形成完整的閉路循環(huán)管理系統(tǒng)，使液氨儲(chǔ)罐始終保持安全運(yùn)行的動(dòng)態(tài)平衡，把液氨儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)性控 制在可接受的范圍內(nèi)。
2012年，李明在《液氨泄漏事故處置應(yīng)急措施探討》一文中指出在氨泄露事故發(fā)生后采取的一系列措施可以將事故的盡可能危害降低。
4.2研究的主攻方向
國(guó)外的研究方向是通過研究新方式減少油品損失，降低能耗，重視安全與污染，強(qiáng)化防腐和監(jiān)測(cè)手段。國(guó)內(nèi)的研究方向是改進(jìn)新技術(shù)提高液氨儲(chǔ)罐安全環(huán)保性，包括提高儲(chǔ)罐焊接技術(shù)。通過對(duì)眾多文獻(xiàn)的閱讀與學(xué)習(xí)，下面決定將主攻方向放在液氨儲(chǔ)罐的防泄漏性設(shè)計(jì)及安全評(píng)估設(shè)計(jì)。
5.主要研究?jī)?nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路
（1）液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括筒體，封頭，零部件的材料選取。
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算及其校核，包括抵抗斷裂的能力，有抗風(fēng)荷的能力，有抗地震的能力。
（3）零件及其裝配圖。
（4）焊接方法及其工藝。由于考慮到安全性，需要重點(diǎn)考慮焊縫的質(zhì)量與校核的嚴(yán)
密性用ANSYS進(jìn)行應(yīng)力分析。
6.完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件及解決的辦法
1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)所需的原始數(shù)據(jù)
工作介質(zhì)：液氨 設(shè)計(jì)容積：20 m3
工作壓力： 工作溫度：
風(fēng)和雪載荷：不考慮
2、 完成設(shè)計(jì)所必需具備的工作條件
（1）電腦和相關(guān)設(shè)計(jì)資料及數(shù)據(jù)
（2）各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)標(biāo)工具書
3、 解決辦法
（1）充分有效的利用網(wǎng)絡(luò)和圖書館查閱權(quán)威資料和欠缺材料
（2）與相關(guān)老師聯(lián)系，尋求適當(dāng)指導(dǎo)和幫助
七．工作的主要階段、速度及時(shí)間安排
第01周（3月15日～3月21日）：搜索資料，撰寫開題報(bào)告，進(jìn)行文獻(xiàn)翻譯。
第02周（3月22日～3月29日）：搜集相關(guān)設(shè)計(jì)資料，為設(shè)計(jì)準(zhǔn)備；
第03周（3月30日～4月05日）：筒體，封頭，零部件的材料選??；
第04周（4月06日～4月12日）：筒體，封頭，零部件設(shè)計(jì)；
第05周（4月13日～4月19日）：焊接方法及其工藝；
第06周（4月20日～4月26日）：零件及焊接校核；
第07周（4月27日～5月03日）：軟件應(yīng)力測(cè)試；
第08周（5月04日～5月10日）：畫零件及其裝配圖；
第09周（5月11日～5月17日）：編寫說明書；
第10周（5月18日～5月23日）：定稿，制作設(shè)計(jì)電子版及準(zhǔn)備答辯所需資料；
第11周（5月24日～5月30日）：模擬答辯，再次對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行校核；
第12周（5月31日～6月06日）：答辯。
八．指導(dǎo)老師審查意見
VII
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))指導(dǎo)教師評(píng)審意見
學(xué)生姓名
余鵬
專業(yè)班級(jí)
裝備10901班
畢業(yè)論文
(設(shè)計(jì))題目
液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師
張琴
職 稱
講師
評(píng)審日期
2013年6月10日
評(píng)審參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。
評(píng)審意見：
指導(dǎo)教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_______分
（注：此頁(yè)不夠，請(qǐng)轉(zhuǎn)反面）
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)
學(xué)生姓名
余鵬
專業(yè)班級(jí)
裝備10901班
畢業(yè)論文
(設(shè)計(jì))題目
液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)
評(píng)閱教師
職 稱
評(píng)閱日期
2013年6月11日
評(píng)閱參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。
評(píng)語(yǔ)：
評(píng)閱教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_______分
（注：此頁(yè)不夠，請(qǐng)轉(zhuǎn)反面）
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定
學(xué)生姓名
余鵬
專業(yè)班級(jí)
裝備10901班
畢業(yè)論文
(設(shè)計(jì))題目
液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)
答辯時(shí)間
2013 年 6 月 13 日 8:00～17:40時(shí)
答辯地點(diǎn)
7教院會(huì)議室
一、答辯小組組成
答辯小組組長(zhǎng)：眭滿倉(cāng)
張善彪 謝麗芳 錢利勤 黃天成 門朝威
二、答辯記錄摘要
答辯小組提問（分條摘要列舉）
學(xué)生回答情況評(píng)判
三、答辯小組對(duì)學(xué)生答辯成績(jī)的評(píng)定（百分制）：_______分
畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))最終成績(jī)?cè)u(píng)定(依據(jù)指導(dǎo)教師評(píng)分、評(píng)閱教師評(píng)分、答辯小組評(píng)分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評(píng)分的相關(guān)規(guī)定)
等級(jí)(五級(jí)制)：_______
答辯小組組長(zhǎng)(簽名) ： 秘書(簽名)： 2013年 6月13日
院(系)答辯委員會(huì)主任(簽名)： 院(系)(蓋章)
II
開題報(bào)告
題 目 名 稱 液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)
院 （系）
專 業(yè) 班 級(jí)
指 導(dǎo) 教 師
輔 導(dǎo) 教 師
開題報(bào)告日期
1
液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)
1. 題目來源
題目來源：生產(chǎn)實(shí)踐
2. 研究目的及意義
儲(chǔ)罐是用于儲(chǔ)存液體或氣體的鋼制密封容器即為鋼制儲(chǔ)罐，防腐儲(chǔ)罐工程是石油、化工、糧油、食品、消防、交通、冶金、國(guó)防等行業(yè)必不可少的、重要的基礎(chǔ)設(shè)施，我們的經(jīng)濟(jì)生活中總是離不開大大小小的鋼制儲(chǔ)罐，鋼制儲(chǔ)罐，防腐儲(chǔ)罐在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所起的重要作用是無可替代的。鋼制儲(chǔ)罐是儲(chǔ)存各種液體（或氣體）原料及成品的專用設(shè)備，對(duì)許多企業(yè)來講沒有儲(chǔ)罐就無法正常生產(chǎn)，特別是國(guó)家戰(zhàn)略物資儲(chǔ)備均離不開各種容量和類型的防腐儲(chǔ)罐等儲(chǔ)罐。
液氨儲(chǔ)罐的容積一般都小于100m3，近年來隨著制造工藝的提高其容積有逐漸增大的趨勢(shì)。隨著容積的增大，儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)和使用中的安全可靠性就變得極為重要。然而我國(guó)液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)制造技術(shù)的還遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平，制造較困難，加工費(fèi)用高。
國(guó)際能源機(jī)構(gòu)建議其成員國(guó)建立起至少維持各自石油消費(fèi)90天的戰(zhàn)略儲(chǔ)備量美國(guó)、日本和德國(guó)的石油儲(chǔ)備分別達(dá)到了158天、161天和127天，而我國(guó)原油的綜合儲(chǔ)備天數(shù)僅能達(dá)到30天的水平。因此國(guó)家正在積極組織實(shí)施石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地的建設(shè)需要大型儲(chǔ)罐和特大型儲(chǔ)罐的發(fā)展作為技術(shù)支撐。目前國(guó)內(nèi)大型油庫(kù)中的儲(chǔ)罐仍以10萬(wàn)m3儲(chǔ)罐為主，而國(guó)外單罐容積已達(dá)到了20萬(wàn)m3。無論從積極推進(jìn)國(guó)家石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備的建設(shè)，還是提高我國(guó)特大型儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)建造技術(shù)水平都需要在儲(chǔ)罐方面得以提高。所以研究液氨儲(chǔ)罐對(duì)我國(guó)石油化工等行業(yè)有著極其重要的意義.
3. 閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱
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[3]. 秦景娜.低溫液氨儲(chǔ)罐的保冷設(shè)計(jì).大化集團(tuán)大連設(shè)計(jì)研究院.2001年.第七期
[4]. 樊國(guó)帥.低溫液氨儲(chǔ)罐的冰機(jī)選型設(shè)計(jì).廣州化工.2012.第40卷第19期
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[6]. 周德紅.合成氨廠液氨儲(chǔ)罐泄漏環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析.安全與環(huán)境工程.2009.第16卷第2期
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TECHNOLOGY.2011.第28卷第2期
[9]. 潘旭海.基于模擬計(jì)算的液氨儲(chǔ)罐泄漏潛在危險(xiǎn)性分析.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào).2006.第19卷
第1期
[10]. 孫東亮.基于質(zhì)量流率離散方法的液氨儲(chǔ)罐泄漏擴(kuò)散模型的研究.工業(yè)安全與環(huán)保.2010.第36
卷第6期
[11]. 張曦.蒙德法在火電廠液氨儲(chǔ)罐評(píng)價(jià)單元的應(yīng)用.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù).2012.第8卷第2期
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[17]. 丁曉曄.液氨儲(chǔ)罐事故性泄漏擴(kuò)散過程模擬分析.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù).2007.第3卷第3期
[18]. 彭林.液氨儲(chǔ)罐事故泄漏環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)探討.廣東化工.2009.第36卷第4期.
[19] . Oludele Adeyefa, Oluleke Oluwole .Finite Element Analysis of Von-Mises Stress Distribution in
a Spherical Shell of Liquified Natural Gas (LNG)Pressure Vessels .Engineering, 2011, 3, 1012-1017
4. 壓力容儲(chǔ)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向
4.1國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)外通過各種手段進(jìn)一步減少油品損失，降耗節(jié)能，重視安全和污染，強(qiáng)化防腐和監(jiān)測(cè)技術(shù)；地上罐進(jìn)一步大型化的勢(shì)頭不甚明顯。 隨著化工、石油、能源、鍋爐等工業(yè)的迅速發(fā)展，壓力容器向大型化發(fā)展， 容器的直徑、容積、厚度、質(zhì)量等參數(shù)增大。容器的工作條件如溫度、壓力、介質(zhì)越來越惡劣、復(fù)雜，而且這一大型化的趨勢(shì)還在繼續(xù)。容器大型化可以節(jié)約能源、節(jié)約材料、降低投資、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。
1962年,美國(guó)芝加哥橋梁公司首先建成了10萬(wàn)m3浮頂油罐；1964年,殼牌石油公司在歐洲建成了10萬(wàn)m3的浮頂儲(chǔ)罐； 1967年,委內(nèi)瑞拉建成15萬(wàn)m3的浮頂儲(chǔ)罐；1971年,日本建成了16萬(wàn)m3大型儲(chǔ)罐;1975年,國(guó)內(nèi)建成了首臺(tái)5萬(wàn)m3浮頂油罐;1985年從日本引進(jìn)10萬(wàn)m3浮頂罐的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)并在秦皇島建造之后，陸續(xù)又引進(jìn)建造了20多臺(tái)10萬(wàn)m3浮頂罐，并且開始研制大型儲(chǔ)罐用國(guó)產(chǎn)鋼材。
國(guó)內(nèi)液氨儲(chǔ)罐行業(yè)在各區(qū)域發(fā)展不平衡，特別是低溫儲(chǔ)罐但發(fā)展不平衡問題還很突出，主
要表現(xiàn)在發(fā)展存量差距大、客觀條件制約多、體制政策不完善等。
2001年， 秦景娜等在《低溫液氨儲(chǔ)罐的保冷設(shè)計(jì)》一文中指出根據(jù)其提供的保冷材料和
施工要求等設(shè)計(jì)方式可以滿足液氨的儲(chǔ)存、裝運(yùn)、緩沖及平衡作用。并有實(shí)際運(yùn)行達(dá)10多年的設(shè)備作佐證。
2007年，朱曉紅等在《爆炸與中毒模型在液氨儲(chǔ)罐安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用》一文中指出研究液氨儲(chǔ)罐的安全性具有重大意義，并提出將氣體蒸氣云爆炸模型和中毒事故模型應(yīng)用于液氨儲(chǔ)罐的安全評(píng)價(jià)中從而判定儲(chǔ)罐區(qū)的危險(xiǎn)性和危害程度。
2009年，周德紅等在《合成氨廠液氨儲(chǔ)罐泄漏環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析》一文中通過對(duì)合成氨廠液氨儲(chǔ)罐泄漏的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)分析，為合成氨廠的環(huán)境選址可行性開辟了一條新思路，可以有效地
預(yù)測(cè)、預(yù)防、控制災(zāi)害性事故的發(fā)生，確保石化企業(yè)生產(chǎn)的安全運(yùn)行和社會(huì)的穩(wěn)定。
2011年，趙新文在《 液氨儲(chǔ)罐在生產(chǎn)過程中發(fā)生危險(xiǎn)性分析及預(yù)防措施 》一文中中指出充分應(yīng)用系統(tǒng)安全工程學(xué)的方法和手段，形成完整的閉路循環(huán)管理系統(tǒng)，使液氨儲(chǔ)罐始終保
持安全運(yùn)行的動(dòng)態(tài)平衡，把液氨儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)性控 制在可接受的范圍內(nèi)。
2012年，李明在《液氨泄漏事故處置應(yīng)急措施探討》一文中指出在氨泄露事故發(fā)生后采取的一系列措施可以將事故的盡可能危害降低。
4.2研究的主攻方向
國(guó)外的研究方向是通過研究新方式減少油品損失，降低能耗，重視安全與污染，強(qiáng)化防腐和監(jiān)測(cè)手段。國(guó)內(nèi)的研究方向是改進(jìn)新技術(shù)提高液氨儲(chǔ)罐安全環(huán)保性，包括提高儲(chǔ)罐焊接技術(shù)。通過對(duì)眾多文獻(xiàn)的閱讀與學(xué)習(xí)，下面決定將主攻方向放在液氨儲(chǔ)罐的防泄漏性設(shè)計(jì)及安全評(píng)估設(shè)計(jì)。
5.主要研究?jī)?nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路
（1）液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括筒體，封頭，零部件的材料選取。
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算及其校核，包括抵抗斷裂的能力，有抵抗風(fēng)荷的能力，有抗地震的能力。
（3）零件及其裝配圖。
（4）焊接方法及其工藝。由于考慮到安全性，需要重點(diǎn)考慮焊縫的質(zhì)量與校核的嚴(yán)密性
用ANSYS進(jìn)行應(yīng)力分析。
6.完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件及解決的辦法
1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)所需的原始數(shù)據(jù)
工作介質(zhì)：液氨 設(shè)計(jì)容積：20 m3
工作壓力： MPa 工作溫度：°C
抗震設(shè)防烈度：度 風(fēng)和雪載荷：不考慮
2、 完成設(shè)計(jì)所必需具備的工作條件
（1） 電腦和相關(guān)設(shè)計(jì)資料及數(shù)據(jù)
（2） 各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)標(biāo)工具書
3、 解決辦法
（1） 充分有效的利用網(wǎng)絡(luò)和圖書館查閱權(quán)威資料和欠缺材料
（2） 與相關(guān)老師聯(lián)系，尋求適當(dāng)指導(dǎo)和幫助
七．工作的主要階段、速度及時(shí)間安排
第01周（3月15日～3月21日）：搜索資料，撰寫開題報(bào)告，進(jìn)行文獻(xiàn)翻譯。
第02周（3月22日～3月29日）：搜集相關(guān)設(shè)計(jì)資料，為設(shè)計(jì)準(zhǔn)備；
第03周（3月30日～4月05日）：筒體，封頭，零部件的材料選??；
第04周（4月06日～4月12日）：筒體，封頭，零部件設(shè)計(jì)；
第05周（4月13日～4月19日）：焊接方法及其工藝；
第06周（4月20日～4月26日）：零件及焊接校核；
第07周（4月27日～5月03日）：軟件應(yīng)力測(cè)試；
第08周（5月04日～5月10日）：畫零件及其裝配圖；
第09周（5月11日～5月17日）：編寫說明書；
第10周（5月18日～5月23日）：定稿，制作設(shè)計(jì)電子版及準(zhǔn)備答辯所需資料；
第11周（5月24日～5月30日）：模擬答辯，再次對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行校核；
第12周（5月31日～6月06日）：答辯。
八．指導(dǎo)老師審查意見
- 4 -
12m/s
一、罐內(nèi)壓力分布
圖1 0.01s內(nèi)罐內(nèi)壓力分布（相對(duì)設(shè)計(jì)壓力2.23MPa） 0.005s
圖2 0.01～0.3s罐內(nèi)壓力分布（相對(duì)設(shè)計(jì)壓力2.23MPa） 0.015s
圖3 超過0.3s 罐內(nèi)壓力分布（相對(duì)設(shè)計(jì)壓力2.23MPa） 0.325s
二、罐內(nèi)液體體積分?jǐn)?shù)分布
圖4 0.01s內(nèi)罐內(nèi)液體體積分?jǐn)?shù)分布 0.005s
圖5 0.01～0.3s罐內(nèi)液體體積分?jǐn)?shù)分布 0.015s
圖6 超過0.3s罐內(nèi)液體體積分?jǐn)?shù)分布 0.325s
前言
前言
在與普通機(jī)械設(shè)備相比，對(duì)于處理如氣體、液體等流體材料為主的化工設(shè)備，其所處的工藝條件和過程都比較復(fù)雜。尤其在化學(xué)工業(yè)、石油化工部門使用的設(shè)備，多數(shù)情況下是在高溫、低溫、高壓、高真空、強(qiáng)腐蝕、易燃易爆、有毒的苛刻條件下操作，加之生產(chǎn)過程具有連續(xù)性和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，這就需要要求在役設(shè)備既要安全可靠地運(yùn)行，又要滿足工藝過程的要求，同時(shí)還應(yīng)具有較高的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)以及易于操作和維護(hù)的特點(diǎn)。
生產(chǎn)過程苛刻的操作條件決定了設(shè)備必須可靠運(yùn)行，為了保證其安全運(yùn)行，防止事故發(fā)生，化工設(shè)備應(yīng)該具有足夠的能力來承受使用壽命內(nèi)可能遇到的各種外來載荷。就是要求所使用的設(shè)備具有足夠強(qiáng)度、韌性和剛度，以及良好的密封性和耐腐化工設(shè)備是由不同的材料制造而成的，其安全性與材料的強(qiáng)度密度切相關(guān)。在相同的設(shè)計(jì)條件下，提高材料強(qiáng)度無疑可以保證設(shè)備具有較高的安全性。由于材料、焊接和使用等方面的原因，化工設(shè)備不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種各樣的缺陷，在選材時(shí)充分考慮材料在破壞前吸收變形能量的能力水平，并注意材料強(qiáng)度和韌性的合理搭配。設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)該確保具有足夠的強(qiáng)度抵抗變形能力，在相同工藝條件下，為了獲得較好的效果，設(shè)備可以使用不同的結(jié)構(gòu)內(nèi)件、附件等。并充分利用材料性能，使用簡(jiǎn)單和易于保證質(zhì)量的制造方法，減少加工量，降低制造成本?；ぴO(shè)備除了要滿足工藝條件和考慮經(jīng)濟(jì)性能，使設(shè)備操作簡(jiǎn)單，便于維護(hù)和控制，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就應(yīng)該考慮易損零部件的可維護(hù)性和可修理性。對(duì)于化工設(shè)備提出的基本要求比較多，全部滿足顯然是比較困難的，但是主要還是化工設(shè)備的安全性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性，且核心是安全性要求。由此，可以針對(duì)化工設(shè)備的具體使用情況，優(yōu)先考慮主要要求，再適當(dāng)兼顧次要要求。
第 1 頁(yè) 共 39 頁(yè)
1.方案設(shè)計(jì)
1.方案設(shè)計(jì)
1.1設(shè)計(jì)符號(hào)說明
英文字母
———容器的設(shè)計(jì)壽命,;
———貯罐內(nèi)徑，;
———鋼板的許用應(yīng)力，
———儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力，
———鋼板厚度負(fù)偏差, ;
———介質(zhì)的腐蝕裕量, ;
希臘字母
———罐體計(jì)算厚度, ;
———罐體設(shè)計(jì)厚度, ;
———罐體的名義厚度, ;
———罐體的有效厚度, ;
———圓整值，
———腐蝕速率，
———焊接接頭系數(shù)
1.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
設(shè)計(jì)一液氨貯罐。工藝條件：溫度為≤50℃，50℃氨飽和蒸氣壓2.03Mpa，容積為20m3 ，工作壓力≤1.62Mpa，抗震設(shè)防烈度≤7度，風(fēng)和雪載荷不考慮
1.3 設(shè)計(jì)思路
液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛，為運(yùn)輸及儲(chǔ)存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨。液氨在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，所以其化學(xué)事故發(fā)生率相當(dāng)高。氨作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛。分子式NH3，分子量17.03，相對(duì)密度0.7714g/L，熔點(diǎn)-77.7℃，沸點(diǎn)-33.35℃，自燃點(diǎn)651.11℃，蒸汽壓1013.08kPa(25.7℃)。
設(shè)計(jì)壓力容器要求根據(jù)化工生產(chǎn)工藝提出的條件，確定容器設(shè)計(jì)所需參數(shù)（P、T、D），選定材料和結(jié)構(gòu)形式，通過強(qiáng)度計(jì)算確定容器筒體及封頭壁厚。對(duì)已制定材準(zhǔn)的受壓元件，可直接選取。而本設(shè)計(jì)容器為20m3的液氨儲(chǔ)罐，所以要求結(jié)合所學(xué)到的知識(shí)和利用身邊可以查到的資料對(duì)20m3的液氨儲(chǔ)罐進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.4 設(shè)計(jì)特點(diǎn)
容器的設(shè)計(jì)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(shè)備通用零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可直接選用。本設(shè)計(jì)書主要介紹了液罐的的筒體、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算，低壓通用零部件的選用。
本設(shè)計(jì)綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，結(jié)合給定的工藝參數(shù)，機(jī)械按容器的選材、壁厚計(jì)算、強(qiáng)度核算、附件選擇、焊縫標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)順序，分別對(duì)儲(chǔ)罐的筒體、封頭、人孔接管、人孔補(bǔ)強(qiáng)、接管、管法蘭、液位計(jì)、鞍座、焊接形式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選擇。設(shè)備的選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可以直接選用符合設(shè)計(jì)條件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，則選擇合適的非標(biāo)設(shè)備。
各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.5設(shè)計(jì)要求
1. 確定容器材質(zhì)；
2. 確定罐體形狀及名義厚度；
3. 確定封頭形狀及名義厚度；
4. 確定支座，人孔及接管，以及開孔補(bǔ)強(qiáng)情況
1.6技術(shù)要求
（1） 本設(shè)備按GBl50-1998《鋼制壓力容器》進(jìn)行制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收
（2） 焊接材料，對(duì)接焊接接頭型式及尺寸可按GB985-80中規(guī)定(設(shè)計(jì)焊接接頭系數(shù))
（3） 焊接采用電弧焊，焊條型號(hào)為E4303
（四）殼體焊縫應(yīng)進(jìn)行無損探傷檢查，探傷長(zhǎng)度為100％
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2.設(shè)計(jì)參數(shù)確定
2.設(shè)計(jì)參數(shù)確定
2.1 設(shè)計(jì)溫度
取設(shè)計(jì)溫度50
2.2 設(shè)計(jì)壓力
在夏季液氨儲(chǔ)罐經(jīng)太陽(yáng)暴曬，隨著氣溫的變化，儲(chǔ)罐的操作壓力也在不斷變化。通過查表可知，在50℃ 時(shí)液氨的飽和蒸汽壓(絕對(duì)壓力)為2.03MPa，密度為563kg/m3，而容器設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在工作情況下可能遇到的工作壓力和相對(duì)應(yīng)的溫度兩者相結(jié)合中最苛刻工作壓力來確定設(shè)計(jì)壓力。一般是指容器頂部最高壓力與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。
此液氨儲(chǔ)罐采用安全法，依據(jù)《球罐和大型儲(chǔ)罐》若儲(chǔ)罐采用安全法時(shí)設(shè)計(jì)壓力應(yīng)采用最大工作壓力的倍，取設(shè)計(jì)壓力P=1.1PW（Pw=2.03Mpa表壓）所以 P=1.1PW=2.23MPa。
表1 各溫度對(duì)應(yīng)液氨飽和蒸汽壓
2.3 腐蝕余量
查《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》16MnR（鍋爐壓力容器專用鋼） 耐氨腐蝕，其，若設(shè)計(jì)壽命為15年，則
2.4焊縫系數(shù)
該容器屬中壓貯存容器，按《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，氨屬中度毒性介質(zhì)，容器筒體的縱向焊接接頭和封頭基本上都采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，所以取或常見。的選取按下表選擇:
表2 焊接接頭系數(shù)
序號(hào)
焊接接頭結(jié)構(gòu)
焊接接頭系數(shù)
全部無損探傷
局部無損探傷
1
雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接焊接接頭
1.0
0.85
2
單面焊的對(duì)接焊接接頭，在焊接過程中沿焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板
0.9
0.85
此儲(chǔ)罐采用100%無損探傷，故
2.5 容器直徑
考慮到壓制封頭的規(guī)格及標(biāo)準(zhǔn)件配套選用的需要，容器的筒體和封頭的直徑都有規(guī)定。此儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的公稱直徑（內(nèi)徑）選擇。
表3 公稱直徑
公稱直徑
300、400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400、1600、1800、2000、2200、2400、2600、2800、3000、3200、3400、3600、3800、4000
2.6 許用應(yīng)力
50oC溫度時(shí)，16MnR鋼材的許用應(yīng)力表,知
表4 50oC溫度時(shí)，16MnR鋼材的許用應(yīng)力表
鋼材厚度
許用應(yīng)力
屈服極限
＜16
170
345
16～36
163
325
36～60
157
305
2.7 材料選擇
根據(jù)液氨貯罐的工作壓力（P=2.23作為設(shè)計(jì)壓力）、工作溫度和介質(zhì)的性質(zhì)可知該設(shè)備為一中壓常溫設(shè)備，介質(zhì)對(duì)碳鋼的腐蝕作用很小,主要考慮的強(qiáng)度指標(biāo)（指和）和塑性指標(biāo)適合的材料有：A3R、20g、16MnR、15MnVR、20R。為了節(jié)省金屬，高壓設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選取普通低合金鋼、中強(qiáng)度。凡屬?gòu)?qiáng)度計(jì)算為主要的中壓設(shè)備亦以采用普通低合金鋼為宜。因?yàn)榍?qiáng)度分別為 和的普通低合金鋼，其材料價(jià)格與碳素鋼差不多，但強(qiáng)度比碳素鋼約高，采用該類鋼材制造壓力容器，可以有效地減少設(shè)備質(zhì)量，降低成本，給設(shè)備的制造、運(yùn)輸、安裝帶來很大的方便。所以主要考慮16MnR和20R這兩種。
如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用20R類的低碳鋼板，16MnR鋼板的價(jià)格比20R貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇16MnR 鋼板作為制造筒體和封頭材料。
3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1儲(chǔ)罐類型選擇
儲(chǔ)罐可分為立式儲(chǔ)罐、臥式儲(chǔ)罐和球式儲(chǔ)罐。在本設(shè)計(jì)中由于設(shè)計(jì)體積較?。s為20m3）且設(shè)計(jì)壓力較?。≒=2.23Mpa）,故可采用臥式圓筒形容器，方形和矩形容器大多在很小設(shè)計(jì)體積時(shí)采用，因其承壓能力較小且使用材料較多；而球形容器雖承壓能力強(qiáng)且節(jié)省材料，但制造較難且安裝內(nèi)件不方便；立式圓筒形容器承受自然原因引起的應(yīng)力破壞的能力較弱，故選用圓筒形臥式容器。
3.2封頭的選擇
本液氨儲(chǔ)罐的封頭選用標(biāo)準(zhǔn)型橢圓形封頭。
從應(yīng)力分布情況考慮：在直徑、壁厚、設(shè)計(jì)壓力相同的條件下各種封頭應(yīng)力分布由好到壞的順序是：半球形、橢圓形、蝶形、錐形、球冠形、平板形。橢圓型封頭的最大應(yīng)力值和與其相連接的圓筒體中的最大應(yīng)力值相等，便于筒體強(qiáng)度設(shè)計(jì)；碟心封頭有兩處連接邊界，受力不及橢圓形。
從金屬消耗量考慮：在相同設(shè)計(jì)條件下，各種封頭的金屬消耗量按下列順序依次增大：半球形，橢圓形，蝶形，平板形。球形封頭用量最少，比橢圓形封頭節(jié)約25.8％，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，平板封頭則因直徑和厚度較大，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(jié)構(gòu)也不合理。
所以，從強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和制造等方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。
3.3出料接管的選擇
材料：容器接管一般應(yīng)采用無縫鋼管，所以液體進(jìn)料口接管材料選擇無縫鋼管，采用無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)GB8163-87。材料為16MnR。
結(jié)構(gòu)：接管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)切成45度，可避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動(dòng)，減少物料對(duì)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(shù)、加工條件、施焊位置等制造上的因素及運(yùn)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。否則，應(yīng)采用厚壁管或整體鍛件，以保證接管與殼體相焊部分厚度的匹配。
不需另行補(bǔ)強(qiáng)的條件：當(dāng)殼體上的開孔滿足下述全部要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)。
① 設(shè)計(jì)壓力小于或等于。
② 兩相鄰開孔中心的距離應(yīng)不小于兩孔直徑之和的2倍。
③ 接管公稱外徑小于或等于。
④ 接管滿足最小壁厚要求。
進(jìn)出料接管滿足不另行補(bǔ)強(qiáng)的要求，所以不再另行補(bǔ)強(qiáng)。
3.4容器支座的選擇
容器支座有鞍座,圈座和支腿三種,用來支撐容器的重量。可知大型臥式儲(chǔ)槽和臥式容器常采用鞍座，多于兩個(gè)支撐的長(zhǎng)容器常采用圈座，小型容器常采用支腿，由于本設(shè)計(jì)采用臥式儲(chǔ)罐，故采用鞍式支座。
3.5人孔的選擇
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。一般人孔有兩個(gè)手柄。選用時(shí)應(yīng)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(jiǎn)節(jié)的公稱直徑)、工作溫度以及人、手孔的結(jié)構(gòu)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(shè)備內(nèi)件安裝和工人進(jìn)出方便為原則。通?？梢愿鶕?jù)操作需要,在這考慮到人孔蓋直徑較大較重, 可選擇回轉(zhuǎn)蓋對(duì)焊法蘭人孔。
3.6法蘭的選擇
法蘭與筒體、封頭或管段以角焊方式聯(lián)接的，稱為平焊法蘭，平焊法蘭制造簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用，但剛性較差，緊用于壓力不高的場(chǎng)合，如管法蘭小于或等于,壓力容器法蘭小于或等于；是筒體、封頭或管段以對(duì)焊方式連接用的法蘭，稱為對(duì)焊法蘭或帶頸法蘭，對(duì)焊法蘭剛性好且對(duì)焊縫的強(qiáng)度高，適用于壓力、溫度較高的場(chǎng)合。
3.7液面計(jì)的選擇
液面計(jì)是用以指示容器內(nèi)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(jì)、玻璃管液面計(jì)、浮子液面計(jì)和浮標(biāo)液面計(jì)。在中低壓容器中常用前兩種。玻璃板液面計(jì)有透光式和反射式兩種結(jié)構(gòu)，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(jì)適用工作壓力小1.6MPa，介質(zhì)溫度在0～250℃的范圍。液面計(jì)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(jì)。液面計(jì)的選用：
（1）玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)均適用于物料內(nèi)沒有結(jié)晶等堵塞固體的場(chǎng)合。板式液面計(jì)承壓能力強(qiáng)，但是比較笨重、成本較高。
（2）玻璃板液面計(jì)一般選易觀察的透光式，只有當(dāng)物料很干凈時(shí)才選反射式。
（3）當(dāng)容器高度大于3m時(shí)，玻璃板液面計(jì)和玻璃管液面計(jì)的液面觀察效果受到限制，應(yīng)改用其它適用的液面計(jì)。
液氨為較干凈的物料，易透光，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象，所以在此選用玻璃管液面計(jì)。
4.載荷計(jì)算
4.載荷計(jì)算
4.1儲(chǔ)罐高度確定
儲(chǔ)罐容量為20m3，查表：
表5 筒身常量
公稱直徑DN
1米高容器
體積V
1米高容器內(nèi)表面積Fi
1米高容器鋼板質(zhì)量Kg
鋼板厚度
14
18
1600
2.017
5.03
397
557
2000
3.142
6.28
422
695
2200
3.801
6.81
446
764
2400
4.524
7.55
471
833
2600
5.309
8.17
496
902
表6 封頭常量
公稱直徑DN
曲面高度h1
直邊高度h0
內(nèi)表面積F
容積V
厚度
質(zhì)量G
1600
400
25
2.901
0.586
10
224
12
270
14
315
16
362
18
408
2000
500
25
4.493
1.126
14
346
16
416
18
486
2200
590
40
5.5229
1.5459
18
616
試選用公稱直徑為，由表知，筒體1米高容器體積，封頭的容積為。利用公式 代入，
得：
（1）
則總長(zhǎng)為 ,
由于液氨筒體的長(zhǎng)徑比值為為合適值，所選的長(zhǎng)徑比
所以，選用公稱直徑為的筒體合適。
4.2 設(shè)計(jì)與校核
4.2.1 筒體壁厚設(shè)計(jì)
4.2.1.1筒體計(jì)算壁厚
根據(jù)公式:
(2)
其中、、、代入公式：
由2.3可知
則
(3)
得：
根據(jù) ，查《鍋爐與壓力容器第二卷》可知鋼板厚度負(fù)偏差。則可得：
(4)
4.2.1.2筒體最小厚度校驗(yàn)
，滿足要求
4.2.1.3筒體液壓試驗(yàn)
液壓試驗(yàn)時(shí)
(5)
設(shè)計(jì)溫度
圓筒的應(yīng)力
(6)
因?yàn)? ,
所以，液壓校驗(yàn)符合要求
4.2.2筒體軸向應(yīng)力計(jì)算與校核
4.2.2.1筒體軸向彎矩計(jì)算
筒體中間處截面的彎矩用下式計(jì)算：
(7)
式中 ——鞍座反力，；
——橢圓封頭長(zhǎng)軸外半徑，；
——兩封頭切線之間的距離，；
——鞍座與筒體一端的距離，；
——封頭短軸內(nèi)半徑，。
其中：
(8)
所以：
式中 ； ；
；
將數(shù)值代入公式得
支座處截面上的彎矩
(9)
所以：
4.2.2.2筒體軸向應(yīng)力計(jì)算
由《壓力容器手冊(cè)（下）》，因?yàn)椋?，且，所以，最大軸向應(yīng)力出現(xiàn)在跨中面，校核跨中面應(yīng)力。
4.2.2.3由彎矩引起的軸向應(yīng)力
筒體中間截面上最高點(diǎn)處
(10)
式中
所以：
筒體中間截面上最低點(diǎn)處：
。
鞍座截面處最高點(diǎn)處：
鞍座截面處最低點(diǎn)處：
4.2.2.4由設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力
由： (11)
所以：
4.2.2.5軸向應(yīng)力組合與校核
最大軸向拉應(yīng)力出現(xiàn)在筒體中間截面最低處，所以
，
許用軸向拉壓應(yīng)力，
由上述計(jì)算得： ，合格。
最大軸向壓應(yīng)力出現(xiàn)在充滿水時(shí)，在筒體中間截面最高處，，
軸向許用應(yīng)力：
(12)
從《壓力容器手冊(cè)（下）》查得： ，
計(jì)算得，取許用壓縮應(yīng)力 ，
，所以合格。
4.2.3 封頭壁厚計(jì)算
4.2.3.1 封頭計(jì)算壁厚
根據(jù)公式：
（13）
本儲(chǔ)罐選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，，故形狀系數(shù)，代入：
4.2.3.2 封頭設(shè)計(jì)壁厚
根據(jù)公式：
，代入：
則名義厚度：
4.2.3.3 封頭最小厚度校驗(yàn)
，滿足要求
4.2.3.4 封頭強(qiáng)度校核
判斷： （14）
（15）
經(jīng)強(qiáng)度校核滿足要求
4.2.4筒體和封頭切向應(yīng)力校核
因筒體被封頭加強(qiáng)，筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力分別按下列計(jì)算。
4.2.4.1筒體切向應(yīng)力計(jì)算
由《壓力容器手冊(cè)（下）》查得。
所以：
（16）
4.2.4.2封頭切向應(yīng)力計(jì)算
（17）
因 ， 所以合格。
4.2.5 筒體環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算和校核
4.2.5.1 環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算
設(shè)墊片不起作用
（1）在鞍座處橫截面最低點(diǎn)
（18）
式中：——筒體的有效寬度，。
由《壓力容器手冊(cè)（下）》查得，。式中，考慮容器焊在鞍座上
（19）
式中：——鞍座軸向?qū)挾龋?
所以
所以
（2）鞍座邊角處軸向應(yīng)力
因?yàn)? ，
且
所以
4.2.5.2 環(huán)向應(yīng)力的校核
，合格。
，合格。
4.2.5.3 鞍座有效斷面平均壓力
鞍座承受的水平分力
（20）
由《壓力容器手冊(cè)（下）》查得，。
所以
。
鞍座有效斷面平均應(yīng)力
（21）
式中：——鞍座的計(jì)算高度，；
——鞍座的腹板厚度，。
其中取鞍座實(shí)際高度（）和中的最小值，即。腹板厚度
所以
應(yīng)力校核： ，式中
則
由上述計(jì)算得： (鞍座材料Q235—AF的許用應(yīng)力)
4.3人孔設(shè)計(jì)與人孔補(bǔ)強(qiáng)確定
4.3.1 人孔的尺寸選擇
表7 人孔尺寸選擇表
人孔類型，公稱壓力，公稱直徑
D
D1
帶頸平焊法蘭人孔，公稱壓力為2.5MPa，公稱直徑為450mm
480*10
640
585
d
b
b1（RF）
（1）
（1）
（1）
（2）
-
34
38
34
36
螺栓或螺柱
總質(zhì)量回轉(zhuǎn)蓋
規(guī)格
數(shù)量
M27
20
171/181
4.3.2 人孔開孔補(bǔ)強(qiáng)
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(jì)所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑，壁厚，故補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸確定如下：補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑，外徑，根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)圈的金屬表面積應(yīng)大于或等于開孔減少的截面積，補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度按下式計(jì)算：
（22）
故補(bǔ)強(qiáng)圈取厚。
4.4液面計(jì)選擇
選用玻璃管液面計(jì)(HG 21592-95)，選用材料如下：
表8 玻璃管液面計(jì)選用
內(nèi)容
玻璃管液面計(jì)
法蘭形式及其代號(hào)
A型：帶頸平焊突面管法蘭（HG 20594-95）
B型：帶頸帶焊凸面管法蘭（HG 20594-95）
C型：帶頸平焊突面管法蘭（HG 20616-95）
液面計(jì)型號(hào)
G型
液面計(jì)主要材料代號(hào)
Ⅰ：16Mn
Ⅱ：OCr18Ni9
結(jié)構(gòu)形式及其代號(hào)
無代號(hào)：普通型
W:保溫型
公稱長(zhǎng)度及（透光長(zhǎng)度*寬度）mm
1450(1160*14)
排污結(jié)構(gòu)
V：排污口配閥門
P：排污口配螺塞
液面積標(biāo)記為AG 1.6-Ⅰ W-1450。
4.5接口管選擇
4.5.1液氨進(jìn)料管
用無縫鋼管(強(qiáng)度驗(yàn)算略)。一端切成45°。配用具有突面密封的平焊管法蘭。
法蘭標(biāo)記：HG20593 法蘭SO80-1.6 RF 16MnR。
因?yàn)?，厚度等于，故不用補(bǔ)強(qiáng)。
4.5.2液氨出料管
采用可拆壓出管，用法蘭套在接口管內(nèi)。罐體接口管法蘭：
HG20593 法蘭SO50-1.6 RF 16MnR。
該法蘭與的接口管相配合并焊接在一起，另一法蘭蓋與該法蘭用焊接緊固，法蘭蓋上穿過的壓出管，兩者焊接牢。其聯(lián)結(jié)尺寸和厚度與HG20592 法蘭SO50-1.6 RF 16MnR相同，但內(nèi)徑。 液氨壓出管端部法蘭(與氨輸送管相連)用HG20592 法蘭SO50-1.6 RF 16MnR。都不必補(bǔ)強(qiáng)。壓出管伸入貯罐。
4.5.3排污管
貯罐右端最底部安設(shè)排污管1個(gè)，管子規(guī)格，管端焊有一與截止閥J41W-16相配的管法蘭：HG20592 法蘭SO50-1.6 RF 16MnR。排污管與罐體聯(lián)接處焊有一厚度為的補(bǔ)強(qiáng)圈。
4.5.4液面計(jì)接口管
本貯罐采用兩支玻璃管液面計(jì)BIW ，，HG-5227-80一支。與液面計(jì)相配的接管，
法蘭為 HG20595 法蘭WN32-2.5 RF 16MnR。
4.5.5放空管接口管
用無縫鋼管，
法蘭為 HG20592 法蘭SO25-1.6 RF 16MnR。
4.5.6安全閥接口管
其尺寸由安全閥泄放量決定。本貯罐選用的無縫鋼管，
法蘭為 HG20592 法蘭SO25-1.6 RF 16MnR。
4.6鞍座設(shè)計(jì)
儲(chǔ)罐總質(zhì)量：
式中：——罐體質(zhì)量 ——封頭質(zhì)量
——充液質(zhì)量 ——附件質(zhì)量
4.6.1 罐體質(zhì)量的計(jì)算:
罐體質(zhì)量,筒節(jié),每米質(zhì)量為,故
4.6.2 封頭質(zhì)量的計(jì)算：
封頭質(zhì)量,,直邊高度的橢圓形封頭，其質(zhì)量為,故:
4.6.3充液質(zhì)量
（23）
式中：——儲(chǔ)罐容積
——液氨的密度為
故：
4.6.4附件質(zhì)量
人孔質(zhì)量為，其他接管總和按計(jì)。故：
4.6.5設(shè)備總質(zhì)量
。
每個(gè)鞍座只約承受負(fù)荷，所以選用輕型墊板，包角為的鞍座，即：
JB/T74712-92鞍座A2200-F；
JB/T74712-92鞍座A2200-S。
4.6.6鞍座安放位置
筒體長(zhǎng)度
（24）
式中：——兩鞍座間距離
——鞍座與封頭切線之間距離
由于筒體L/D較大，且鞍座所在平面又無加強(qiáng)圈，取
6.內(nèi)流場(chǎng)分析
5. 應(yīng)力分析
壓力容器的不連續(xù)區(qū)往往是壓力容器的高應(yīng)力區(qū)，由于這些不連續(xù)區(qū)的幾何形狀一般較為復(fù)雜，難用解析法進(jìn)行精確求解，通常常采用ANSYS有限元法進(jìn)行計(jì)算。一般來說，壓力容器的結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)通常分為兩大類：總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)與局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)，所謂總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)是指對(duì)結(jié)構(gòu)相當(dāng)大地部分產(chǎn)生影響的應(yīng)力或應(yīng)變?cè)?，及容器的幾何形狀、材料或載荷的不連續(xù)。由于總體結(jié)構(gòu)的不連續(xù)引起了附加邊緣應(yīng)力，從而對(duì)結(jié)構(gòu)相當(dāng)大的部分產(chǎn)生影響，例如封頭與筒體連接區(qū)。筒體與封頭之間必然存在過渡區(qū)，通常采用錐形過渡段進(jìn)行連接，而錐形過渡段則通過削薄筒體端部獲得，因此產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的不連續(xù)，使得該過渡區(qū)域成為高壓容器的高應(yīng)力區(qū)之一。
下面對(duì)筒體內(nèi)壁進(jìn)行有限元分析，設(shè)置軸對(duì)稱，把3維問題簡(jiǎn)化為2維問題。有限元計(jì)算采用PLANE82單元，筒體下端各節(jié)點(diǎn)約束軸向位移，薄殼對(duì)稱面上各節(jié)點(diǎn)約束水平方向位移，內(nèi)壁施加均勻壓力面載荷P。
下圖是筒體在P=2.23MPa壓力下的內(nèi)壁應(yīng)力云圖?？芍畲髴?yīng)力出現(xiàn)在筒體與封頭連接處,即，滿足要求。
圖1 筒體內(nèi)壁應(yīng)力云圖
6.內(nèi)流場(chǎng)分析
（1）網(wǎng)格和壁面速度邊界
圖2 筒體網(wǎng)格圖
中間筒體六面體網(wǎng)格，兩邊封頭四面體網(wǎng)格。152422個(gè)網(wǎng)格，28965個(gè)節(jié)點(diǎn)。
圖3 儲(chǔ)罐運(yùn)動(dòng)速度曲線
（2）罐內(nèi)壓力分布
圖4 0.01s內(nèi)罐內(nèi)壓力分布（相對(duì)設(shè)計(jì)壓力2.23MPa）
圖5 0.01～0.3s罐內(nèi)壓力分布（相對(duì)設(shè)計(jì)壓力2.23MPa）
圖6 超過0.3s 罐內(nèi)壓力分布（相對(duì)設(shè)計(jì)壓力2.23MPa）
由分析可知，在0.325s時(shí)罐內(nèi)上右部出現(xiàn)最大壓力。
（3）罐內(nèi)液體體積分?jǐn)?shù)分布
圖7 0.01s內(nèi)罐內(nèi)液體體積分?jǐn)?shù)分布
圖8 0.01～0.3s罐內(nèi)液體體積分?jǐn)?shù)分布
圖9 超過0.3s罐內(nèi)液體體積分?jǐn)?shù)分布
7.安全
7.安全
液氨和氨水常用于冷庫(kù)、化肥、制藥、塑料、合成纖維、石油精煉等行業(yè)。
運(yùn)輸、儲(chǔ)存和設(shè)備檢修過程中，氨水容器或液氨儲(chǔ)罐及其管道、閥門的意外破
損、爆裂將導(dǎo)致氨氣大量泄漏，若未采取安全措施，均容易引起火災(zāi)、爆炸和中毒事故的發(fā)生。液氨的危險(xiǎn)性表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是易引起火災(zāi)爆炸事故，即儲(chǔ)罐破裂泄漏，遇火源發(fā)生的火災(zāi)爆炸}二是中毒事故，若泄漏后的液氨迅速蒸發(fā)為氨氣，未遇火源，高濃度氨氣漂浮在空氣中，人在短時(shí)間內(nèi)吸入高濃度氨氣，可引起急性中毒，同時(shí)隨著氨氣的擴(kuò)散，污染環(huán)境，危害人的身體健康。因此，對(duì)液氨儲(chǔ)罐進(jìn)行安全評(píng)價(jià)具有重要意義。
液氨為液化氣體儲(chǔ)罐，屬于中壓二類壓力容器，儲(chǔ)罐區(qū)可能發(fā)生火災(zāi)、爆炸和中毒事故。爆炸又分為儲(chǔ)罐本身的物理爆炸和化學(xué)爆炸，物理爆炸是指超聲波和爆炸碎片對(duì)人和物體造成的破壞，化學(xué)爆炸是指儲(chǔ)罐泄漏的液氨易發(fā)生氨氣化學(xué)燃爆。氨氣為有毒氣體，儲(chǔ)罐爆炸或液氨泄漏等還會(huì)造成人員中毒事故。
7.1各危害因素分析
（一）液氨物理爆炸危險(xiǎn)有害因素分析
(1)如果液氨儲(chǔ)罐由于以下幾種原因超壓，均可能引起液氨儲(chǔ)罐發(fā)生物理爆炸：安全裝置不齊、裝設(shè)不當(dāng)或失靈。環(huán)境溫度突然升高，液氨儲(chǔ)罐由于溫度
升高而超壓；液氨儲(chǔ)罐超裝。
(2)若液氨儲(chǔ)罐存在以下缺陷，使承壓能力降低，也易引起物理爆炸：①內(nèi)、外介質(zhì)腐蝕造成壁厚減薄，外壁受大氣的腐蝕作用，內(nèi)壁為氨的腐蝕；②液氨引起的應(yīng)力腐蝕是導(dǎo)致儲(chǔ)罐爆炸的重要原因之一，實(shí)踐表明溫度升高有利于腐蝕裂紋的發(fā)展；③儲(chǔ)罐發(fā)生嚴(yán)重塑性變形}④儲(chǔ)罐材質(zhì)劣化；⑤如果液氨儲(chǔ)罐強(qiáng)度設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材、防腐不合理，也易引起儲(chǔ)罐發(fā)生物理爆炸。
（二）液氨儲(chǔ)罐火災(zāi)、化學(xué)爆炸危險(xiǎn)有害因素分析
由于液氨泄漏形成氨氣，與空氣混合達(dá)到爆炸極限時(shí)．遇到明火、靜電火花等火源，會(huì)引起火災(zāi)與化學(xué)爆炸事故。
(1)液氨儲(chǔ)罐物理爆炸引起儲(chǔ)罐外氨氣的火災(zāi)爆炸；
(2)液氨儲(chǔ)罐及其附件(法蘭、閥門、彎頭等)泄漏，儲(chǔ)罐閥門、管道爆裂，充裝系統(tǒng)泄漏，系統(tǒng)安全裝置失靈等因素導(dǎo)致液氨泄漏；
(3)明火、靜電火花等火源存在。
（三）液氨中毒危險(xiǎn)有害因素分析
(1)由于液氨儲(chǔ)罐及其附件爆炸、泄漏，空氣中的氨氣的濃度超過安全域值，可能導(dǎo)致人員的中毒，甚至死亡；
(2)人員進(jìn)人液氨儲(chǔ)罐檢修時(shí)，內(nèi)部氨氣濃度沒有達(dá)到安全范圍．也易引起中毒事故的發(fā)生。
7.2安全控制措施
（一）預(yù)防液氨儲(chǔ)罐物理爆炸的安全控制措施
(1)液氨儲(chǔ)罐必須有良好的防腐措施；
(2)嚴(yán)格控制液氨儲(chǔ)罐充裝量，液氨儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存系數(shù)不應(yīng)大于0.9，不要過量充裝；
(3)液氨儲(chǔ)罐防止意外受熱或罐體溫度過高而致使飽和蒸氣壓力顯著增加；
(4)盡量減少空氣進(jìn)入液氨儲(chǔ)罐；
(5)液氨儲(chǔ)罐盡可能保持較低的工作溫度，低溫儲(chǔ)存，并設(shè)置噴淋水，遮陽(yáng)棚。
(6)必須依據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》制定操作規(guī)程及各項(xiàng)管理制度，并嚴(yán)格照章執(zhí)行；
(7)必須按規(guī)定對(duì)儲(chǔ)罐定期檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，并妥善處理；
(8)安全閥、壓力表等安全裝置必須齊全完好，妥善維護(hù)，定期校驗(yàn)，確保靈敏可靠；
(9) 操作人員應(yīng)經(jīng)培訓(xùn)合格后上崗。
（二）預(yù)防渡氨儲(chǔ)罐火災(zāi)，化學(xué)爆炸的安全控制措施
(1)氨站建筑符合《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GBJl6—87)(2001版)的有關(guān)規(guī)定；
(2)氨站應(yīng)采用敞開式，氨站建筑物的地面應(yīng)耐酸堿。在氨站防爆區(qū)域內(nèi)
應(yīng)采用防爆設(shè)計(jì)，如設(shè)置防爆設(shè)備、器材，應(yīng)設(shè)圍堤、建筑物防雷接地措施以
及專用消防設(shè)旌(如消防用水的消火栓等)，圍欄和裝飾材料應(yīng)滿足耐火極限要求；
(3) 液氨儲(chǔ)罐附近的氣體檢測(cè)器系統(tǒng)數(shù)量、位置要合理，并定期檢查防止
失靈；
(4) 根據(jù)《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50140一2005)，液氮儲(chǔ)罐區(qū)適
部位應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的手提式干粉滅火劑，并定期檢查，保持有效狀態(tài)；
(5) 為指明氨泄漏后的擴(kuò)散方向，便于操作人員現(xiàn)場(chǎng)工作方位選擇及發(fā)生
漏事故后人員疏散，建議在合適的位置設(shè)風(fēng)向標(biāo)；
(6) 管道和設(shè)備的選材必須耐腐蝕以防止產(chǎn)生泄漏，液氨管道及氨氣管道
須定期檢查，確保管道、閥門、法蘭等元泄漏，防止保溫層脫落、物體撞擊
及腐蝕減??；
(7) 防止火源、熱源發(fā)生，定期檢查照明電路，防止摩擦、撞擊及靜電火花
產(chǎn)生，檢修時(shí)使用銅扳手等銅制工具進(jìn)行操作，嚴(yán)格控制動(dòng)火。
（三）預(yù)防液氨儲(chǔ)罐引起人員中毒的安全控制措施
(1)防止液氨泄漏；
(2)進(jìn)入液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部檢修前要首先確保內(nèi)部氨氣濃度為安全范圍；
(3)液氨充裝崗位設(shè)自背式空氣呼吸器…。
（四）其他安全控制措施
(1)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備堵漏材料和個(gè)人防護(hù)用品(防毒面具、呼吸器等)，在第一時(shí)間做到安全堵漏，以降低泄漏量，縮小氨擴(kuò)散影響范圍}
(2)液氨儲(chǔ)罐在加工制造、安裝過程中，應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，在生產(chǎn)運(yùn)行中，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，盡量降低發(fā)生液氨泄漏的可能性；
(3)對(duì)于易損、易發(fā)生泄漏的部件(如閥門、接管、法蘭、墊片等)要定期檢查、維護(hù)、維修和更換，做到萬(wàn)無一失；
(4)對(duì)于液氨儲(chǔ)罐，在運(yùn)行過程中，基礎(chǔ)有可能下沉，同時(shí)也為了裝卸液氨的方便，其出口管線應(yīng)采取金屬軟管或其他柔性連接；
(5)從以往事故案例知，液氨泄漏常發(fā)生在液氨裝卸過程中，因此，建設(shè)方應(yīng)制定詳細(xì)的裝卸操作程序并嚴(yán)格執(zhí)行，
(6)一旦發(fā)生泄漏，要根據(jù)實(shí)際泄漏情況，做好附近工序和車間的明火以及其他可能火源(如車輛等)的管理，控制點(diǎn)火源；
(7)培訓(xùn)工作人員掌握氨泄漏、中毒后自救互救措施；
(8)鑒于裝置有較大的火災(zāi)、爆炸、中毒危險(xiǎn)性，企業(yè)應(yīng)根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果制定相應(yīng)的事故應(yīng)急預(yù)案，并經(jīng)常演練，保證各種緊急設(shè)施在事故發(fā)生時(shí)好用。
8.焊接
8. 焊接
8.1 焊接接頭
8.1.1 接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
焊接接頭設(shè)計(jì)應(yīng)遵守以下原則：
（1）合理選擇接頭型式；
（2）焊縫填充金屬應(yīng)盡量少；
（3）合理選擇坡口角度、鈍邊高和根部間隙等結(jié)構(gòu)尺寸，使之有利于坡口加工和焊透，以最大限度的減少焊接缺陷。
（4）按等強(qiáng)度要求，接頭的強(qiáng)度應(yīng)不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的強(qiáng)度下限值；
（5）焊縫外形應(yīng)盡量連續(xù)、圓滑過渡，以減少應(yīng)力集中；
液氨儲(chǔ)罐中，焊接接頭主要形式有：對(duì)接、角接、搭接接頭。
（1）對(duì)接 容器的主體、簡(jiǎn)體與封頭等重要部位的連接均采用對(duì)接接頭，因?qū)咏宇^受力比較均勻，強(qiáng)度可達(dá)到與母材相等。
（2）角接 管接頭與殼體的連接多用角接頭。
（3）搭接 搭接接頭主要用于非受壓部件與受壓殼體的連接。鞍座，裙座，補(bǔ)強(qiáng)圈等。
8.1.2 焊接接頭的分類
壓力容器殼體上的焊接接頭按其受力的狀態(tài)及所處的部位可分成A、B、C、D四類。
A類接頭是容器中受力最大的接頭，所以要求用雙面焊或保證全面焊透的單面焊縫，主要是筒節(jié)的拼接縱縫，封頭瓣片的拼接縫、半球形封頭與筒體的環(huán)焊縫等；
B類接頭的工作應(yīng)力A類的1/2，除可以采用雙面焊的對(duì)接接頭之外，也可采用帶襯墊的單面焊縫。它包括筒節(jié)間的環(huán)焊縫、橢圓形及蝶形封頭與接管相接的環(huán)焊縫等；
C類接頭受力較小，通常用角焊縫連接。但對(duì)高壓容器，裝有劇毒介質(zhì)的容器和低溫容器應(yīng)采用全焊透接頭。如法蘭、板管處的焊縫；
D類接頭是接管與筒體的交叉焊縫、受力條件較差，且存在較高的應(yīng)力集中。再有焊接時(shí)剛性拘束較大，焊接殘余應(yīng)力也大，易產(chǎn)生缺陷，因此在容器中，D類接頭也應(yīng)采用全焊透的焊接接頭。
8.2焊接性分析
根據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（IIW）所采用的碳當(dāng)量（CE）計(jì)算公式：
（%） （25）
將16MnR所含化學(xué)成分的相應(yīng)數(shù)值代入上式，計(jì)算其碳當(dāng)量。通過計(jì)算得出，16MnR的碳當(dāng)量CE=0.40%～0.46%。
當(dāng)CE=0.40%～0.60%，鋼的淬硬傾向逐漸增加，所以16MnR屬于有淬硬傾向的鋼。但是，當(dāng)CE不超過0.5%時(shí)，淬硬傾向尚不嚴(yán)重，焊接性較好，但隨板厚增加需要采取一定的預(yù)熱措施。
筒體板厚為20mm，所以在焊接前，為避免出現(xiàn)裂紋，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為120～140℃。
8.3施焊環(huán)境
當(dāng)施焊環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況，且無有效防護(hù)措施時(shí)，嚴(yán)禁施焊。
①雨天及雪天；
②風(fēng)速超過8m/s，相當(dāng)于Ⅴ級(jí)風(fēng)；
③環(huán)境溫度在-5℃以下；
④相對(duì)濕度在90%以上。
尤須指出，焊接環(huán)境溫度和相對(duì)濕度在距筒體表面500～1000mm處測(cè)得。
8.4預(yù)熱
焊前對(duì)筒體板進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱的目的是：減緩焊接接頭加熱時(shí)溫度梯度及冷卻速度，適當(dāng)延長(zhǎng)在800℃～500℃區(qū)間的冷卻時(shí)間，改善焊縫金屬和熱影響區(qū)的顯微組織，從而減少和避免產(chǎn)生淬硬組織，有利于氫的逸出，可防止冷裂紋的產(chǎn)生。
熱源采用液化石油氣，定位焊和臨時(shí)焊縫采用點(diǎn)狀加熱器，筒體焊縫采用條狀加熱器，且應(yīng)放在焊縫小坡口的一側(cè)。注意應(yīng)保證加熱的均勻性，預(yù)熱溫度為120～140℃，，實(shí)測(cè)溫度不得低于120℃。溫度的測(cè)量點(diǎn)在距焊縫中心50mm處，兩側(cè)對(duì)稱測(cè)量。在整個(gè)焊接過程中應(yīng)保持此溫度。預(yù)熱寬度為焊縫中心線兩側(cè)各3倍板厚，為144～150mm。預(yù)熱長(zhǎng)度須在施焊長(zhǎng)度兩端各延伸150mm以上。拘束度較高的焊縫節(jié)點(diǎn)（如人孔、接管）或環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)采用較高的預(yù)熱溫度，且適當(dāng)擴(kuò)大預(yù)熱范圍。
8.5焊接順序
總的焊接順序是：先焊縱縫，后焊環(huán)縫；先焊大坡口面焊縫，后焊小坡口面焊縫。
8.6焊接注意事項(xiàng)
①坡口處理。焊前將坡口表面和兩側(cè)至少20mm范圍內(nèi)的油污、水分及其他有害雜質(zhì)清除干凈。所有焊縫施焊前，均須對(duì)施焊處坡口及邊緣進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為120～140℃。
②埋弧焊電流大、焊接時(shí)間長(zhǎng)，為了防止其它用電設(shè)備對(duì)焊接條件的影響及影響其它設(shè)備，最好采用專用供電設(shè)備。
③層間溫度。在焊接過程中，層間溫度不應(yīng)低于120℃。
④焊接線能量控制。根據(jù)焊接工藝評(píng)定報(bào)告，提出合理的線能量應(yīng)用范圍，并應(yīng)反映在焊接工藝規(guī)程中。
⑤碳弧氣刨清根和打磨。焊縫焊接和返修時(shí)，焊縫背面的清根及缺陷的清除采用碳弧氣刨及機(jī)械去除的方法。碳弧氣刨的電源采用直流電，反接法。壓縮空氣壓力為0.4～0.6MPa，壓縮空氣流量為180L/min，必須配置水分離器和過濾裝置，嚴(yán)格限制壓縮空氣中所含水分和油脂。刨槽成形應(yīng)為U形，表面平齊。碳弧氣刨后用砂輪修整刨槽，去除滲碳層，使銳角圓滑過渡，使坡口寬窄均勻。對(duì)坡口作滲透檢測(cè)，驗(yàn)明有無裂紋、夾渣等缺陷。
⑥消氫處理。為了使氫充分逸出，防止延遲裂紋，筒體板以及嵌入式接管與筒體殼的對(duì)接焊縫，焊后須立即進(jìn)行后熱消氫處理，后熱溫度為200～250℃，后熱時(shí)間為0.5～1h。加熱方法與預(yù)熱相同。
8.7焊后整體熱處理
筒體經(jīng)無損檢測(cè)合格后，須進(jìn)行整體消除應(yīng)力熱處理。由于筒體的體積龐大，無法在熱處理爐內(nèi)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，所以采用內(nèi)燃加熱法對(duì)罐進(jìn)行整體熱處理。此法是將罐本身作為一個(gè)燃燒爐，借助于底部開口（人孔）安裝噴火嘴，以燃油或液化石油氣為燃料，熱處理前罐外部須包覆細(xì)纖維玻璃棉作為保溫材料，然后進(jìn)行內(nèi)部加熱處理
8.8焊縫類型
焊接方法為焊條電弧焊和埋弧焊。筒體縱環(huán)焊縫焊接時(shí)，可以采用自動(dòng)埋弧焊焊接方法。
壓力容器中焊縫是按其在容器上受力狀態(tài)和所處的位置進(jìn)行分類的，對(duì)工作條件、直徑、壁厚等不同的容器，在同一位置的焊縫，其類別均相同，不同類別的焊縫，規(guī)定出不同的技術(shù)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；在強(qiáng)度計(jì)算中其焊縫系數(shù)取值亦有區(qū)別。不同類別的焊縫，規(guī)定出不同的技術(shù)妻求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在強(qiáng)度計(jì)算中其焊縫系數(shù)取值亦有區(qū)別。在GB150-1998《鋼制壓力容器》中將壓力容器各位置的焊縫分為A、B、C、D四類，并做出相應(yīng)的使用條件裝配公差，無損檢測(cè)和焊縫系數(shù)等一系列規(guī)定。A，B焊縫主要是對(duì)接接頭的焊縫，前者受力相對(duì)比后者嚴(yán)峻些；C、D類焊縫主要是角接頭或T形接頭的焊縫，后者受力狀態(tài)較前者復(fù)雜。C、D類焊縫應(yīng)有圓滑過渡到母材的幾何形式。
圖10 液氨儲(chǔ)罐焊接圖
參考文獻(xiàn)
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致謝
致謝
行文至此，我的論文已接近尾聲，時(shí)光如梭，我四年的大學(xué)時(shí)光也即將敲響結(jié)束的鐘聲。離別在即，站在人生的又一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，心中難免思緒萬(wàn)千，一種感恩之情油然而生。生我者父母，感謝生我養(yǎng)我，含辛茹苦的父母，是你們，為我的學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件，是你們，一如既往的站在我的身后默默的支持著我。沒有你們就不會(huì)有我的今天。謝謝你們，我的父母！
在這四年中，老師的諄諄教導(dǎo)、同學(xué)的互幫互助使我在專業(yè)技術(shù)和為人處事方面都得到了很大的提高。感謝長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械學(xué)院的老師在我四年的大學(xué)生活當(dāng)中對(duì)我的教育與培養(yǎng)，感謝機(jī)械學(xué)院的所有專業(yè)老師，沒有你們的辛勤勞動(dòng)，就沒有我們今日的滿載而歸，感謝大學(xué)四年曾經(jīng)幫助過我的所有同學(xué)。在制作畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中我曾經(jīng)向老師們和同學(xué)們請(qǐng)教過不少的問題，老師們的熱情解答和同學(xué)們的熱心幫助才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能較為順利的完成。在此我向你們表示最衷心的感謝。
在這段期間的工作中，遇到了許多難題，期間沒有老師和同學(xué)的幫助我真的很難完成這目前也是漏洞百出的論文，由于我的能力不足，在論文方面有許多不足與缺陷，但是在這個(gè)過程中我真的學(xué)到了很多，不論是做人還是做事，感覺自己的確是在成長(zhǎng)，在老師和同學(xué)的幫助下，我學(xué)會(huì)了CAD中各種圖層的設(shè)置，學(xué)會(huì)了word中看似簡(jiǎn)單實(shí)質(zhì)很復(fù)雜的排版。讓我了解到什么事情只有自己親手去做了才知道自己有多大能耐，自己的事情自己干，這是我深深體會(huì)到的！
再次感謝輔導(dǎo)我的老師，和幫助我的同學(xué)們！
謝謝！
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