巢 湖 学 院
化学材料与科学系 化学工程与工艺专业
化工设备机械基础 课程设计
题目 10.0m3液氨贮罐的设计
说明书
图 纸
指导教师 学生姓名
年 月 日
液氨贮罐设计任务书
专业：化学工程与工艺 班级：08化工班 姓名： 学号：
指导教师： 设计日期： 2011年6月20日
一、设计题目： 10.0m3液氨贮罐的设计 二、设计参数及要求 1、设计参数
液氨压力:16Kgf/cm2;
温度：40℃；公称容积：10.0m3 操作容积：9.0m3 介质: 液氨
设计使用年限:10年
建议使用材料:16MnR 2、设计要求
根据设计参数, 对液氨贮罐的主要元件(筒体、封头)进行正确的强度、刚度和稳定性计算和结构设计；对贮罐的附件进行选型；熟悉贮罐质量的检验方法；绘制出贮罐的装配图； 三、设计内容 1、概述
2、罐体的设计
(1)罐体的PN、DN确定 (2)筒体壁厚的设计 (3)封头壁厚的设计 (4)筒体长度的设计 3、罐体的压力试验 (1)罐体的水压试验 (2)罐体的气压试验
4、罐体附件的选型及尺寸设计 (1)工艺接管的设计 (2)支座的设计 (3)人孔的设计 (4)液面计的设计
5、罐体的开孔及补强的计算 (1)容许开孔的范围 (2)开孔补强的设计计算
(3)补强圈的设计 5、设计结果汇总
6、10.0m3液氨贮罐装配图 7、设计评述 四、图纸要求
10.0m3液氨贮罐装配图，A2号图纸 五、参考资料
[1] 汤善甫、朱思明等编.化工设备机械基础[M] . 上海 ：华东理工大学出版 社.1991.12
[2] 化工设备设计手册.材料与零部件（上）. 上海科学技术出版社 .1981
[3] 广西大学《实用机械零部件手册》编写组 . 实用机械零件手册.广西科学技术出版社
绪论
1.设计任务
综合运用所学的机械基础课程知识设计一个常温下储存液氨的储罐
2．设计思想
综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。
3．设计特点
容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。
各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。
材料及结构的选择
(1)材料选择
纯液氨腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20R、16MnR.这两种钢种。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板， 16MnR钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。
筒体和封头材料选择： 纯液氨腐蚀性小则液氨贮罐可选用一般钢材但由于压力较大可以考虑20R 、16MnR 这两种钢种。如果纯粹从技术角度看， 建议选用16MnR 类的低碳钢板， 16MnR 钢板的价格虽比20R 贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR 钢板为比较经济，且16MnR 钢是屈服强度350Mpa 级的普通低合金高强度钢， 具有良好的综合力学性， 能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性。在焊接压力容器时采用碱性焊条（ J507 ） 16MnR 机械加工性能、强度和塑性指标都比较好， 所以在此选择16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。
（2）结构选择与论证 (一) 封头的选择
从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。
(二) 人孔的选择
压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性。通常可以根据操作需要,在这考虑到人孔盖直径较大较重,故选用碳钢水平吊盖人孔，人孔筒节轴线垂直安装。
(三) 容器支座的选择
容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。圈座一般对于大直径薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座简称支腿，因这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备（DN≤1600，L≤5m）。综上考虑在此选择双个鞍式支座作为储罐的支座。
（四）法兰型式
法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。甲型平焊法兰有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在较小范围内（DN300 mm -2000 mm）适用温度范围为-20℃-300℃。乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa-1.6 MPa压力等级中较大的直径范围，适用的全部直径范围为DN300 mm -3000 mm，适用温度范围为-20℃-350℃。 对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性。用于更高压力的范围（PN0.6 MPa-6.4MPa）适用温度范围为-20℃-45℃。法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。
法兰设计时，须注意以下二点：管法兰钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照HG20592~HG20635的规定。
(四) 液面计的选择
液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在0~250℃。但透光式适用工作压力较反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa，介质温度在0~250℃的范围。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接，分别用于不同型式的液面计。液面计的选用
1．玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场
合。板式液面计承压能力强，但是比较笨重、成本较高。
2．玻璃板液面计一般选易观察的透光式，只有当物料很干净时才选反射式。 3．当容器高度大于3m时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受
到限制，应改用其它适用的液面计。
液氨为较干净的物料，易透光，不会出现严重的堵塞现象所以在此选用玻璃管液面计。
液氨贮罐槽的设计及计算
一、 贮罐筒体与封头的设计
(一）、罐体DN、PN的确定
1、罐体DN 的确定
液氨贮罐的长径比L/Di一般取3～3.5，本设计取L/Di＝3.3，由V＝(πDi2/4) ·L＝10
L/Di＝3.3得：Di =(40/ 3.3π)1/3 =1.568m＝ 1568mm
因圆筒的内径已系列化，由Di＝1568mm可知： DN＝1600mm
2、釜体PN 的确定
因操作压力P＝16Kgf/cm2，由文献 [1]可知：PN＝1.6MPa （二）、筒体壁厚的设计
1、设计参数的确定
根据文献[1]可知：由于罐体装有安全阀，则P=(1.05-1.1) Pw，取P=1.1Pw 则有：P＝1.1×1.6MPa=1.76MPa，Pc＝P＋P液，
∵ P液＜ 5 ％ P
∴可以忽略P液 。Pc ＝P＝1.76MPa ， t ＝ 100 ℃ ，Ф＝1（双面焊，100％无损探伤）， C2＝２mm（微弱腐蚀）
2、筒体壁厚的设计
设筒体的壁厚S'＝12mm，[σ]t＝170MPa ，c1＝0.8mm, 由公式S＝Pc Di/(2 [σ]t Ф-Pc)+c
可得：S＝1.76×1600/(2×170×1-1. 76)＋ 2 ＋0.8＝11.12(mm) 圆整S ＝12mm ∵S ＝S'=12mm
∴ 假设S＝ 12mm是合理的. 故筒体壁厚取S ＝12mm
3、刚度条件设计筒体的最小壁厚
∵ Di＝1600mm ＜ 3800mm ，Smin＝2 Di /1000且不小于3 mm 另加 C2 ， ∴ Sn＝5.2mm
按强度条件设计的筒体壁厚S＝12mm ＞Sn＝5.2mm，满足刚度条件的要求．
（三）、罐体封头壁厚的设计
1、设计参数的确定
根据文献[1]可知：由于罐体装有安全阀，则P=(1.05-1.1) Pw，取P=1.1Pw 则有：P＝1.1×1.6MPa=1.76MPa，Pc＝P＋P液，
∵ P液＜ 5 ％ P
∴可以忽略P液 。Pc ＝P＝1.76MPa ， t ＝ 100 ℃ ，Ф＝1（双面焊，100％无损探伤）， C2＝２mm（微弱腐蚀） 2、封头的壁厚的设计
采用标准椭圆形封头，设封头的壁厚S'＝12mm，[σ]t＝170MPa ，c1＝0.8mm, 由公式S＝Pc Di/(2 [σ]t Ф-Pc)+c
可得：S＝1.76×1600/(2×170×1-1. 76)＋ 2 ＋0.8＝11.12(mm) 圆整S ＝12mm ∵S ＝S'=12mm
∴ 假设S＝ 12mm是合理的. 故筒体壁厚取S ＝12mm
3、封头的直边、体积及重量的确定
因为是标准椭球形封头，由文献［2］可知：封头的壁厚S＝12mm，直边高度h＝40mm ，
由Di＝1600 mm 、 S＝12mm，由文献［2］可知： 封头的体积V封＝0.617m3 、封头的深度h1=400mm 封头的重量:285Kg （四）、 筒体的长度设计及重量的确定
由V＝2V封＋V筒 可得：V筒＝10－2×0.617＝8.766 m3 V筒＝πDi2L/4＝8.766 可得：L＝4362mm 圆整：L＝4360mm 筒体的重量: Di＝1600 mm 、S ＝12mm的筒体1m 高筒节的重量为0.476(T)
4.36×0.467=2.075(T)=2075Kg
二、 贮罐的压力试验
（一） 罐体的水压试验
1、液压试验压力的确定
液压试验的压力：PT=1.25P[σ]/[σ]t且不小于(P+0.1) MPa，当［σ]/[σ]t＞1.8时取1.8．
∵[σ]/[σ]t=170/170=1 ∴ PT=1.25×1.76×1= 2.2 (MPa)
2、液压试验的强度校核 由σmax＝PT（Di＋S－c）/[2(S-c)]
＝2.2（1600＋12－2.8）/[2(12-2.8)]=192.4(MPa) ∵ σmax＝192.4(MPa) ＜0.9 σs Ф =0.9×345 × 1=310.5MPa ∴ 液压强度足够
3、压力表的量程、水温的要求
压力表的量程：2PT=2×2.2=4.4 (MPa) 或3.3MPa－8.8MPa ， 水温≥15℃
4、液压试验的操作过程
在保持罐体表面干燥的条件下，首先用液体将罐体内的空气排空，再将液体的压力，缓慢升至22Kgf/cm2,保压10-30分钟，然后将压力缓慢降至17.6Kgf/cm2,保压足够长时间（不低于30分钟），检查所有焊缝和连接部位，若无泄漏和明显的残留变形。则质量合格，缓慢降压将罐体内的液体排净，用压缩空气吹干罐体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。 （二）、 罐体的气压试验． 1、气压试验压力的确定
气压试验压力： PT=1.5P[σ]/[σ]t ∵[σ]/[σ]t=170/170=1
∴ PT=1.15×1.76×1= 2.024(MPa)
2、气压试验的强度校核
由σmax＝PT（Di＋S－c）/[2(S-c)]
＝2.024（1600＋12－2.8）/[2(12-2.8)]=177.01(MPa) ∵ σmax＝177.01(MPa) ＜0.8 σs Ф =0.8×345 ×1=276MPa ∴ 气压强度足够
3、压力表的量程、气温的要求
压力表的量程：2PT=2×2.024=4.048 (MPa) 或3.306MPa－8.096MPa ， 气温≥15℃
4、气压试验的操作过程
气压试验时缓慢升压至0.5Kgf/cm2，保持10分钟并进行初检，合格后继续升压至10.12 Kgf/cm2 ， 然后按级差为2.024 Kgf/cm2逐级升20.24Kgf/cm2 ，保持10～30分钟，然后再降至17.6 Kgf/cm2 ，至少保压30分钟，同时进行检查。若无泄露和明显的残留变形。则质量合格，若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。
三、 贮罐附件的选型及尺寸设计
（一）、接管法兰联接结构的设计 1、接管法兰密封面形式及垫片的设计
因为PN＝1.6MPa＜2.5MPa ，介质温度为40℃ ，由文献[1][2]可知：接管法兰密封面形式为凹凸形密封面、垫片选用表知形式为光滑型密封面、垫片为石棉橡胶垫片、垫片的材料为中压石棉橡胶板。根据文献【2】有，接管法兰密封垫片的尺寸如下表：
表1 液氨出口 （DN80）
表2 液氨进口 （DN80)
表3 放空口 （DN50）
表4 安全阀接口 （DN50）
表5 压力表接口 （DN40）
表6 人孔接口 （DN450）
表7 排污接口 （DN100）
2、接管长度的设计
根据接管的DN及罐体无保温层的条件，由文献[1]接管的长度如下表：
（二）、支座的选型及设计
首先粗略计算鞍座负荷：储罐质量m=m1+m2+m3+m4 式中m1—罐体质量 m2—封头质量 m3—液氨质量 m4—附件质量
① 罐体质量m1
由V＝2V封＋V筒 可得：V筒＝10－2×0.617＝8.766 m3
V筒＝πDi2L/4＝8.766 可得：L＝4362mm 圆整：L＝4360mm 筒体的重量: Di＝1600 mm 、S ＝12mm的筒体1m 高筒节的重量为0.476(T)
4.36×0.467=2.075(T)=2075Kg
② 封头质量m2
因为是标准椭球形封头，由文献［2］可知：封头的壁厚S＝12mm，直边高度h＝40mm ，
由Di＝1600 mm 、 S＝12mm，由文献［2］可知： 封头的体积V封＝0.617m3 、封头的深度h1=400mm
封头的重量:285Kg
m2=2×285=570kg ③ 液氨质量m3
m3=νρ ν=9.0m3 ρ=579Kg/m3 则： m3=9×579=5211kg ④ 附件质量m4
人孔质量约200 kg，其他接管等质量总和按300 kg 计。于是m4 =500 kg 设备总质量m = ml + m2＋m3＋m4＝2057＋5211＋570＋500＝8338kg 而F=mg/2=40.85KN
由于轻型鞍式支座A1600每个鞍座允许承受载荷仅为2750Kg,低于工作载荷，所以选用重型支座，鞍座 BI 1600。 即
JB/T4712 一92 鞍座B1600 一F
JB/T4712 一92 鞍座B1600 一S （三）、人孔的设计
根据贮罐的设计温度、最高工作压力、材质、介质及使用要求等条件， 选用公称压PN=2.5 MPa 的水平吊盖带颈平焊法兰人孔（HG21517- 95），人孔公称直径选定为DN=450 mm。采用凹凸面密封面（MFM 型）和石棉橡胶板垫片。
（四）、液面计的选用
本贮罐采用玻璃管防霜液面计Al 2.5-1260-50 HG/T21550-93两支。其标记符号意义如下：第一项用AI 表示防霜液面计类型；第二项2.5 表示液面计公称压力等级，MPa;第三项1260 表示液面计的公称长度，mm;第四项50 表示防霜翅片高度，mm;第五项HG/T21550-93 表示该液面计的标准图号。 四、罐体的开孔及补强的计算 1、允许开孔的范围
对于在不同部位、不同尺寸的容器上开孔，其大小位置等要受到一定的限制，必要时要进行补强。国家标准的有关规定如下：
圆筒 当Di≤1500mm时，开孔最大直径d≤1/2Di,且d≤500mm，当D≤1500mm时，开孔最大直径d≤1/3Di,且d≤1000mm。 2、开孔补强的设计计算 人孔补强
(1)、削弱金属的面积：人孔DN=500 C2=2 筒体的计算壁厚S=8.32mm 接管直径D=450+2C2=504mm。[σ]=170MPa, [σ]t＝170MPa 。ƒ=[σ]/[σ]t =1 则：削弱的金属面积A=DS+2S(Sn-C)（1－ƒ）=8.32×454=3777.28mm2
(2)、筒体超出计算厚度多余金属的截面积：接管厚度计算 S＝Pc Di/（2 [σ]Ф－Pc）=1.76×504／（2×170×1－1.76）=2.62mm 外侧有效高度h= (Sn×D)1/2=(454×12)1/2=73.8mm A1=(B－d)(Sn－C－S)=(1008－454)(12－2－8)=1108mm2 接管多余截面积：A2=2h1(Sn－C－S）ƒ=2×73.8(12－2－2.05)×1=1173.63mm2 焊缝金属截面积：A3=1/2×12×12×2=144mm2 则：需要金属补强As A1+A2+A3=1108+1173.63+144=2425.42mm2
因为A1+A2+A3
取补强圈的厚度与筒体相同，设直径为D，则有：
D=As/S+450+2×12=1351.86/12﹢450﹢12=574.65
参考文献
[1] 汤善甫、朱思明等编.化工设备机械基础[M] . 上海 ：华东理工大学出版 社.1991.12
[2] 贺匡国等编. 化工容器及设备简明设计手册(第二版)[M].北京：化学工业出版社.2002.06
巢 湖 学 院
化学材料与科学系 化学工程与工艺专业
化工设备机械基础 课程设计
题目 10.0m3液氨贮罐的设计
说明书
图 纸
指导教师 学生姓名
年 月 日
液氨贮罐设计任务书
专业：化学工程与工艺 班级：08化工班 姓名： 学号：
指导教师： 设计日期： 2011年6月20日
一、设计题目： 10.0m3液氨贮罐的设计 二、设计参数及要求 1、设计参数
液氨压力:16Kgf/cm2;
温度：40℃；公称容积：10.0m3 操作容积：9.0m3 介质: 液氨
设计使用年限:10年
建议使用材料:16MnR 2、设计要求
根据设计参数, 对液氨贮罐的主要元件(筒体、封头)进行正确的强度、刚度和稳定性计算和结构设计；对贮罐的附件进行选型；熟悉贮罐质量的检验方法；绘制出贮罐的装配图； 三、设计内容 1、概述
2、罐体的设计
(1)罐体的PN、DN确定 (2)筒体壁厚的设计 (3)封头壁厚的设计 (4)筒体长度的设计 3、罐体的压力试验 (1)罐体的水压试验 (2)罐体的气压试验
4、罐体附件的选型及尺寸设计 (1)工艺接管的设计 (2)支座的设计 (3)人孔的设计 (4)液面计的设计
5、罐体的开孔及补强的计算 (1)容许开孔的范围 (2)开孔补强的设计计算
(3)补强圈的设计 5、设计结果汇总
6、10.0m3液氨贮罐装配图 7、设计评述 四、图纸要求
10.0m3液氨贮罐装配图，A2号图纸 五、参考资料
[1] 汤善甫、朱思明等编.化工设备机械基础[M] . 上海 ：华东理工大学出版 社.1991.12
[2] 化工设备设计手册.材料与零部件（上）. 上海科学技术出版社 .1981
[3] 广西大学《实用机械零部件手册》编写组 . 实用机械零件手册.广西科学技术出版社
绪论
1.设计任务
综合运用所学的机械基础课程知识设计一个常温下储存液氨的储罐
2．设计思想
综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。
3．设计特点
容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液罐的的筒体、封头的设计计算，低压通用零部件的选用。
各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。
材料及结构的选择
(1)材料选择
纯液氨腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20R、16MnR.这两种钢种。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板， 16MnR钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。
筒体和封头材料选择： 纯液氨腐蚀性小则液氨贮罐可选用一般钢材但由于压力较大可以考虑20R 、16MnR 这两种钢种。如果纯粹从技术角度看， 建议选用16MnR 类的低碳钢板， 16MnR 钢板的价格虽比20R 贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR 钢板为比较经济，且16MnR 钢是屈服强度350Mpa 级的普通低合金高强度钢， 具有良好的综合力学性， 能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性。在焊接压力容器时采用碱性焊条（ J507 ） 16MnR 机械加工性能、强度和塑性指标都比较好， 所以在此选择16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。
（2）结构选择与论证 (一) 封头的选择
从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。
(二) 人孔的选择
压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性。通常可以根据操作需要,在这考虑到人孔盖直径较大较重,故选用碳钢水平吊盖人孔，人孔筒节轴线垂直安装。
(三) 容器支座的选择
容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。圈座一般对于大直径薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座简称支腿，因这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备（DN≤1600，L≤5m）。综上考虑在此选择双个鞍式支座作为储罐的支座。
（四）法兰型式
法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。甲型平焊法兰有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在较小范围内（DN300 mm -2000 mm）适用温度范围为-20℃-300℃。乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa-1.6 MPa压力等级中较大的直径范围，适用的全部直径范围为DN300 mm -3000 mm，适用温度范围为-20℃-350℃。 对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性。用于更高压力的范围（PN0.6 MPa-6.4MPa）适用温度范围为-20℃-45℃。法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。
法兰设计时，须注意以下二点：管法兰钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照HG20592~HG20635的规定。
(四) 液面计的选择
液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在0~250℃。但透光式适用工作压力较反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa，介质温度在0~250℃的范围。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接，分别用于不同型式的液面计。液面计的选用
1．玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场
合。板式液面计承压能力强，但是比较笨重、成本较高。
2．玻璃板液面计一般选易观察的透光式，只有当物料很干净时才选反射式。 3．当容器高度大于3m时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受
到限制，应改用其它适用的液面计。
液氨为较干净的物料，易透光，不会出现严重的堵塞现象所以在此选用玻璃管液面计。
液氨贮罐槽的设计及计算
一、 贮罐筒体与封头的设计
(一）、罐体DN、PN的确定
1、罐体DN 的确定
液氨贮罐的长径比L/Di一般取3～3.5，本设计取L/Di＝3.3，由V＝(πDi2/4) ·L＝10
L/Di＝3.3得：Di =(40/ 3.3π)1/3 =1.568m＝ 1568mm
因圆筒的内径已系列化，由Di＝1568mm可知： DN＝1600mm
2、釜体PN 的确定
因操作压力P＝16Kgf/cm2，由文献 [1]可知：PN＝1.6MPa （二）、筒体壁厚的设计
1、设计参数的确定
根据文献[1]可知：由于罐体装有安全阀，则P=(1.05-1.1) Pw，取P=1.1Pw 则有：P＝1.1×1.6MPa=1.76MPa，Pc＝P＋P液，
∵ P液＜ 5 ％ P
∴可以忽略P液 。Pc ＝P＝1.76MPa ， t ＝ 100 ℃ ，Ф＝1（双面焊，100％无损探伤）， C2＝２mm（微弱腐蚀）
2、筒体壁厚的设计
设筒体的壁厚S'＝12mm，[σ]t＝170MPa ，c1＝0.8mm, 由公式S＝Pc Di/(2 [σ]t Ф-Pc)+c
可得：S＝1.76×1600/(2×170×1-1. 76)＋ 2 ＋0.8＝11.12(mm) 圆整S ＝12mm ∵S ＝S'=12mm
∴ 假设S＝ 12mm是合理的. 故筒体壁厚取S ＝12mm
3、刚度条件设计筒体的最小壁厚
∵ Di＝1600mm ＜ 3800mm ，Smin＝2 Di /1000且不小于3 mm 另加 C2 ， ∴ Sn＝5.2mm
按强度条件设计的筒体壁厚S＝12mm ＞Sn＝5.2mm，满足刚度条件的要求．
（三）、罐体封头壁厚的设计
1、设计参数的确定
根据文献[1]可知：由于罐体装有安全阀，则P=(1.05-1.1) Pw，取P=1.1Pw 则有：P＝1.1×1.6MPa=1.76MPa，Pc＝P＋P液，
∵ P液＜ 5 ％ P
∴可以忽略P液 。Pc ＝P＝1.76MPa ， t ＝ 100 ℃ ，Ф＝1（双面焊，100％无损探伤）， C2＝２mm（微弱腐蚀） 2、封头的壁厚的设计
采用标准椭圆形封头，设封头的壁厚S'＝12mm，[σ]t＝170MPa ，c1＝0.8mm, 由公式S＝Pc Di/(2 [σ]t Ф-Pc)+c
可得：S＝1.76×1600/(2×170×1-1. 76)＋ 2 ＋0.8＝11.12(mm) 圆整S ＝12mm ∵S ＝S'=12mm
∴ 假设S＝ 12mm是合理的. 故筒体壁厚取S ＝12mm
3、封头的直边、体积及重量的确定
因为是标准椭球形封头，由文献［2］可知：封头的壁厚S＝12mm，直边高度h＝40mm ，
由Di＝1600 mm 、 S＝12mm，由文献［2］可知： 封头的体积V封＝0.617m3 、封头的深度h1=400mm 封头的重量:285Kg （四）、 筒体的长度设计及重量的确定
由V＝2V封＋V筒 可得：V筒＝10－2×0.617＝8.766 m3 V筒＝πDi2L/4＝8.766 可得：L＝4362mm 圆整：L＝4360mm 筒体的重量: Di＝1600 mm 、S ＝12mm的筒体1m 高筒节的重量为0.476(T)
4.36×0.467=2.075(T)=2075Kg
二、 贮罐的压力试验
（一） 罐体的水压试验
1、液压试验压力的确定
液压试验的压力：PT=1.25P[σ]/[σ]t且不小于(P+0.1) MPa，当［σ]/[σ]t＞1.8时取1.8．
∵[σ]/[σ]t=170/170=1 ∴ PT=1.25×1.76×1= 2.2 (MPa)
2、液压试验的强度校核 由σmax＝PT（Di＋S－c）/[2(S-c)]
＝2.2（1600＋12－2.8）/[2(12-2.8)]=192.4(MPa) ∵ σmax＝192.4(MPa) ＜0.9 σs Ф =0.9×345 × 1=310.5MPa ∴ 液压强度足够
3、压力表的量程、水温的要求
压力表的量程：2PT=2×2.2=4.4 (MPa) 或3.3MPa－8.8MPa ， 水温≥15℃
4、液压试验的操作过程
在保持罐体表面干燥的条件下，首先用液体将罐体内的空气排空，再将液体的压力，缓慢升至22Kgf/cm2,保压10-30分钟，然后将压力缓慢降至17.6Kgf/cm2,保压足够长时间（不低于30分钟），检查所有焊缝和连接部位，若无泄漏和明显的残留变形。则质量合格，缓慢降压将罐体内的液体排净，用压缩空气吹干罐体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。 （二）、 罐体的气压试验． 1、气压试验压力的确定
气压试验压力： PT=1.5P[σ]/[σ]t ∵[σ]/[σ]t=170/170=1
∴ PT=1.15×1.76×1= 2.024(MPa)
2、气压试验的强度校核
由σmax＝PT（Di＋S－c）/[2(S-c)]
＝2.024（1600＋12－2.8）/[2(12-2.8)]=177.01(MPa) ∵ σmax＝177.01(MPa) ＜0.8 σs Ф =0.8×345 ×1=276MPa ∴ 气压强度足够
3、压力表的量程、气温的要求
压力表的量程：2PT=2×2.024=4.048 (MPa) 或3.306MPa－8.096MPa ， 气温≥15℃
4、气压试验的操作过程
气压试验时缓慢升压至0.5Kgf/cm2，保持10分钟并进行初检，合格后继续升压至10.12 Kgf/cm2 ， 然后按级差为2.024 Kgf/cm2逐级升20.24Kgf/cm2 ，保持10～30分钟，然后再降至17.6 Kgf/cm2 ，至少保压30分钟，同时进行检查。若无泄露和明显的残留变形。则质量合格，若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。
三、 贮罐附件的选型及尺寸设计
（一）、接管法兰联接结构的设计 1、接管法兰密封面形式及垫片的设计
因为PN＝1.6MPa＜2.5MPa ，介质温度为40℃ ，由文献[1][2]可知：接管法兰密封面形式为凹凸形密封面、垫片选用表知形式为光滑型密封面、垫片为石棉橡胶垫片、垫片的材料为中压石棉橡胶板。根据文献【2】有，接管法兰密封垫片的尺寸如下表：
表1 液氨出口 （DN80）
表2 液氨进口 （DN80)
表3 放空口 （DN50）
表4 安全阀接口 （DN50）
表5 压力表接口 （DN40）
表6 人孔接口 （DN450）
表7 排污接口 （DN100）
2、接管长度的设计
根据接管的DN及罐体无保温层的条件，由文献[1]接管的长度如下表：
（二）、支座的选型及设计
首先粗略计算鞍座负荷：储罐质量m=m1+m2+m3+m4 式中m1—罐体质量 m2—封头质量 m3—液氨质量 m4—附件质量
① 罐体质量m1
由V＝2V封＋V筒 可得：V筒＝10－2×0.617＝8.766 m3
V筒＝πDi2L/4＝8.766 可得：L＝4362mm 圆整：L＝4360mm 筒体的重量: Di＝1600 mm 、S ＝12mm的筒体1m 高筒节的重量为0.476(T)
4.36×0.467=2.075(T)=2075Kg
② 封头质量m2
因为是标准椭球形封头，由文献［2］可知：封头的壁厚S＝12mm，直边高度h＝40mm ，
由Di＝1600 mm 、 S＝12mm，由文献［2］可知： 封头的体积V封＝0.617m3 、封头的深度h1=400mm
封头的重量:285Kg
m2=2×285=570kg ③ 液氨质量m3
m3=νρ ν=9.0m3 ρ=579Kg/m3 则： m3=9×579=5211kg ④ 附件质量m4
人孔质量约200 kg，其他接管等质量总和按300 kg 计。于是m4 =500 kg 设备总质量m = ml + m2＋m3＋m4＝2057＋5211＋570＋500＝8338kg 而F=mg/2=40.85KN
由于轻型鞍式支座A1600每个鞍座允许承受载荷仅为2750Kg,低于工作载荷，所以选用重型支座，鞍座 BI 1600。 即
JB/T4712 一92 鞍座B1600 一F
JB/T4712 一92 鞍座B1600 一S （三）、人孔的设计
根据贮罐的设计温度、最高工作压力、材质、介质及使用要求等条件， 选用公称压PN=2.5 MPa 的水平吊盖带颈平焊法兰人孔（HG21517- 95），人孔公称直径选定为DN=450 mm。采用凹凸面密封面（MFM 型）和石棉橡胶板垫片。
（四）、液面计的选用
本贮罐采用玻璃管防霜液面计Al 2.5-1260-50 HG/T21550-93两支。其标记符号意义如下：第一项用AI 表示防霜液面计类型；第二项2.5 表示液面计公称压力等级，MPa;第三项1260 表示液面计的公称长度，mm;第四项50 表示防霜翅片高度，mm;第五项HG/T21550-93 表示该液面计的标准图号。 四、罐体的开孔及补强的计算 1、允许开孔的范围
对于在不同部位、不同尺寸的容器上开孔，其大小位置等要受到一定的限制，必要时要进行补强。国家标准的有关规定如下：
圆筒 当Di≤1500mm时，开孔最大直径d≤1/2Di,且d≤500mm，当D≤1500mm时，开孔最大直径d≤1/3Di,且d≤1000mm。 2、开孔补强的设计计算 人孔补强
(1)、削弱金属的面积：人孔DN=500 C2=2 筒体的计算壁厚S=8.32mm 接管直径D=450+2C2=504mm。[σ]=170MPa, [σ]t＝170MPa 。ƒ=[σ]/[σ]t =1 则：削弱的金属面积A=DS+2S(Sn-C)（1－ƒ）=8.32×454=3777.28mm2
(2)、筒体超出计算厚度多余金属的截面积：接管厚度计算 S＝Pc Di/（2 [σ]Ф－Pc）=1.76×504／（2×170×1－1.76）=2.62mm 外侧有效高度h= (Sn×D)1/2=(454×12)1/2=73.8mm A1=(B－d)(Sn－C－S)=(1008－454)(12－2－8)=1108mm2 接管多余截面积：A2=2h1(Sn－C－S）ƒ=2×73.8(12－2－2.05)×1=1173.63mm2 焊缝金属截面积：A3=1/2×12×12×2=144mm2 则：需要金属补强As A1+A2+A3=1108+1173.63+144=2425.42mm2
因为A1+A2+A3
取补强圈的厚度与筒体相同，设直径为D，则有：
D=As/S+450+2×12=1351.86/12﹢450﹢12=574.65
参考文献
[1] 汤善甫、朱思明等编.化工设备机械基础[M] . 上海 ：华东理工大学出版 社.1991.12
[2] 贺匡国等编. 化工容器及设备简明设计手册(第二版)[M].北京：化学工业出版社.2002.06