【正文】 search status the for pressure vessel in the first, and analyzed the liquid ammonia storage tank with a simple presentation. Then we design the liquid ammonia tank detailed and draw the tank assembly and threedimensional maps with the application of Auto CAD and Pro/Engineer software. And we analysis the stress for the storage by use of ANSYS software, region reinforcement design for the greatest stress distribution, solve the quantitative calculation method for stress analysis of the shortings of difficulties effectively. And we give the Price assessment from the perspective of liquid ammonia storage tank ,which make economic analysis to verify the structural design of the feasibility of the program. Finally we give the failure analysis starting from the welding defects on the tank ,for which the CAPP system were design for the defect analysis based on VB language,and Control Chart with the principle of a, thus the whole horizontal analysis of the liquid ammonia tank design process were pleted.[Keyword] horizontal liquid ammonia storage tank。structural design。 analysis of economic。stress analysis。CAPP1 選題背景儲罐是一種用于儲存液體或氣體的密封容器，主要用于存儲或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設備，在化工、石油、能源、冶金、消防、輕工、環(huán)保、制藥、食品、城市燃氣等行業(yè)得到了廣泛的應用，儲存介質(zhì)涵蓋了(丙烷、丁烷、丙烯、乙烯、液化石油氣、液氨等)液化氣體、氧氣、氮氣、天然氣和城市煤氣等氣體，在國民經(jīng)濟發(fā)展中起著不可替代的作用。而臥式液化氣儲罐是目前中、小型液化氣站儲存和運輸液化氣的主要容器之一，在石油化工行業(yè)中應用廣泛并占有相當大的比例，應用相當廣泛。然而我國臥式儲罐設計制造技術(shù)的還落后于世界先進水平，制造較困難，加工費用高，且焊接、檢驗技術(shù)要求高，特別是對容器的安全穩(wěn)定性分析顯得尤為重要,可以避免容器失效造成的巨大危害和損失，所以研究臥式儲罐設計對我國石油化工等行業(yè)的發(fā)展有著極其重要的意義。 壓力容器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著化工、石油、能源、鍋爐等工業(yè)的迅速發(fā)展，今年來壓力容器制造技術(shù)的進展主要體現(xiàn)在以下四個方面：（1）壓力容器向大型化發(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、復雜，而且這一大型化的趨勢還在繼續(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。國外以美國和日本為代表的合成氨和裝置已經(jīng)基本穩(wěn)定在年產(chǎn)30萬—40萬t，個別有60萬t，乙烯裝置穩(wěn)定在年產(chǎn)30萬—50萬t，個別有68萬—75萬t，板焊結(jié)構(gòu)式的煤氣塔厚度為200mm，內(nèi)徑為9100mm，單臺質(zhì)量已達到2500t。目前世界上已建成的大型儲罐數(shù)量逐年增加，如早在1967年在委內(nèi)瑞拉就建成了16的浮頂儲罐，1971年日本建成了20的浮頂儲罐，而世界產(chǎn)油大國之一的沙特阿拉伯也已成功建造了20的浮頂儲罐。國內(nèi)大型儲罐發(fā)展從20世紀70年代開始，1975年，國內(nèi)首臺5浮頂儲罐在上海陳山碼頭建成。繼后，在石化企業(yè)、港口、油田、管道系統(tǒng)建造數(shù)十臺5浮頂儲罐。20世紀80年代中后期，國內(nèi)開始建造10的大型浮頂儲罐，迄今為止，已經(jīng)先后在秦皇島、大慶、湛江等地建造了80余座10浮頂儲罐。到目前為止，國內(nèi)建成并投入使用的最大容積的大型浮頂儲罐是中國石化集團公司建造的油罐15。目前中國已經(jīng)基本掌握了厚度在150mm—200mm的大型容器的制造、焊接和檢測技術(shù)，厚度在200mm以上的大型容器的制造、焊接和檢測技術(shù)也已經(jīng)成熟。（2）壓力容器用鋼的逐漸完善，專業(yè)用鋼越來越明顯壓力容器向大型化發(fā)展，對鋼材的要求也日益嚴格，材料技術(shù)的不斷提高使壓力容器大型化有了保障。當前壓力容器用鋼發(fā)展的主要特點有如下幾個：①隨著剛才強度的提高，同時要改善鋼材的抗裂性和韌性指標。通過降低碳的含量，同時加入微量合金元素以保證鋼材有一定的剛度，不斷提高煉鋼技術(shù)使鋼水雜質(zhì)含量大幅度降低。%以下，%以下。②對于高溫抗氫用鋼，盡量減輕鋼的回火脆性和氫脆傾向。③降低大型鋼錠中的夾雜物及偏析等缺陷以保證內(nèi)部性能均勻，提高鋼錠的利用率。日本、美國、德國都生產(chǎn)出了大厚鋼板。④出現(xiàn)大線能量下焊接性良好的鋼板。（3）焊接新材料、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)和使用，使焊接質(zhì)量日趨穩(wěn)定并提高為了適應大型化和厚壁壓力容器的發(fā)展，國內(nèi)外普遍采用了強度級別較高的鋼材，這時為了降低焊縫中的氫含量，提高焊接接頭的韌性，日本神鋼公司研制了UL系列的超低氫焊條，對600MPa級的高強鋼焊接時，甚至可以不預熱。隨著鎢極氬弧焊、多絲埋弧焊、窄間隙焊等新焊接方法的采用大大改善了焊接接頭的性能。自動焊接技術(shù)和焊接機器人的使用使大型容器上百米的縱焊縫、環(huán)焊縫和接管的鞍形焊縫實現(xiàn)了自動化，提高了焊接質(zhì)量和效率，降低了勞動強度，改善了勞動條件。（4）無損檢測技術(shù)的可靠性逐步提高，有力地保證了裝備制造及運行的安全。無損探傷技術(shù)在對過程裝備的材料和整個制造過程以及在服役裝備檢驗方面起者重要的作用，另外，在缺陷評定方面的進步也有效地保證了裝備的安全性。目前工程上主要的檢驗方法有：射線探傷、超聲波探傷、表面探傷、聲發(fā)射探傷。氨是生產(chǎn)含氮肥料及尿素的基木原料，一般以液態(tài)的形式從合成氨廠送到這些肥料廠。這就需要設置液氨貯存設施，以確保原料供應，為化肥廠連續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造必要條件。氨在常壓下，℃就液化?！尜A存，而在常溫下應在壓力容器內(nèi)貯存。 按照不同地區(qū)的氣溫和貯存條件的變化，液氨的貯存原則上可在33℃—43℃內(nèi)，以控制其相應汽化壓力確定工藝方案。一般采用壓縮、低溫或兩者結(jié)合的方法，因此有三種貯存工藝，即加壓常溫、加壓低溫和常壓低溫。國內(nèi)通常將液氨的這二種貯存工藝稱為常溫中壓、降溫低壓和低溫常壓。 液氨儲罐的設計溫度為40℃。而降溫低壓工藝是利用制冷系統(tǒng)將液氨適當冷凍貯存，相應降低了貯存設備的設計壓力以減薄其壁，從而降低儲罐的投資。至于低溫常壓工藝，則是將液氨冷凍至不高于它的沸點(低于33℃，視當?shù)卮髿鈮憾?，使得液氨對應的氣相壓力與大氣壓力相同或相近，從而可以采用常壓容器盛裝貯存，以最大限度降低儲罐投資。上述三種液氨貯存工藝對制造液氨儲罐的鋼材用量有很大影響，隨著儲罐的工作溫度降低，儲罐單位鋼材用量可貯存的液氨量顯著增大。若溫度降到0℃，則每噸鋼材用量可貯存液氨lOt。儲罐容量可達250—4000t液氨。若貯存在－33℃，則每噸鋼材用量可貯存40t液氨，儲罐容量可達4500t以上。液氨儲罐主要用在化肥廠的合成氨的存儲工序中，現(xiàn)以吉林化學工業(yè)股份有限責公司化肥廠，年產(chǎn)30萬噸的合成氨工藝為例，來說明液氨儲罐的作用。其主要生產(chǎn)工序有:①原料氣的制造。即通過重油氣化或由原料焦在煤氣發(fā)生爐中與空氣、蒸汽進行反應，制取半水煤汽。②煤氣鼓風及轉(zhuǎn)化。即將半水煤氣進行脫塵、脫硫，并將其中的CO在以氧化鐵為主的觸媒存在條件下，與水蒸氣起反應生成C02和H2。③氣體的壓縮與精制。即通過壓縮、水洗、銅洗等工序?qū)⑺浩械腃02和CO除去。④氨的合成。合成是氨生產(chǎn)的最后一道工序，由銅洗工段送來HN2混合氣與循環(huán)氣在油過濾器混合，H2:，在(32MPa,460520℃有鐵觸媒存在條件下合成氨。從合成工段送來的液氨進入入671液氨倉庫，在液氨倉庫中，液氨的主要貯藏設備為液氨貯槽，并在此分發(fā)給下游工廠或工段。 671工號液氨系統(tǒng)收支示意圖 臥式液氨儲罐的設計要求及概況設計原始數(shù)據(jù)：設計壓力P=，設計溫度T=40℃，容積V=。： 液氨儲罐 液氨儲罐2 臥式液氨儲罐的結(jié)構(gòu)設計由于純液氨具有一定的腐蝕性，但設計壓力為中等壓力，根據(jù)鋼制壓力容器中使用的鋼板許用應力及其使用范圍的說明，儲罐的主要結(jié)構(gòu)筒體和封頭選材可以考慮使用20R、16MnR、15MnVR等鋼。氨屬于中度危害介質(zhì)(Ⅱ級)，且本設備為PV值小于10Mpam3的中壓儲存容器按[2]劃分，本設備為第二類壓力容器。儲罐選用臥式，液體靜柱壓力很低，可不記入設計壓力中。筒體由鋼板卷制而成，其公稱直徑等于內(nèi)徑，查閱壓力容器的公稱直徑表，并結(jié)合儲罐的容積，初步選擇其公稱直徑DN=Di=1200mm。筒體和封頭的對接焊接，采用全焊透焊縫，并進行l(wèi)00％無損探傷，查表取焊縫系數(shù)Φ=。根據(jù)氨的腐蝕程度，取腐蝕裕量C2＝2mm。封頭可以選擇球形、橢圓形、碟形、平板形、圓錐形等幾種形式的封頭，但從材料消耗、受力和加工制造的難易程度等幾個方面的綜合比較考慮，選用標準橢圓形封頭（EHA型）最為理想，故選之。假設標準橢圓形封頭封頭厚度在8—16mm之間，封頭的公稱直徑應該與筒體相等，取DN=1200mm，按有關(guān)標準JB47462002，查得封頭的容積Vh= m3，總深度H=325 mm。由于采用的是標準橢圓形封頭，由h/DN=，得出封頭的直邊高度h=25mm，而封頭的曲面深度h1=325－25=300mm。筒體長度：取 =2030 mm兩封頭切線之間的距離L==2030+225=2080mm現(xiàn)選用16MnR和20R兩個鋼種，對儲罐的主要結(jié)構(gòu)——筒體和封頭進行兩個方案的設計，然后對這兩個方案進行比較和選擇。首先選用16MnR鋼為材料，來計算筒體和封頭的厚度。16MnR鋼板在40℃時的許用應力查表，根據(jù)筒體厚度計算公式初步估計此筒體的設計厚度在8—16mm之間，[σ]＝[σ]t =170 Mpa，屈服強度σs=345 Mpa。（1）筒體厚度 δ=mm設計厚度δd＝δ十C2＝＝按GS709，取鋼板負偏差C1=考慮鋼板厚度系列取名義厚度δn＝10mm因δn＝10mm，查此情況下16MnR鋼的許用應力沒有變化，[σ]= 170 Mpa，所以上述計算成立。（2）封頭厚度由于選用標準橢圓形封頭，所以其封頭形狀系數(shù)k=計算厚度δ=mm設計厚度δd＝δ＋C2＝＋2＝取C2＝，故名義厚度δn＝10mm，且許用應力也沒有發(fā)生變化，所以上計算成立。（3）水壓試驗校核．試驗壓力：PT＝取水壓試驗壓力PT＝2. 0MPa．筒體應力校核；筒體有效厚度δe＝δn－C1－C2＝10－＝ 所以試驗時應力： MPa筒體水壓試驗應力校核滿足要求。．封頭應力校核：有效厚度δe＝δn－C1－C2＝l0－－2＝ 所以封頭水壓試驗應力校核滿足要求選用20R鋼作為第二種方案，來計算筒體和封頭的厚度。20R鋼板在40℃時的許用應力查表，根據(jù)筒體厚度計算公式初步估計此筒體的設計厚度在8—16mm之間，取此時20R鋼的許用應力[σ]＝[σ]t =133 Mpa，屈服強度δs=245 Mpa。筒體和封頭的結(jié)構(gòu)和尺寸與第一種方案的設計相同（厚度除外），選用標準橢圓形封頭（EHA型），其它尺寸和參數(shù)如上所敘。（1）筒體厚度 δ=mm設計厚度δd＝δ十C2＝＝按GS709，取鋼板負偏差C1=?？紤]鋼板厚度系列取名義厚度δn＝12mm因δn＝12mm，查此情況下20R鋼的許用應力沒有變化，[σ]= 133 Mpa，所以上計算成立。（2）封頭厚度由于選用標準橢圓形封頭，所以其封頭形狀系數(shù)k=。計算厚度δ=mm設計厚度δd＝δ＋C2＝＋2＝取C2＝，故名義厚度δn＝12mm，且許用應力也沒有發(fā)生變化，所以上計算成立。（3）水壓試驗校核．試驗壓力：PT＝取水壓試驗壓力PT＝2. 0MPa．筒體應力校核；筒體有效厚度δe＝δn－C1－C2＝12－＝ 所以試驗時應力： MPa筒體水壓試驗應力校核滿足要求。．封頭應力校核：有效厚度δe＝δn－C1－C2＝l2－－2＝因為 所以封頭水壓試驗應力校核滿足要求。（1）鋼板耗用量鋼板耗用量與板厚成正比，則儲罐的主要結(jié)構(gòu)筒體和封頭采用16MnR時，鋼板比使用20R鋼板可減輕:%16MnR鋼板的價格比20R鋼板略貴，兩者相差不大，從耗材量與價格綜合考慮，兩種鋼板均可考慮，但在上述計算過程中，如16MnR的名義厚度δn與設計厚度δd很接近，其差值為10－=,而20R的名義厚度δn與設計厚度δd大很多，其差值為12－=，所以用16MnR鋼時，鋼板耗用量就要省很多，更為適宜。（2）制造費用 總的來說，由于采用16MnR鋼板厚度較薄，質(zhì)量較輕，鞍座的承載重量也更小，而且