【文章內容簡介】 13 . 放空管接管口 13 附表一、 液氨儲罐筒體焊接工藝編制及焊接 ……………………… 14 參考文獻 20 陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院 前言 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，應用廣泛，為運輸及儲存便利，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)上應用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，所以其化學事故發(fā)生率相當高。 無色氣體 ,有刺激性惡臭味。分子式 NH3。分子量 。相對密度 。熔點 ℃ 。沸點 ℃ 。自燃點 ℃ 。蒸汽 壓 (℃ )。蒸 汽 與空氣混合物爆炸極限 16～ 25%(最易引燃濃度 17%)。氨在 20℃ 水中溶解度 34%,25℃ 時 ,在無水乙醇中溶解度 10%,在甲醇中溶解度 16%,溶于氯仿、乙醚 ,它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性。液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品 ,橡膠和涂層。遇熱、明火 ,難以點燃而危險性較低 。 但氨和空氣混合物達到上述濃度范圍遇明火會燃燒和爆炸 ,如有油類或其它可燃性物質存在 ,則危險性更高。與硫酸或其它強無機酸反應放熱 ,混合物可達到沸騰。 不能與下列物質共存 :乙醛、丙烯醛、硼、鹵素、環(huán)氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化銀、硫、銻、雙氧水等 。 本次課程設計將根據(jù)液氨的性質，結合所學知識 設計一個液氨貯罐。 陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院 2 液氨儲罐設計參數(shù)的確定 設計溫度與設計壓力的確定 液氨儲罐通常置于室外，罐內液氨的溫度和壓力直接受到大氣溫度的影響，在夏季液氨儲罐經(jīng)太陽暴曬，隨著氣溫的變化，儲罐的操作壓力也在不斷變化。 根據(jù)設計任務書的要求，所設計液氨貯罐的最高工作壓力為 ，查的表可知設計溫度應≤ 20℃。則設計溫度為 20℃，設計壓力為 。 罐體和封頭的材料的選擇 選擇容器用鋼必須綜合考慮：容器的操作條件，如設計壓力、設計溫度、介質特性和操作壓力等；材料的使用性能，如力學性能、物理性能 、化學性能（主要是耐腐蝕性能）；材料的加工工藝性能，如焊接性能、熱處理性能等；經(jīng)濟合理性及容器結構，如材料價格、制造費用和使用壽命等。 純液氨腐蝕性小，貯罐可選用一般碳素鋼，壓力容器專用鋼板為 20R，另外還有一些合金鋼，如 16MnR、 15MnVR 等也適合作為壓力容器的鋼板。 16MnR 是 345MPa 級的低合金鋼，具有良好的機械性能、焊接性 能 、 工 藝 性能 及 低 溫沖 擊 韌 性。 中 溫 及低 溫 的 機 械性 能 均 優(yōu)于Q235A、 1 20 等碳素鋼，是使用十分成熟的鋼種，質量穩(wěn)定、可使用 40～ 475℃場合。 15MnVR 是屈服極限為 390MPa 級的低合金結構鋼，其塑性和沖擊韌性較 16MnR 低，其波動較大。另外 從經(jīng)濟的角度考慮， 16MnR 也較 20R 制造費用低。 所以在此選擇 16MnR 鋼板陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院 作為制造筒體的材料。 16MnR 的含碳量為 %～ %，含 Mn 量較低，伸長率為 1921%，是目前我國用途最廣、用量最大的壓力容器專用鋼板。 其他設計參數(shù) 在本設計中由于設計體積較小且設計壓力較?。?P=） ,故可采用臥式圓筒形容器，方形和矩形容器大多在很小設計體積時采用，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且節(jié)省材 料，但制造較難且安裝內件不方便；立式圓筒形容器承受自然原因引起的應力破壞的能力較弱，故選用圓筒形臥式容器。 封頭的選擇 幾何方面，就單位容積的表面積來說，以半球形封頭為最小。橢圓形和蝶形封頭的容積和表面積基本相同，可以近似認為相等。 力學方面，在直徑、厚度和計算壓力相同的條件下，半球形封頭的應力最小，二向薄膜應力相等，而沿經(jīng)線的分布式均勻的。如果與壁厚相同的圓筒體連接，邊緣附近的最大應力與薄膜應力并無明顯不同。橢圓形封頭的應力情況就不如半球形封頭均勻。由應力分析可知，橢圓形封頭沿經(jīng)線各點的應力是變 化的，頂點處應力最大，在赤道上可能出現(xiàn)環(huán)向內壓應力，對于標準橢圓形封頭與壁厚相等的圓筒體相連接時，其可以達到與筒體等強度。 從制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結構形式，但缺點是濃度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應用較多的封頭之一。 因此，從幾何、力學和制造方面綜合考慮，采用標準橢圓形封頭最為合理。橢圓形封頭的型式及尺寸按 JB/T 473795《橢圓形封頭》陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院 的規(guī)定標準橢圓形封頭的長短軸比值為 2。封頭材料與筒體一樣為16MnR。 許用應力 制 造容器所用的鋼板，其在設計溫度下許用應力值的大小，直接決定著容器強度，是主要設計參數(shù)之一。在 GB 150《鋼制壓力容器》中，對鋼板、鍛件、緊固件均規(guī)定了材料的許用應力， 16MnR的許用應力見表 21。 表 壓力容器用 16MnR 鋼板的許用應力 鋼號 鋼板標準 使用狀態(tài) 厚度 mm 常溫強度指標 在下列溫度 (℃ )下的需用應力 /MPa σb MPa σs MPa ≤20 100 150 16MnR GB 6654 熱軋，正火 6～ 16 510 345 170 170 170 ＞ 16～36 490 325 163 163 163 ＞ 36～60 470 305 157 157 157 焊接接頭設計 焊縫區(qū)是容器上強度比較薄弱的地方。焊縫區(qū)強度降低的原因在于焊接時可能出現(xiàn)缺陷而未被發(fā)現(xiàn)；焊接熱影響區(qū)往往形成出大晶粒區(qū)而使強度和塑性降低；由于結構剛性約束造成焊接內應力過大等。 焊縫區(qū)的強度主要決定于熔焊金屬、焊縫結構和施焊質量。設陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院 計所需的焊接街頭系數(shù)大小主要根據(jù)焊接接頭的型式和無損檢測的長度比率確定。容器筒體的縱向焊接接頭和封頭的拼接接頭基本上都采用雙面焊，所以取焊接接頭系數(shù) 1?? (雙面焊，全部無損探傷 )。 3 筒體和封頭的壁厚的計算 筒體壁厚的計算 取計算壓力 pc =p=，筒體內徑 Di=DN=2600mm，查表 知 16MnR 在設計溫度為 20℃ 時的許用應力為 [σ]t =170MPa， 筒體的理論計算壁厚公式為： pDpt ic ?? φσδ ][2 () 式中： δ—— 筒體的理論計算壁厚， mm； pc—— 筒體計算壓力 ， MPa； Di—— 筒體內徑 ， mm； [σ]t—— 鋼板在設計溫度下的許用應力 ， MPa。 ? —— 焊接接頭系數(shù)，其值為 1。 將數(shù)值代入公式 ()計算出筒體的計算厚度為： ? ? mmPPDt i 2 6 0 ???? ???? ??? 由于液氨對金屬有一定的腐蝕，取腐蝕裕量 C2=1mm，故筒體的設計陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院 厚度為： mmCd 2 ?????? 由鋼板厚度負偏差 表查得 C1=，故名義壁厚為 ： mmC ????? δδ 圓整后取δ n=16m