液氨储罐的设计

1、液氨贮罐的设计背景

化学工业和其它流程工业的生产都离不开容器.所有的化工设备的壳体都是一种容器,容器的应用遍及各行各业,诸

如航空、航海、机械制造、轻工、动力等行业.然而化工容器又有其本身特点,不仅要适应化学工艺过程所要求的压力和温度条件,还要承受化学介质的作用,要能

长期的安全工作且保证良好的密封.因此在容器的设计中应综合考虑个方面的因素,使之达到最优.

液氨主要用于生产硝酸、尿素和其它化学肥料,

还可用作医药和农药的原料.在国防工业中用于制造火箭、导弹的推进剂,可用作有机化工产品的氨化原料,还可用作冷冻剂,将氨进行分解,分解成氢氮混合气体

这种混合气体是一种良好的保护气体,可以广泛地应用于半导体工业、冶金工业以及需要保护气氛的其它工业和科学研究中.

为能够进行连续的生产,需要有储存液氨的容器,因此设计液氨贮罐是制造贮罐的必备步骤,是化工生产能够顺利进行的前提.

2、液氨贮罐的分类及选型

储罐的形状有圆形或球形.圆筒形储罐两端的封头有椭圆形、球形、锥形和平盖等形状.

在

本设计中由于设计体积较小且工作压力较小,可采用卧式圆筒形容器,方形和矩形容器大多在很小设计体积时采用,因其承压能力较小且使用材料较多；而球形容器

虽承压能力强且节省材料,但制造较难且安装内件不方便；立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱,故选用卧式圆筒形容器.

卧式圆筒形液氨储罐通常由卧式圆筒形筒体和两端的椭圆形封头组成,按照化学生产工艺的要求设置进料口、出料口、放空口、排污口、压力表、安全阀和液面计等.为了检修方便,还要开设人孔,用鞍式支座支承于混凝土基座上.

选择化工容器的材料也是设计中的重要问题,应该综合考虑容器的操作条件和钢材的性能、价格等.

氨对钢材的腐蚀作用很小,但是,置于室外的液氨储罐,它的操作温度就是大气温度,它的操作压力就是操作温度对应的饱和蒸汽压.随着气温的变化,液氨储罐的操作温度和压力也随之变化,制造储罐的钢材应能承受这种变化.液氨储罐通常选择16MnR钢,它是屈服强度为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.在我国北方严寒地区,冬季最低气

3、设计温度和设计压力的确定

罐储存的是经过压缩机压缩后,被冷却水冷凝的液态氨,由于冷却水的温度随气候变化而波动,通常氨被压缩

到0.9～4MPa才能被冷却水冷凝.储罐通常置于室外,罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响,在冬季可达-30℃,在夏季储罐经太阳曝晒后,液

氨的温度可达50℃,这时候氨的饱和蒸汽压,随着气温的变化,储罐的操作压力也在不断改变（参考下表1）.

表1：液氨的饱和蒸汽压和密度

液氨储罐的操

作温度通常可取夏季的最高气温50℃.为了确保操作安全,我国劳动和社会保障部颁布的《压力容器安全技术监察规程》第24条规定：压力容器的设计压力不得

低于最高工作压力,装有安全泄放装置的压力容器,其设计压力不得低于安全泄放装置的开启压力或爆破压力.工程中其设计压力不低于安全阀开启压力（安全阀开

启压力取1.05～1.10倍工作压力）,通常选取为2.16MPa（相当于取50℃时饱和蒸汽压对应的设计压力）.又因为广东地区天气最高室温一般不会

超过50℃,此时氨的饱和蒸汽压为2.07MPa（绝对压力）,故取P=2.16MPa.

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储罐按材质分为：塑料储罐（PE储罐），不锈钢储罐，玻璃钢储罐，陶瓷储罐等；

储罐按用途分为：蓄水储罐，运输储罐，储气储罐，化工储罐等；

材质不同，用途不同，大小不同的储罐产品执行标准也大不相同。

双氧水（H2O2）浓度有:27.5%,31%,50%,70%，不管那一种浓度，其均为甲类。双氧水储罐和罐区、管道设计可以参考相关标准。有几点要注意：储罐要设置放空口，为防止杂质落入，应在放空设置过滤网；（如果周围有碱性的杂质这一点很重要）储罐要设置喷淋装置，防止在高温条件下双氧水快速分解,如果浓度是50%,70%，要设置稀释管道入储罐，特别是70%；***（同时要注意用于稀释的水的水质，绝对不能有碱性的杂质和有机物等易引起双氧水分解的杂质。）双氧水具有强腐蚀性，罐区应设置必冲洗喷淋系统保证人身安全；储罐材质：70%双氧水——

316L；>50%，最好用——

316L，但304L也可以，建议不要用304；储罐的处理：酸洗和钝化很重要，最好请专业公司处理，如果自己处理，方法可以参考不锈钢管道清洗方式,采用无泄露，磁力泵是不错的选择（注意材质）阀：采用316L/304L不锈钢球阀，阀芯一侧钻空，直径为2-3mm；（防止双氧水被包裹在阀芯，一般可以让安装单位钻空但要注意阀芯的研磨）；法兰垫片：聚四氟材料；管道焊接：破口，采用氩弧焊铺底，电焊盖面双层焊接；管道应便于清洗，不能够出现如下设置：（中间段无法清洗）管道安装过程：焊接——安装——拆除——清洗——安装；管道应有3%—5%倾斜度；管道不能封闭双氧水，如果必须出现封闭双氧水管道，应注意设置放空阀（防止双氧水分解造成压力上升，避免使用时发生意外，不用时要排净管道内双氧水）管道应设置安全阀；管道材料参考储罐材质；

本图纸为储罐装配图，标注详细，参数可修改。可为过程设备设计及课程设计提供参考.

一、 设计题目储罐设计

用于储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐，钢制储罐工程是石油、化工、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业必不可少的、重要的基础设施，我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制储罐，钢制储罐在国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的。随着眼前储罐行业的不断发展，越来越多的行业和企业运用到了储罐，越来越多的企业进入到了储罐行业，钢制储罐是储存各种液体（或气体）原料及成品的专用设备，对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产，特别是国家战略物资储备均离不开各种容量和类型的储罐。我国的储油设施多以地上储罐为主，且以金属结构居多。

二、技术特性指标

设计压力 0.2MPa （气压） 介质 甲醇、空气

设计温度 50 degC 腐蚀情况 根据介质情况确定

总容积 5.5m3 ，填充系数自定

三、管口表

管口符号 公称直径 法兰密封面形式 法兰标准 用 途

A 80 RF(凸面) HG20592 甲醇入口

B 65 RF(凸面) HG20592 放空口

C 80 RF(凸面) HG20592 安全阀接口

D 20 RF(凸面) HG20592 压力表接口

E 80 RF(凸面) HG20592 备用口（位置自定）

F 500 RF(凸面) HG20592 人孔（位置自定）

G 50 RF(凸面) HG20592 排污口（位置自定）

J1-J2 20 RF(凸面) HG20592 液面计接口

四、设计内容

1 、储罐的结构特点（卧式、立式）

2 、筒体、封头材料选用

3 、根据给定容积确定筒体尺寸，并进行筒体、封头强度计算及校核；

4、焊接结构选择及设计 （简要说明）

5 、液面计根据设计条件自己设定 ，人孔直接选用。

6、选用鞍座，根据承载负荷计算结果进行查鞍座标准选用。

7、人孔补强板确定

8、选择合适的零部件材料及规格（接管、法兰等）

9、装配图和主要零部件图

卧式储罐装配图（ A1 ） 一张

鞍座（ A3） 一张

五、设计注意事项

1、因为本储罐设计属于机械设计，所以不需要进行工艺计算，只是确定其筒体直径及长度。

2、注意法兰选型必须根据设计压力对照法兰标准进行选用。

六、设计说明书要求

1 、字数不少于 3500 以上字数。

2 、内容包括设计参数的确定；结构分析；材料选择；强度计算及校核；焊接结构设计；标准零部件的选型；制造工艺及制造过程中的检验；设计体会；参考书目等。

埋地式甲类液体卧式储罐应按建筑设计防火规范（GB50016-2006）第四章 甲、乙、丙类液体、气体储罐（区）与可燃材。

1.1 甲、乙、丙类液体储罐区，液化石油气储罐区，可燃、助燃气体储罐区，可燃材料堆场等，应设置在城市（区域）的边缘或相对独立的安全地带，并宜设置在城市（区域）全年最小频率风向的上风侧。

甲、乙、丙类液体储罐（区）宜布置在地势较低的地带。当布置在地势较高的地带时，应采取安全防护设施。

液化石油气储罐（区）宜布置在地势平坦、开阔等不易积存液化石油气的地带。

1.2 桶装、瓶装甲类液体不应露天存放。

1.3 液化石油气储罐组或储罐区四周应设置高度不小于1.0m的不燃烧体实体防护墙。

1.4 甲、乙、丙类液体储罐区，液化石油气储罐区，可燃、助燃气体储罐区，可燃材料堆场，应与装卸区、辅助生产区及办公区分开布置。

1.5 甲、乙、丙类液体储罐，液化石油气储罐，可燃、助燃气体储罐，可燃材料堆垛与架空电力线的最近水平距离应符合本规范第11.2.1条的规定。

卧式储罐和立式储罐设计时都会用到GB150,NB/T 47003.1-2009 钢制焊接常压容器等设计规范，而卧式储罐有自己的设计规范：JBT4731-2005 钢制卧式容器。而且在进行液压试验时，卧式容器只需要根据设计规范上的公式所算出的压力进行试验，而立式容器还需要加上自身高度的液压进行试验。

燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。 （一）燃烧的必要条件 物质燃烧过程的发生和发展，必须具备以下三个必要条件，即：可燃物、氧化剂和温度（引火源）。只有这三个条件同时具备，才可能发生燃烧现象，无论缺少哪一个条件，燃烧都不能发生。但是，并不是上述三个条件同时存在，就一定会发生燃烧现象，还必须这三个因素相互作用才能发生燃烧。 １．可燃物：凡是能与空气中的氧或其他氧化剂起燃烧化学反应的物质称为可燃物。可燃物按其物理状态分为气体可燃物、液体可燃物和固体可燃物三种类别。可燃烧物质大多是含碳和氢的化合物，某些金属如镁、铝、钙等在某些条件下也可以燃烧，还有许多物质如肼、臭氧等在高温下可以通过自己的分解而放出光和热。 ２．氧化剂：帮助和支持可燃物燃烧的物质，即能与可燃物发生氧化反应的物质称为氧化剂。燃烧过程中的氧化剂主要是空气中游离的氧，另外如氟、氯等也可以作为燃烧反应的氧化剂。 ３．温度（引火源）：是指供给可燃物与氧或助燃剂发生燃烧反应能量来源。常见的是热能，其它还有化学能、电能、机械能等转变的热能。 ４．链式反应：有焰燃烧都存在链式反应。当某种可燃物受热，它不仅会汽化，而且该可燃物的分子会发生热烈解作用从而产生自由基。自由基是一种高度活泼的化学形态，能与其他的自由基和分子反应，而使燃烧持续进行下去，这就是燃烧的链式反应。 （二）燃烧的充分条件：（1）一定的可燃物浓度；（2）一定的氧气含量；（3）一定的点火能量；（4）未受抑制的链式反应。汽油的最小点火能量为0.2mJ，乙醚为0.19mJ，甲醇为0.215mJ。对于无焰燃烧，前三个条件同时存在，相互作用，燃烧即会发生。而对于有焰燃烧，除以上三个条件，燃烧过程中存在未受抑制的游离基（自由基），形成链式反应，使燃烧能够持续下去，亦是燃烧的充分条件之一。 三、火灾的定义及分类 火灾的定义是：在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。 火灾分为A、B、C、D四类。 A类火灾指固体物质火灾。如木材、棉、毛、麻、纸张； B类火灾指液体火灾和可熔化的固体物质火灾。如汽油、煤油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡火灾； C类火灾指气体火灾。如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢等引起的火灾； D类火灾指金属火灾如钾、钠、镁、钛、锆、锂、铝镁合金火灾等。 四、燃烧中的几个常用概念 １．闪燃：在液体（固体）表面上能产生足够的可燃蒸气，遇火能产生一闪即灭的火焰的燃烧现象称为闪燃。 ２．阴燃：没有火焰的缓慢燃烧现象称为阴燃。 ３．爆燃：以亚音速传播的爆炸称为爆燃。 ４．自燃：可燃物质在没有外部明火等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的自行燃烧现象称为自燃。亦即物质在无外界引火源条件下，由于其本身内部所进行的生物、物理、化学过程而产生热量，使温度上升，最后自行燃烧起来的现象。 ５．闪点：在规定的试验条件下，液体（固体）表面能产生闪燃的最低温度称为闪点。同系物中异构体比正构体的闪点低；同系物的闪点随其分子量的增加而升高，随其沸点升高而升高。各组分混合液，如汽油、煤油等，其闪点随沸程的增加而升高；低闪点液体和高闪点液体形成的混合液，其闪点低于这两种液体闪点的平均值。木材的闪点在260摄氏度左右。 闪点的意义：（1）闪点是生产厂房的火灾危险性分类的重要依据；（2）闪点是储存物品仓库的火灾危险性分类的依据；（3）闪点是甲、乙、丙类危险液体分类的依据；（4）以甲、乙、丙类液体分类为依据规定了厂房和库房的耐火等级、层数、占地面积、安全疏散、防火间距、防爆设置等；（5）以甲、乙、丙类液体的分类为依据规定了液体储罐、堆场的布置、防火间距、可燃和助燃气体储罐的防火间距，液化石油气储罐的布置、防火间距等。 ６．燃点：是指在规定的试验条件下，液体或固体能发生持续燃烧的最低温度称为燃点。一切液体的燃点都高于闪点。 ７．自燃点：是指在规定的条件下，可燃物质产生自燃的最低温度是该物质的自燃点。 可燃物质发生自燃的主要方式是：（1）氧化发热；（2）分解放热；（3）聚合放热；（4）吸附放热；（5）发酵放热；（6）活性物质遇水；（7）可燃物与强氧化剂的混合。

一般设计容积大于装填容积，装填容积大于实际容积。例如液化储罐设计容积就是储罐的具体容积，装填容积就是因为按照盛装介质的理化性质，需要在里面安装温度、压力等容器，所以需要富裕一定的空间。液化石油气在一定条件下易气化，所以实际重装的液化气不易装满，一般充装系数为0.85.希望我的回答对你有用。

（1）当氮封阀关闭时，主阀的活塞是在一个密封室内，当储罐压力等于或大于设定的压力时，膜片就被向上顶起，气导阀在弹簧的作用下向上移动，把气导阀上的密封圈紧紧压在阀座上，关闭了控制气的进口，同时特殊阀芯室的压力增加并接近氮气总管的压力，此压力通过内部通道，从特殊阀芯室传到主阀阀芯室。主阀的活塞就处于氮气总管压力的作用，由于主阀阀芯上、下所受气体压力平衡，所以主阀阀芯在自重和弹簧的作用下将阀门紧密关死。（2）氮封阀打开时，当储罐压力稍微低于设定压力时，膜片因为感应压力下降而向下移动，推动气导阀打开，氮气经过孔板、气导阀的出口进入储罐，使储罐内的压力增加，同时气导阀的特殊阀芯室的压力下降，氮气通过内部通道从特殊阀芯室进入主阀阀芯室。由于主阀阀芯的活塞面积大于主阀阀座孔面积，并有弹簧的弹力和主阀的重量，所以当储罐压力稍微低于设定点时，特殊阀芯室和主阀阀芯室的压力降低很小，主阀仍然保持关闭，氮气只从气导阀进入储罐。