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260°2φ18355°5°
图2.2加强箍结构
2R1025°5°010φ360φ380φ396
图2.3对接坡口
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2.3.5 端部法兰的设计
DN1600 大开孔密封采用半自紧式双锥密封结构，端部法兰结构采用GB150筒体端部结构。由于端部法兰与筒体相焊，端部法兰材料要求焊接性能好，又加上此塔直径较大，这就要求端部法兰材料必须选用高强度材料，最终选定常用的20MnMo锻件作为端部法兰的材料。由于设计温度高达280℃，端部法兰与介质接触的部分容易产生氢腐蚀，因而与介质接触的部分采用堆焊0Cr18Ni9不锈钢。堆焊在该设计温度下，不会产生剥离、脱离等现象。完全满足设计要求。堆焊在粗加工后进行，堆焊前需预热，预热温度≥150℃。堆焊过渡层需进行100%UT+100%PT,堆焊过渡层需进行消除应力退火热处理；堆焊面层后进行100%PT,，符合JB/T4730-2005标准I级。端部法兰上主螺孔设计如图2.4。主螺孔有效螺纹深度按GB150标准公式h1≥（1.3～1.5）dB=182～210mm，取h1=180mm，主螺孔深度hS=200mm。端部法兰设有4个DN150分流气入口，分布在0°、90°、180°、270°方位上，孔中心线离端部法兰端部距离由主螺孔中心圆直径、主螺孔直径和深度、管口螺纹法兰螺孔中心圆直径、螺孔直径和深度等尺寸通过放样确定，最终定为430mm。为方便4个螺纹法兰螺孔加工、螺纹法兰装配，端部法兰外圆应加工4个υ400平面，深度为18mm。与筒体对接处名义厚度δn确定，按GB150不小于按内压确定的圆筒的名义厚度。根据计算GB150公式计算的计算厚度为175.2mm，考虑其他因素取δn=182.5mm。端部法兰外径确定：根据GB150计算公式D0≥Db+1.8d B=1850+225=2075mm。取D0=2080mm。端部法兰总高确定：端部法兰外缘倾角α按GB150有两种角度30°，45°，此氨塔按45°设计。端部法兰外缘长度h≥hS+ d B=200+125=325mm，由于内件安装在端部法兰上，结构原因h=679mm。总高H=679+51+50=780mm。
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120°3240210120°φ140.5图2.4端部法兰上主螺孔设计
2.3.6 支座的设计
氨合成塔是通过支座固定的。根据设备的重量、结构、承受的载荷以及操作和维修等要求等才能选定本设计中氨合成塔的支座型号。则根据设计任务书的参数及本设计的计算数据可确定此氨塔设备是重型设备，因此根据GB150中的支座的相关规定，本设计氨塔设备的支座选定为框式支座。框式支座结构简单轻便，可直接把设备载荷传到较低的基础上。另外，它还比其他型式的支座提供较大的操作、安装和维修空间。
2.3.7 开孔补强的设计
当圆筒内径Di＞1500mm，开孔最大直径d≤Di/3，且d≤1000mm时；凸形封头的开孔最大直径d≤Di/2时，可以采用等面积补强。本设计符合该条件，所以可以采用等面积补强。
内压容器的圆筒、球壳开孔后所需的补强面积为A=dδ+2δδet(1-fr)；平盖的开孔直径d≤0.5Di时，所需补强面积为A=0.5dδ。
补强材料与圆筒、球壳、平盖的材料相同。
2.3.8 DN350球底接管设计
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DN350球底接管是氨塔内件热气出口，由于氨合成塔气温高达450℃左右，且氨塔内件结构决定了该球底接管内壁有部分与介质接触，这就要求球底接管材料耐氢腐蚀，根据开孔补强计算要求球底接管要采用整体锻件补强，为了避免球底接管与球封头异种钢焊接处耐氢腐蚀，球底接管应采用14Cr1Mo IV，内表面采用堆焊0Cr18Ni9。
2.3.9 容器焊接、热处理及检验要求
单层筒体纵焊缝采用埋弧自动焊，端部法兰及球底封头与筒体环焊缝采用焊条电弧焊+埋弧自动焊，其他采用焊条电弧焊。焊条采用：20MnMo与14Cr1MoR、13MnNiMoNbR之间采用E5015（J507），14Cr1MoR之间、14Cr1MoR与13MnNiMoNbR之间采用E5515-B2(R307),堆焊层0Cr18Ni9与14Cr1MoR之间采用E309-16（A302），20MnMo与14Cr1MoR、13MnNiMoNbR之间焊丝H10MnSi，焊剂HJ431，14Cr1MoR 之间、14Cr1MoR与13MnNiMoNbR之间采用H08CrMoA，焊剂HJ350，13MnNiMoNbR之间采用H08Mn2MoA，焊剂SJ101。A、B类焊缝，热影响区HV10≤220。焊接规程按JB/T4709-2000规定。
内筒纵缝和球底接管与球封头焊后立即消氢处理，单层圆筒成形后进行消除应力热处理，球底接管和端部法兰堆焊过渡层需进行消除应力退火热处理，壳体组焊件消除应力热处理。
壳体A、B类焊接接头100%RT+20%UT+100%MT，堆焊过渡层需进行100%UT+100%PT，堆焊面层后在进行100%PT。热处理前后、水压试验前后壳体A、B类焊接接头还应进行100%MT，符合JB/T4730-2005标准RT II级，底片质量AB级，MT、PT I级。
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3 主要受压元件强度计算及校核
3.1 筒体强度计算及校核
3.1.1 设计温度下筒体的计算厚度
由于筒体采用两种不同材质（14Cr1MoR和13MnNiMoNbR）热套的，故筒体两
tt［σ］δ［σ］δ211?2σ?=种材料在常温下综合许用应力应按GB150-1998公式3-2：?δ1?δ2计算。假定筒体由一层δ1=45mm14Cr1MoR和三层δ2=3×38=114mm13MnNiMoNbR热套组成，查GB150-1998表4-1：
σ?1=172MPa 在20℃常温下：14Cr1MoR（δ1=45mm）的许用应力为?20σ?2=190MPa 13MnNiMoNbR（δ2=3×42=114mm）的许用应力为?202020?σ?1δ1??σ?2δ2172?45?190?114σ?=所以：?==184.9MPa
20δ1?δ245?114σ?1=147.6MPa 在280℃温度下：14Cr1MoR（δ1=45mm）的许用应力为?280σ?2=190MPa 13MnNiMoNbR（δ2=3×38=114mm）的许用应力为?280280280?σ?1δ1??σ?2δ2σ?=所以：?280δ1?δ2=
147.6?45?190?114=178.0MPa
45?114PCDi圆筒计算厚度 δ= （3-1） t2?σ?υ?PC式中： Pc-----计算压力，MPa；因液柱静压力小于5%的设计压力，故Pc=P=31.4MPa
Di-----圆筒的内直径，mm；按设计参数取Di=υ1600
t?σ?-----设计温度下圆筒许用应力，MPa
υ———焊接接头系数，按GB150-1998取υ=1.0
σ?υ 式（3-1）的适用范围为：PC≤0.4?t31.4MPa≤0.4×178.0Mpa=71.04MPa 符合式（3-1）的适用范围
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