液氯储罐课程设计

1、PAGE PAGE XXXVII 16M液氯储罐课程设计说明书 学 院：装备制造学院 班 级：过控一班 姓 名：边明威 学 号：110640115 指导老师：张喜亮 刘涛 完成时间：2014年7月3号课程设计任务书16m液氯储罐设计课程设计要求及原始数据（资料）课程设计要求：1、按照国家压力容器设计标准、规范进行设计，掌握过程设备设计的过程。2、设计计算采用手算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠。3、工程图纸要求计算机绘图。4、独立完成。原始数据：设计条件表序号项目数值备注1名称液氯储罐2用途液氯储存站3最高工作压力MPa由介质温度确定4工作温度-20455公称容积m166工作压力波动情况

2、可不考虑7装量系数0.98工作介质液氯（高度危害）9使用地点邯郸市，室内课程设计主要内容： 1、设备工艺设计 2、设备结构设计 3、设备强度计算 4、技术条件编制 5、绘制涉笔总装配图 6、编制设计说明书学生应交的设计文件（论文）：1、设计说明书一份2、总装配图一张（折合A1图纸一张） 摘要 化学名称：液态氯 氯气的分子量为 70.91 ，黄绿色有刺激性气味的气体，并且为有毒气体。在工业上，液氯是一种很有用的化学物质。氯可用于造纸、纺织工业的漂白；用作水和废水的消毒、杀菌剂；且可用于制造无机、有机氯化物，如：金属氯化物、氯溶剂、染料中间体、杀虫剂、合成橡胶、塑料等。但由于液氯属高毒性，是一种强

3、烈的刺激性气体。它对人体、环境都有很强的危害，因此液氯的存储、运输都是一个值得深思的问题。设计储存设备，首先必须满足各种给定的工艺要求，考虑存储介质的性质、容量、钢材的耗费量等等。而且液化气体必须考虑它的膨胀性和压缩性，液化气体的体积会因温度的改变而变化，所以必须严格控制储罐的充装量（指装量系数与储罐实际容积和设计温度下介质的饱和液体密度的乘积）。目前我国普遍采用常温压力贮罐一般有两种形式：球形贮罐和圆筒形贮罐。因为圆筒形贮罐加工制造安装简单，安装费用少， 但金属耗量大占地面积大， 所以在总贮量小于500，单罐容积小于100时选用卧式贮罐比较经济。最后，根据本地地理位置和气候特征，用我们所学的

4、过程设备设计课本上的知识，设计一个16m3的液氯卧式储罐。 第一章 设备的工艺设计存储量盛装液化气体的压力容器设计存储量式中：W储存量，t； 装量系数； V压力容器容积； 设计温度下的饱和溶液的密度，；根据设计条件=设备的选型及轮廓尺寸因为圆筒形贮罐加工制造安装简单，安装费用少， 但金属耗量大占地面积大， 所以在总贮量小于500，单罐容积小于100时选用卧式贮罐比较经济。假设筒体的公称直径DN=1700mm则筒体长度6.436m6.436/1.7=3.785(在3-6范围内)圆整得: 6.5/1.7=3.834m2所以，筒体的公称直径,长度设备的机械设计2.1 设计条件的确定2.1.1 设计压

5、力的确定 液氯储罐的工作温度-2050，故由压力容器介质手册查的，在50温度下的绝对饱和蒸汽压为1.430MPa。在本次设计中的液氯储罐上装有安全阀，通常认为设计压力为工作压力的1.051.10倍，所以设计压力P=1.1(1.430-0.1)=1.463MPa，水压试验时的压力P=1.25P=1.251.463=1.829MPa，根据过程设备设计，在容器设计选用零部件时，应选用设计压力相近且稍高一级的公称压力，故公称压力2.1.2 设计温度的确定 设计温度也是压力容器的设计载荷条件之一，指容器在正常工作情况下，设定元件的金属温度。当元件金属温度不低于0时，设计温度不得低于元件可能达到的最高温度

6、;当元件金属温度低于0时，其值不得高于元件金属可能达到的最高温度。所以设计温度选择为50。液化气体饱和蒸汽压及饱和液密度温度-15103050饱和蒸汽压MPa（绝压）氯0.2170.48608431.430饱和液密Kg/m3氯15111441137713072.1.3设计条件表项目内容备注工作介质液氯工作压力 MPa1.430设计压力 MPa1.463工作温度 -2045设计温度 50公称容积()m316计算容积()m316.146工作容积()m314.53装量系数f0.9介质密度（）t/m31.307保温要求无保温设施其它要求2.2 设备的结构设计2.2.1 筒体和封头的结构设计筒体筒体的公

7、称直径,长度2.封头封头的公称直径必须与筒体的公称直径相一致，且中低压容器经常采用的封头型式是标准椭圆形封头。故根据GBT251982010，可选用标准椭圆封头的公称直径DN1700mm，总深度H450mm，容积V0.6999。 椭圆形封头2.2.2 接管的设计由化工工艺设计手册查得常用介质流速推荐值：液氯流速为0.8m/s，压缩空气的流速为12m/s,根据该数据设计个各接管尺寸：（1）液氯进口管与法兰设计取液氯进口管与筒体环焊缝距离为500mm，入筒体的长度为1500mm。要求DN=50,取管伸出筒外长度150mm。选材20钢。（2）液氯出口管与法兰设计按照无补强要求：两管口中心线间距不得小

8、于两孔直径之和的两倍，取间距为250mm。要求DN=50,取管伸出筒外长度150mm。距筒体底部的长度为200mm。液氨出口接管的PN为2.5MPa选用的材料为20钢。（3）空气进口与空气出口设计由实际要求得：空气进口的DN为50mm,空气出口的DN为50mm空气进口与空气出口间的距离为250 mm，外伸高度为150mm，内伸高度为0；同理可取等级压力为2.5MPa，空气进口的材料选用20钢。（4）安全阀接口管设计安全阀接口管设计要求的公称通径为80mm, 接口管伸出筒体外均为150mm,取等级压力2.5MPa,选用材料20钢。 （5）压力表接管设计根据设计要求得：选用的公称通经为DN20mm

9、压力表接管伸出筒体长度为158mm压力表接管的等级压力为2.5MPa选用的材料（6）液位计接口的设计根据设计要求得：选用的公称通经为DN20mm压力表接管伸出筒体长度为150mm压力表接管的等级压力为2.5MPa选用的材料（7）排污口接管设计排污管入筒体的长度为0mm。要求DN=50,取管伸出筒外长度100mm。选材20钢。（8） 接管尺寸表用途公称直径DN外径壁厚伸出筒体长度伸入筒体长度理论质量液氯进口管50578.515015001.6液氯出口管空气进口管50571115001.2空气出口管液位计2025515001.2安全阀20251115001.2压力表2025515801.2排污口5

10、0571110001.6 管口表符号ITEM公称尺寸N.SIZE公称压力PN连接标准CONNECT.STD法兰型式TYPE密封面形式FACING用途或名称SERVICE设备中心线至法栏面距离/mmh202.5HG20592WNFM液位计接口见图d502.5HG20592WNFM液氯进口管1198a502.5HG20592WNFM液氯出口管1198e502.5HG20592WNFM空气进口管1198b502.5HG20592WNFM空气出口管1198g502.5HG20592WNFM安全阀接口1198c252.5HG20592WNFM压力表接口1198f5002.5人孔i502.5HG20592

11、WNFM排污口11982.2.3接管法兰设计压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类HG-20660-2000得：液氯的毒性为高等危害，故采用带颈对焊法兰，密封面为凹凸面，带加强环的缠绕式垫片和专用级紧固件结合。，查得最大允许工作压力为2.25MPa，查得20钢（50） 由HGT 20592-2009钢制法兰垫片紧固件表PN2,5带颈对焊钢制管法兰设计：（1）液氯进出口法兰设计选用带颈对焊法兰（WN），凹面密封面（），设计压力为2MPa,取公称压力2.5MPa,选材16MnR。（2）空气进出口法兰设计选用带径对焊法兰（WN），凹面密封面（），公称压力2.5MPa,选材16MnR。（3）压力

12、表接口法兰设计选用带径对焊法兰（WN），凹面密封面（），等级压力2.5MPa,选材16MnR。（4）安全阀接管法兰设计选用带径对焊法兰（WN），凹面密封面（），等级压力2.5MPa,选材16MnR。（5）液面计接管法兰设计法兰的密封面形式凹面（FM）法兰垫片采用柔性石星垫片采用16个螺栓16个垫圈，采用16MnR。各接管法兰尺寸查表HG/T 2059220635-2009得： 法兰尺寸示意接管法兰尺寸序号接管法兰公称直径DN焊接外径A1连接尺寸法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n（个）螺栓ThNSH1Ra液氯出口管5057165125184M16207

13、58.58652b空气出口管5057165125184M162075118652c压力表接口202510575144M12184056440d液氯进口管5057165125184M1620758.58652e空气进口管5057165125184M162075118652g安全阀接口5057165125184M162075118652h液面计接口202510575144M12204056440i排污口50571651252.2.4 人孔的结构设计1.密封面的选择由于本次设计的介质是高度危害的，所以本次设计采用凹凸法兰密封面（MFM）。2.人孔的设计本次设计的储罐设计压力为1.463MPa，根据钢

14、制人孔和手孔，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。该人孔标记为：人孔(W.D-2222) A 人孔结构示意图人孔结构尺寸密封面型式公称压力PN公称直径DNdwSdDD1H1H2bMFM2.55005301250673066028012344b1b2ABLd0螺柱螺母螺柱总质量数量直径长度4348405200300302040M3321703022.2.5 支座设计 1.支座的选择该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-A。当头体内为液氯时估算鞍座的负荷： 储罐总质量筒质量量单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.2 EHA椭圆形封头质量，可知，充液质量：，附件质量

15、：人孔质量为604kg，其他接管和法兰质量总和估=5.23.48+1.61.63=5.76kg=35+13=18kg=604+5.76+18=627.76kg综上所述， kg每个鞍座承受的重量为m=251.94kN由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为A,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表 鞍式支座结构尺寸 单位：mm公称直径DN允许载荷Q /kN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1l3b2b3170027525012002001282751702408垫板螺栓配置鞍座质量kg增加100mm高度增加的质量/kg弧长b4e间距l2螺孔d螺纹

16、孔长l1990390870104020M1640122122.鞍座位置的确定通常取尺寸A不超过0.2L值，中国现行标准JB 4731钢制卧式容器规定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头,有故由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB 4731还规定当满足A0.2L时，最好使A0.5R m ，取A=425mm综上有：A=425鞍座标记为： 2.2.6 焊接结构设计综合考虑各种因素，针对本次设计储存的介

17、质是高毒性介质，所以本次设计的壳体A、B类焊接接头应为X型的如图。而对于法兰与壳体、接管连接的接头，应采用全焊透接头。 对于人孔、补强圈与壳体的接头选用，如图 V型焊接接头图8.2 接管与筒体的接头补强圈接头形式2.2.6 附件设计1.垫片的选择 因为使用压力PN=2.5MP，而且工作温度不是太高，液氯的腐蚀性可以忽略，而且该密封属于静密封，所以垫片选用石棉橡胶垫片即可满足要求，查HG/T 20606-1997钢制管法兰用非金属平垫片，得： 金属包覆垫片凹凸面法兰用MFM型垫片尺寸表符号管口名称垫片厚度公称直径内径D1外径D2d液氯进口1.5506187g安全阀口1.5506187e空气进口1

18、.5506187b空气出口1.5506187c压力表口1.5202750h液位计口1.5202750a液氯出口1.5506187I排污口1.55061872.连接件的选择查HG 20613-97 钢制管法兰用紧固件得螺柱的长度和平垫圈尺寸：管法兰紧固件尺寸符号公称直径螺纹螺柱长紧固件用平垫圈 mmhd50M169017303g50M169017303e50M168517303b50M168517303c20M127013242.5h20M127013242.5a50M169017303i50M1685173033.液位计于此储罐介质温度在太原地区随四季温度的变化而变化，最低-20，最高48，密

19、度黏度也随之变化，又根据需要满足筒体内径DN=1700，公称压力PN=2.5其他的液位计均不符合要求，所以本次设计采用磁性液位计，普通型，压力等级为2.5 MPa。根据实际要求，选用液位计的长度为600mm HG/T 21584-95 UZ 2.5M-200-1.307 321C。安全阀根据公称压力PN=2.5和适用介质，选择型号为A41H-16C的安全阀。2.2.7总体设计 液氯进气管外伸度150mm，内伸高度1500mm。液氯出口管外伸高度150mm，内伸高度1800mm。 安全阀外伸高度150mm，内伸高度0mm。压力表外伸高度158mm,内伸高度0mm.空气进/出口管外伸高度150mm

20、,内伸高度0mm。人孔外伸300mm，内伸0mm。 接管与接管间距500mm，接管与封头间距300mm,与人孔间距1500mm，与焊缝距离不小于150mm,鞍座距封头切线500mm。2.3 设备的强度计算2.3.1 壁厚计算1.液柱静压力由课程设计指导书查的，液氯的密度为1.307kmm3，内径由各地区重力加速度表查的邯郸地区的，则根据公式可得 2.计算压力因为，所以可忽略静压力的影响。即=P=1.4633.设计温度下材料的许用应力为，假设筒体厚度为，由材料许用应力表可Q345R的4.焊接接头系数本次液氯储罐的设计采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头，100%无损检测，所以。5.内

21、压容器的计算厚度根据内压容器的计算厚度公式： 在之间，故假设是成立的。取腐蚀裕量，由常用钢板厚度负偏差表可查的，在的钢板标准下的负偏差。查钢板厚度的常用规格表，将其圆整为，即名义厚度的钢板。 MPa 0.9s=0.91345MPa=310.5MPa233.08MPa 校验合格6.标准椭圆形封头的计算厚度标准椭圆封头的公称直径DN1700mm，总深度H450mm，容积V0.6999，结合后面的计算。椭圆形封头根据标准椭圆形封头的计算厚度公式： 取腐蚀裕量，Q345R的负偏差。将其圆整为，即名义厚度的钢板。6.水压试验试验方法：试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中，应保

22、持容器外表面的干燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验。查表得：16MnR：水压试验时的压力 水压试验的应力校核：水压试验时的应力 水压试验时的许用应力为 16MnR： ，所以满足要求2.3.2 设备的应力校核 钢制卧式容器计算单位 过控1001计 算 条 件 简 图设计压力 p1.463MPa设计温度 t50筒体材料名称Q345R封头材料名称封头型式椭圆形筒体内直径Di1700mm筒体长度 L6500mm筒体名义厚度 dn10mm支座垫板名

23、义厚度 drn8mm筒体厚度附加量 C2.3mm腐蚀裕量 C12mm筒体焊接接头系数 F1封头名义厚度 dhn10mm封头厚度附加量 Ch2.8mm鞍座材料名称16MnR鞍座宽度 b200mm鞍座包角 120支座形心至封头切线距离 A425mm鞍座高度 H250mm地震烈度 低于7度内压圆筒校核计算单位过控1001计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.46MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 1700.00mm材料 # ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀

24、裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 6.61mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.20mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 2741.05Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 1.8290 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 216.84 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.59419MPa设计温度下计算应力 st = = 173.45

25、MPastf 189.00MPa校核条件stf st结论 合格注: 带#号的材料数据是设计者给定的。左封头计算计算单位 过控1001计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.46MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 1700.00mm曲面高度 hi 425.00mm材料 # (板材)设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 6.59mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.20mm最小厚

26、度 dmin = 6.59mm名义厚度 dn = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 251.62 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.59756MPa结论 合格右封头计算计算单位 过控1001计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.46MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 1700.00mm曲面高度 hi 425.00mm材料 # (板材)设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d

27、 = = 6.59mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.20mm最小厚度 dmin = 6.59mm名义厚度 dn = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 251.62 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.59756MPa结论 合格注: 带#号的材料数据是设计者给定的。卧式容器（双鞍座）计算单位过控1001计 算 条 件 简 图 计算压力 pC1.463MPa 设计温度 t50 圆筒材料Q345R 鞍座材料16MnR 圆筒材料常温许用应力 s170MPa 圆筒材料设计温度下许用应力st170MPa 圆筒材料常温屈服点 ss345MPa 鞍座材料许用应力 ss

28、a170MPa 工作时物料密度 1511kg/m3 液压试验介质密度 1000kg/m3 圆筒内直径Di1700mm 圆筒名义厚度 10mm 圆筒厚度附加量 2.3mm 圆筒焊接接头系数 1 封头名义厚度 10mm 封头厚度附加量 Ch2.8mm 两封头切线间距离 6550mm 鞍座垫板名义厚度 8mm 鞍座垫板有效厚度 8mm 鞍座轴向宽度 b200mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心至封头切线距离 A425mm 封头曲面高度 425mm 试验压力 pT1.829MPa 鞍座高度 H250mm腹板与筋板组合截面积 0mm2 腹板与筋板组合截面断面系数0mm3 地震烈度7圆筒平均半径 Ra 8

29、55mm 物料充装系数 0.9一个鞍座上地脚螺栓个数1地脚螺栓公称直径0mm地脚螺栓根径0mm鞍座轴线两侧的螺栓间距0mm地脚螺栓材料支 座 反 力 计 算 圆筒质量(两切线间)2762.21kg 封头质量(曲面部分)248.823kg 附件质量627.76kg 封头容积(曲面部分)6.4311e+08mm3 容器容积(两切线间)V = 1.61534e+10mm3 容器内充液质量工作时, 21967压力试验时, = 16153.4kg 耐热层质量0kg总质量工作时, 25854.6压力试验时, 20041kg单位长度载荷35.6467 27.6313N/mm支座反力126843 98321.

30、3126843N筒 体 弯 矩 计 算圆筒中间处截面上的弯矩工作时= 1.42163e+08压力试验= 1.10197e+08Nmm支座处横截面弯矩操作工况： -2.60682e+06压力试验工况： -2.02065e+06Nmm系 数 计 算K1=0.1K2=1K3=0.879904K4=0.401056K5=0.760258K6=0.0132129K6=0.010861K7=K8=K9=0.203522C4=C5=筒 体 轴 向 应 力 计 算轴向应力计算操作状态 89.2683 81.3724MPa -8.04332 -0.147488MPa水压试验状态 -6.23156 -0.1143

31、24MPa 107.78 101.659MPa应力校核许用压缩应力0.000851529根据圆筒材料查GB150图6-36-10 B = 111.927MPa111.927111.927MPa 189 合格|,| 111.927 合格|,| 111.927 合格T2 ,T3 0.9s = 310.5 合格MPa筒体和封头的切应力时(时,不适用)MPa时圆筒中：16.9529封头中：8.26366MPa应力校核封头椭圆形封头, 172.715碟形封头, 半球形封头, MPa圆筒封头 = 0.8 t = 136 39.7847MPa圆筒, = 136 MPa 合格封头, h h = 39.7847

32、 MPa 鞍 座 处 圆 筒 周 向 应 力无加强圈圆筒圆筒的有效宽度344.247mm无垫板或垫板不起加强作用时在横截面最低点处MPa在鞍座边角处L/Rm8时, MPaL/Rm8时, MPa无加强圈筒体垫板起加强作用时鞍座垫板宽度 ； 鞍座垫板包角横截面最低点处的周向应力-1.78425MPa鞍座边角处的周向应力L/Rm8时, MPaL/Rm8时, -27.1606MPa鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力L/Rm8时, MPaL/Rm8时, -48.3596MPa应力校核 |5| t = 189 合格 |6 | 1.25 t = 212.5 合格 |6 | 1.25 t = 212.5 合格MP

33、a有加强圈圆筒加强圈参数加强圈材料, e = mm d = mm加强圈数量, n = 个组合总截面积, A0 = mm2组合截面总惯性矩, I0 = mm4设计温度下许用应力MPa加强圈位于鞍座平面上 在鞍座边角处圆筒的周向应力：MPa 在 鞍 座 边 角 处 ，加 强 圈 内 缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 ：MPa有加强圈圆筒加强圈靠近鞍座横 截 面 最 低 点 的 周 向 应 力 无垫板时，（ 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 ） 采用垫板时，（垫板起加强作用）MPa 在横截上靠近水平中心线的周向应力：MPa 在横截上靠近水平中心线处，不与筒壁相接的加强圈内缘 或 外 缘

34、表 面 的 周 向 应 力 ：MPa加强圈靠近鞍座鞍座边角处点处的周向应力 无垫板或垫板不起 加强 作用L/Rm8时, MPa 无垫板或垫板不起 加强 作用L/Rm8时, MPa 采用垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm8时, MPa采用垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm8时, MPa应力校核|5| t = 合格|6 | 1.25t = 合格|7 | 1.25t = |8 | 1.25tR = MPa鞍 座 应 力 计 算水平分力25815.3N腹板水平应力计算高度250mm鞍座腹板厚度8mm鞍座垫板实际宽度390mm鞍座垫板有效宽度344.247mm腹板水平应力无 垫 板 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 , 垫板起加强作用, 5.43025MPa应力判断 9 sa = 113.333 合格MPa腹板与筋板组合截面应力由地震水平分力引起的支座强度计算圆筒中心至基础表面距离 1110mm轴向力0 N, MPa, MPa|sa| 1.2bt = 0 MPa 剪应力 1.26e-08MPabt 0.8Kobt = 0 MPa 温差引起的应力 34761.8N 0MPa|tsa| sa = 170 注：带#的材料数据是设计者给定的2.3.3 开孔补强计算开孔补强计算计算单位过控1001接 管: A1, 53