30立方米液氯储罐.doc

齐 齐 哈 尔 大 学综合实践题 目： 液 氯 储 罐 设 计 .学 院： 机 电 工 程 学 院 .专业班级： 过 控 142 班 . 学生姓名： 李 福 洋 .指导教师： 王 雪 飞 .成 绩： . 2017 年 6月 15 日目录1综合实践任务书12设计参数及材料的选择12.1 设备的选型与轮廓尺寸12.2 设计压力12.3 筒体及封头材料的选择32.4 许用应力43结构设计53.1筒体壁厚计算53.2 封头设计53.2.1 半球形封头53.2.2 标准椭圆形封头63.2.3 标准蝶形封头73.2.4 圆形平板封头73.2.5 不同形状封头比较83.3 压力试验83.4鞍座93.4.1鞍座的选择93.4.2 鞍座的位置114 结 果135总结15综合实践任务书学院：机电学院 专业：过程装备及控制工程专业 班级：过控142班姓名：李泽锟 学号： 2014111101 设计组别：A 指导教师：王雪飞 设计日期：2017年5月26日至2017年6月14日一、设计题目 液氯储罐设计设计条件 ： 序号项 目数 值单 位备 注1名 称液氯储罐2用 途液氯储存站3最高工作压力1.414MPa由介质温度确定4工作温度-20455装量系数(V)0.96工作介质液氯（高度危害）7使用地点室内8 工作介质液氯9其它要求100%无损检测组别ABCDEFGHIJ容积15m20m25m30m35m40m45m50m55m60m 二、设计任务：用常规设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管进行设计最后形成合理的设计方案。1. 设计方案简介2. 主要结构尺寸设计；3. 绘制储罐总装配图一张，零件图一张（折合成一张A1图纸）三、设计说明书内容1. 封皮2.目录3. 设计题目及原始数据4. 论述储罐总体结构的选择；5主体设备设计计算及说明；6 总结7参考文献。152设计参数及材料的选择2.1 设备的选型与轮廓尺寸筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广。筒体直径一般由工艺条件决定，但是要符合压力容器的公称直径。粗略计算内径：，一般，得：，所以：，圆整至，则。2.2 设计压力 本储罐在成都使用，夏季最高温度为38oC，冬季最低温度为-5 oC，工作温度在-538 oC，取最高工作温度为38oC。由图2-1可得，38oC时，液氯密度为kg/m3。图2-1 液氯密度温度图表2-1 全国各地区重力加速度表序号地区重力加速度序号地区重力加速度序号地区重力加速度1包头9.798612海口9.7863 23沈阳9.8035 2北京9.801513合肥9.7947 24石家庄9.7997 3长春9.804814吉林9.8048 25太原9.7970 4长沙9.791515济南9.7988 26天津9.8011 5成都9.791316昆明9.7830 27乌鲁木齐9.8015 6重庆9.791417拉萨9.7799 28西安9.7944 7大连9.801118南昌9.7920 29西宁9.7911 8广州9.783319南京9.7949 30张家口9.8000 9贵阳9.7968 20南宁9.7877 31郑州9.7966 10哈尔滨9.806621青岛9.7985 11杭州9.7936 22上海9.7964 地球各点重力加速度近似计算公式: g=g0(1-0.00265cos&)/1+(2h/R)g0:地球标准重力加速度9.80665(m/平方秒)&:测量点的地球纬度h:测量点的海拔高度R:地球的平均半径(R=6370km)由表2-1，查得成都地区的重力加速度m/s2，则液柱静压为：MPa。图2-2 液氯温度与饱和蒸汽压图根据图2-1，查得38oC蒸汽压为kPa，可以判断设计的容器为内压容器，按压力容器安全技术监察规程规定，盛装液化气体无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气38oC时的饱和蒸汽压力1.11 MPa。当容器上装有安全阀时，取1.051.1倍的最高工作压力作为设计压力，液氯储罐的设计压力p为1.22MPa。则：，所以可忽略静压强，即。由于，故该储罐属于中压容器。2.3 筒体及封头材料的选择根据液氯的物性选择罐体材料，液氯对碳钢腐蚀率是0.5mm/a，且又属于中压储罐，可以考虑20R和16MnR这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板， 16MnR钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。钢板标准号为GB6654-1996。2.4 许用应力设计温度为38C，属于常温容器。查阅文献1，当16MnR钢板厚度616mm时，16MnR钢板的强度极限b=510 MPa，屈服极限s=345MPa。常温下，当取强度极限作为16MnR 钢板的极限应力时，许用应力，查阅文献2得；，取，那么MPa；当取屈服极限作为16MnR 钢板的极限应力时，许用应力，取，MPa。则许用应力取两者这间的较小值，则t=170MPa。3结构设计3.1筒体壁厚计算计算壁厚按照（4-1）式计算。 （3-1）式中：pc计算压力，MPa；Di筒体内径，mm；t设计温度下的许用应力，MPa；焊接接头系数容器筒体的纵向焊接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数=1.00，全部无损探伤。把相关数据带入（3-1）式，得到圆柱形筒体的计算壁厚。mm查材料腐蚀手册，38下液氯对钢板的腐蚀速率0.5mm/年，计划用10年，取腐蚀裕量C2=5 mm。所以，筒体的设计壁厚d=+ C2=12.92mm。查阅钢板厚度负偏差表，钢板厚度在8.025mm范围内，负偏差C1=0.8 mm。所以，筒体的名义壁厚n=d+ C1+圆整量=14mm。在mm之间，故假设是成立的。查GB9019-2001，得到圆柱形筒体的规格尺寸见表3-1。表3-1 筒体标准公称直径DN/mm1m高的容积V1/m31m高的内表面积F1/m21m高筒节质量/kg22003.8016.817143.2 封头设计3.2.1 半球形封头球形封头的计算壁厚按照（3-2）式计算。 （3-2）式中：pc计算压力，MPa；Di半球形封头的内径，mm；t设计温度下的许用应力，MPa；焊接接头系数封头的拼接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数=1.00，全部无损探伤。把相关数据带入（3-2）式，得到半球形封头的计算壁厚。mm查材料腐蚀手册，38C下液氯对钢板的腐蚀速率为0.5mm/年，取腐蚀裕量C2=5 mm。所以，筒体的设计壁厚d=+ C2=8.95mm。查阅钢板厚度负偏差表，钢板厚度在8.025mm范围内，负偏差C1=0.8 mm。所以，筒体的名义壁厚n=d+ C1+圆整量=10mm。3.2.2 标准椭圆形封头标准椭圆形封头的计算壁厚按照（3-3）式计算。 （3-3）式中：pc计算压力，MPa；Di椭圆形封头的内径，mm；t设计温度下的许用应力，MPa；焊接接头系数封头的拼接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数=1.00，全部无损探伤。把相关数据带入（3-3）式，得到标准椭圆形封头的计算壁厚。mm查材料腐蚀手册，38C下液氯对钢板的腐蚀速率为0.5mm/年，取腐蚀裕量C2=5mm。所以，筒体的设计壁厚d=+ C2=12.91mm。查阅钢板厚度负偏差表，钢板厚度在8.025mm范围内，负偏差C1=0.8 mm。所以，筒体的名义壁厚n=d+ C1+圆整量=14mm。3.2.3 标准蝶形封头标准蝶形封头的计算壁厚按照（3-4）式计算。 （3-4）式中：pc计算压力，MPa；Di标准蝶形封头的内径，mm；t设计温度下的许用应力，MPa；焊接接头系数封头的拼接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数=1.00，全部无损探伤。把相关数据带入（3-4）式，得到标准蝶形封头的计算壁厚。查材料腐蚀手册，38C下液氯对钢板的腐蚀速率为0.5mm/年，取腐蚀裕量C2=5 mm。所以，筒体的设计壁厚d=+ C2=14.49mm。查阅钢板厚度负偏差表，钢板厚度在8.025mm范围内，负偏差C1=0.8 mm。所以，筒体的名义壁厚n=d+ C1+圆整量=16mm。3.2.4 圆形平板封头圆形平板封头的计算壁厚按照（3-5）式计算。 （3-5）式中：pc计算压力，MPa；Di标准蝶形封头的内径，mm；t设计温度下的许用应力，MPa；焊接接头系数圆形平板封头的计算直径Dc 等于压力容器内径Di ,则Dc =2200mm。封头的拼接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数=1.00，全部无损探伤。对于圆形平板封头，取K值等于0.25。把相关数据带入（3-5）式，得到圆形平板封头的计算壁厚。查材料腐蚀手册，38C下液氯对钢板的腐蚀速率为0.5mm/年，取腐蚀裕量C2=5mm。所以，筒体的设计壁厚d=+ C2=98.18mm。查阅钢板厚度负偏差表，负偏差C1=2 .2mm。所以，筒体的名义壁厚n=d+ C1+圆整量=102mm。3.2.5 不同形状封头比较不同形状封头壁厚见表3-21。从表3-2可以看出，标准椭圆形封头1的壁厚与筒体的壁厚相同。标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以，选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。因为封头壁厚20mm则标准椭圆形封头的直边高度h0=40mm。表3-2 不同形状封头的壁厚封头半球形标准椭圆形标准蝶形圆形平板名义壁厚/mm101416102查椭圆形封头标准（JB/T4737-95），得到椭圆形封头规格尺寸见表3-3。表3-3 标准椭圆封头公称直DN/mm曲面高度h1/mm直边高度h0/mm内表面积Fi/m2容积V/m32200550405.501.543.3 压力试验水压试验，液体的温度不得低于5；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。水压试验时的压力： (3-6)筒体的有效壁厚e=n-(C1+C2)=14-(0.8+5)=8.2mms=345MPa水压试验时的计算应力： (3-7)水压试验时的许用应力为 ，故筒体满足水压试验时的强度要求。3.4鞍座3.4.1鞍座的选择储罐总质量m按照（3-8）式计算。 （3-8）式中：m1罐体质量，kg；m2封头质量，kg；m3充液质量，kg罐体质量根据DN=2200mm，n=14mm的筒节，每米质量为q1=714kg/m，则 （3-9）封头质量根据DN=2200mm，n=14mm，直边高度h0=40mm的椭圆形封头，其质量为q2=705kg，则 （3-10）充液质量储罐容积V按照（3-11式）计算： （3-11）式中：V储罐容积，m3；V11m高的筒体容积，m3；V2封头容积，m3根据DN=2200mm，1米高的筒体容积m3。根据DN=2200mm，直边高度h0=40mm的椭圆形封头的容积m3。把相关数据带入式（3-11），得：m3充液质量按照（3-12）式计算。 （3-12）式中：m3充液质量，kg；V储罐容积，m3；液氯在-5oC时的的密度，kg/ m3kg设备总质量为：t每个支座需承受640kN的负荷。根据筒体DN=2200mm，支座负荷320kN,鞍式支座标准JB/T4712选取轻型带垫板、包角120的鞍座, 即JB/T4712-92 鞍座A2600-F，JB/T4712-92 鞍座A2600-S。3.4.2 鞍座的位置卧式容器可以简化成受均布载荷的外伸梁。图3-1表示受均布载荷q作用的筒体总长L=8800mm。qaalLRARBCD图3-1 卧式容器简化图求支反力根据：； （3-8）； （3-9）得到写弯矩方程截面1-1处的弯矩方程： （3-10）当x1=a时，弯矩最大值为截面2-2处的弯矩方程： （3-11）当时，弯矩最大值为截面3-3处的弯矩方程： （3-12）当时，弯矩最大值为欲使设备受力情况最好，就必须适当选择a和L的比例,使得外伸段和中间段的最大弯矩的绝对值相等，即要，由此得到 (3-13)即 (3-14)则 (3-15)因为,带入（4-15）式，得 （3-16）因此，支座位置应满足a=0.2L=1.76m。4 结 果通过计算和核算得到筒体和封头的参数及主要尺寸：（1）主要参数：工作压力：Pw=1.11KPa；设计压力：Pc=1.22MPa； 计算压力：Pc=1.22MPa；许用应力：；焊接系数：（2）筒体类型及尺寸筒体类型：圆筒形筒体厚度 ：计算厚度 mm； 设计厚度 mm；名义厚度 mm圆筒体的规格尺寸见表4-1。图4-1 圆筒体的规格公称直径DN/mm1m高的容积V1/m31m高的内表面积F1/m21m高筒节质量/kg22003.8016.81714（3）封头类