M液氯课程设计

1、 16M³液氯储罐课程设计说明书 学 院： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间：38课程设计任务书16m³液氯储罐设计课程设计要求及原始数据（资料）1、 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。2、 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-20505公称容积m³166工作压力波动情况可不考虑7装量系数0.98工作介质液氯（高度危害）9使

2、用地点太原市，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，是一种强烈的刺激性气体。它对人体、环境都有很强的危害，因此液氯

3、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，用我们所学的过程设备设计课本上的知识，设计一个16m3的液氯卧式储

4、罐。目录第一章 工艺设计 1.1存储量1.2设备的选型及轮廓尺寸第二章 机械设计2.1结构设计2.1.1筒体及封头设计 材料的选择 筒体壁厚的设计计算 封头壁厚的设计计算 水压试验2.1.2接管及接管法兰设计 接管尺寸选择 管口表及连接标准 接管法兰的选择 2.1.3人孔的结构设计 密封面的选择 人孔的设计2.1.4 核算开孔补强2.1.5支座的设计 支座的选择 支座的位置2.1.6液面计及安全阀选择2.1.7总体布局2.1.8焊接接头设计2.2强度校核三 参考文献 结束语 1.1 设备的选型及轮廓尺寸假设筒体的公称直径DN=1700mm则筒体长度6.436m6.436/1.7=3.785(在

5、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1.2 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； 装载系数； 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=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1511144113771307第二章 机械设计2.1 结构设计结构设计条件表项目内容备注工作介质液氯工作压力 MPa1.330设计压力 MPa1.463工作温度 -2050设计温度 50公称容积()m316计算容积()m316.146工作容

6、积()m314.53装量系数f0.9介质密度（）t/m31.307材 质Q345R保温要求无保温设施其它要求2.1.1筒体及封头设计.材料的选择纯液氯是高危害性的介质，但其腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,有因为使用温度为，根据课程设计指导书中钢板的使用条件，应选用Q345R。.筒体壁厚设计计算I.设计压力液氯储罐的工作温度-2050，故选取设计温度t=50，由压力容器介质手册查的，该温度下的绝对饱和蒸汽压为1.307MPa。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)=1.463。水压试验时的压力P=

7、1.25P=1.25×1.463=1.829MPa所以，公称压力选2.5MPa。II.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太原地区的，则根据公式可得III.计算压力因为，所以可忽略静压力的影响。即=P=1.463IV.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V.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。VI.内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

8、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=0.9×1×345MPa=310.5MPa>233.08MPa 校验合格.封头壁厚的设计计算标准椭圆形封头的计算厚度由上边计算知筒体公称直径DN1700 mm，而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，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

9、板。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2.1.2接管及接管法兰设计1本次设计所用的接管的尺寸表如下所示：公称尺寸外径壁厚用途或名称理论质量DN5050×6液氯进口管6.51DN5050×6

10、排气管6.51DN5050×6温度仪接口6.51DN2525×3压强表接口1.63DN5050×6安全阀接口6.51DN5050×6液氯出口管6.51DN5050×6排污管6.51DN2525×3液位计接口1.632,本次设计所用的接管及管口表如下接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称ADN50HG20595-2009FM液氯进口管DDN50HG20595-2009FM排气管TIDN50HG20595-2009FM温度仪接口PIDN25HG20595-2009FM压强表接口SVDN50HG20595-2009FM安全阀接口B

11、DN50HG20595-2009FM液氯出口管CDN50HG20595-2009FM排污管LGDN25HG20595-2009FM液位计接口3接管法兰的选泽查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。根据设计压力为P=1.463，操作温度为2050，故采用锻件，材料选16，类别为1C1，由于设计压力为P=1.463，水压试验的压力P=1.829MPa ,因此该法兰的公称压力为PN25，由于PN25,但介质有毒，所以采用专用级全螺纹螺柱和型六角螺母接管的法兰结构如下：

12、接管法兰结构尺寸表序号名称或用途公称直径DN钢管外径法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量(Kg)NSRBBA液氯进口管5057165125184M16207448545 3.0D排气管5057165125184M16207448545 3.0TI温度仪接口5057165125184M16207448545 3.0PI压强表接口253211585144M1218462.664401.0SV安全阀接口5057165125184M16207448545 3.0B液氯出口管5057165125184M16207448545 3.0C排污口505

13、7165125184M16207448545 3.0LG液位计接口253211585144M1218462.664401.0 接管法兰标记名称法兰标记液氯进口管法兰HG 20595 法兰 WN 50（B）-16 FM 20液氯出口管法兰备用口法兰排气管HG 20595 法兰 WN 25（B）-16 FM 20压强表 温度仪接口液面计接管法兰HG 20595 法兰 WN 25(B)-16 FM 202.1.3人孔的结构设计 .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）。 .人孔的设计本次设计的储罐设计压力为1.463MPa，根据钢制人孔和手孔，采用回转盖

14、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4348405200300302040M3321703022.1.5支座的设计 .支座的选择 鞍座结构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：人孔质量为60

15、4kg，其他接管和法兰质量总和估=5.2×3.48+1.6×1.63=5.76kg=3×5+1×3=18kg=604+5.76+18=627.76kg综上所述， kg当作水压试验时充液质量m=16146kg21956.95kg则按冲液为液氯时计算鞍座承受的重量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4： 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l1b1l3b2b317002752

16、5012002001282751702408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螺纹孔长l1990390870104020M164012212.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

17、A0.5R m ，取A=425mm综上有：A=425鞍座标记为： 2.1.6液面计及安全阀选择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。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。2.1.7总体布局液氯进气管外伸度200mm，内伸高度0mm液氯出口管外伸高度200mm，内伸高度0mm。安全阀外伸高度200mm，内伸高度0mm。压力表外伸高度160mm,内伸高度0mm.空气进/出口管外伸高度200mm,内伸高度0mm。人孔外伸280mm

18、，内伸0mm。2.1.8焊接结构设计及焊条的选择综合考虑各种因素，针对本次设计储存的介质是高毒性介质，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 焊条型号及牌号(JB/T 4709-2007)接头母材焊条型号焊条牌号16MnR+16MnRE5016J50620 +16MnRE309-16A307Q235-A+16MnRE309-16A307 2.2 强度校核 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

19、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

20、# ( 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

21、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 = = 173.45MPastf 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

22、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。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

23、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10

24、01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 ssa170MPa 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

25、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 855mm 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

26、(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 98321.3126843N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+08N·mm支座处横截面弯矩操作工况： -2.60682e+06压力试验工况： -2.02065e+06N·mm系 数 计 算K1=0.1K2=1K3=0.879904K4=0.

27、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 -0.114324MPa 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sT

28、2 ,sT3 < 0.9ss = 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 t = 0.8 s t = 136 39.7847MPa圆筒, t < t = 136 MPa 合格封头, th < t h = 39.7847 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/Rm<8时, MPa无加强圈

29、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/Rm<8时, -27.1606MPa鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力L/Rm8时, MPaL/Rm<8时, -48.3596MPa应力校核 |s5| < s t = 189 合格 |s6 | < 1.25s t = 212.5 合格 |s6 | < 1.25s t = 212.5 合格MPa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,

30、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 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

31、不起 加强 作用L/Rm<8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/Rm<8时, MPa应力校核|s5| < st = 合格|s6 | < 1.25st = 合格|s7 | < 1.25st = |s8 | < 1.25stR = 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

32、s9 < s 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|ssa| < 1.2sbt= 204 地脚螺栓应力拉应力 1.07312e-05MPasbt > 1.2sbt = 0 MPa 剪应力 1.26e-08MPatbt > 0.8×Ko×sbt = 0 MPa 温差引起的应力 34761.8N 0MPa|stsa| < ssa = 170 注：带#的材料数据是设计者给定的开孔补强计算计算单位过控1001接 管: A1, 530×12计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.463MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1700mm壳体开孔处名义厚度n10mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外伸长度280mm接管实际内伸长度0mm接管材料16MnR(正火)接管焊接接头系数1名称及类型板材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称Q345R凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径8