过程设备设计——5立方米液氯压力储罐课程设计

1、课程设计说明书SPECIFICATION25m3液氨储罐设计学 院 ：班 级 ：姓 名 : 学 号 : 指导教师 : 完成时间 : 目录任务书第一章 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 垫片的选择 紧固件的选择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

2、参考文献 任务书25立方米液氯储罐设计课程设计要求及原始数据（资料）一、 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，掌握典型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。二、 原始数据： 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MPa1.6由介质温度确定4工作温度-20505公称容积m3256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

3、制设备总装配图6、 编制设计说明书应交出的设计文件（论文）：1、 设计说明书一份2、 总装配图一张（折合A1图纸一张）摘要液氯为黄绿色的油状液体，有毒，在15时比重为1.4256，在标准状况下，沸点为-34.6，凝固点为-101.5。在水分存在下对钢铁有强烈腐蚀性。液氯为基本化工原料，可用于冶金、防止、造纸等工业，并且是合成盐酸、聚氯乙烯、塑料、农药的原料。用高压钢瓶包装，净重500kg、1000kg；槽车罐装，净重25吨左右/罐。贮于阴凉干燥通风处，防火、防晒、防热。项目 指标 一等品 二等品氯含量，%99.8 99.6 99.6水份含量，%0.015 0.030 0.040技术指标：GB-

4、T5138-1996危害特性：液氯不会燃烧，但可助燃。一般可燃物大都能在氯气中燃烧，一般易燃气体或蒸汽也都能与氯气形成爆炸性混合物。氯气能与许多化学品如乙炔、松节油、乙醚、氨、燃料气、烃类、氢气、金属粉末等猛烈反应发生爆炸或生成爆炸性物质。它几乎对金属和非金属都有腐蚀作用。第一章 工艺设计1.1 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=1.2 设备的选型及轮廓尺寸查表容器参数可得：筒体的公称直径,长度，计算体积选用EHA椭圆封头，查EHA椭圆形封头内表面积及容积表可得：深度，内表面积，容积第二章 机械

5、设计2.1 结构设计2.1.1筒体及封头设计.材料的选择常见的压力容器用碳素钢和低合金钢钢板有Q245，Q345R，Q370R等；无缝钢管材料有10，20,等。考虑到该容器的内径为2100mm，所以选用筒体由钢板卷制而成，由于低合金钢有较高的强度，良好的塑性，价格相对较低，所以选用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，由本次的化工设备机械基础课程设计指导书查得，该温度下液氯的绝对饱和蒸汽压为1.430MPa。由于通常的设计压力在没有说明的情况下，均指表压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

6、，所以安全阀的开启压力为，因为,所以，公称压力选1.6MPa。II.液柱静压力由化工设备机械基础课程设计指导书查得，液氯的密度为1511，内径2100mm由各地区重力加速度表查的太原地区的，则根据公式可III.计算压力因为，所以可忽略静压力的影响。即IV.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得的V.焊接接头系数本次液氯储罐的设计采用双面对接焊的全焊透对接接头，局部无损检测，所以=0.85。VI.内压容器的计算厚度 根据内压容器的计算厚度公式【2】： 。取腐蚀裕量， 所以设计厚度 。由于GB 713锅炉和压力容器用钢钢板和GB 3513低温压力容器用低合金钢板中列举的锅

7、炉和压力容器专用钢板的厚允许偏差按GB/T 709中的B类要求，即厚度负偏差。另外取负偏差， 所以名义厚度 ，经过圆整后为,在之间，故假设是成立的。.封头壁厚的设计计算 标准椭圆形封头的计算厚度根据标准椭圆形封头的计算厚度公式： 取腐蚀裕量，经过圆整后为.可见标准椭圆形封头与筒体等厚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DN8089×5液氯进口管10.36DN8089×5排气管10.36DN100108×5备用口12.70DN8089×5液氯出口管10.36DN8089×5安全阀接

8、口10.36DN8089×5放净口10.36DN2025×5液位计接口3.33DN2532×5压力计口3.332,本次设计所用的接管及管口表如下表2管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称ADN80HG20595-2009FM液氯进口管BDN80HG20595-2009FM排气管EDN100HG20595-2009FM备用口PIDN80HG20595-2009FM液氯出口管SVDN80HG20595-2009FM安全阀接口CDN80HG20595-2009FM放净口DDN25HG20595-2009FM压力计口LGDN20HG20595-2009FM

9、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，操作温度为2050，故采用锻件，材料选Q345R，类别为1C1，由于设计压力为，查中华人民共和国化工行业标准.HG/T 20592-2009得，PN16材料Q345R为的钢制管法兰材料的最大允许工作压力16.0bar,因此该法兰的公称压力为PN16，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：表3 接管法兰结构尺寸表【3序号名称或用途公称直径D

10、N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8089200160188M16241053.212858 5.0B排气管8089200160188M16241053.2128585.0E备用口100108235190228M20241343.6128656.5PI液氯出口管8089200160188M16241053.2128585.0SV安全阀接口8089200160188M16241053.2128585.0C放净口8089200160188M16241053.212858 5.0D压力计口253211

11、585144M1218462.664401.0LG液位计接口203211585144M1218462.664401.0表5 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液氯出口管法兰排气管HG 20595 法兰 WN 25（B）-16 FM 20压力计备用口液面计接管法兰HG 20595 法兰 WN 25(B)-16 FM 20安全阀接管法兰2.1.3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1.6MPa，根据钢制人孔和手孔【3】，采用回转盖

12、带颈对焊法兰人孔。该人孔标记为：人孔 图3.1 人孔结构示意图表3.1 人孔结构尺寸【3】密封面型式公称压力PN公称直径DNdwSdDD1H1H2bMFM2.54504801245667060025012142b1b2ABLd0螺柱螺母螺柱总质量数量直径长度4146375175250242040M3321652452.1.4人孔的开孔补强计算按照GB150壳体开孔满足以下要求时，可不另行1，设计压力小于等于2.5； 2，两相邻开孔中心的间距应不小于两孔直径之和的两倍； 3，接管的公称外径小于等于89mm； 4，接管厚度满足下表：接管外径/mm253238454857657689最小壁厚/mm3

13、.54566由于除人孔和备用口外，其他接管的外径均小于89mm，故我们需要对人孔和备用口进行开孔补强。GB150采用等面积补强.。查表补强圈尺寸系列，补强圈外径，补强圈的厚度为壳体的壁厚，材料与壳体相同，为Q345R，考虑到液氯的毒性程度为高度危害，补强圈的坡口形式选为D型，查JB/T 4736-2002知：DN500，时，该补强圈的质量为33.9，可确定补强圈为： JB/T47362.1.5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。估算鞍座的负荷： 储罐总质量筒体质量单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.2 EHA椭

14、圆形封头质量，可知，充液质量：，附件质量：人孔质量为245kg，其他接管质量总和292kg，即综上所述， G=mg=397.67kN,每个鞍座承受的重量为198.84kN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： 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l1b1l3b2b32200405250158024014102452082908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l2570500101001

15、38024M2040205192.1.6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1.6 MPa。根据实际要求，选用液位计的长度为1400mm。标记HG/T21594-95Z-1.6FM-1400-LS。根据公称压力PN=1.6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80mm，内伸高度1620mm。，备用口、排气口，压力表管外伸高度150mm，内伸高度0mm。排污口管外伸度150m，内伸高度0m。排液口管外伸高度150m，内伸高度0m。安全阀外伸高度150mm，内伸高度0mm。人孔外伸361mm，内伸0mm。 接管与接管间距400m

16、m，进液口接管与左侧人孔间距600mm，加强圈外侧与焊缝距离等于300mm,鞍座距封头切线1190mm。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，如图图8.1 x型焊接接头图8.2 接管与筒体的接头图8.3 补强圈接头形式2.2强度校核内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.6MPa设计温度 t 50.00° C内径 Di 2200.00mm材料 Q345R(热轧) ( 板材 )试验温度

17、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 0.30mm腐蚀裕量 C2 4.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 11.01mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 11.7mm名义厚度 dn = 16.00mm重量 5035Kg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 = 1.828MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.5MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 212.11 MPa校核条件

18、 sT£ sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.628MPa设计温度下计算应力 st = = 144.59MPastf 160.65MPa校核条件stf st结论 合格六、结束语 为期两周的课程设计很快就结束了，在这两周里，我们过的忙碌而充实。在经历了一周的手工作图和一周了电脑绘图之后，我们深深地体会到了工程师的不容易。我们不仅从中学到了过程装备设计的知识，也学到了设计中的种种细节对一个设备甚至一个工程的重要性。这对我们以后的学习也大有裨益。总之，这两周，是很有收获的两周。主要参考文献（资料）：化工设备机械基础-课程设计指导书.太原理工大学.20151） TSG R0004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程.国家质量监督检验检疫总局颁布，2009.8.312） HG 20660-2000 压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类 北京：