氯液储罐课程设计讲解

1、计算说明书.绪论1 .设计目的：设计目的按过程装备与控制工程专业教学计划要求，在学完专业核心课过程设备设计后, 进行过程设备课程设计教学环节，其主要目的是使学生在学习过程设备设计的基础 上，进行一次工程设计训练，培养学生解决工程实际问题的能力。2 .设计内容和要求：2.1 原始数据设计条件表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最局，作压力1.466MPa由介质温度确定4工作温度-20 45C5公称容积（Vg）50M36工作压力波动情况口不考虑7装量系数（）V）0.98工作介质液氯（高度危害）9使用地点绵阳市室内10安装与地基要求11其它要求管口表接管代号r公称尺寸连接尺寸标准连

2、接面形式用途或名称aDN65HG20595-1997FM液氯进口管bDN50HG20595-1997FM安全阀接口cDN500HG/T21523-2005FM人孑LdDN50HG20595-1997FM空气进口管eDN50HG20595-1997FM空气出口管fDN25HG20595-1997FM压力表接口gDN20HG20595-1997FM液位计接口hDN65HG20595-1997M液氯出口管jDN65HG20595-1997M排污口2.2 设计要求2.2.1. 使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全 过程。2.2.2. 广泛查阅和综合分析各种文献资料，进行设计

3、方法和设计方案的可行性研 究和论证。2.2.3. 设计计算要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠。2.2.4. 工程图纸要求绘图。2.2.5. 毕业设计全部工作由学生本人独立完成。学生应交出的设计文件2.液氯性质分子量：70.91黄绿色有刺激性气味的气体。密度：相对密度（水=1）1.47;相对密度（空气=1）2.48;稳定性：稳定；危险标记：6（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

4、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，但金属一. 3 3耗量大占地面积大，所以在总贮量小于500m ,单罐容积小于100m时选用卧式贮罐比较经济。工工艺参数确定1 .设计压力设计压力应根据

5、最高工作压力来确定。对于盛装液化气体的压力容器，应按 以下几条来确定最高工作压力：没有实测数据或没有保冷设施的压力容器，其最高工作压力不得低于所装液化气体在规定的最大充装量时，温度为 50c的气体压力。由于没有保冷措施，选50c下饱和蒸汽压1.414MPa。装设安全阀的容器，考虑到安全阀开启动作的滞后， 容器不能及时泄压，设 计压力不得低于安全阀的开启压力，通常可取最高工作压力的1.05 1.10倍。P殳=1.1 R=1.1 1.414-0.1)=1.466MPa液柱静压：日殳=PMgMDi =1314m9.8m2.7 = 0.035<5%mP所以忽略液柱静 压力。2 .设计温度应该不低

6、于最高使用温度45 Co选取45 c为设计温度。3 .设计材料的选择根据液氯的特性，查 GB150-1998选才? Q345R Q345R是压力容器专用钢， 适用范围：用于介质具有一定腐蚀性，壁厚较大(8mm)的压力容器。50c时的 许用应力189Mpa。根据JB/T4731钢管的材料选用20号钢，根据GB8163,其许用应力150.1Mpa。三.结构设计1 .筒体和封头1.1 筒体直径确定筒体的公称直径有标准选择，而它的长度L可以根据容积要求来决定。根据公式 Di2L =50(1+5%) m3 4将 L/D=5 代入得：D=2373mm圆整后，D=2400mm1.2 筒体长度计算查标准JB/

7、T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA椭圆形封头内表 面积、容积，如下表：EHA椭圆形封头内表面积、容积序号公称直径DN (mm)总深度H (mm)内表面积2、A (m )容积V (m3)2924006406.54331.9905由 Vg=V封头+V筒体则：50*1.05 =n/4*Di2*L+2V封计算得 L=10725.3mm,取 L=11000mmL/Di =11000/2400=4.58在3<4.58<6,设计合理计算容积 V计=；Di2L 十 1.9905m2 = 53.74m3工作容积V = 'V计=48.37 m31.3 筒体壁厚计算根据GB

8、150-2011可知Q345R的许用应力二 t =189MPa筒体的计算厚度为：9.678mmpcH = 9.678mm2二f-Pc腐蚀余量C2=4mm,钢板厚度负偏差Ci= 0.3mm (GB713)设计厚度：、d =、C2 = 13.678mm名义厚度:、n - d 0.3 =13.978mm圆整：5二14mm有效厚度：露=露_Ci -C2 = 9.7mm、，一、一 , r 12, k It e设计温度下允许最大工作压力：1-PW二=1.521MPaDi+ e1.4封头厚度计算二二t = 9.33mm封头的计算厚度为:2;<0.5Pc设计厚度：c.d = c. C2 = 13.33m

9、m名义厚度：、n =、d 0.3 = 13.63mm圆整至14mm上0百, 瓦=a-Ci-C2= 9.7mm 有效厚度：2 - I- t - 设计温度下允许最大工作压力：I.FW二 一-=1.525MPaDi+0.5 e1.5水压试验二 t根据公式，PT Di+ eT_i- _0.9cs2:sfaF =1.25P7 =1.90625MPa式中：THQe - - n - Ci - C2 - 9.7 mm-s -3 4 MP a故符合工艺条件的要求。2.法兰选型法兰简图如图所示图8.2.3 带颈对焊银制管法兰表8.2.3-1 PN10带颈对焊钢制管法兰接管选型如下表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接

10、面形式用途或名称aDN65HG20595-1997FM液氯进口管bDN50HG20595-1997M安全阀接口cDN500HG/T21523-2005FM人孑LdDN65HG20595-1997FM空气进口管eDN65HG20595-1997FM空气出口管fDN25HG20595-1997FM压力表接口gDN20HG20595-1997FM液位计接口hDN65HG20595-1997FM液氯出口管jDN65HG20595-1997M排污口注：此设计接管厚度对于外径0 89mm的按照GB150的不另行补强标准根据HG/20592-2009 (PN16)钢管制法兰表 PN16查取法兰尺寸质量等:序

11、名公称钢管外法兰螺栓螺栓螺栓螺法兰法兰颈法法兰号称直径径法兰外径孔中孔直孔数栓厚度R二质量DN焊端外 径D心圆直径K径L量n（个 ）ThCNSH1高度Ha液氯进 口管6576B185145184M1620922.9106483.74b安全阀 接口5057B165125184M1620742.985483.11c人孔500530B7156503320M30*234546111612 I9070.7d空气进 口管6576B185145184M1620922.9106483.74e空气出 口管6576B185145184M1620922.9106483.74f压力表 接口2532B11585144M

12、1216462.664401.26g液位计 接口2025B10575144M1216402.364401.05h液氯出 口管6576B185145184M1620922.9106483.74j排污口100108B220180188M16201313.21010504.53 .垫片的选择查HG/T 20609-2009钢制管法兰用金属包覆垫片得:符号管口名称公称直径内径D1外径D2a液氯进口管6597.5127b安全阀接口5077.5107c人孑L500561624d空气进口管6597.5127e空气出口管6597.5127f压力表接口255471g液位计接口2045.561h液氯出口管6597

13、.5127J排污口100131.51684 .螺栓（螺柱）的选择查HG/T 20613-2009钢制管法兰用紧固件 中表5.0.7-9和附录中表A.0.1, 得螺柱的长度和平垫圈尺寸：型号公称直径螺纹螺柱长紧固件用平垫圈mmd1d2ha65M168517303b50M168517303c500M2412525444d50M249017303e50M169017303f25M127513242.5g20M127513242.5h65M168517303j100M1690173035 .人孔的选择压力容器开设人孔和手孔是为了检查设备内部空间以及装拆设备的内部零 部件。一般当设备的公称直径在900m

14、m以下时可根据需要设置适当数量的手孔， 超过900mm时应开设人孔。人孔也有圆形和长圆形两种。人孔大小的设置原则 是方便人的进出。因此，圆形人孔的公称直径规定为400-600mm,可根据容器直径及所在地区的冷暖程度来选择。当人孔经常需要打开时，可选用快开人孔。人手孔已有相应标准，设计师可根据设计条件直接选用MFM里TGJ!同更1一2西,一皆蟠.幔鼻柱门一出,4一济空港一壑片汴一挂生-忸手泻一朝情在一峭i |叶事n1一开口）/1-圣基m/3拉基歌hn就耳却 图i.u. 1回转如普通对修法兰人孔的地构里式拟采用回转盖带颈对焊法兰人孔，根据前文对法兰的选取密封面选用凹凸面MFM的法兰，尺寸如下表：密

15、封向型式凹凸面MFMD715b138.5螺栓螺柱数量20公称压力PN （ Mpa）1.6Di650b244螺母数量40公称直径DN500Hi260A390螺柱尺寸M 30X2115dw Ms530 X 10H2119B200质里273do24b44L3006 .安全阀的选用考虑由于泄放的液氯有毒、会污染环境，应采用封闭式安全阀。所以选用弹簧封闭全启式（带扳手）安全阀7 .液面计透光式玻璃面7面计，型号T;利用连通器原理，通过液面计的玻璃板视窗可以观察容器内部液面位置的变动情况。结构形式：UZ 2.5M-29001.3 AF 30嘛准 HG21584.1-19958 .鞍座8.1 鞍座选型该卧式

16、容器采用双鞍座式支座，根据工作温度为-2045C,选择鞍座材料为 Q345R,使用温度为-20250C ,许用应力为bt = 189Mpa。估算鞍座的负荷：储罐总质；量m = mi+2m2+m3+m4mi-：DL、n：、-二 2.4 11 14 7.85 =9114.9kgml 为筒体质量：对于 Q345R,取 p =7.85X 10A3kg/m3m2为单个封头的质量：根据 JBT4746得，封头质量m=706kg,可知m2 =2 706 = 141%gm3 为充液质量，故 m3（max） = P（液氯）乂V = 1314父 53.74 = 70614.36kgm4为附件质量取人孔质量为300

17、kg,其他接管质量总和估100kg,即400kg 由此查JB 4712.1-2007容器支座。选取轻型，焊制 A,包角为120° ,有垫 板的鞍座，筋板数为6。焊制F型S型公称直径DN允许 载荷Q/kN鞍座高度h底板腹板筋板libi&*13b2b3632400435250172024014102652081908垫板螺栓配置鞍座质量kg增力口 100mm高度增加的质量/kg弧长b4e间距12螺孔d螺纹孔长1280050010100152024M2040234238.2 鞍座位置确定通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB 4731规定A&0.2L=0.2 (

18、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 D"2(Hh)=2,有 h = H Di/4 = 6402400/4 = 40mm故 A <0.2 L 2h =0.2(11000 2 40) = 2216mmJB 4731还规定当满足 A00.2L时，最好使 A<0.5Rm ( Rm=Ri+6 n/2),即Rm =1200 +14/2 =1207mm 。AH0.5Rm=0.5 1207 =603.5mm综合考虑取A=1040o综上所述：A=10400 mm9 .开孔补强9.1 核算开孔补强根据JBT4736-20

19、02A孑L接管直径为500mm，选取补强圈外径840mm,内径 530mm。管材料选用20号钢，正火，由GB9948得其许用应力k 1 =150MPa由GB6654得低合金钢Q345R在-20-45c时的bt=189MPa由强度消弱系 数计算公式得：150=0.7937189钢管厚度负偏差Ci= 0.25mm,腐蚀裕量厚度C2 =4mm根据 GB150-2011, A=d - 2、, et(1 一 f)其中：壳体开孔处的计算厚度、.= 9.678mm接管的有效厚度、©=,：nt -G -C2 =12 -4 -0.25 = 7.75mm开孔直径 d = dw 2c = 500 2 4

20、= 508mm圆柱开孔所需补强面积：A=d6 +2风t(1 一 fr) =508x9.678 +2x9.678x7.75父(1 -0.79) = 4948mm29.2 有效补强范围B 二2d =2 508 =1016mmB2 =d 2、n 2、nt =508 2 14 2 12 560mmB =max(B1，B2) = 1016mm(1)外侧有效高度的确定根据 GB150,得：1'=TdC = J508M 12 = 78.08mm%”=接管实际外伸高度 =H=80mm % = min(几',几")=78.08mm(2)内侧有效高度的确定：h2' = ,=&qu

21、ot;508 12 -78.08mm. _ 一一 一 -h2 = 0mm h2 = m i n h2 h2 = ) 0mm壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A1A =(B -d)(")-2%(")(1-fr)2= (1016-508)(14-9.678)-2 7.75 (14-9.678)(1-0.794) = 2181mm2接管的厚度t =PcDi1.466 5002二t ：-0.5Pc 2 150 1 -0.5 1.466=2.449mm座片的夕人曲和 A2 =2h1( nt - t)fr 2h2C et-C2)fr接官的多余面积2=2 78.08 (12-2.44

22、9) 0.794 0 = 1184.24mm焊缝金属面积A3:于本次设计的储罐是存放有毒介质的，所以选用 D类接头形式进行焊接，因止匕A3 = 2父0.5M6M6=36mm2有效补强范围内的补强面积：Ae =Ai +A>+A3 = 3401.24mm2补强圈的选取根据 JB/T4736-2002, DN500取补强圈外径 D2=840mm,内彳D1=530mm 。因为B>D2,所以在有效补强范围。因为Ae<A,所以需要另加补强，其补强面积为：A4 = A-儿-4948 -3401.24 -1546.76mmAD'-d补强圈厚度： 4=A-Ae =4948-3401.2

23、4 = 1546.76mm1546.76 =4.55mm840-530圆整取名义厚度为5mm四.压力容器校核卧式容器（双鞍座）计算单位西安交通大学计算条件简 图计算压力pC设计温度t1.46645MPaC圆筒材料Q345Rh鞍座材料Q345-1-南三.J圆筒材料常温许用应力189MPa圆筒材料设计温度卜许用应力 t189MPa圆筒材料常温屈服点345MPa鞍座材料许用应力sa170MPa工作时物料密度1314kg/m3液压试验介质密7度-T1000kg/m3圆筒内直径 Di2400mm圆筒名义厚度东14mm圆筒厚度附加量C4.3mm圆筒焊接接头系数 ,1封头名义厚度6hn16mm封头厚度附加量

24、 Ch4.3mm两封头切线间跑离L11080mm鞍座垫板名义厚度&n10mm鞍座垫板后效厚度黑10mm鞍座轴向范度 b240mm鞍座包角91200鞍座底板中心至封头切线跑离A600mm封头曲间图度 hi640mm试验压力 pT1.9MPa鞍座图度 H250mm腹板与筋板组合截A0mm2腹板与筋板组合截面断面系数 乙0mm3地震烈度<7圆筒平均半径Ra1207mm物料充装系数00.9一个鞍座上地脚螺栓个数2地脚螺栓公称直径24mm地脚螺栓根径0mm鞍座轴线两侧的螺栓间距1520mm地脚螺栓材料支座反力计算圆筒质量（两切 线问）mi=nQ +6n 八每0为 = 9114kg封头质量（

25、曲面 部分）m2 = 706kg附件质量m3 =400kg封头容积（曲面 部分）Vh =1.9905m3容器容积（两切 线问）V =50.12m3容器内充液质 量工作时，m4 =V?° 久=68485.68压力试验时,mn =V、= 52120kg耐热层质量m5 =0kg总质量工作时 m = mi + 2Mm2 + m3+m4 + m5 = 79411.68压力试验时m' = m +2m2 +m>3 +m4+m>5 =63046kg单位长度载荷q = mg =65.215? q'= mg =51.775L +-hiL +-hi33N/m m支座反力一,1一

26、 2 1 .F =-mg =389112.2?F =mg =308925.422F =max（F：F" ）=389112.2N筒体弯矩计算圆筒中间处截 面上的弯矩工作时r mJ 41压力试验F L Mti =41+2（R；h2）/L2 4A -7843828161+也L3L1二22211+2（%-hi2）/L2 4A-=622709888J 1+她L.一3L1N - m m操作工况：.1 ARa-hi2!M2=FA|1L 2 AL= -11359684.31= 9018459.2J支座处横 截间弯矩/ 4hi 1+-3L一压力试验工况：一 d A + Ra -hi21十MT2 =-F

27、 A 1 L2L1+迫- 3LN mm系数计算K1=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= 2CRa.+ M21=108.87（拉）26en R瓦吐_M2= 91.46（拉） 26eR R；6eMPapCRaM1L%=匕一4 = 73.54（压）2a冗 Rie仃4 =£Ra +_MJ_ =90.95（压）426eK2n R力eMPa水压试验状态aT1 =-ML = 14.02T1 n 蛾 e_M T2_

28、 c仃 T4 2 0.203K2n Ra6eMPapT RaM T1仃 T2 =耳一 十卜=132.2326e*露PTRMT2仃丁3 =-T- Tj =118.126eK/Ra，eia eMPa应力 校核许用压缩应力0.094， A-e -0.0007554Ra根据圆筒材料查 GB150图6-36-10B = 111.201MPab】ac=min（ b】，B）=111.201kac = min（0.9ReL,B）=111.201MPa仃2,仃3<Ot=189MPa 合格仃 1,仃4 <111.201MPa 合格仃ti,仃t2 M111.201MPa 合格0T2,仃T3 <0.9ReL =310.5MPa 合格MPa体封的应 筒和头切力aRmA >2时L A>- （4时，不适用）KFRAL-2A ' 、L+4hi/3JM