CM液氯储罐课程设计

1、；.目录一、 设计概述和液氯特性(3)1.1 任务说明1.2 液氯（CL2）的性质1.3 液氯工业用途1.4 设计基本思路二、 设计参数的确定(5)2.1 设计压力2.2 设计温度2.3 液氯设计温度下对应参数三、 主要元件材料的选择(7)3.1 筒体材料的选择：3.2 钢管材料的选择：3.3 压力容器类别确定四、 工艺计算(9)4.2 确定筒体厚度、封头厚度4.1 储罐筒体公称直径，筒体长度以及椭圆封头结构型式尺寸的确五、 压力容器结构设计(11)5.1 接管管口及其法兰设计5.2 补强圈设计5.3垫片、螺栓等的设计5.4 支座选型5.6 焊接接头设计5.7水压试验六、 压力容器校核(26)

2、6.1 筒体校核6.2 左封头校核6.3 右封头校核6.4 鞍座校核6.5 补强校核七、 制造要求(40)7.1 无损检测要求7.2结论7.3 参考文献一、 设计概述和液氯特性1.1 任务说明设计一个容积为15的液氯储罐，采用常规设计方法，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，然后采用SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。1.2 液氯（CL2）的性质分子量 70.91，黄绿色有刺激性气味的气体。密度：相对密度(水=1)1.307；相对密度(空气=1)2.48；稳定性

3、：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）

4、。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。1.3 液氯工业用途用 途：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。 杀菌、消毒、漂白与制浆，是化工、医药、塑料、橡胶、纺织、造纸等工业的重要原料。广泛用于金属冶金、漂白制浆、制造有机、无机氯化物、塑料、增塑剂、合成橡胶、合成纤维、农药、医药品、制冷剂、合成甘油等。1.4 设计基本思

5、路本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，对液氯储罐的工艺条件，结构条件进行设计。1、 首先进行筒体基本计算，确定筒体，接管的材料和类别，确定厚度，长度，公称直径，结构尺寸等参数。2、 筒体上连接其他部分的接管计算：液位计，空气出入口，液氯出入口，安全阀，人孔等。3、 计算以上各设备是否需要补强，若需要计算补强圈相关参数。4、 各个接管垫片、螺栓的选取。5、 支座选型和位置计算。二、 设计参数的确定 表1：设计参数表序号项 目数 值单 位备 注1名 称液氯储罐2用 途液氯储存站3最高工作压力1.414MPa由介质温度确定4工作温度-20455公称容积（Vg）15M36公称直径1700MM

6、7装量系数(V)0.98工作介质液氯（高度危害）9使用地点室内10 工作介质液氯11其它要求100%无损检测2.1 设计压力根据液氯饱和蒸汽压力图首先确定50对应的最高工作压力为1.414MPa。而设计压力为压力容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力，通常可取最高工作压力的1.051.1倍。经过查压力容器安全技术监察规程，取设计压力为1.62Mpa。计算容积15.M3 工作容积为计算容积与装量系数的乘积13.5M3 ,计算压力是指在相应的设计温度下，用以确定元件最危险截面厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力与液柱静压力之和，当元件所承受的液柱静压力小于5%

7、设计时，可忽略不计。 设计压力：P设=(1.414-0.1)×1.1=1.62 MPa 液柱静压： ,可忽略。计算压力：Pc=P设=1.62MPa2.2 设计温度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;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。2.3 液氯设计温度下对应参数液氯50对应的粘度0.35×10-3Pa.S 密度1.511t/m3沸点-34.6熔点-103，在15时比重为1.4256。三、 主要元件材料的选择3

8、.1 筒体材料的选择：根据液氯的特性，查GB713-2008选择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（）的压力容器。50时的许用应力为189Mpa,钢板标准GB713。图为150-2011钢制压力容器的性能变化3.2 钢管材料的选择：根据JB/T4731,钢管的材料选用20钢，其许用应力3.3 压力容器类别确定由于常温压力容器其容器内的物料温度随季节温度变化，工作压力为相应温度下的饱和蒸汽压，工作压力Pw取液氯t=50时的饱和蒸汽压（表压），查表得：液氯50时的饱和蒸汽压为13.03Bar（绝压），则Pw=13.03/10-0.10 =1.218

9、MPa =1307kg/ m3在有安全阀的情况下:Pc=(1.051.10)Pw=（1.28-1.34）MPa，取Pc=P=1.34MPa由于，所以此容器属于低压容器，又由于介质为高度危害，容积为15，根据压力容器分类图查得该容器为第类容器。四、 工艺计算4.1 储罐筒体公称直径，筒体长度以及椭圆封头结构型式尺寸的确定选用标准椭圆形确定椭圆形封头的公称直径、深度、容积和筒体的长度 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 取 L/D=4 将L/D=4代入得： m。圆整后，采用标准椭圆封头，查标准JB/T4746-2002 钢制压力容器用封头中表1，得公称直径，封头

10、深度H=450mm，容积为0.6999 。根据上图，可算出封头直边长度h=H-Di/4=25mm根据 得,圆整得mm 在36之间，设计合理。 所以计算容积为15.6998，工作容积为15.69980.9=14.13误差为：误差很小，可忽略。最终确定：DN1700 mm，取L6300mm4.2 确定筒体厚度、封头厚度：液柱静压力: ,故液柱静压力可以忽略，即该容器需100%无损探伤，所以取其焊接系数为。筒体的厚度：由中径公式 可得筒体的：计算厚度7.925mm钢板厚度负偏差腐蚀余量设计厚度：=+ C=9.925名义厚度为（圆整后）有效厚度：10-0-2=8封头的厚度：由椭圆厚度计算公式可得 腐蚀

11、裕度钢板负偏差设计厚度： d=+ C=9.865名义厚度（圆整后）有效厚度五、 压力容器结构设计液氯储罐要开设液氯进口管、安全阀口、人孔、空气进口管、空气出口管、压力表接口、液位计接口、液氯出口管，并根据各接口的大小选择相对应的法兰及垫片5.1接管管口与法兰设计:5.1.1液氯出口管及其法兰设计液氯入口管中心线距焊缝距离不能小于按设计要求液氯出口管公称通径为50mm，所以取外径为57mm（B系列）的钢管。设计：伸出筒外长度为120mm，选用GB8163型号的钢管，材料为20号钢。液氯为高度危害液体，设计压力为1.62Mpa，低压。查HG/T 20592-2009钢制管法兰得到：（选取带颈对焊焊

12、法兰WN）（密封面形式为凹面FM）所选法兰参数如下图最后一栏：（压力等级：PN，2.5Mpa。HG20592法兰WN 50-2.5FM S=4.5mm 20，质量：3kg。）公称直径钢管外径法兰外径法兰厚度液氯出口管5057165205.1.2 液氯入口管及其法兰设计按设计要求液氯入口管公称通径为50mm，所以取外径为57mm（B系列）的钢管。设计：伸出筒外长度为120mm液氯入口管应伸入筒体中心线以下，筒体内管开口倾角=45° 同上查表得，选用GB8163型号的钢管，材料为20号钢。法兰同液氯出口管法兰 HG20592法兰WN 50-2.5FM S=4.5mm 20，质量：3kg。

13、其数据为：公称直径钢管外径法兰外径法兰厚度液氯进口管5057165205.1.3空气进口管与空气出口管及其法兰设计 按设计要求公称通径为50mm，所以取外径为57mm（B系列）的钢管。 设计：伸出筒外长度为120mm 。空气进口管，空气出口管与筒体内表面平齐。 查表得，选用GB8163型号的钢管，材料为20号钢。为法兰同液氯出口管法兰 HG20592法兰WN 50-2.5FM S=4.5mm 20质量：3kg 其数据：公称直径钢管外径法兰外径法兰厚度空气进口管505716520空气出口管5057165205.1.4 压力表接口管及其法兰设计按设计要求压力表接口管公称通径为10mm，所以取外径为

14、14mm（B系列）的钢管。设计：伸出筒外长度为128mm 。 压力表接口管与筒体内表面平齐。同上查表得，选用GB8163型号的钢管，材料为20号钢。法兰同液氯出口管法兰 HG20592法兰WN 25-2.5FM S=4.5mm 20，质量：3kg。其数据为：公称直径钢管外径法兰外径法兰厚度压力表接口101490145.1.5 人孔位置及其法兰设计查HGT20583-2011可知，本容器公称直径为1700，应设置两个人孔，如下图： a.由HGT21514-2005 钢制人孔和手孔的类型与技术条件得，人孔的公称通径DN=400mm公称直径钢管外径法兰外径法兰厚度人孔40042665046人孔400

15、42665046b.人孔回转盖的选择：选择A型轴耳，便于制造。c.人孔紧固件的选择：由于介质是液氯，所以选用等全螺纹螺栓。5.1.6 液位计接口管位置的确定及其法兰设计1、由于磁性液位计无盲区，功能齐全，且密封性好，不受温度剧变的影响，适用于高温高压，腐蚀条件下，安装简单，所以选用磁性液位计。液位计法兰的选用必须用带颈对焊法兰。根据HG/T21584-95规定，本容器长度为6300mm需要安装两个磁性液位计。如下图：由于公称压力PN2.5Mpa，工作温度为-2045，不超过200，且液氯为流动性较好的液体，又无保温层，故选用普通型即可。液位计选择：HG/T21584-95 液位计UZ 2.5M

16、-750-1.307 AF 304C与之相配的法兰外径90mm标记：HG20592法兰WN 20-2.5FM S=4.5mm 20质量：3.0kg。2.液位计接管取公称直径DN=32mm。 液位计接管管长120mm，两个液位计接管口与封头内表面平齐。查表得：选用GB8163型号的钢管，材料为20R。3由工作温度-2045，公称压力2.5Mpa选取垫片：HG/T 20610缠绕垫 (W.B-0222) B20-2.54.根据所选的法兰标准、垫片材料，以及介质（液氯）腐蚀性高等条件选取紧固件。公称直径钢管外径法兰外径法兰厚度液位计接口323814018螺柱：HG20613 全螺纹螺柱M12

17、5;60,数据如下图：5.1.7安全阀的选择液氯为高危害性介质，A44H-160对于高压容器和安全泄放量达的中低压容器，最好采用全启式安全阀，考虑泄放的介质质量是否易燃、有毒、污染环境，确定采用封闭式安全阀。所以选用弹簧封闭全启式（带扳手）安全阀。查GB150-2011选择公称直径为100，外径为108。根据以上计算，得出接管法兰数据表、法兰数据表、管口表如下： 表3：接管法兰数据表公称直径钢管外径法兰外径法兰厚度液氯进口管505716520安全阀10010823524人孔40042665046空气进口管505716520空气出口管505716520压力表接口10149014液位计接口3238

18、9014液氯出口管505716520跟据管口公称直径选择相应的法兰，2.5MPa时选用带颈对焊法兰，主要参数如下：表4：法兰数据表公称通径钢管外径连接尺寸法兰厚度C法兰颈法兰高度HB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螺纹ThNSHRB10149060144M1214282.333353238140100184M1618563.665425057165125184M16207448548100108235190228M20241346.3126655.2 补强圈设计根据GB150-2011，当设计压力小于或等于2.5Mpa时，在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的

19、2.5倍，且接管公称外径不大于89mm时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中有DN=400mm的人孔和DN=100的安全阀孔需要补强。5.2.1 补强设计方法判别按HG/T 21518-2005,选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径 采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用20号钢，其许用应力根据GB150-2011，其中：壳体开孔处的计算厚度7.925mm接管的有效厚度强度削弱系数所以开孔所需补强面积为5.2.2有效补强范围有效宽度B的确定按GB150-2011中式6-7，得：有效高度的确定(1）外侧有效高度h1的确定根据GB150-2011，得： (2）内侧有效高度h2的确定根据

20、GB150-2011，得： 5.2.3 有效补强面积根据GB150，分别计算如下：筒体多余面积A1 接管的多余面积A2接管厚度：焊缝金属截面积A3焊角取6.0mm因为，所以开孔需另行补强所需另行补强面积：补强圈设计：根据DN400取补强圈外径D=680mm。因为B>D，所以在有效补强范围。补强圈内径：d=428mm补强圈厚度：圆整取名义厚度为18mm同理可得安全阀的补强圈厚度6mm，外径190mm5.3液面计、垫片、螺栓等的设计5.3.2垫片的选择 查HG/T 20609-2009钢制管法兰用金属包覆垫片可得出 垫片尺寸表符号管口名称公称直径内径D1外径D2a液氯进口管507387b安全

21、阀接口507387c人 孔400561624d空气进口管507387e空气出口管505165f压力表接口102434g液位计接口323650h液氯出口管5073875.3.2螺栓的选择 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： 螺栓紧固件用平垫圈 mm公称直径螺纹螺柱长hA50M168517303B 50M168517303C 400M2412525444D 50M248517303E 50M168517303F 10M127513242.5G 32M127513242.5H 50M1685173035.4 支座选型

22、5.4.1支座结构该卧式容器采用双鞍式支座，鞍座材料选用Q235A。如下图：从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分布。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。由于容器重力载荷不算很大且为低压容

23、器，筒体的公称直径DN1700mm，由下表1知，用轻型支座即可，依据我国现行压力容器常规设计的标准GB1501998钢制压力容器、JB47312000钢制卧式容器，JB4700470792压力容器法兰，JB/T471292鞍式支座。故选用鞍式A型双支座，一个S型，一个F型。鞍式支座标记： 左端 JB/T4712.1-2007 鞍座A2005-F Q235-A/Q245R 116kg右端 JB/T4712.1-2007 鞍座A2005-S Q235-A/Q245R 116kg。 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 E

24、HA椭圆形封头质量，可知，充液质量：，故附件质量：人孔质量为300kg，其他接管质量总和估100kg，即综上所述， G=mg=263.51kN,每个鞍座承受的重量为131.75N由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为BI,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 5.4.2 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。由标准椭圆封头故由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故

25、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（）,即 ，取A=420mm综上有：A=420mm。5.5 焊接接头容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝、融合线和热影响区的总称，焊缝是焊接接头的主要部分。焊接接头的形式和坡口形式的设计直接影响到焊接的质量与容器的安全。5.5.1 筒体焊接接头设计壳体上所有纵向及环向接头，凸型封头上的接头，即A、B类接头，是容器要求最高的焊缝，对容器的安全至关重要，必须采用对接焊，不能采用塔接焊。对接焊易于焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。对接接头应采用等厚度焊接，这样可以减少刚度差，降低应力集中，并便于焊接。对某些无损检测要求较