55立方米液氯储罐课程设计

1、 中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： xxx 学 号： xxx 学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 过程装备与控制工程 陆辉山 闫宏伟 高 强魏秀业 刘 波 崔宝珍题 目： 55M3液氯储罐设计 指导教师： 职称: 2013年06月08日 中北大学课程设计任务书 2012/2013 学年 第 二 学期学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 过程装备与控制工程 学 生 姓 名： xxx 学 号： xxx 课程设计题目： 55M3液氯储罐设计 起 迄 日 期： 06 月 08 日06月 22日 课程设计地点： 校内 指 导 教 师： 陆辉山 闫宏伟 高强 系 主 任： 姚竹亭 下

2、达任务书日期: 2013年06月08日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：设计目的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) 掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。3) 掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。4) 掌握工程图纸的计算机绘图。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：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最高工作压力MPa由介质温度确定4工作温度-20455公称容积（Vg）10/1

3、6/20/25M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)0.98工作介质液氯（高度危害）9使用地点室内10安装与地基要求11其它要求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液位计接口空气进口管空气出口管液氯进口管液氯出口管安全阀接口压力表接口人 孔课 程 设 计 任 务 书2设计内容1）设备工艺、结构设计；2）设备强度计算与校核；3）技术条件编制；4）绘制设备总装配图；5）编制设计说明书。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：1）设计说明书：主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺寸的设计计算和确定、设计

4、总结、参考文献等； 2）总装配图设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸采用计算机绘制。 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1 国家质量技术监督局，GB150-1998钢制压力容器，中国标准出版社，19982 国家质量技术监督局，压力容器安全技术监察规程，中国劳动社会保障出版社，19993 全国化工设备设计技术中心站，化工设备图样技术要求，2000，114 郑津洋、董其伍、桑芝富，过程设备设计，化学工业出版社，20015 黄振仁、魏新利，过程装备成套技术设计指南，化学工业出版社，

5、20026 国家医药管理局上海医药设计院，化工工艺设计手册，化学工业出版社，19967 蔡纪宁主编，化工设备机械基础课程设计指导书，化学工业出版社，2003年5设计成果形式及要求：1）完成课程设计说明书一份； 2）草图一张（A1图纸一张）3）总装配图一张 (A1图纸一张)； 6工作计划及进度：2013年06月08日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤 06月09、13、14、15日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制06月16日06月19日：设计图纸绘制（草图和装配图）06月20日06月21日：撰写设计说明书06月22日：答辩及成绩评定系主任审查意见： 签字： 年 月 日绪论1、

6、任务说明设计一个容积为55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。2、液氯（）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)1.47；相对密度(空气=1)2.48；稳定性：稳定； 危险标记：6(有毒气体)；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。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

7、。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）。一、 设计参数的确定设计条件表序号项 目数 值单 位备 注1名 称液氯储罐2用 途液氯储存站3最高工作压力1.4327MPa由介质温度确定4工作温度-20455公称容积（Vg）55M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)0.98工作介质液氯（高度危害）9使用地点室内10安装与地基要求11其它要求100%无损检测1、主要元件材料的选择a.筒体材料的选择：根据液氯的特性，查GB150-1998选择16MnR。16MnR是压

8、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,钢板标准GB6645。b、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2.设计温度的确定设计温度是指容器在正常的工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。当元件金属温度不低于0C时，设计温度不得低于元件金属可能达到的最高温度；当元件金属温度低于0C时，其值不得高于元件金属可能达到的最低温度。考虑一定的余量和相关标准的使用，这里选为50。3.筒体封头设计从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头

9、小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。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。标准椭圆型封头是中低压容器经常采用的封头形式。封头公称直径必须与筒体的公称直径相一致。由公式DL=55*(1+5%) 取=4，解得D=2639mm，圆整至2700mm。由JBT4746-2002-钢制压力容器用封头查得知，总深H=715mm，内表面积A=8。2415m，封头容积V=2.8

10、055mV=V+V，即DL=55*（1+5%）-2*V,代入参数得L=9106.369mm圆整至9200mm计算容积V=DL+2*V=58.28m工作容积V=V=0.9*58.28=52.452 m4.设计压力的确定 设计压力为容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力(1.4327MPa)，而最高工作压力指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。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1.051.10倍。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

11、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%设计压力时，可忽略不计。t=50时,根据压力容器介质手册可得液氯的密度是1.314，饱和蒸汽压Pv=1.4327 MPa,大气压Pa=0.1 MPa 设计压力P =1.1*Pv=1.1*（1.4327-0.1）=1.466 MPa液柱静压力=gD=1314*9.8*2.7=0.0355%* P，所以忽略液柱静压力。计算压力P=P=1.466 MPa5. 设备厚度计算（1）筒体的厚度计算：由中径公式可得a、计算厚度：，（钢板厚度负偏差，腐蚀余量，）b、名义厚度：。c、有效厚度：（2）椭圆的厚度计算：由封头厚度 可得a、计算厚度：

12、，（钢板厚度负偏差，腐蚀余量，）b、名义厚度：c、有效厚度：其中： 为元件在设计温度下的许用应力。该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为（3）查JBT4746-2002 钢制压力容器用封头得，封头质量m=1145kg直边段高度为715-=40mm6.管口选择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。管口表接管代号公称尺寸公称压力连接尺寸标准连接面形式用途或名称aDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM液氯进口管bDN80PN1.6MPaHG20592-1997MFM安全阀接口c

13、DN500PN1.6MPaHG/T21523-2005MFM人孔dDN65PN1.6MPaHG20595-1997MFM空气进口管eDN65PN1.6MPaHG20595-1997MFM空气出口管fDN25PN1.6MPaHG20595-1997MFM压力表接口g1-4DN25PN1.6MPaHG20595-1997MFM液位计接口hDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM液氯出口管一些接管具体设计如下： 氯进出口管 进口管管端成45角可使液流集中，避免成滴水，对卧式容器插入深度为全高的，插入液体中对减少液面形成泡沫及稳定液面等都有利。接管高度和安全阀同为100mm 根据压力容器

14、与化工设备实用手册,采用磁性液位计，普通型，压力等级为1.6 Mpa。根据设计要求，选用规格为1700 mm的液位计。空气进出口管、压力表接管高度均为100mm考虑到安全阀起跳压力应低于设计压力高于工作压力,在这里选为1.45MPa注:接管补强数据见校核表7.人孔的选择 根据HG21518-95 选回转盖带颈对焊法兰人孔，密封面为凹凸面MFM。具体数据如下： 8、法兰垫片的选用根据管口公称直径选择相应的法兰，1.6MPa时选用带颈对焊榫槽法兰，主要参数如下： 接管法兰根据HG20592-1997由相应接管公称直径选取公称通径DN钢管外径B型连接尺寸法兰厚度C法兰径法兰高度H法兰理论质量kg法兰

15、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ThNSR253211585144M1216462.664401.263238140100184M1618562.665422.055057165125184M1620742.985483.11100108220180188M16221303.5126323.595005307156503320M302345781116129070.7根据HG20592 法兰标准的规定，当压力等级1.6MPa且有剧毒介质时，选择缠绕垫片。具体结构及数据如下 公称通径DN内环内径缠绕垫内环厚度公称通径DN内环内径内径外径厚度253443572534324351

16、65505773871001081291493.22.45005215495759.螺栓的选择 参照HG/T 2059220635-2009 钢制管法兰、垫片和紧固件 标准为HG20613-1997钢制管法兰紧固件10、鞍座的选择 鞍座结构尺寸选择16MnR钢的密度为7.8510kg/m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椭圆形封头质量，可知，充液质量：，故附件质量：人孔质量为297kg，其他接管质量总和估100kg，补强圈质量参见JB/T4736-2002为20.7Kg即综上所述：,每个鞍座承受的重量为由此

17、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。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=680mm综上有：A=680mm。11、焊接接头 容器各受压元件的组装通常

18、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。回转壳体与封头的焊接接头采用对接接头接管与筒体的焊接接头坡口为.人孔处接管、补强圈的焊接采用角焊，坡口为.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，结构如图： 壳体与封头的焊接 接管与筒体的焊接 人孔处接管、补强圈的焊接人孔处接管、补强圈的焊接结构焊条型号及牌号(JB/T 4709-2

19、007)接头母材焊条型号焊条牌号16MnR+16MnRE5016J50620 +16MnRE309-16A307Q235-A+16MnRE309-16A307二、补强圈设计1、补强设计方法判别根据GB150，可不另行补强的条件： 设计压力小于或等于2.5Mpa。 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2.5倍。 接管公称外径不大于89mm时。 接管厚度满足下列要求：2、补强的确定由于该储罐中有DN=500mm的 人孔需要补强。按HG/T21523-2005,人孔为水平吊盖带颈平焊焊法兰人孔，凹凸面MFM型。开孔直径 采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用20r钢，其许用应力根

20、据GB150-1998， 其中：壳体开孔处的计算厚度 接管的有效厚度强度削弱系数3、开孔所需补强面积为：4、有效补强范围有效宽度B的确定，按GB150中式8-7，得： 5、有效高度的确定(1）外侧有效高度的确定根据GB150，得： (2）内侧有效高度的确定根据GB150-1998，得： （实际内伸高度）6、有效补强面积根据GB150，分别计算如下：筒体多余面积接管的多余面积接管厚度：焊缝金属截面积焊角取6.0mm7、补强面积因为，所以开孔需另行补强所需另行补强面积：补强圈设计：根据JBT4736-2002DN500取补强圈外径。因为，所以在有效补强范围。根据 所以，取补强圈内径d=534mm补

21、强圈厚度： 圆整取名义厚度为20mm。三、结束语通过本次课程设计，我完成了容积为的液氯储罐的设计，并采用SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。在此次课程设计，我从毫无头绪，到一点一点查阅，理清设计思路，然后计算校核，如此反复，最终完成了课程设计。虽然在这个过程中，我不断的出错，不断的校核计算，但通过改正错误，更加增强了我把知识运用到实际的能力，加深了对课本知识的理解。同时，通过使用国家压力容器标准、规范进行设计，掌握了液氯储罐设计的全过程；并且锻炼了查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。另外，在这次的设计中，培养了我设计的严谨性的态度。相信

22、会给以后的学习和工作带来很大的帮助。参考文献1 国家质量技术监督局，GB150-1998钢制压力容器，中国标准出版社，19982 国家质量技术监督局，压力容器安全技术监察规程，中国劳动社会保障出版社，19993 全国化工设备设计技术中心站，化工设备图样技术要求，2000，114 郑津洋、董其伍、桑芝富，过程设备设计，化学工业出版社，20015 黄振仁、魏新利，过程装备成套技术设计指南，化学工业出版社，20026 国家医药管理局上海医药设计院，化工工艺设计手册，化学工业出版社，19967 蔡纪宁主编，化工设备机械基础课程设计指导书，化学工业出版社，2003年卧式容器（双鞍座）计算单位计 算 条

23、件 简 图 计算压力 pC1.466MPa 设计温度 t50 圆筒材料16MnR(热轧) 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 7850kg/m3 液压试验介质密度 1000kg/m3 圆筒内直径Di2700mm 圆筒名义厚度 16mm 圆筒厚度附加量 4mm 圆筒焊接接头系数 1 封头名义厚度 16mm 封头厚度附加量 Ch4mm 两封头切线间距离 10710mm 鞍座垫板名义厚度 300mm 鞍座垫板有效厚度 300mm 鞍座轴向宽度

24、b900mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心至封头切线距离 A1140mm 封头曲面高度 675mm 试验压力 pT1.8325MPa 鞍座高度 H250mm腹板与筋板(小端)组合截面积 58324mm2 腹板与筋板(小端)组合截面断面系数2.17297e+06mm3 地震烈度0 配管轴向分力 0N圆筒平均半径 1358mm 物料充装系数 0.7支 座 反 力 计 算 圆筒质量(两切线间)9945.29kg 封头质量(曲面部分)1004.33kg 附件质量417.7kg 封头容积(曲面部分)2.5765e+09mm3 容器容积(两切线间)V = 5.82861e+10mm3 容器内充液质量工作

25、时, 320282压力试验时, = 58286.1kg 耐热层质量0kg总质量工作时, 332654压力试验时, 70657.8kg单位长度载荷320.629 68.1036N/mm支座反力1.632e+06 3466471.632e+06N筒 体 弯 矩 计 算圆筒中间处截面上的弯矩工作时= 1.70232e+09压力试验= 3.61585e+08Nmm支座处横截面弯矩工作时 -2.61526e+08压力试验 -5.55497e+07Nmm系 数 计 算K1=1K2=1K3=0.31831K4=K5=K6=K6=K7=0.0528518K8=0.340474K9=0.203522C4=-1C

26、5=1筒 体 轴 向 应 力 计 算轴向应力计算操作状态 107.449 86.7129MPa -24.4981 -3.7636MPa水压试验状态 -5.20091 -0.799413MPa 108.893 104.488应力校核许用压缩应力0.000835556根据圆筒材料查GB150图6-36-10 B = 109.828MPa109.828109.828MPa 170 合格|,| 109.828 合格|,| 109.828 合格sT2 ,sT3 0.9ss = 310.5 合格时(时,不适用)21.9199MPa时圆筒中：封头中：MPa应力校核封头椭圆形封头, 碟形封头, 半球形封头, MPa圆筒封头 t = 0.8 s t = 136 MPa圆筒, t t = 136 合格封头, th t h = MPa鞍 座 处 圆 筒 周 向 应 力无加强圈圆筒圆筒的有效宽度229.951mm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/Rm8时, MPa无加强圈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MPa鞍座边角处的周向应力L/Rm8时, MPaL/Rm8时, MPa鞍座垫板边缘处圆筒