16立方米液氯储罐设计

1、太原科技大学课程设计目录目录第一章第一章 工艺设计工艺设计 .21.1 存储量的计算.21.2 设备的选型及轮廓尺寸.21.2.1 液氯（2cl）的性质.21.2.2 大概尺寸计算.3第二章第二章 机械设计机械设计 .42.1 结构设计.42.1.1筒体及封头设计.42.1.2接管及接管法兰设计.62.1.3人孔的结构设计.102.1.4 核算开孔补强.122.1.5支座的设计.142.1.6液面计、压力表及安全阀选择.152.1.7总体布局.162.1.8焊接结构设计及焊条的选择.16第三章第三章 强度校核强度校核 .19参考文献参考文献 .20太原科技大学课程设计第一章 工艺设计1.1 存

2、储量的计算盛装液化气体的压力容器设计存储量tVW式中：W储存量，t； 装载系数； V压力容器容积，；3m 设计温度下的饱和溶液的密度，；t3mt根据设计条件=tVWtt82.18307. 1169 . 01.2 设备的选型及轮廓尺寸1.2.1 液氯（）的性质2cl的分子量 70.91 ，是黄绿色有刺激性气味的气体。2cl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

3、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 时选太原科技大学课程设计用卧式贮罐比较经济。1.2.2 大概尺寸计算粗略计算内径

4、： 32164mLDi一般 ，取63DL4DL得，圆整得： mDi72. 1mmDi1800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，mmB490内表面积，容积27383.3mA 38652. 0mV封根据32g16242mVLDVVVi封封筒，圆整得: mmDVVLig5638422封mmL6000322998.168652. 0268 . 14242mVLDVVVi封封筒计余量5%2 . 6%1001616998.16%100ggVVV计3m298.15998.169 . 0计工VV所以，筒体的公称直径,长度mmDi1800mmL6000太原科技大学课程设计

5、第二章 机械设计2.1 结构设计2.1.1 筒体及封头设计A 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，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 Q245R 或 Q345R。常用的有 20R 和 16MnR 两种。如果纯粹从技术角度看，建议选用 20R 类的低碳钢板， 16MnR 钢板的价格虽比 20R 贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR 钢板为比较经济。 （查 GB150-1998，50时的许用应力 ,钢板标准GB6645） 。所以在此选择 16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。B.筒体壁厚设计计算1)设计压力 设计温度也是压

6、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,液氯储罐的工作温度-2045所以设计温度选择为 50。 ，故选取设计温度 t=50，由压力容器介质手册查得，该温度下的绝对饱和蒸汽压为 1.401MPa。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。MPaP432. 1) 1 . 0401. 1 (1 . 12）液柱静压力由某些无机物重要物理性质表【1】查的，液氯的密度为 1.307，内

7、径3/ mtmmDi1800由各地区重力加速度表查的太原地区的，则根据公29.79684/gm s式可得 ipgD静a023.0MPP静表 2.1 液氯物理性质太原科技大学课程设计温度 -20204050饱和蒸汽压 Bar0.825.6510.2713.03饱和液密度 kg/L1.5281.4061.3421.3073）计算压力 因为，所以可忽略静压力的影响。即。%5%6 . 1PP静MPaPPC432. 14）设计温度下材料的许用应力tt为，假设筒体厚度为，由材料许用应力表可得的C。452016mm6MnR16 MPat1705) 筒体的厚度计算 根据内压容器的计算厚度公式： mmpDpct

8、ic613. 7432. 10 . 117021800432. 12在之间，故假设是成立的。mm163. 7mm166取腐蚀裕量，22CmmmmCd613. 92由常用钢板厚度负偏差表可查，在的钢板标准下的负偏差6654GBMnR16。查钢板厚度的常用规格表 ，将其圆整为 10mm，即名mmC25. 01mmCd863. 91义厚度的钢板。mmn10MnR166) 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： mmpDpctic6 . 7432. 15 . 00 . 117021800432. 15 . 02取腐蚀裕量，22CmmmmCd6 . 92由常用钢板

9、厚度负偏差表可查的，在的钢板标准下的负偏差6654GBMnR16，。mmC25. 01mmCd85. 91太原科技大学课程设计查钢板厚度的常用规格表 ，将其圆整为 10mm，即名义厚度的mmn10钢板，可见标准椭圆形封头与筒体等厚。MnR16封头选用标准椭圆形封头，标记为 16MnR JB/T4746101800EHA7) 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1.0。C 压力试验水压试验:液体的温度不得低于 5；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

10、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。(由 GB150-1998 查得20 钢而且 16MnR 试验时器壁金属温度下材料的许用应力和设计温度下材料的许用应力在工作温度下也绝对相等故有以下结论)水压试验时的压力 Mpapt79. 1432. 125. 125. 1pT水压试验的应力校核：水压试验时的应力Mpa 77.20875. 7275. 7180079. 12DTTeeip水压试验时的许用应力为 16MnR:Mpas28832000. 19 . 09 .

11、0故筒体满足水压试验时的强度要求课本 178 页ST0.92.1.2 接管及接管法兰设计A 接管尺寸选择由工作要求液氯流量最高不超过，推荐流速，依据来自化工sm33109 . 0sm8 . 0工艺手册表 25-5 常用介质流速推荐表，由无缝钢管规格表选定液氯接管的公称直径为太原科技大学课程设计DN=50mm；空气流量最高不超过，推荐流速流，同样选定接管公称直sm331014sm12径 DN=50mm。液氯进、出口接管和空气进、出口接管选用热轧无缝钢管。查无缝钢管标准GB/T8163-1999，材料 20 号钢的许用应力。具体数据见下表 2： MPa137表 2.2 接管的尺寸表用途公称直径dN

12、外径 壁厚ontd外伸高度內伸高度理论质量Kg/m液氯进口管2001600液氯出口管2001700排污口505 . 8571000压力表接口2000空气出口管2000空气进口管 501157200016液位计接口32938100012 安全阀32 938200012表 2.3 管口表及连接标准接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称A1DN50HG20595-1997FM液氯出口管A2DN50HG20595-1997FM排污口接口A4DN450FM人 孔A5DN50HG20595-1997FM空气进口管A6DN50HG20595-1997FM空气出口管A7DN50HG20595-199

13、7FM压力表接口A8DN32HG20595-1997FM安全阀接口A3DN50HG20595-1997FM液氯进口管A9DN32HG20595-1997FM液位计接口B接管法兰的选择太原科技大学课程设计 查 HG/T 20592-20635-2009 中表 7.0.1-5 PN2.5MPa 钢制管法兰用材料最大允许工作压力（表压）得法兰材料用 20 钢，设计温度为 50 度时，最大允许工作压力为 2.25MPa，故公称压力选为 2.5MPa。查 HG/T 20592-20635-2009，根据公称压力 2.5MPa，公称压力DN=50mm 和 DN=32mm，选择法兰。但考虑到连接面形式和剧毒

14、介质液氯的密封要求较高，综合各种因素，故选用长颈对焊法兰。(课本 11 页)图 2.1 接管法兰结构表 2.4 接管法兰结构尺寸表【3】法兰颈钢管外径1AN序号名称公称直径DNB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 BS1HR法兰高度H法兰质量(Kg)A1液氯出口5057165 125 184M16 2074485483.11A2排污接口5057165 125 184M16 2074485483.11A5空气进口5057165 125 184M16 2074485483.11A6空气出口5057165 125 184M16 2074485483.11A7压力表

15、口5057165 125 184M16 2074485483.11A9液位计口3238140 100 184M16 1856 3.685422.05A3液氯进口5057165 125 184M16 2074485483.11太原科技大学课程设计表 2.5 接管法兰标记名称法兰标记液氯进口管法兰液氯出口管法兰排污管法兰压力表接管法兰空气进口管法兰空气出口管法兰HG 20595 法兰 WN 50-2.5 FM S=8mm 16MnR液面计接管法兰安全阀接口管法兰HG 20595 法兰 WN 32-2.5 FM S=7mm 16MnRC垫片的选择因为使用压力 PN=2.5MP，而且工作温度不是太高，

16、液氯的腐蚀性可以忽略，而且该密封属于静密封，所以垫片选用石棉橡胶垫片即可满足要求，查 HG/T 20606-1997钢制管法兰用非金属平垫片 ，得： 图 2.2 金属包覆垫片表 2.5 凹凸面法兰用 MFM 型垫片尺寸表符号管口名称垫片厚度公称直径内径 D1外径 D2A1液氯出口1.5506187A2排污口1.5506187A8安全阀接口 3238140 100184M16 1856 3.685422.05太原科技大学课程设计A5空气进口1.5506187A6空气出口1.5506187A7压力表口1.5506187A8安全阀口1.5324365A3液氯进口1.5506187A9液位计口1.53

17、24365D紧固件的选择由 GB 150-1988，紧固件螺栓连接选用材料为 Q235-A。查 HG 20613-97 钢制管法兰用紧固件得螺柱的长度和平垫圈尺寸：表 2.6 螺栓及垫片【3】紧固件用平垫圈 mm符号公称直径螺纹螺柱长1d2dhA150M169017303A250M169017303A550M169017303A650M169017303A750M169017303A832M168517303A350M169017303A932M1685173032.1.3 人孔的结构设计A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） 。B人孔的设计储罐

18、公称压力为 2.5MPa，根据钢制人孔和手孔 ，采用20052153521514/THG回转盖带颈对焊法兰人孔。太原科技大学课程设计该人孔标记为：人孔 CMMFMS35B5 . 2450200521518/THG图 2.3 人孔结构示意图表 2.7 人孔结构尺寸【3】密封面型式公称压力PN公称直径DNdwSdDD1H1H2bMFM2.5450480 1245667060025012142螺柱螺母螺柱b1b2ABLd0数量直径 长度总质量太原科技大学课程设计4146375175250242040M33 2 165 2452.1.4 核算开孔补强根据 GB150，当设计压力小于或等于 2.5Mpa

19、 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 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。本次设计人孔的公称外径为 45089，所以进行补强圈补强。A补强设计方法判别开孔直径mmCddi5 .45425. 224502 mmDdi900218002满足等面积开孔补强计算的适用条件，故采用等面积法进行开孔补强计算。B开孔所需补强面积接管材料选用 20 号钢，根据材料许用应力表查得其许用应力MPt137根据 GB150-1998，)1 (2YetfdA其中：壳体开孔处的计算厚度。613. 7接管的有效厚度mmCCntet75. 9225. 01221

20、强度削弱系数806. 0rtnrf所以开孔所需补强面积为291.3488)806. 01 (75. 9613. 72613. 75 .454)1 (2mmfdAretC.有效补强范围有效补强范围内的宽度 BmmdBmmdBntn5 .4981221025 .454229095 .45422取二者中的较大值，故。mmB909有效高度的确定（1）外侧有效高度的确定1h根据 GB150，得： 851.73125 .4541ntdh太原科技大学课程设计mm2001 1Hh接管实际外伸高度mmhhh851.73),min( 111(2）内侧有效高度的确定2h根据 GB150-1998，得： 851.73

21、125 .4542ntdh0 2 接管实际內申高度h所以。222min(,)0hhhmmh02D补强范围内补强金属面积eA壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积1A圆筒有效厚度，接管有效厚度，圆筒的计算厚度mme75. 7mmet12mm613. 7216.61)806.01)(613.775.7(122)613.775.7)(5.454909()1)(2)(mmfdBAreete - -接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积2A接管计算厚度 mmpDpctict364. 2432. 15 . 00 . 11702450432. 12根据公式: 2212287.8790806. 0)364.

22、212(851.732)(2)(2mmfhfhAretrtet-焊缝金属面积3A由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， 因此，22312 6362Amm 有效补强范围内的补强面积eA根据公式: 2321887.97636287.8796 .61mmAAAAe太原科技大学课程设计E 补强圈的选取因为，所以需要另加补强，其补强面积为：AAe。2402.2512887.97691.3488mmAAAemmDDAn37. 846076002.2512124查表 规定的补强圈尺寸系列，应选用的补强圈厚度为，补强材料一般与壳TJB/20024736mm10材料相同，可确定补

23、强圈为：/JB T 47362002。MnRDdn16124502.1.5 支座的设计A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43212mmmmm筒体质量：1mkgDLm44.26337850101068 . 114. 331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，2m可知，kgm2 .2812充液质量：，3m液氯水kg27.21113154.1613073计氯Vm附件质量：由 JB584-64 人孔质量为 265kg，其他接管质量总和估 100kg，即4mkgm40

24、04综上所述， kgmmmmm918.2442224321G=mg=239.27kN,每个鞍座承受的重量为 119.75kN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 2.8：太原科技大学课程设计 表表 2.82.8 鞍式支座结构尺寸鞍式支座结构尺寸 单位：mm底板腹板筋板公称直径DN允许载荷Q /kN鞍座高度hl1b112l3b2b331800295250128022012102951902608垫板螺栓配置弧长b44e间距l2螺孔d螺纹孔长l鞍座质量kg增加 100mm高度增加的质量

25、/kg21004301080112020M164016216B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 规定太原科技大学课程设计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2)(2hHDimmDHhi25418004754故mmhLA1210)2526000(2 . 0)2(2 . 0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

26、满足A0.2L 时，最好使 A0.5R m（）,即 2nimRRmmRm90521021800 ，取 A=450mmmmRAm5 .4529055 . 05 . 0综上有：A=450mm。鞍座标记为： 支座 TJB/20071 .4712FA1800 支座 TJB/20071 .4712SA18002.1.6 液面计、压力表及安全阀选择A 液位计选择此容器选用磁性浮子液位计。由于此储罐介质温度在太原地区随四季温度的变化而变化，最低-20，最高 48，密度黏度也随之变化，又根据需要满足筒体内径DN=1800，公称压力 PN=2.5 所以选用此液位计。标记 HG/T 21584-95 UZ-2.5

27、M 2000-1.314 BF 321C。B). 安全阀的选择由于液氯属于有毒介质，高度危害，所以需要气体全部通过排气管排放，介质不能向外泄漏故选用弹簧微启封闭式全封闭安全阀。所以根据公称压力 PN=2.5 和适用介质，选择型号为 A41H-16C 的安全阀。C压力表的选取 压力表选用 YZ-50 型的压力表。2.1.7 总体布局取液氯出口管与筒体环焊缝距离为 200mm，入筒体的长度为 1700mm。要求 DN=50,取管伸出筒外长度 200mm。液氯进气管外伸度 200mm，内伸高度 1600mm；空气进口和空气出口的 DN 都为 50mm，接口外伸高度 200mm，內伸高度 0mm；安全

28、阀外伸高度 200mm，内伸高度 0mm；压力表外伸高度 200mm，内伸高度 0mm；人孔外伸 300mm，内伸 0mm。排污口外太原科技大学课程设计伸高度 100mm，内伸高度 0mm。选择鞍式支座，支座中心与焊缝的距离为 450mm。按照无补强要求：两管口中心线间距不得小于两孔直径之和的两倍，取间距为 500mm。接管与焊缝距离不小于 150mm，取 200mm。详细布局见装配图。 2.1.8 焊接结构设计及焊条的选择A壳体 A，B 类焊接接头的设计该容器上的 A,B 类接头必须采用对接焊，不允许采用搭接焊。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。该容器上的接管与壳体以及补强圈之间的焊接一般只能采用角接和搭接。B壳体 C，D 类焊接接头的设计 平盖，管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体，接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属 C 类焊接接头，但已规定为 A，B 类的