40立方米液氯储罐设计

专业：过程装备与把握工程题目：〔40〕M3液氯储罐设计20230622设计目的：全过程。性争论和论证。把握计算机操作和专业软件的使用。把握工程图纸的计算机绘图。设计内容和要求〔包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等：存储量盛装液化气体的压力容器设计存储量t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，t ；t m3依据设计条件WVt

=0.9*40*1.314t=47.304t设备的选型及轮廓尺寸

Di2L40m34一般LD3—6 ，取LD4得D 2335mm，圆整得：Di

2400mm选用EHA椭圆封头，查《EHA椭圆形封头内外表积及容积表》可得：深度B640mmA6.5453m2，容积V1.9905m3依据Vg

D2L2V40m34 iV4D24D2i

7962mmL8000mmV ji

004 i00

2.428.021.990540.172m34V V误差ji Vg

100

0.4300VVji

0.940.17236.15m3Di材料的选择

2400mmL8000mm20～45C16MnR压力设计压力液氯储罐的工作温度-20℃——45℃，应选取设计温度t=50℃，由《压力容【1】1.432MPa1.05——1.1p1.11.4320.11.466MPa。液柱静压力【1】查的，液氯的密度为1314kg/m3，内径D 2400mmg9.79684m/s2，则i依据公式p静

gDi

可得液柱静压力为0.0308MPapcp因为 静1000pp 0

2.100

500

p p 1.466MPac设计温度下材料的许用应力tt为20～45C3～16mm，由《钢板许用应力表》可得

189MPa焊接接头系数于双面焊的全焊透对接接头，100%无损检测，所以1.0。内压容器的计算厚度依据内压容器的计算厚度公式【2：D pc i D

1.4662400

mm9.344mm2tpc

21891.01.4666～16mm之间，故假设是成立的。液氯为高度危害介质，取腐蚀裕量C 4mm， C 13.344mm。2 d 2由GB6654《压力容器用钢板》规定压力容器用钢板的厚度负偏差不大于0.25mm，使用该标准中钢板厚度超过5mm时16MnR的C 0mm，1 C 13.344mm，16mm，即名义d 2厚度n

16mm的16MnR钢板。封头壁厚的设计计算标准椭圆形封头的计算厚度依据标准椭圆形封头的计算厚度公式【2：D pc i D

1.4662400

mm9.315mm2t0.5pc

21891.00.51.466取腐蚀裕量C 4mm， C 13.315mm2 d 2由GB6654《压力容器用钢板》规定压力容器用钢板的厚度负偏差不大于0.25mm，使用该标准中钢板厚度超过5mm时16MnR的C 0mm，1 C 13.315mm，16mm，即名义d 2n厚度 16mm的16MnR钢板。n管口表及连接标准表管口表接收代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称aDN80HG20595-1997MFM液氯进口管bDN80HG20595-1997MFM安全阀接口c1-2DN500MFM人 孔dDN65HG20595-1997MFM空气进口管eDN65HG20595-1997MFM空气出口管fDN25HG20595-1997MFM压力表接口g1-2DN20HG20595-1997MFM液位计接口hDN80HG20595-1997MFM液氯出口管接收及接收法兰设计用途dN用途dN外径壁厚do nt液氯进出口管80896.0安全阀接口80896.0空气进出口管65766.0液位计20253.5压力计25323.5人 孔50053012接收法兰的选择,选择带颈对焊法兰号称BDN号称BDNA1D心圆径KL孔数量厚度CSNHH1钢管法兰螺栓螺栓螺螺栓法法兰颈法兰法兰序名公称外径外径孔中孔直栓Th兰R 高度质量BnBa 液氯进口8089200160188M16241105.6126585.03b 安全阀接8089200160188M16241105.6126585.03口c1人 孔5005307306603620M33*24458011201212592.-2d空气进口6576185145188M1622925106523.94e空气出口6576185145188M1622925106523.94f压力表口253211585144M1216463.264401.26g1-2液位计口202510575144M1216403.26440 1.05h液氯出口8089200160188M16241105.612652 5.03表10.3 接收法兰标记表名称液氯进口管法兰法兰标记HG20595法兰WN80-2.5MFM16MnR液氯出口管法兰人孔接口管法兰HG20595法兰WN80-2.5MFM16MnR安全阀接口管法兰HG20595法兰WN80-2.5MFM16MnR空气进口管法兰HG20595法兰WN65-2.5MFM16MnR空气出口管法兰液面计接收法兰HG20595法兰WN20-2.5MFM16MnR压力表接收法兰HG20595法兰WN25-2.5MFM16MnR垫片的选择高压容器法兰及各种接触面所用的密封材料。使用中压石棉橡胶垫片，使用温度小于等于350℃，选择凹凸面。查HG/T20606-199711.1垫片尺寸表【3】符号管口名称垫片厚度公称直径D1D2a液氯进口1.58089120b安全阀口1.58089120c1-2人孔3.0500530573d空气进口1.56577109e空气出口1.56577109f压力表口1.5253457g1-2液位计口1.5202750h液氯出口1.58089120紧固件的选择螺柱的长度和平垫圈尺寸：表12.1 螺栓及垫片【3】符号公称直径螺纹螺柱圆直螺栓个数螺柱长紧固件用平垫圈mm径dh1d2a80M16160810017303b80M16160810017303C1-2500M33*266020165d65M1614589517303e65M1614589517303f25M128547013242.5g1-220M127547013242.5h80M16160810017303接收尺寸选择2.13】得：①液氯进出口管进口管管端成45°角可使液流集中，避开成滴水，对卧式容2，计算得进口管深度为1600mm，插入液体中对削减液面3形成泡沫及稳定液面等都有利。接收高度和安全阀同为150mm。②依据《压力容器与化工设备有用手册》,承受磁性液位计，一般型，压力等级2023mm800mmHG21588-21592150mm。液位计及安全阀选择本次设计承受磁性液位计，一般型，压力等级为2.5Mpa。依据实际要求，。标记HG/T21584-95UZ1.6M-2023-1.314BF321C。依据公称压力PN=1.6和适用介质，选择型号为A41H-16C的安全阀。人孔的构造设计【31600~3000mm之DN500mm6000mm,所以选择开设两个人孔。该人孔标记为：人孔MFMⅢS35CM B 5002.5 HG/T215182023图4.1 人孔构造示意图表4.1 人孔构造尺寸【3】密封面型公称压力公称直径dSdDDHHbw112式PNDNMFM2.55005301250673066027012344螺螺螺柱总bbABLd柱母质120数量直径长度量43484052003003020 40M332170302核算开孔补强由《钢板许用应力表》可知厚度为厚度16mm的低合金钢16MnR在时的189MPa。由《钢管许用应力表》可知厚度为厚度12mm的低合金钢16MnR在20～45C时的t

163MPaC0，腐蚀裕量厚度C 1mm。2(1)补强及补强方法a补强判别 本次设计人孔的公称外径为500mm＞89mm，故需另行考虑其补强。b补强计算方法判别开孔直径ddi

2C5062508mm人孔直径d508mmDi

/21200mm，满足等面积法开孔补强计算的适应条件，故可用等面积法进开放孔补强计算。〔2〕开孔所需补强面积计算强度消弱系数f，f r r

t

163189

0.8624接收有效厚度et

C16115mmnt开孔所需补强面Ad2et

r

)50810.826210.82613(10.8624)5532.38mm2〔3〕有效补强范围a 有效厚度BB2d25081016mmBd2(n

)5082(1413)554mmnt取二者的大值故B=1016mmb 有效高度有效补强范围的外侧高度h

d应取

二者中的较小值，1 接收实际外伸高度dnt50812mm dnt50812mmdntH H 270123mm393mmdnt1 2

小于接收实际外伸高度，所以dnthdnt1

78.079mm。50812mm 50812mm有效补强范围的内侧高度h2应取

接收实际内伸高度dnt50812mm 78.079mmdnt50812mm

，所以hddnt

0mm。(4)有效补强面积a A1人孔有效厚度et

C12111mmntABd1

et

f r

b接收多余金属面积 pD

1.466500接收计算厚度 c i

2.259mmt 2tpc

21631.01.466A2A

2h

Cfr1364.977mm2c 接收区焊缝面积〔6.0mm〕由于本次设计的储罐是存放有毒介质的，所以选用D类接头形式进展焊接，1A3

26236mm22d有效补强面积AAAAe 1 2 3

592.8381364.97736.01993.815mm2所需另行补强AA(AA4 1

A)5532.381993.8153538.565mm23拟承受补强圈补强。补强圈设计”

A4D”d”

3538.56584053611.6mm查《JB/T 47362023规定的补强圈尺寸系列》应选用的补强圈厚度为14mm，补强材料一般与壳材料一样，可确定补dN

50014D16MnRJB/T 47362023。支座的设计支座的选择容器的自重及附件的质量m1筒体的质量m桶

i

2.48.00.0147859kg6636.6kg由《EHADN2400mm单个封头质量m封

706kg由《回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表》得人孔的总质量为m人

302kg由《JB/T4736-2023DN500mm补强圈的质量为m 36.3kg补强其他装置的总质量合计m其它

200kg

mm1

2m m封

m m补强 其它6636.6270630236.3200kg8550.6kg试验布满水的质量m2由《水的重要物理性质表》得30C时水的密度为995.7kg/m3，所以m V40.172995.7kg39999.26kg2 ji布满液氯的质量m3正常操作时的液氯质量m3

V40.1721314kg52786.008kgjimm1 32

8550.652786.0082

30668.304kg306.68kN依据《JB/T4712.1-2023(A)DN2400mm,435kN,120°包角，具体数据见下表：

306.68kN2

153.4kN图16.1 鞍座的构造表16.1 鞍座的构造尺寸表【4】公称公称允许鞍座底板腹板筋板直径载荷高度DNQ/kNhl1b112l3b2b3324004352400435250172024014102652082908垫板螺栓配置鞍座质量高度增加的弧长b4e间距螺孔螺纹孔长4kg质量/kgl2dl280050010100152024M204023423鞍座标记为：JB/T 4712.12023,支座A2400FJB/T 4712.12023,支座A2600S鞍座材料:鞍座材料为16MnR，垫板材料一般应与容器筒体材料一样。支座的位置A0.2L1.6m，并尽量使A0.5Ro0.6035m，综A6m。容器因操作温度变化，固定侧应承受固定鞍座F侧承受滑动鞍座S。固定鞍座通常设在接收较多一侧。液面计及安全阀选择2.5Mpa。依据实际要求，mm800mm。标记HG/T21584-95UZ2.5M-2023-1.314BF321C。PN=2.5MpaA41H-16C焊接构造设计及焊条的选择容器各受压元件的组装通常承受焊接。焊接接头是焊缝、融合线和热影响区响到焊接的质量与容器的安全。如图带补强圈的接收筒体焊接结头承受角接构造，坡口为D型表18.1 焊条型号及牌号(JB/T4709-2023)接头母材焊条型号焊条牌号16MnR+16MnRE5016J50616MnR+16MnRE5016J50616MnR+16MnRE5016J506〔对曲面间距以弧长计算〕应不小于两孔直径之和的两倍。否则开孔要考虑补强问题。〔固然不考虑补强的开孔还有其他要求见GB150,8.3〕校核数据内压圆筒校核计算条件计算单位内压圆筒校核计算条件计算单位筒体简图P1.50MPa设计温度t50.00CDi2400.00mm材料 16MnR(热轧) (板材)试验温度许用应力170.00MPa设计温度许用应力t170.00MPa试验温度下屈服点s345.00MPaC10.00mmC2

4.00 mm焊接接头系数

1.00

厚度及重量计算计算厚度 PD mmc ic= 2[]tPc

=10.61有效厚度=-C-C=12.00e n 1 2mm名义厚度n=16.00mm重量7626.31Kg压力试验类型试验压力值

压力试验时应力校核液压试验[]

MPaP=1.25PT

[t = 1.3320 (或由用户输入)压力试验允许通过

0.90

= 310.50 MPa的应力水平T试验压力下圆筒的应力

T sp.(D= =

e.e

=133.87

MPa校核条件校核结果最大允许工作压力

T T 合格

e压力及应力计算2[]te

MPa[P]=w

i e

=1.69154设计温度下计算应力

t c2i et

150.43

MPat校核条件结论

= e =170.00t≥t合格

MPa内压椭圆封头校核

椭圆封头简图Pc设计温度tDi

1.5050.002400.00

MPaCmm曲面高度hi材料

640.00 mm16MnR(热轧) (板材)试验温度许用应力

MPat170.00MPaC10.00mmC24.00mm焊接接头系数

1.00

厚度及重量计算外形系数 1 D22 iK= 6

2hi

=0.9193计算厚度

KPD mmc ic= 2[]t0.5Pc

=9.73有效厚度最小厚度名义厚度结论重量最大允许工作压力

=-C-C=12.00e n 1 2 =7.20min=16.00n满足最小厚度要求833.83压力计算2[]t

mmmmmmKgMPaw[P]=w

i

=1.84428结论 合格右封头计算

椭圆封头简图Pc设计温度tDi曲面高度hi

1.5050.002400.00640.00

MPaCmmmm材料 16MnR(热轧) (板材)试验温度许用应力

MPat170.00MPaC10.00mmC24.00mm焊接接头系数

1.00

厚度及重量计算外形系数 1 D22 iK= 6

2hi

=0.9193计算厚度

KPD mmc ic= 2[]t0.5Pc

=9.73有效厚度最小厚度名义厚度结论重量最大允许工作压力

=-C-C=12.00e n 1 2 =7.20min=16.00n满足最小厚度要求833.83压力计算2[]t

mmmmmmKgMPaw[P]=w

i

=1.84428结论 合格计算压力pC设计温度t

卧式容器〔双鞍座〕计算条件1.4665016MnR(热轧)16MnR

位

简 图MPa℃圆筒材料常温许用应力[]]t]sa工作时物料密度O

170170345

MPaMPaMPa

170100030668.31000

MPakg/m3液压试验介质密度T

kg/m3圆筒内直径Di

mm2400mm圆筒名义厚度 n 16圆筒厚度附加量C圆筒焊接接头系数封头名义厚度hn封头厚度附加量C

mm41mm164 mmh两封头切线间距离L鞍座垫板名义厚度rn鞍座垫板有效厚度re鞍座轴向宽度bθ

mm8000mm0mm0240 mm120 °AA1600mmh封头曲面高度 i640mm试验压力pTH1.332250MPamm腹板与筋板(小端)组合截面积腹板与筋板(小端)组合截面积Asa58324mm2Z腹板与筋板(小端)组合截面断面系数r2.17297e+06mm3地震烈度8F配管轴向分力p0N圆筒平均半径Rm1208mm物料充装系数o0.9m Lkg圆筒质量(两切线间)1in c n s7626.52封头质量(曲面局部)mkg2794.717附件质量m3kg8550.6封头容积(曲面局部)V mm3h1.80956e+09容器容积(两切线间)V=3.98103e+10mm3kg工作时,m V 4 oo1.09882e+06容器内充液质量压力试验时,m”4VT=39810.3耐热层质量m 0kg5工作时,mm2m m m123m 4 5 1.11659e+06总质量kg压力试验时,mm2m12m m3m 4 5 57576.8单位长度载荷q单位长度载荷qL3himg4qL3hmg4N/mmi1237.5 63.8114F1mg2F1mg2支座反力5.47798e+06FmaxF,F282472N5.47798e+06工作时M1FL12R2h2/L24A圆筒中间处截面上的弯矩m i414hiL3L=1.45994e+09压力试验N·mmM T1FL12R2h2m i/L2414h4AiL3L=7.52815e+07工作时工作时1 A R2h2m iM L2AL2支座处横截面弯矩14hi3L-2.10405e+09压力试验N·mm1 AR2h2m iM FA1L2ALT214hi3L-1.08495e+081K=4K=6925K=7C=436K=8C=522pCRmR2M1em e100.34MPa3pCRmKR2M2操作状态e1 m e432.5371M1me-26.5515轴向应力计算4KR2M2MPa2 m e-198.941T1R2MT1m e-1.36843MPaT4KR2MT2水压试验状态2 me-10.2584T2pTRmMT1eme68.4131T3pTRmMT2eKR21 me85.54280.094A R em 0.00094依据圆筒材料查GB150图6-3～6-10许用压缩应力B123.502

MPat应

mit,B

123.502力校核，

ac

s

123.5022 3 > 170不合格 MPa|1|,|4

t|>|>

123.502不合格| |,|

123.502合格hn T4 acT2,T3<0.9s=310.5合格RA m

AL

KF L2A32 时( 4 R3

/3

MPa

me iKF

239.8563R R3A m

圆筒中： me2 时 KF 4

MPa封头中：h Rmhe椭圆形封头, KP cich 2he碟形封头,封 MPR

MPac头 hch 2he半球形封头,

c iPDh 4PDhe圆[0.8]t=136筒封1.25t 封h头

MPa圆筒,>[]=136 合格封头,h

<[]= MPahmm圆筒的有效宽度 b2b1.56 Rmn456.879mm无 在横截面最低点处

kKF 5

MPa5 be2垫

-75.9624无板 L/R≥8时,m加或

F 3KF

MPa强 6 垫 6 4be2

22e圈板圆不筒起

L/R<8时,m

F 12KFR

MPa加 强作用时

6

4b e2

6e6

m-3892.93鞍座垫板宽度Wb1.56 Rmn；鞍座垫板包角12横截面最低点处的周向应力

kKF55 F5

MPa be re 2L/R≥8时,m无垫 F

3KF

MPa

6 板 6 4

222鞍座边角处加起的周向应力加强强

L/R<8时,m

e re 2 e F 12KFR

MPa

6

m作 6 4

L22e圈用时L/R≥8时,时m筒 F

re 2 e 3K”F 6

MPa鞍座垫板边体 缘处圆筒中

6 4be 2

22e的周向应力

L/R<8时,m F

12K”FR 6 m

MPa6 4be2

L2e5||<[]t=170 合格56应力校核 ||>1.25t=212.5 合6||1.25[]=212.56

MPa加强圈参数

加强圈材料,n=A=0

mmmm个mm2组合截面总惯性矩,I=有 0加 t

mm4MPa强 设计温度下许用应力 R圈 在鞍座边角处圆筒的周向应力：圆CK FR e KF

MPa筒 4 7 m 8 7 I A0 0加强圈位于鞍座平面上 在鞍座边角处加强圈内缘或外缘外表的周向应力：CKRdF KF

MPa 5 7 m 8 8 I A0 0〔或垫板不起加强作用〕

kKF5 5 be2MPa〔垫板起加强作用〕有

kKF5 加

5 be re 2强 在横截上靠近水平中心线的周向应力：圈圆

CK FR4 7

e KF 8

MPa7 I A筒 0 0在横截上靠近水平中心线处，不与筒壁相接的加强圈内缘或外缘外表的周向应力： MPaCK 5 7

RdF KFm 8 8 I A0 0加

MPa强圈靠近鞍强圈靠近鞍座 L/R≥8时,m6F4be23KF22e6 F4be212KFR6 mMPaL/R<8时,m6L2e承受垫板时，〔垫板起加强作用〕L/R≥8m 时,64 eFMPab3KFre22226ere承受垫板时，〔垫板起加强作用〕L/R<8m 时,64eF12KFRMPab6 mre2L22e re|||<[]t=||>1.25[]t=5应力校核合格合格6||>1.25[]=MPat||<1.25[]t=78 R鞍座应力计算水平分力FSKF1.11489e+06N9计算高度H min1