液氯储罐课程设计书.doc

目录一、 课程设计任务书1二、 设计说明书正文12.1物料的性质.12.1.1物料的物理及化学性质.12.1.2物料的储存形式12.2压力容器类别的确定12.3液氯储罐构形的设计计算22.3.1储罐筒体公称直径和筒体长度的设计22.3.2封头结构型式尺寸的确定22.4壳体厚度设计及其校核22.4.1 设计温度T和设计压力P的确定.22.4.2 壳体材料的选择.22.4.3壳体A/B类焊接接头的设计 .22.4.4壳体厚度设计及其校核22.4.5封头厚度设计及其校核22.4.6 压力试验种类和试验压力的确定.32.4.7 压力试验校核 .42.4.8 卧式容器的应力校核.52.5零部件设计72.5.1 支座的设计72.5.2 人孔的设计及补强圈的计算82.5.3接口管的设计.112.5.4. 液位计的设计 .112.5.5. C/D类焊接接头设计11三、参考文献.11四、结束语 12一、课程设计任务书题目：40 液氯储罐设计设计条件表序号项目数值单位备注1最高工作压力1.5MPa由介质温度确定2工作温度-20-503公称容积（）404装量系数（）0.95工作介质液氯6使用地点绵阳市，室外管口条件：液氯入口DN50；液氯出口D50；空气出口DN40；空气进口DN50；安全阀接口DN50；压力表接口DN25； 液位计接口和人孔按需设置。二、设计计算说明书正文2.1. 储存物料性质2.1.1物料的物理及化学特性液氯的主要组成是，在主要温度下，其液化气饱和蒸汽压和饱和密度如下表：温度 -20204050饱和蒸汽压 MPa0.0820.5651.0271.303饱和液密度 kg/1528140613421307液氨是有毒液体，属高度危害介质。2.1.2 物料储存方式本储罐的使用条件在室外，介质在储存过程中对温度没有严格要求，故本次设计可选用液氯的常温常压的储存形式。2.2. 压力容器类别的确定液氯是有毒液体，属于高度危害介质，结合后面，其工作压力为1.303MPa，故液氯储罐属中压容器，根据压力容器安全技术监察规程，该液氯储罐为第三类容器。2.3.液氯储罐构形的设计计算2.3.1储罐筒体公称直径和筒体长度的设计由设计要求知公称容积40，假使筒体公称直径与筒体长之比为3.则由L40计算得=2571mm.可向上圆整至=2600mm,查表3-1，可知封头的公称直径为DN=2600mm,此时封头体积为22.51315.0262则筒体所占容积为40-5.0262=34.9738计算得L=6591mm, 可取L=6000mm则储罐实际体积为V22.5131+6.6=40.04976 误差分析1000.13所以可确定筒体公称直径为DN2600 mm，筒体长度为L=6600mm；2.3.2封头结构型式尺寸的确定由上边计算知筒体公称直径DN2600 mm，而封头的公称直径必须与筒体的公称直径相一致，且中低压容器经常采用的封头型式是标准椭圆形封头。故根据JBT47462002，可选用标准椭圆封头的公称直径DN2600mm，总深度H690mm，内表面积7.6545，容积V2.5131，结合后面的计算，其标记为：EHA 260014Q345 JB/T474620022.3.3 物料进出口管及人孔等各种管口的布置结合设计要求知，所需管口有：液氯进口管、液氯出口管、安全阀接口、液位计接口2个、空气进口管、空气出口管、人孔。根据实际，除液位计接口外可将管口布置在筒体上方，从左到右依次为：液氯进口管、液氯出口管、安全阀接口、压力表接管口、空气进口管、空气出口管；液位计接口设在左侧 封头上2.4.壳体厚度设计及其校核2.4.1 设计温度T和设计压力P的确定设计温度不得低于远近金属在工作状态可能达到的最高温度，由于液氯储罐常置于室外，罐内液氯温度和压力直接受大气温度的影响，通过查阅太原地区一些气象资料知，该地区夏季最高气温不超过45，冬天最低气温一般不超过-20，则取其工作温度为-2050压力为=1.303MPa,考虑到有安全故取储罐设计温度为50，在50下，液氯的饱和蒸汽压为=1.303MPa,所以其工作阀，取安全阀开启压力=1.1=1.11.303=1.433MPa.设计压力P不低于安全阀的开启压力，故取设计压力为P=1.5MPa2.4.2 壳体材料的选择 故壳体材料选择16MnR钢。由于纯液氯的腐蚀性小，壳体材料可选用一般钢材，但压力较大，使用温度又在50以下.根据过程装备基础中附录2钢板许用应力表的使用条件，应可以考虑Q245、Q345这两种钢种，如果纯粹从技术角度看，建议选用Q245的低碳钢板，Q345的钢材价格虽比Q245贵，但在制造方面，可以显著减小设备重量、降低制造成本，同时给设备的运输和安装也有很大的方便，两者相比，Q345钢板较为经济，所以在此选择Q345钢板作为制造筒体和封头材料。2.4.3壳体A/B类焊接接头的设计 封头与圆筒连接属A类焊缝，采用双面对接焊焊接接头形式。接头坡口设计形式为X形，100无损检测。2.4.4壳体厚度设计及其校核计算压力包括设计压力和液柱静压力，但对于卧式容器，液柱静压力一般小于5%设计压力，故可不予考虑液柱静压力，可取计算压力P1.5MPa。假设筒体设计选用616 mm厚度的Q345。查过程装备基础附录2知，在50下其许用应力170 MPa。计算厚度 式中， 计算压力，MPa；圆筒内直径，mm；壳体材料在设计温度下的许用应力，MPa；圆筒的焊接接头系数，1.0。故设计壳体的计算厚度 =11.52mm,上述假设成立根据GB3531，负偏差0.3mm,腐蚀裕量1.5mm,厚度附加量1.8mm，故名义厚度 取14mm，有效厚度 12.2mm2.4.5封头厚度设计及其校核本设计选用标准椭圆形封头，其计算厚度公式为 式中， 计算压力，MPa；封头公称直径，mm；封头材料在设计温度下的许用应力，MPa；封头的焊接接头系数，1.0。故设计封头的计算厚度 =11.50mm,上述假设成立根GB3531，负偏差0.3mm,腐蚀裕量1.5mm,厚度附加量1.8mm，故名义厚度 取14mm，有效厚度 12.2mm2.4.6 压力试验种类和试验压力的确定由于液氯属于高度危害介质，对储罐的密封性有严格要求，故压力试验除了采用以水为试验介质的液压试验外，还要进行气压实验。取试验温度为20 。水压试验压力为气压试验压力为式中，壳体材料在试验温度下的许用应力，MPa； 壳体材料在设计温度下的许用应力，MPa。故本次水压试验压力 1.251.5=1.875MPa =1.151.5=1.725 MPa2.4.7 压力试验校核压力试验前，校核圆筒应力 式中 试验压力下圆筒的应力，MPa； 圆筒内直径，mm； 圆筒的有效厚度，mm； 圆筒材料在试验温度下的屈服点，MPa； 圆筒的焊接接头系数。所以=166.75MPa310.5 MPa ，故水压校核符合要求。=153.41 MPa=276 MPa,，故气压校核符合要求。2.4.8 卧式容器的应力校核2.4.8.1液氯储罐的质量计算筒体质量：=7850（6.68-20.04）-=2969kg 封头质量：= 27.65470.0147850=1682.5kg 充液氯的质量=V0.91528400.9=55008kg 充水的质量 =0.9=1000400.9=36000kg结合后面的计算知，支座质量：由课程设计指导书表3-2知本次设计支座的总质量为=2298=596 kg接管质量：液氯进口管的质量：=1.77850（-）=12.835kg液氯出口管的质量：=2.757.55=26.8kg安全阀接管的质量：=0.177.55=1.3kg压力表接管的质量：=0.177850（-）=0.53kg空气进口管的质量：=0.177.55=1.3kg空气出口管的质量：=0.177.55=1.3kg液位计接管的质量：=20.467850（-）=2.2kg接管总质量为=+=46.5kg管法兰总质量：=18.5kg人孔质量：由回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表本次设计人孔总质量为=475kg补强圈质量：由JB/T 47362002规定的补强圈尺寸系列表（部分）知本次设计加强圈的总质量为=55.1kg液位计质量、预焊件、梯子平台等的质量本次设计假设为m=50kg故本次设计空容器的总质量为=5893kg ,经查太原地区的重力加速度g=9.79m/正常操作下储罐总重为=(5893+55008) 9.79=596221N液压试验下储罐总重为=(5893+36000) 9.79=410132.5N2.4.8.2正常操作和液压试验时跨中截面处的弯矩建立力学模型，把上述计算所得的质量产生的重力，B简化为沿容器轴线作用的均匀分布载荷，即下图.先求出A、B两点的支反力由次可画出对应的剪力图和弯矩图，即下图将容器重量简化为沿容器轴线作用的均布载荷，则力学模型为以受均布载荷作用的外伸梁。合理布置支座且考虑容器稳定性，取支座作用点距同侧梁端距离a=800mm。梁总长L=6600mm。计算得=2.4.8.3液氯储罐的应力校核A在正常操作下，其最大弯矩253394最大拉应力84MPa,强度条件170 MPa最大压应力 76MPa B在液压试验下其最大弯矩=174306.3最大拉应力=102.6MPa=276 MPa,最大压应力=2.69MPa则在正常操作下和液压试验下的应力校核均满足要求。C储罐稳定性校核系数A0.000873。查过程装备基础图表14-4得，MPa 。又稳定性条件max -，-，故符合稳定性条件。综合上述知，本次设计的储罐应力校核合格。2.5零部件设计2.5.1 支座的设计设计容器为卧式容器，采用鞍式支座。卧式容器一般采用双支座，一个固定式（F），一个滑动式（S）。由上述计算知在正常操作下，每个支座承受载荷Q=298kN440 kN。故选取支座标记为 JBT 4712.12007，支座 A 2600SJBT 4712.12007，支座 A 2600F2.5.2 人孔的设计及补强圈的计算2.5.2.1人孔设计压力容器开设检查孔的目的是为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷以及拆装设备内部零部件。一般当设备的公称直径超过900mm时开设人孔。由前面知，本次设计的储罐其最高工作压力为，考虑到人孔盖的直径较大、较重，结合本次设计的具体实际，并且根据现行的人孔设计标准钢制人孔和手孔，本次设计采用回转盖带颈对焊法兰人孔,设计储罐人孔开设在筒体右侧。由于本次设计的介质是高度危害的，所以密封面应选择垫片容易装正，而且紧固螺栓时也不会向外挤出，密封性能还要好的密封面。又考虑到榫槽密封面的结构较为复杂，加工较为困难，更换垫片时要从榫槽中取出旧垫片比较费时，密封面上的榫头容易破坏，而且成本较高，所以本次设计采用凹凸法兰密封面（MFM）.为了防止法兰盖碰撞筒体，可选择B型盖轴耳。结合前面，可选择人孔公称压力PN=2.5MPa，公称直径DN=600mm，MFM型密封面，型材料，其中等长双头螺柱采用35CrMoA,垫片材料采用缠绕式垫带内环型.标记为：人孔 FMF s-35CM (WB0222 ) B 6002.5 HG/T21518-2005其中垫片材料：金属带材料为0Cr18Ni9、非金属带材料为柔性石墨带、内环材料为0Cr18Ni9 标记为HG/T20610 缠绕垫 B 6002.5 02222.5.2.2补强圈计算人孔外径为630mm，故需要补强。由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准。本次设计所选用的人孔筒节的公称直径为，查回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表得为，。1）圆通开孔所需的补强面积由钢板许用应力表可知厚度为厚度的Q345在工作温度范围内的。由钢管许用应力表可知厚度为厚度的Q345在工作温度范围内的,代入强度消弱系数计算公式得由钢管厚度负偏差腐蚀裕量厚度代入接管有效厚度计算公式得根据开孔直径计算公式，计算得 根据圆柱开孔所需补强面积计算公式：式中：开孔直径 圆筒计算厚度 接管有效厚度 强度消弱系数2）有效补强范围内的补强面积有效补强范围的宽度B应取和二者中的较大值，其中、，显然，所以。有效补强范围的外侧高度应取和接管实际外伸高度二者中的较小值，其中，接管实际外伸高度为。显然小于接管实际外伸高度，所以。有效补强范围的内侧高度应取和接管实际内伸高度二者中的较小值，其中，接管实际内伸高度本次设计为，显然接管实际内伸高度小于，所以接管实际内伸高度即。根据公式式中：有效补强范围内的宽度 壳体有效厚度 圆筒计算厚度 接管有效厚度 强度消弱系数 计算壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 根据公式式中：有效补强范围的外侧高度有效补强范围的内侧高度 接管有效厚度 接管计算厚度 强度消弱系数 计算接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积由于本次设计的储罐是存放有毒介质的，可选用D类接头形式进行焊接，对应的，所以焊缝金属面积。根据公式计算有效补强范围内的补强面积3）补强圈的选取因为，所以需要另加补强，其补强面积，代入具体数据得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，因而，查表 规定的补强圈尺寸系列应选用的补强圈厚度为，补强材料一般与壳材料相同,故补强材料选用Q345.补强圈标记为： dN60016-D-Q345 JB/T47362.5.3接口管的设计本次设计的液氯储罐设有以下管接口。1. 液氯进口管采用无缝热轧钢管（管壁加厚，具有补强作用,下同），为方便液氯进入，管的一端伸入罐中并切成，接管外伸高度为，内伸高度为，由于储存的介质为高毒性介质，所以法兰标记为： 法兰 MF 16Mn2. 液氯出口管采用无缝热轧钢管，接管外伸高度为，内伸高度为，由于储存的介质为高毒性介质，所以法兰标记为： 法兰 MF 16Mn3. 安全阀接口采用无缝热轧钢管，接管外伸高度为，内伸高度为，由于储存的介质为高毒性介质，所以法兰标记为： 法兰 MF 16Mn4. 压力表接口采用无缝热轧钢管，接管外伸高度为，内伸高度为，由于储存的介质为高毒性介质，所以法兰标记为： 法兰 MF 16Mn5. 空气进口管采用无缝热轧钢管，接管外伸高度为，内伸高度为，由于储存的介质为高毒性介质，所以法兰标记为： 法兰 MF 16Mn6. 空气出口管采用无缝热轧钢管，接管外伸高度为，内伸高度为，由于储存的介质为高毒性介质，所以法兰标记为： 法兰 MF 16Mn7. 各接管相邻开孔中心的间距为300mm2.5.4. 液位计的设计2.5.4.1 液位计选型采用磁性液位计标记为：HGT 2158495 UZ 2.5M20001.307 B H 321 B磁性液位计的特点：1.适用范围广、安装形式多样，适合任何介质的液位、界面的测量；2.集现场指示、远传变送、报警控制开关于一体，功能齐全；3.被测介质与指示结构完全隔离，密封性能好，防泄露，不受高、低温度剧变的影响，不需多组液位计的组合，适应高压、高温、腐蚀条件下的液位测量，可靠性高；4.全过程测量无盲区，双色指示、连续直观、醒目、测量范围大