5立方储存罐课程设计

一、绪论1、任务说明设计一个容积为5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3M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SW61998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2CL分子量7091黄绿色有刺激性气味的气体。密度相对密度水1147；相对密度空气1248；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时选用卧式贮罐比较经济。3M3M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1414MPA由介质温度确定4工作温度20455公称容积（VG）5M36工程直径1200MM7装量系数V098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1、设计压力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10511倍。经过查我们取设计压力为156MPA。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。3、主要元件材料的选择筒体材料的选择根据液氯的特性，查GB1501998选择16MNR。16MNR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8M,钢板标准GB6645。MPAT170钢管材料的选择根据JB/T4731,钢管的材料选用20号钢，其许用应力137SAMP三、压力容器结构设计1、筒体和封头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。DI根据公式15取L/D454LM3将L/D4代入得DI1168MM圆整得DI1200MM采用标准椭圆封头，查标准JB/T47462002钢制压力容器用封头中表1，得公称直径DI1200MM，封头深度H325MM，容积为00，2545。3M根据G105V筒封根据LDG筒封筒2G452得圆整得MM，4190L筒4筒L/DG3，5（在36之间）26542DVG筒筒79封筒M3所以计算容积为5769，工作容积为5769X0951921。3M计算压力CP液柱静压GHPA,P设所以液柱静压力可以不考虑，计算压力与设计压力相等。该容器需100探伤，所以取其焊接系数为。10由中径公式可得筒体的计算厚度5531MM，钢板厚度负偏差，腐蚀2CITPD10C余量，故筒体的名义厚度为8M2CM由椭圆厚度计算公式可得PCIT5602腐蚀裕度，钢板负偏差，取名义厚度21CMCDN81有效厚度为6M接管、法兰、垫片和螺栓的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ADN50PN16MPAHG205951997FM液氯进口管BDN50PN16MPAHG205951997FM安全阀接口CDN450PN16MPAFM人孔DDN50PN16MPAHG205951997FM管空气进口管EDN50PN16MPAHG205951997FM管空气出口管FDN25PN16MPAHG205951997FM压力表接口GDN20PN16MPAHG205951997FM液位计接口HDN50PN16MPAHG205951997FM液氯出口管接管及接管补强详细数据见强度校核书。表4接管和法兰尺寸法兰颈序号名称公称直径DN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（个）螺栓TH法兰厚度CNS1HR法兰高度H法兰质量A液氯进口管50165125184M62074298548311B安全阀接口50165125184M162074298548311C人孔50165125184M162074298548311D空气进口管50165125184M162074298548311E空气出口管50165125184M162074298548311F压力表接口2511585144M121646266440126G液位计口2010575144M121640236440105H液氯出口管50165125184M162074298548311七、垫片查HG/T206092009钢制管法兰用金属包覆垫片，得表5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505753B安全阀接口505773C人孔500521549D空气进口管505773E空气出口管505773F压力表接口253443G1G4液位计口202736H液氯出口管505773注1包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T3880，代号为L3。2填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3、补强圈设计根据GB150，当设计压力小于或等于25MPA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25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DN400MM的人孔和DN100的安全阀孔需要补强。补强设计方法判别按HG/T215182005,选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径2404IDCM61D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T137MPA根据GB1501998，AD2RETF其中壳体开孔处的计算厚度M5接管的有效厚度8210CNTET强度削弱系数376RRF所以开孔所需补强面积为AD21RETFM832560182104有效补强范围有效宽度B的确定按GB150中式87，得12408DMDNT840221MAX,M有效高度的确定1）外侧有效高度的确定1H根据GB150，得MDNT563104接管的实际外伸高度12HMH251M63,IN122）内侧有效高度的确定H根据GB1501998，得0,MIN0563142121HDT有效补强面积根据GB150，分别计算如下123EA筒体多余面积2MFDBRN8190615382518401接管多余面积接管厚度由厚度公式得MT42MFCHFHARGTRNT06830815632221焊缝金属截面积焊角取60MM2231AM补强面积2ME87153608196321因为，所以开孔需另行补强25所需另行补强面积2468524368EAM2MEA17015684补强圈设计根据DN400取补强圈外径D680MM。因为BD，所以在有效补强范围。补强圈内径D428MM补强圈厚度MDDA9412860354圆整取名义厚度为20MM4、鞍座选型鞍座结构该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用估算鞍座的负荷储罐总质量1234MM筒体质量1331761078510297DLKGKGL48543单个封头的质量查标准JB/T47462002钢制压力容器用封头中表B2EHA2M椭圆形封头质量，可知，KG102充液质量，故3水液氯KGVM7830142542147液氯附件质量人孔质量为300KG，其他接管质量总和估100KG，即440M综上所述，KM692064321GMG307961406N,每个鞍座承受的重量为15398KN由此查JB471212007容器支座，选取轻型，焊制为BI,包角为120，有垫板的鞍座。查JB471212007得鞍座结构尺寸如下表4表4鞍式支座结构尺寸单位MM公称直径DN1200底板1L880筋板3L200允许载荷Q/KN1451B1702B140鞍座高度H200103200腹板2643206螺栓间距L720垫板6垫板E55鞍座位置的确定通常取尺寸A不超过02L值，中国现行标准JB4731钢制卧式容器规定A02L02（L2H），A最大不超过025L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2,254IIDMHH有故LA89020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，JB4731还规定当满足A02L时，最好使A05RM（）,即2RINMRNM60421A3250取A300MM综上有A300MM。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。A回转壳体与封头的焊接接头采用对接接头B接管与筒体的焊接接头坡口为50C人孔处接管、补强圈的焊接采用角焊，坡口为502内压圆筒校核计算单位全国化工设备设计技术中心站计算条件筒体简图计算压力PC158MPA设计温度T5000C内径DI120000MM材料16MNR正火板材试验温度许用应力17000MPA设计温度许用应力T17000MPA试验温度下屈服点S34500MPA钢板负偏差C1000MM腐蚀裕量C2200MM焊接接头系数100厚度及重量计算计算厚度559PDCIT2MM有效厚度ENC1C2800MM名义厚度N1000MM重量131891KG压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT125P14140或由用户输入TMPA压力试验允许通过的应力水平TT090S31050MPA试验压力下圆筒的应力T10676PDIE2MPA校核条件TT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力PW2251662ETIDMPA设计温度下计算应力T11894CIE2MPAT17000MPA校核条件TT结论合格内压椭圆封头校核计算单位全国化工设备设计技术中心站计算条件椭圆封头简图计算压力PC158MPA设计温度T5000C内径DI120000MM曲面高度HI32500MM材料16MNR正火板材试验温度许用应力17000MPA设计温度许用应力T17000MPA钢板负偏差C1000MM腐蚀裕量C2200MM焊接接头系数100厚度及重量计算形状系数K09014162DHI计算厚度502PCITC205MM有效厚度ENC1C2600MM最小厚度MIN360MM名义厚度N800MM结论满足最小厚度要求重量10621KG压力计算最大允许工作压力PW188078205TEIKDMPA结论合格右封头计算计算单位全国化工设备设计技术中心站计算条件椭圆封头简图计算压力PC158MPA设计温度T5000C内径DI120000MM曲面高度HI32500MM材料16MNR正火板材试验温度许用应力17000MPA设计温度许用应力T17000MPA钢板负偏差C1000MM腐蚀裕量C2200MM焊接接头系数100厚度及重量计算形状系数K09014162DHI计算厚度502PCITC205MM有效厚度ENC1C2600MM最小厚度MIN360MM名义厚度N800MM结论满足最小厚度要求重量10621KG压力计算最大允许工作压力PW188078205TEIKDMPA结论合格卧式容器（双鞍座）计算单位全国化工设备设计技术中心站计算条件简图计算压力PC156MPA设计温度T50圆筒材料16MNR正火鞍座材料Q235A圆筒材料常温许用应力170MPA圆筒材料设计温度下许用应力T170MPA圆筒材料常温屈服点345MPA鞍座材料许用应力SA140MPA工作时物料密度O600KG/M3液压试验介质密度T1000KG/M3圆筒内直径DI1200MM圆筒名义厚度N10MM圆筒厚度附加量C2MM圆筒焊接接头系数1封头名义厚度HN8MM封头厚度附加量CH2MM两封头切线间距离L4420MM鞍座垫板名义厚度RN0MM鞍座垫板有效厚度RE0MM鞍座轴向宽度B0MM鞍座包角120鞍座底板中心至封头切线距离A300MM封头曲面高度HI325MM试验压力PT1414MPA鞍座高度H200MM腹板与筋板小端组合截面积ASA14200MM2腹板与筋板小端组合截面断面系数ZR245150MM3地震烈度0配管轴向分力PF0N圆筒平均半径MR605MM物料充装系数O09支座反力计算圆筒质量两切线间131895SNI1CLDKG封头质量曲面部分993397M2KG附件质量4003KG封头容积曲面部分226195E08VHMM3容器容积两切线间V545129E09MM3容器内充液质量工作时,29437OVM4压力试验时,545129TKG耐热层质量05KG总质量工作时,48613254321MM压力试验时,736892KG单位长度载荷982815148978QGLH43IQGLH43IN/MM支座反力238497361519FM12MF21361519AX,N筒体弯矩计算圆筒中间处截面上的弯矩工作时174858E07LAHRLFM431/2421IM压力试验265054E07LHLT431/2421IMNMM支座处横截面弯矩工作时441284LHARFM34122IIM压力试验668910LHAFT34122IIMNMM系数计算K11K21K30879904K40401056K50760258K600132129K6K7K8K90203522C4C5筒体轴向应力计算608893EM212RMPE590355EEC213KMPA操作状态190175E21M0047994124RMMPA288126E1T007275072M4KMPA轴向应力计算水压试验状态563496E1RPTT53539623M000125333AR094EM根据圆筒材料查GB150图63610B140325MPA许用压缩应力140325TAC,INT14032580BS应力校核170合格32，T|,|140325合格14TAC|,|140325合格HNTT2,T309S3105合格MPA时时,不适ARM24L用KFRLAH324MEI/MPA时M圆筒中6572363E封头中39942HM4MPA封头椭圆形封头,140615HEIC2DKP碟形封头,HECRM半球形封头,HEIC4DPMPA圆筒封头08T136718846125THMPA应力校核圆筒,136合格封头,HH718846合格MPA鞍座处圆筒周向应力圆筒的有效宽度12134NMRB5612MM在横截面最低点处28313952KKFEMPAL/RM8时,62643BEEMPA无加强圈圆筒无垫板或垫板不起加强作用时在鞍座边角处L/RM8时,21569962621FKRLEMEMPA鞍座垫板宽度；鞍座垫板包角NBW512横截面最低点处的周向应力52KERMPAL/RM8时,626243FBKERERMPA鞍座边角处的周向应力L/RM8时,62621RLERMERMPAL/RM8时,2E62E634FKBMPA垫板起加强作用时鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力L/RM8时,2EM62E61LRMPA无加强圈筒体应力校核|5|T170合格|6|125T2125合格|6|125T2125MPA加强圈材料,EMMDMM加强圈数量,N个组合总截面积,A0MM2组合截面总惯性矩,I0MM4加强圈参数设计温度下许用应力RTMPA在鞍座边角处圆筒的周向应力080747AFKIECMMPA有加强圈圆筒加强圈位于鞍座平面上在鞍座边角处，加强圈内缘或外缘表面的周向应力857080RDIMMPA横截面最低点的周向应力无垫板时，（或垫板不起加强作用）552KKFBE采用垫板时，（垫板起加强作用）552ERMPA在横截上靠近水平中心线的周向应力080747AFKIRCMMPA加强圈靠近鞍座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表面的周向应力857080DIMMPA无垫板或垫板不起加强作用L/RM8时,62643FBKEEMPA无垫板或垫板不起加强作用L/RM8时,62621RLEMEMPA采用垫板时，（垫板起加强作用）L/RM8时,626243FBKERERMPA有加强圈圆筒加强圈靠近鞍座鞍座边角处点处的周向应力采用垫板时，（垫板起加强作用）L/RM8时,62621RLERMERMPA应力校核|5|T合格|6|125T合格|7|125T|8|125TRMPA鞍座应力计算水平分力73577FK9SN计算高度200H,31MINSMM鞍座腹板厚度10OBMM鞍座垫板实际宽度04MM鞍座垫板有效宽度0BRMIN,42MM腹板水平应力无垫板或垫板不起加强作用,36788590FHS垫板起加强作用,90BSREMPA腹板水平应力应力判断9SA933333合格23MPA由地震、配管轴向水平分力引起的支座轴向弯曲强度计算圆筒中心至基础表面距离810HVMM轴向力MGFE30PLN时,FFLAHFZALL22SAVRSASMPA腹板与筋板组合截面轴向弯曲应力时FLFLLSARSSASMPA由圆筒温差引起的轴向力FFNRSASZHAFMPA应力判断SA12SAMPA注带的材料数据是设计者给定的开孔补强计算计算单位全国化工设备设计技术中心站接管,6808计算方法HG2058298压力面积法,单孔设计条件简图计算压力PC0031MPA设计温度50壳体型式圆筒壳体材料名称及类型16MNR正火板材壳体内直径DI1200MM壳体开孔处