卧式液氯储罐设计

吉林建筑大学锅炉与压力容器安全学课程设计设计题目卧式液氯储罐设计姓名学号班级专业学院指导教师指导教师评语指导教师目录第一章绪论111任务说明112液氯性质1第二章工艺参数221设备的初步选型及轮廓尺寸222设计温度223压力容器的设计存储量2第三章结构设计331材料选择332设计条件333焊接结构系数434最高工作压力的确定441筒体设计5411筒体长度的确定5412圆筒厚度的设计542封头的设计643接管和接管法兰设计6431接管6432法兰与法兰垫片744人孔、垫片、液面计、压力表、安全阀、温度计结构设计9441人孔9442垫片9443液面计9444压力表9445安全阀945鞍座结构设计1046焊接接头设计1144开孔补强计算1254卧室容器（双鞍座）计算1755鞍座处圆筒周向应力计算21第六章液氯储罐的安全管理2561危害因素的分析2562压力容器的危险、有害因素分析2663危害防护的措施27参考文献28第一章绪论11任务说明设计一个容积40M的液氯储罐，采用常规设计方法，综合考虑液氯性质、所在环境等条件并参考相关标准，分别对储罐进行工艺设计、结构设计、设备强度计算，得出储罐的筒体、封头、鞍座、人孔和接管的尺寸，然后用SW61998校核软件对其进行强度校核，最终形成合理的设计方案。12液氯性质液氯化学名称液态氯，为黄绿色液体，沸点346，溶点103，在常压下即气化成气体，吸入人体能严重中毒，有剧烈刺激作用和腐蚀性，在日光下与其它易燃气体混合时发生燃烧和爆炸，氯是很活泼的元素，可以和大多数元素（或化合物）起反应。危害特性液氯不会燃烧，但可助燃。一般可燃物大都能在氯气中燃烧，一般易燃气体或蒸汽也都能与氯气形成爆炸性混合物。氯气能与许多化学品如乙炔、松节油、乙醚、氨、燃料气、烃类、氢气、金属粉末等猛烈反应发生爆炸或生成爆炸性物质。它几乎对金属和非金属都有腐蚀作用。第二章工艺参数21设备的初步选型及轮廓尺寸根据化工工艺设计手册，目前常温压力储罐一般有两种形式球形储罐和圆筒形储罐，其中圆筒形储罐加工制造安装简单，安装费用少，金属耗量大占地面积大，多以在总储存量小于500M3，单罐容积小于1000M3时选用圆筒形储罐比较经济。22设计温度设计温度的定义为容器在正常工作情况下，所设定元件的金属温度，即金属截面的平均温度。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。根据2045的工作温度，再考虑温度的波动，外界环境的变化等因素，我们将设计最高温度定为50,设计最低温度定为20。23压力容器的设计存储量WV094289131415073T式中W储存量，T装量系数V压力容器容积设计温度下饱和液体密度，T/M3第三章结构设计31材料选择根据液氯的特性以及材料的综合机械性能和使用的经济型，选择Q345R作为筒体材料。Q345R是压力容器专用钢。50时的许用应力170MPAT32设计条件表21设计条件表项目内容工作介质液氯工作压力MPA1414设计压力MPA1466工作温度2048设计温度50公称容积M340计算容积M34289工作容积M33860装量系数09介质密度T/M31314材质Q345R公称直径MM2400其他要求100无损检测33焊接结构系数氯气是一种极度危害的戒指，对人的皮肤，呼吸道有害，甚至心力衰竭而死亡，液氯属于高度危害介质，必须采用双面对接接头并采用100无损检测，焊接接头系数取1。34最高工作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，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1011倍。我们取为最高工作压力的11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。一般情况下，计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设计时，可忽略不计。锅炉压力容器安全T50时,根据压力容器介质手册可得液氯的密度是1314G/CM3，饱和蒸汽压PV1414MPA,大气压PA01MPA设计压力P11PV11（141401）1445MPA液柱静压力GD1314982400313，在36的范围内，符合要求。公称直径计算容积为4289M3，工作容积为3860M3。封头尺寸公称直径DN2400MM，H640MM直边段圆筒长为HHDN/46402400/440MM。412圆筒厚度的设计查GB1502011压力容器中材料中表2，可得在设计温度50下，屈服极限强度490MPA许用应力181MPAT125MPA3S利用中径公式计算厚度31MPDCT3910461822查教材锅炉压力容器安全P116可知，钢板厚度负偏差为08MM，而有GB1502011中可知，当钢材的厚度负偏差不大于025MM，且不超过名义厚度的6时，负偏差可以忽略不计，故取10C。查标准HG205801998钢制化工容器设计基础规定可知,在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量2不小于1MM,本设计取22MM则筒体的设计厚度32MI39421圆整后，取名义厚度N6筒体的有效厚度33CE2142封头的设计由JBT47462002钢制压力容器用封头查得，总深H640MM，封头容积V19905M内表面积65453A/M23VVV，即DL402V,代入参数得L8404MM,总封头圆筒4I圆整至8500MM计算容积VDL2V4243M计I23工作容积VV094243382M工作计L/DI8600/24003583，在36的范围内，符合要求。公称直径计算容积为4289M3，工作容积为3860M3。封头尺寸公称直径DN2400MM，H640MM直边段圆筒长为HHDN/46402400/440MM。43接管和接管法兰设计431接管由化工工艺设计手册第四版可知，所需的各接管的公称尺寸如下表。接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称ADN65HG205951997凹凸面MFM液氯进口管BDN50HG205951997凹凸面（MFM）安全阀接口CDN500凹凸面（MFM）人孔DDN60HG205921997凹凸面（MFM）空气进口管EDN60HG205921997凹凸面（MFM）空气出口管FDN20HG215951997凹凸面（MFM）压力表接口GDN40HG215951997凹凸面（MFM）液位计接口HDN60HG215951997凹凸面（MFM）液氯出口管KDN40HG205921997凹凸面（MFM）排污口432法兰与法兰垫片（1）、法兰法兰形式带颈对焊WN、HG20595）榫槽密封（TG）材料20（JB4726）其型号为HG/20592法兰TH（RC）DN2016TG345Q345RHG/20592法兰TH（RC）DN8016TG45Q345RHG/20592法兰TH（RC）DN10016TG4Q345R法兰尺寸如下表表公称通钢管外径连接尺寸法兰厚度法兰颈法兰高度HN径DNA1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螺纹THCBSH1R8089200160188M16201103210650100108220180188M16221303612652253211585144M121646266440二垫片材料石棉橡胶板代号XB350（标准GB/T3985）根据设计压力选择钢制管法兰用非金属垫片，使用与HG/T20592所规定的公称压力PN25PN63的管法兰。（HG/T206062009）垫片型号如下HG/T206062009垫片MFM2016BXB350HG/T206062009垫片TG8016BXB350HG/T206062009垫片TG10016BXB350垫片尺寸如下表榫槽面法兰用TG型垫片尺寸公称直径DNMM垫片内径D1MM垫片外径D2MM垫片厚度TMM2036501580106120151001291491544人孔、垫片、液面计、压力表、安全阀、温度计结构设计441人孔人孔选用水平吊盖带颈平焊法兰人孔（HGT215232005），密封形式凹凸面（MFM），（见图23）公称直径500MM。人孔质量232KG。其型号为人孔MFMB88（NMXB350）50016HGT215232005442垫片垫片选聚四氟乙烯包覆垫,折包型（PMT）,公称通径DN500。其型号为HG20607四氟包覆垫PMT50016443液面计由于容器工作温度为2045，选择磁性液位计，其允许工作温度为40300。（HG/T215841995）L800MM,凸面（M），结构形式见图25。其型号为HG/T215841995UZ16M250013141AF304/C444压力表由于盛装液氯，混入的少量水分会导致介质的腐蚀性，故选用适用于测量具有一定腐蚀性，非凝固或非结晶的各种流体介质的压力或负压的膜片压力表。选择型号为YPF150BF445安全阀安全阀选用A42Y16P，适用于腐蚀性介质，公称压力16MPA，公称直径DN100。45鞍座结构设计Q235钢的密度为78510KG/M3筒体的质量M2485001878510905573KG1VLTDI3储存液氯的质量M5112181KG2氯I4单个封头质量M6501KG3附件质量M500KG4总重GMM2MMG5178KN1234单个鞍座承受的重量G2589KNG根据JB/T471212007选取轻型鞍座DN2300,许用载荷410KN,120包角，具体数据见下底板腹板筋板公称直径DN鞍座高度H1LB112L32B32400250172024014102652082908垫板螺栓连接尺寸公称直径DN弧长4BE间距2L螺孔D螺纹M孔长L鞍座质量增加100MM高度增加的质量KGKG2400280050010100152024M204023423鞍座位置通常取尺寸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。A0286172M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，应尽量使A05R，即A051150575M综上，取A600MM,L86002A860012007400MM46焊接接头设计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。回转壳体与封头的焊接接头采用对接接头，坡口形式选X型，结构尺寸如下表带补强圈的接管筒体焊接结头采用角接结构，坡口为E型16A60B2P344开孔补强计算根据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。1、补强及补强方法判别补强计算方法判别开孔直径DDI2C5004504MM开孔直径D小于DI/21200MM，满足等面积法开孔补强计算的使用条件，故可以用等面积法进行开孔补强计算。2、开孔所需补强面积先计算强度削弱系数FR，FRN/084，接管有效厚度为ET1046MMTT开孔补强所需面积按下式计算508933293361084475733AD1RETF3、有效补强范围1有效宽度BB25081016MMB5081614210558MM取大值为B1016MM2有效高度外侧有效高度按下式确定MM1508712NTHDH1320MM取小值，即H17127MM。内侧有效高度H2按下式确定MM2508712NTHDH20MM故H20MM。4、有效补强面积1筒体多余金属面积筒体有效厚度ENC16412MM筒体多余金属面积A1按下式计算A1BDE2ETE1FR81479MM22接管多余金属面积接管计算厚度MM1465069237TPCDI接管多余金属面积A2按下式计算A22H1ETTFR2H2ETC2FR635MM23接管区焊缝面积（焊脚取60MM）A3236021M4有效补强面积AEA1A2A38147963536148579MM25所需另行补强面积A4AAE475733148579327154MM2拟采用补强圈补强。6补强圈设计根据接管公称直径DN500选补强圈，参照补强圈标准JB/T4736选取补强圈外径D840MM，内径D1534MM。其中，B1016MM536MM，所以补强圈在有效补强范围内。补强圈厚度为，圆整到公称厚度14MM。补强圈质量为41069AMD363KG。第五章应力校核51筒体的校核计算条件筒体简图计算压力PC1445MPA设计温度T5000C内径DI240000MM材料Q345R正火板材试验温度许用应力16300MPA设计温度许用应力T16300MPA试验温度下屈服点S32500MPA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1439PDCIT2MM有效厚度ENC1C212MM名义厚度N16MM重量905573KG压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT125P27000TMPA压力试验允许通过的应力水平TT090S12250MPA试验压力下圆筒的应力T19194PDIE2MPA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PW2292932ETIDMPA设计温度下计算应力T15440CIE2MPAT116300MPA校核条件TT结论合格52内压椭圆封头校核内压椭圆封头校核计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力PC1445MPA设计温度T5000C内径DI240000MM曲面高度HI60000MM材料16Q345R正火板材试验温度许用应力16300MPA设计温度许用应力T16300MPA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K09193162DHI计算厚度1475PCITC205MM有效厚度ENC1C21700MM最小厚度MIN720MM名义厚度N1900MM结论满足最小厚度要求重量96477KG压力计算最大允许工作压力PW2205TEIKDMPA结论合格53右封头计算右封头计算计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力PC1445MPA设计温度T5000C内径DI240000MM曲面高度HI60000MM材料Q345R正火板材试验温度许用应力16300MPA设计温度许用应力T16300MPA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K09193162DHI计算厚度1475PCITC205MM有效厚度ENC1C21700MM最小厚度MIN720MM名义厚度N1900MM结论满足最小厚度要求重量96477KG压力计算最大允许工作压力PW250231205TEIKDMPA结论合格54卧室容器（双鞍座）计算卧式容器（双鞍座）计算单位计算条件简图计算压力PC1445MPA设计温度T50圆筒材料Q345R鞍座材料Q235A圆筒材料常温许用应力163MPA圆筒材料设计温度下许用应力T163MPA圆筒材料常温屈服点325MPA鞍座材料许用应力SA170MPA工作时物料密度O5628KG/M3液压试验介质密度T1000KG/M3圆筒内直径DI2400MM圆筒名义厚度N19MM圆筒厚度附加量C2MM圆筒焊接接头系数1封头名义厚度HN19MM封头厚度附加量CH2MM两封头切线间距离L8530MM鞍座垫板名义厚度RN12MM鞍座垫板有效厚度E12MM鞍座轴向宽度B240MM鞍座包角120鞍座底板中心至封头切线距离A620MM封头曲面高度HI40MM试验压力PT27MPA鞍座高度H250MM腹板与筋板小端组合截面积ASA58324MM2腹板与筋板小端组合截面断面系数ZR217297E06MM3地震烈度0配管轴向分力PF0N圆筒平均半径MR12095MM物料充装系数O09支座反力计算圆筒质量两切线间905573SNI1CLDKG封头质量曲面部分9460722KG附件质量365M3KG封头容积曲面部分180956E09VHMM3容器容积两切线间V422079E10MM3容器内充液质量工作时,237548OV4压力试验时,422079MTKG耐热层质量05KG总质量工作时,35680254321M压力试验时,541335KG单位长度载荷407877518825QGLH43IQGLHIN/MM支座反力175047265579FM12F21265579AX,N筒体弯矩计算圆筒中间处截面上的弯矩工作时27734E08LAHRLM431/2421IM压力试验42077E08LHFT431/2421IMNMM55补强校核开孔补强计算计算单位接管A2253计算方法GB1501998等面积补强法,单孔设计条件简图计算压力PC216MPA设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数09壳体内直径DI2400MM壳体开孔处名义厚度N19MM壳体厚度负偏差C1065MM壳体腐蚀裕量C22MM壳体材料许用应力T170MPA椭圆形封头长短之比2接管实际外伸长度100MM接管实际内伸长度10MM接管材料20G正火接管焊接接头系数2名称及类型管材补强圈外径50MM凸形封头开孔中心至封头轴线的距离MM补强圈厚度10MM接管厚度负偏差C1T0375MM补强圈厚度负偏差C1R0MM接管材料许用应力T163MPA补强圈许用应力T170MPA开孔补强计算壳体计算厚度16623MM接管计算厚度T321MM开孔直径D775MM补强区有效宽度B155MM接管有效外伸长度H12784MM接管有效内伸长度H22784MM开孔削弱所需的补强面积A9747MM2壳体多余金属面积A13852MM2接管多余金属面积A24338MM2补强区内的焊缝面积A336MM2A1A2A31212MM2，小于A，需另加补强。补强圈面积A4339757MM2AA1A2A3635278MM2结论补强满足要求。第六章液氯储罐的安全管理61危害因素的分析通过对氯气的危险特性进行分析，可以得出该厂生产储存的液氯具有以下危险、危害因素（1）火灾、爆炸氯气本身不可燃，但可助长其他物质燃烧。氯气能与许多化学品如乙炔、松节油、乙醚、氨、烃类、氢气、金属粉末等猛烈反应，在使用中如果与这些类物质接触就可能引发火灾或爆炸。（2）毒性危害氯气属于危险化学品第23类有毒气体，储罐漏损时，在空气中可迅速达到有害浓度，人员接触时会对眼睛、皮肤、呼吸道有较强刺激性，吸入可引起肺炎、肺水肿，可导致反应性呼吸道障碍综合症。液体泄露在空气中可迅速蒸发而引起冻伤，人员高于职业接触限值接触可导致死亡，长期接触对牙齿等也可能有不良影响。（3）腐蚀性危害其水溶液是一种强酸，对人体皮肤、金属等物品均具有腐蚀作用。因此，如果液氯储存场所不合格，储存、管理不善，与禁忌物品混放等，发生泄露时，有造成火灾、爆炸、中毒窒息及对物品造成腐蚀危险。生产过程中的危险性分析火灾、爆炸危险性爆炸是物质的一种非常急剧的物理、化学变化，也是大量能量在短时间内迅速释放或急剧转化成机械能的现象。因此，其破坏作用严重，危险性极大，应引起高度重视。该厂在正常生产时，液氯在密闭的容器和管道中运行。一旦泄露，使用和贮存液氯的场所附近若有可燃物、易燃物存在，遇明火有可能会引发火灾、爆炸的事故。液氯储罐和管道有缺陷、有裂纹、储罐及附件损坏、腐蚀破损、高温（受热、加热、阳光暴晒等）、超压等也会发生物理爆炸（如罐体破裂等）；储罐受到撞击或从高处坠落也会发生爆炸；储罐内可能含有三氯化氮，其会富积在储罐底部，当达到一定浓度时，遇热或震动等因素就会发生爆炸。泄漏中毒危险性该场所在使用和贮存液氯的过程中，若管理上疏忽或操作不慎、设备缺陷等，都有可能造成液氯泄漏。一旦大量泄漏，就会使周围人员中毒或环境遭到严重破坏。所以应特别注意，严防泄漏。起重伤害为了方便液氯的装卸、搬运，该场所使用载重量为2T的罐车，根据特种设备安全监察条例该设备为特种设备。按照有关规定载重设备本身制造质量应良好，材料坚固，具有足够的强度而且没有明显的缺陷，必须进行检验检测以保证其完好性，在使用中应严格遵守装载设备操作规程。该载重设备在使用过程中，如果装载不当、操作失误、液氯泄露、注意力不集中，极有可能造成起重伤害事故。电气伤害该场所运行中使用有部分电气设备，工艺管道上为防止水管被冻，还配有电加热设施，如果保护设施不完善或无保护，电气设备、设施漏电或操作人员误操作、误触带电体等，都有可能发生触电事故造成伤害。62压力容器的危险、有害因素分析压力容器液氯储罐以及与其相连的管道属于压力容器，介质为有毒介质，所以一旦破坏其危害性极大。这不仅是由于容器本身破坏具有极大的威力，而且随之而来发生有毒介质外泄和扩散将导致火灾爆炸、中毒等事故。压力容器的破坏应对措施如下1、开、停车时注意应开、关的阀门和盲板的抽堵。2、严格控制工艺指标，加强巡回检查，防止超温和局部过热。3、定期校验安全附件，保证灵敏可靠。4、加强压力容器的检验，及时发现壁厚减薄而仍在使用的储罐。5、加强容器的维护保养的定期检测工作。6、对于低温储罐要加强检查，严格控制下限温度不得过低。7、减少管道的振动，发现振动应立即加固。8、从工艺上控制腐蚀介质，避免腐蚀产生。9、对易腐蚀的部位加强定期监测。10、加强巡回检查，发现容器泄漏应立即停车卸压检查。11、对于处在较高温度下的工作设备，要采用抗蠕变的合金钢材料。重大危险源辨识根据重大危险源辨识（GB182182000）的规定，重大危险源的辨识依据是物质危险特性及其数量。辨识指标规定，单元内存在危险物质的数量等于或超过标准（GB182182000）中规定的临界量，即被定为重大危险源。单元内存在的危险物质为单一品种，则该物质的数量即为单元内危险物质的总量，若等于或超过相应的临界量，则定为重大危险源。液氯属于重大危险源辨识（GB182182000）中的有毒物质，其临界量规定生产场所为10吨，贮存场所为25吨。该企业生产量大，不过都没有超过其生产场所的临界量，故不构成重大