35液氯储罐设计说明书

1、中北大学信息商务学院课程设计说明书学生姓名：王米雪学 号：12020341X07系别：机械工程系专业：过程装备与控制工程题目：（ 35）M 3 液氯储罐设计指导教师：陆辉山职称 :副教授2015年06月29日中北大学信息商务学院课程设计任务书2014/2015学年第二学期系别：机械工程专业：过程装备与控制工程学生姓名：王米雪学 号： 12020341X07课程设计题目：（35）M 3 液氯储罐设计起迄日期：06 月 29日07月 10日课程设计地点：校内指导教师：陆辉山系主任：暴建刚下达任务书日期:2015年 06 月 29 日课程设计任务书1设计目的：设计目的1) 使用国家最新压力容器标准、

2、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2) 掌握查阅和综合分析文献资料的能力， 进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。3) 掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。4) 掌握工程图纸的计算机绘图。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1原始数据设计条件表序号项目数值单 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MPa由介质温度确定4工作温度-20 455g10/16/20/253公称容积（ V ）M6工作压力波动情况可不考虑7装量系数 ( V)0.98工作介质液氯（高度危害）9使用地点室内10安装与

3、地基要求11其它要求管口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A1DN50HG20595-1997FM液位计接口A2DN50HG20595-1997FM空气进口管A3DN50HG20595-1997FM空气出口管A4DN450FM液氯进口管A5DN32HG20595-1997FM液氯出口管A6DN32HG20595-1997FM安全阀接口A7DN25HG20595-1997FM压力表接口A8DN20HG20595-1997FM人 孔课程设计任务书2设计内容1）设备工艺、结构设计；2）设备强度计算与校核；3）技术条件编制；4）绘制设备总装配图；5）编制设计说明书。3设计工作任务及工作

4、量的要求包括课程设计计算说明书 (论文 )、图纸、实物样品等：1）设计说明书：主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等；2）总装配图设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸采用计算机绘制。课程设计任务书4主要参考文献：1 国家质量技术监督局， GB150-2011钢制压力容器，中国标准出版社， 20112 国家质量技术监督局， 压力容器安全技术监察规程 ，中国劳动社会保障出版社，19993 全国化工设备设计技术中心站

5、， 化工设备图样技术要求 ，2000，114 郑津洋、董其伍、桑芝富， 过程设备设计，化学工业出版社， 20105 黄振仁、魏新利，过程装备成套技术设计指南 ，化学工业出版社， 20026 国家医药管理局上海医药设计院， 化工工艺设计手册，化学工业出版社， 19967 蔡纪宁主编，化工设备机械基础课程设计指导书 ，化学工业出版社， 2003 年5设计成果形式及要求：1）完成课程设计说明书一份；2）总装配图一张(A1 图纸一张 ) ；6工作计划及进度：2015 年 06 月 29 日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤06月 307 月 01、02、03 日：机械设计计算（强度计算与校核）及

6、技术条件编制07 月 04 日 07 月 07 日：设计图纸绘制（草图和装配图）07 月 08 日 07 月 09 日：撰写设计说明书07 月 10 日：答辩及成绩评定系主任审查意见：签字：年月日目 录一工艺设计1. 存储量2. 设备的选型及轮廓尺寸二 机械设计1. 材料选择2. 设计压力3. 厚度设计4. 接管及接管法兰、人孔设计5. 鞍座的设计6. 焊接7. 校核8. 内压圆筒校核9. 内压椭圆形封头校核10. 法兰的校核11. 开孔补强计算12. 卧式容器（双鞍座）三参考文献四结束语一工艺设计1. 存储量盛装液化气体的压力容器设计存储量WV t式中： W储存量， t ；装载系数；t 设计

7、温度下的饱和溶液的密度，t3；m根据设计条件 WV t =0.9 ×35× 1.314=41.391t2. 设备选型及轮廓尺寸筒体直径一般由工艺条件决定，但是要符合压力容器的公称直径。标准椭圆型封头是中低压容器经常采用的封头形式。封头公称直径必须与筒体的公称直径相一致。根据公式：4Di L35L/D=4得 Di =2233mm,圆整得 Di =2200mm.可选用标准椭圆封头的公称直径DN2200mm，总深度 H 590mm，内表面积55.229 mm 2 ，容积 V1.5459 m 3此时封头此时封头体积为V1 ，筒体所占容积为V2 D2 L35 L=8394mm可取 L

8、=8400mm2V1V4L/D=3.8>3符合要求则储罐实际体积为V 2V1V22VD 2 L35.023m314误差分析 35.02335 100%0.0657% <5%符合要求35所以可确定筒体公称直径为DN 2200 mm，筒体长度为 L=8400mm；二机械设计1. 材料选择根据液氯的特性，选择16MnR。16MnR是压力容器专用钢。2. 设计压力t=50 时 , 根据压力容器介质手册可得液氯的密度是1.314 g / cm3 ，饱和蒸汽压 Pv=1.4327Mpa,大气压 Pa=0.1Mpa.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

9、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1.05 1.10 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。通常情况下，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。设计压力 P设 1.1P工作1.1 (1.4732 0.1)1.4659Mpa液柱静压力gDi 13149.82.2 10 60.02832Mpagh0.028325%因为 P设1.93%1.4659所以液柱静压力可以不

10、考虑，计算压力与设计压力相等水压试验 PT1.25PC t1.251.4659 1.8323Mpa3.厚度设计由中径公式pcDi可得筒体的计算厚为10.86mm，钢板厚度负偏差2 tpcC10 ，腐蚀余量 C24mm ，故筒体的名义厚度为n 16mm 。由椭圆厚度计算公式可得PcDi15.56mm2 t0.5Pc腐蚀裕度 C24mm ，钢板负偏差 C10 ，取名义厚度ncC1C216mm4. 接管及接管法兰、人孔设计螺栓法兰连接是一种应用最广泛的密封装置，它的作用是通过螺栓连接， 并通过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。由于工艺要求和检修的需要， 在筒体上直接开孔安装接管，分别有液面计接口、人

11、孔、压力表孔、空气进口、安全阀接孔、空气出口、液体进口、液体出口。根据各接口的大小选择相对应的法兰及垫片。接管代公称尺公称压力连接尺寸标准连接面形用途或名称号寸式aDN80PN1.6MPaHG20595-1997TG液氯进口管bDN40PN1.6MPaHG21524-2005TG空气进口cDN500PN1.6MPaTG人孔dDN40PN1.6MPaHG20595-1997TG管空气出口eDN25PN1.6MPaHG20595-1997TG管压力表接口fDN80PN1.6MPaHG20595-1997TG安全阀接口gDN25PN1.6MPaHG20595-1997TG液位计接口hDN80PN1.

12、6MPaHG20595-1997TG液氯出口管接管及接管补强详细数据见强度校核书。跟据管口公称直径选择相应的法兰， 1.6MPa 时选用带颈对焊榫槽法兰，主要参数如下：钢管连接尺寸法兰颈外径法兰法公称B法兰外螺栓孔螺栓螺栓螺纹NSHR兰厚度通径径 D中心圆孔直孔数Th高CB直径 K径 L量 n度 H253010575144M1216402.644034045150110184M1618642.754568089200160188M16201103.106502人孔的设计本次设计的储罐设计压力为1.466MPa，根据 HG / T 21514215352005钢【 3】制人孔和手孔，采用回转盖带

13、颈对焊法兰人孔。该人孔标记为：人孔MFMS35CMB4502.5HG / T 215182005人孔结构示意图人孔结构尺寸密封公称公称面型 压力 直径dw SdDD1H1H2式PNDNMFM2.545048012456670600250121螺螺螺柱b1b2ABLd0柱母数量直径 长度4146375175250242040M33 2165b42总质量2455 鞍座的设计查得 16MnR单位面积的质量为 7.81 g / cm3筒体总质量 M=m1+m2+m3+m4m1: 筒体质量 =7703kgm2: 封头质量 =2235kgm3: 液氯质量 =5380kgm4: 附件质量： 0 kgG=57

14、2.378KN每个鞍座承受的压力F=G/2=572/2=286KN选鞍座 B/T4712-1992 ，标准尺寸为：DN=2300,许用载荷 408KN,包角 120°， 带垫板， A 型，鞍座间距 6900mm。详细数据见鞍座强度校核书。6 焊接焊接是两件或两件以上零件，在加热或（和）加压的状态下，通过原子或分子之间的结合和扩散，形成永久性连接的工艺过程。筒体、封头之间的焊接结构： 根据筒体及封头的厚度以及设计压力和液化石油气的特性， 焊缝采用对接接头， A 型坡口。焊接接头的检验采用 100%无损检验。接管和筒体之间的焊接形式采用带补强圈插入式接管 T 型接头形式，坡口形式为 D形

15、。7 校核参考资料1 、中华人民共和国行业标准钢制管法兰、垫片、紧固件；2 、压力容器与化工设备实用手册董大秦，袁凤隐，化学工业出版社，20003 、HGT 21523-2005 水平吊盖带颈平焊法兰人孔 ，中国天辰化学工程公司，20058 内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图计算压力Pc设计温度t内径Di材料试验温度许用应力设计温度许用应力试验温度下屈服点钢板负偏差 C1 腐蚀裕量 C2 焊接接头系数计算厚度有效厚度名义厚度重量1.466MPa50.00C2300.00mm16MnR( 热轧 )(板材 )t170.00MPa170.00MPas345.00MPa0.00mm4.00mm0.9

16、0厚度及重量计算Pc Dimm= 2 tP= 10.86ce = n - C1- C 2= 11.00mmn = 16.00mm5899.36Kg压力试验时应力校核压力试验类型试验压力值压力试验允许通过的应力水平T试验压力下圆筒的应力校核条件校核结果最大允许工作压力设计温度下计算应力t校核条件液压试验PT = 1.25P = 1.83230 ( 或由用户输入 )MPa tT 0.90s =310.50MPaT =pT .( D ie )= 147.74MPa2e .TT合格压力及应力计算2e tMPaPw =e ) = 1.52239( D it =Pc (Die )MPa2e= 150.43

17、153.00MPat t结论合格9 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Pc设计温度t内径Di曲面高度hi材料试验温度许用应力设计温度许用应力t钢板负偏差C1腐蚀裕量C2焊接接头系数形状系数计算厚度有效厚度最小厚度名义厚度结论重量1.466MPa50.00C2300.00mm615.00mm16MnR( 热轧 )(板材 )170.00MPa170.00MPa0.00mm4.00mm0.90厚度及重量计算K =2= 1.000012Di62hi=KPc Di= 15.562 t0.5 Pce =n - C1- C2= 11.00min = 3.30n = 16.00满足最小厚度要

18、求639.79压力计算mmmmmmmmKg最大允许工作压力2tePw= KDi0.5e = 1.52618结论合格MPa10 封头计算计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力Pc设计温度t内径 Di曲面高度hi材料试验温度许用应力设计温度许用应力t钢板负偏差C1腐蚀裕量C2焊接接头系数形状系数计算厚度有效厚度最小厚度名义厚度结论重量最大允许工作压力1.466MPa50.00C2300.00mm615.00mm16MnR( 热轧 )(板材 )170.00MPa170.00MPa0.00mm4.00mm0.90厚度及重量计算K =2= 1.000012Di62hi=KPc Di= 15.562 t0.

19、5 Pce =n - C1- C 2= 11.00min = 3.30n = 16.00满足最小厚度要求639.79压力计算t2ePw=KD i0.5 e = 1.52618mmmmmmmmKgMPa结论合格11 开孔补强计算计算单位接 管 : A1, 530×10计算方法: GB150-1998等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力 pc1.4659MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料16MnR(热轧 )名称及类型板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度 n15mm壳体厚度负偏差C10mm壳体腐蚀裕量C24mm壳体材料许用应力 t170

20、MPa接管实际外伸长度接管实际内伸长度接管焊接接头系数接管腐蚀裕量凸形封头开孔中心至封头轴线的距离接管厚度负偏差 C1t 接管材料许用应力 t开壳体计算厚度 补强圈强度削弱系数开孔直径 d接管有效外伸长度 h1 开孔削弱所需的补强面积接管多余金属面积A2300 mm0mm接管材料16MnR(热轧 )1名称及类型板材4mm补强圈材料名称16MnR(热轧 )mm补强圈外径840mm20mm补强圈厚度0mm补强圈厚度负偏差C1r0mm170MPa补强圈许用应力 t170MPa孔补强计算10.81mm接管计算厚度 t2.078mmfrr1接管材料强度削弱系数fr 1478mm补强区有效宽度B956mm

21、84.68mm接管有效内伸长度h20mmA 5169mm2壳体多余金属面积A188.81mm21511mm2补强区内的焊缝面积 A364mm2A1+A2+A3=1664 mm2，小于 A，需另加补强。补强圈面积 A43900mm2A-(A1+A2+A3)3505mm2结论 : 补强满足要求。开孔补强计算计算单位接 管 : A2, 25×6计算方法: GB150-1998等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力 pc1.4659MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料16MnR(热轧 )名称及类型板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度 n15m

22、m壳体厚度负偏差C10mm壳体腐蚀裕量C24mm壳体材料许用应力 t170MPa接管实际外伸长度100mm接管实际内伸长度10mm接管材料16MnR(热轧 )接管焊接接头系数0.9名称及类型板材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称16MnR(热轧 )凸形封头开孔中心至mm补强圈外径50mm封头轴线的距离补强圈厚度6mm接管厚度负偏差C1t0mm补强圈厚度负偏差C1r0mm接管材料许用应力 t170MPa补强圈许用应力 t170MPa开孔补强计算壳体计算厚度 10.81mm接管计算厚度 t0.064mm补强圈强度削弱系数frr1接管材料强度削弱系数fr 1开孔直径 d17mm补强区有效宽度B59mm

23、接管有效外伸长度h110.1mm接管有效内伸长度h28mm开孔削弱所需的补强面积A 183.8mm2壳体多余金属面积A17.803mm2接管多余金属面积A2111.5mm2补强区内的焊缝面积 A344mm2A1 +A2+A3=163.3 mm2 ，小于 A，需另加补强。补强圈面积 A4150mm212320.53mm2A-(A +A +A )结论 :补强满足要求。开孔补强计算计算单位接 管: A3, 89×10计算方法:GB150-1998等面积补强法,单孔设计条件简图计算压力 pc1.4659MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料16MnR(热轧 )名称及类型板材壳体开孔处焊接

24、接头系数0.9壳体内直径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度 n15mm壳体厚度负偏差C10mm壳体腐蚀裕量C24mm壳体材料许用应力 t170MPa接管实际外伸长度接管实际内伸长度接管焊接接头系数接管腐蚀裕量凸形封头开孔中心至封头轴线的距离接管厚度负偏差 C1t 接管材料许用应力 t开壳体计算厚度 补强圈强度削弱系数开孔直径 d接管有效外伸长度 h1 开孔削弱所需的补强面积接管多余金属面积A2150 mm1900mm接管材料16MnR(热轧 )0.9名称及类型板材4mm补强圈材料名称16MnR(热轧 )mm补强圈外径180mm6补强圈厚度mm0mm补强圈厚度负偏差C1r0mm170MPa补强

25、圈许用应力 t170MPa孔补强计算10.81mm接管计算厚度 t0.339mmfrr1接管材料强度削弱系数fr 177mm补强区有效宽度B154mm27.75mm接管有效内伸长度h227.75mmA 832.7mm2 壳体多余金属面积 A114.31mm2425.2mm2补强区内的焊缝面积 A380mm2A1+A2+A3= 519.5 mm 2，小于 A，需另加补强。补强圈面积 A4390mm2A-(A1+A2+A3)313.2mm2结论 : 补强满足要求。开孔补强计算计算单位接 管 : A4, 25×3计算方法: GB150-1998等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力 pc

26、1.4659MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料16MnR(热轧 )名称及类型板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度 n15mm壳体厚度负偏差C10mm壳体腐蚀裕量C24mm壳体材料许用应力 t170MPa接管实际外伸长度100mm接管实际内伸长度10mm接管材料16MnR(热轧 )接管焊接接头系数0.9名称及类型板材接管腐蚀裕量3mm补强圈材料名称16MnR(热轧 )凸形封头开孔中心至mm补强圈外径50mm封头轴线的距离6mm补强圈厚度接管厚度负偏差C1t0mm补强圈厚度负偏差C1r0mm接管材料许用应力 t170MPa补强圈许用应力 t170M

27、Pa开孔补强计算壳体计算厚度 10.81mm接管计算厚度 t0.064mm补强圈强度削弱系数frr1接管材料强度削弱系数fr 1开孔直径 d19mm补强区有效宽度B61mm接管有效外伸长度h110.68mm接管有效内伸长度h27mm开孔削弱所需的补强面积A 205.5mm2壳体多余金属面积A17.803mm2接管多余金属面积A262.7mm2补强区内的焊缝面积 A342mm2A1+A2+A3= 112.5 mm2，小于 A，需另加补强。补强圈面积 A4150mm2A-(A1+A2 +A3)92.97mm2结论 : 补强满足要求。开孔补强计算计算单位接 管 : A5, 45×8计算方法

28、: GB150-1998等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力 pc1.4659MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料16MnR(热轧 )名称及类型板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度 n15mm壳体厚度负偏差C10mm壳体腐蚀裕量C24mm壳体材料许用应力 t170MPa接管实际外伸长度100mm接管实际内伸长度10mm接管材料16MnR(热轧 )接管焊接接头系数0.9名称及类型板材接管腐蚀裕量4mm补强圈材料名称16MnR(热轧 )凸形封头开孔中心至mm补强圈外径90mm封头轴线的距离6mm补强圈厚度接管厚度负偏差C1t0mm补强圈厚度负偏差

29、C1r0mm接管材料许用应力 t170MPa补强圈许用应力 t170MPa开孔补强计算壳体计算厚度 10.81mm接管计算厚度 t0.143mm补强圈强度削弱系数frr1接管材料强度削弱系数fr 1开孔直径 d37mm补强区有效宽度B83mm接管有效外伸长度h117.2mm接管有效内伸长度h26mm开孔削弱所需的补强面积A 400.1mm2壳体多余金属面积A18.547mm2接管多余金属面积A2132.7mm2补强区内的焊缝面积 A380mm2A1+A2+A3= 221.3 mm2 ，小于 A，需另加补强。补强圈面积 A4228mm2A-(A1+A2 +A3)178.8mm2结论 : 补强满足

30、要求。开孔补强计算计算单位接 管 : A6, 25×3计算方法: GB150-1998等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力 pc1.4659MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料16MnR(热轧 )名称及类型板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度 n15mm壳体厚度负偏差C10mm壳体腐蚀裕量C24mm壳体材料许用应力 t170MPa接管实际外伸长度100mm接管实际内伸长度10mm接管材料16MnR(热轧 )接管焊接接头系数0.9名称及类型板材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称16MnR(热轧 )凸形封头开孔中心至mm补强圈外径50mm

31、封头轴线的距离8补强圈厚度mm接管厚度负偏差C1t0mm补强圈厚度负偏差C1r0mm接管材料许用应力 t170MPa补强圈许用应力 t170MPa开孔补强计算壳体计算厚度 10.81mm接管计算厚度 t0.064mm补强圈强度削弱系数frr1接管材料强度削弱系数fr 1开孔直径 d17mm补强区有效宽度B59mm接管有效外伸长度h110.1mm接管有效内伸长度h28mm开孔削弱所需的补强面积A 183.8mm2壳体多余金属面积A17.803mm2接管多余金属面积A2111.52补强区内的焊缝面积3442mmAmmA1+A2+A3=163.3 mm2 ，小于 A，需另加补强。补强圈面积 A420

32、0mm2A-(A1+A2 +A3)20.53mm2结论 : 补强满足要求。钢制卧式容器计算单位计算条件设计压力p1.4659设计温度t50筒体材料名称16MnR( 热轧 )封头材料名称16MnR( 热轧 )封头型式椭圆形筒体内直径Di2300筒体长度L7900筒体名义厚度n支座垫板名义厚度rn筒体厚度附加量C腐蚀裕量C1筒体焊接接头系数封头名义厚度hn封头厚度附加量Ch鞍座材料名称鞍座宽度b鞍座包角支座形心至封头切线距离A鞍座高度 H地震烈度简图MPammmm15mm0mm4mm4mm0.915mm4mmQ235-A0mm120°1480mm250mm低于 7度12 卧式容器（双鞍座

33、）计算单位计算条件简图计算压力pC1.4659MPa设计温度t50圆筒材料16MnR( 热轧 )鞍座材料Q235-A圆筒材料常温许用应力 170MPa圆筒材料设计温度下许用应力170MPa t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O1314kg/m 3液压试验介质密度T1000kg/m 3圆筒内直径Di2300mm圆筒名义厚度n15mm圆筒厚度附加量C4mm圆筒焊接接头系数0.9封头名义厚度hn16mm封头厚度附加量Ch4mm两封头切线间距离L6900mm鞍座垫板名义厚度rn0mm鞍座垫板有效厚度re0mm鞍座轴向宽度b200mm鞍座包角120°鞍座底板中心至封头切线距离A1480mm封头曲面高度hi550mm试验压力pT1.323MPa鞍座高度H250mm三参考文献1 国家质量技术监督局， GB150-2011钢制压力容器，中