毕业论文氯气罐设计

1、毕业设计氯气罐设计Chlorine tank design 班 级 过程装备101 学生姓名 王 群 学号 100041328 指导教师 周波、陆英 职称 助教、副教授 导师单位 机电工程技术学院 论文提交日期徐州工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书课题名称 氯气罐设计 课题性质 工程设计类 班 级 过程装备101 学生姓名 王群 学 号 100041328 指导教师 周波、陆英 导师职称 助教、副教授 一选题意义及背景在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，介质常常需要用到相关化工设设备；由于介质多是易燃、易爆、有毒的，多面临高温、高压的工作条件，一旦发生事故，危害巨大，因此对设备的设

2、计提出了很大的要求。本课题就是利用相关知识，结合国家标准，对氯气罐进行设计，并运用CAD软件进行绘图。二毕业设计（论文）主要内容设计参数表：工作温度/50工作压力（绝压）/MPa2.0介质氯气容积/m33设计寿命/年10使用地合肥1. 完成设计论文2. 完成氯气罐主体及附件设计3. 完成A1图纸至少三张（总装配图和零件图）三计划进度1. 第一周：查阅资料，完成论文的绪论，掌握氯气罐的设计方法2. 第二周：完成氯气罐的设计计算，并完成一定图纸的绘制3. 第三周和第四周：根据自己的设计，绘制出氯气罐总装配图、零件图和三维立体图4. 第五周：查缺补漏，修改论文和图纸等，并提交毕业设计相关资料，准备答

3、辩四毕业设计（论文）结束应提交的材料5. 毕业设计（论文）报告6. 毕业设计论文评阅表和交叉评阅表7. 答辩评分表8. 论文真实性承诺及指导教师声明9. 设计计算书10. 图纸11. 其它相关资料指导教师 教研室主任年月日 年月日附：摘要 本毕业设计的课题是氯气罐的设计，储罐用以存放酸、醇、气体等提炼的化学物质。其种类很多，大体上有：滚塑储罐，玻璃钢储罐，陶瓷储罐、橡胶储罐、 焊接塑料储罐等。就储罐的性价比来讲，现在以滚塑储罐最为优越，滚塑储罐又可 以分钢衬塑储罐，全塑储罐两大系，分别包括立式，卧式，运输，搅拌等多个品种。用于储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐，防腐储罐工程是石油、化工、

4、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业必不可少的、重要的基础设施，我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制储罐，钢制储罐，防腐储罐在国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的。钢制储罐是储存各种液体（或气体）原料及成品的专用设备，对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产，特别是国家战略物资储备均离不开各种容量和类型的防腐储罐等储罐。我国的储油设施多以地上储罐为主，且以金属结构居多，故本网站将着重介绍在国内普遍使用的拱顶储罐、内浮顶储罐以及卧式储罐和防腐储罐的一些基础知识。关键词：氯气；储罐；设计ABSTRACTThe graduation design topic is chlorine tank

5、 design, tank to store acid, alcohol, gas and chemical refining. It is a lot of more phyletic, there are broadly: rotomolding tank, FRP tank, ceramic tank, rubber tank, welding plastic tank, etc. Will tank price terms, now in rotomolding tank the most superior, rotomolding tank and to points steel l

6、ining plastic tank, all plastic tank two series, including vertical, horizontal, transportation, mixing, and other varieties.Used to store a liquid or gas steel airtight container is the steel storage tank, anti-corrosion tank project is petroleum, chemical industry, grain and oil, food, fire, trans

7、portation, metallurgy, national defense industries indispensable and important infrastructure, our economic life always cannot leave greatly small steel storage tank, steel storage tank, anti-corrosion tank in the national economic development plays an important role is irreplaceable. Steel tank is

8、stored all kinds of liquid or gas) raw materials and finished products of special equipment, for many corporations no tank can't normal production, especially the national strategic materials reserve all cannot leave the various capacity and types of anti-corrosion tank and tank. China's oil

9、 storage facilities in the ground storage tank is given priority to, and with the metal structure is in the majority, therefore this website will be introduced in the domestic commonly used vault storage tank, inner floating roof tank and horizontal tank and anti-corrosion tank of some basic knowled

10、ge.Keywords: chlorine; Vertical tank; design目录摘要··········································

11、······················ 6ABSTRACT··························&#

12、183;································· 7第一章 氯气罐的参数确定··············

13、································9 1.1 氯气罐的材料选择···············

14、3;···························9 1.2 设计压力的确定····················

15、83;························9 1.3 封头的选择·······················

16、3;·························9 1.4 其他参数的确定······················

17、83;······················9 1.4.1 许用应力的确定·························

18、···············9 1.4.2 焊接接头系数的确定································&

19、#183;··10第二章 氯气罐的设计计算·············································

20、;11 2.1 计算筒体壁厚··············································11 2.2 计算封

21、头壁厚··············································12第3章 容器的液压试验及校核·

22、;········································13 3.1 液压试验及校核·······

23、83;····································13 3.2 致密性试验···········

24、83;····································13第四章 选择人孔并核算开孔补强··········

25、3;····························14 4.1 人孔的选择···················

26、3;····························14 4.2 核算开孔补强···················

27、83;··························15 4.2.1 开孔所需补强面积A····················

28、83;···············15 4.2.2 有效宽度B································&

29、#183;···········15 4.2.3 有效高度····································

30、·········15 4.2.4 补强面积Ae······································

31、83;····16 4.2.5补强圈厚度，··········································17第五章 核

32、算承载能力·················································1

33、8 5.1 罐体质量m1··············································· 18 5.

34、2 封头质量m2··············································· 18 5.3 氯气

35、质量m3··············································· 18 5.4 附件质量m4

36、··············································· 18第六章 支座的选择·

37、················································· 19第七章

38、 法兰的选取·················································

39、· 20第八章 垫片的选取···············································

40、··· 22第九章 压力计的选择·············································

41、;··· 23第十章 选配工艺接管············································

42、3;··· 24 10.1 氯气入口管············································&#

43、183;· 24 10.2 氯气出口管··············································

44、 24 10.3 安全阀接口管············································ 24 10.4 排污管·

45、83;················································ 24 10.5

46、压力计接口管············································ 25第十一章 焊接结构设计··

47、3;············································26参考文献····

48、3;·················································

49、3;·····28致谢············································

50、····················29第一章 氯气罐的参数确定1.1 氯气罐的材料选择氯气是一种无腐蚀的有毒气体，储罐可选用一般钢材，但由于压力较大，可以考虑Q245R和Q345R这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，建议选用Q245R类低碳钢板，Q345R钢板的价格虽比Q245R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，Q345R钢板比较经济，且Q345R机械加工性能、强度和塑性指标都比较好，

51、所以在此选择Q345R钢板作制造筒体和封头材料。1.2 设计压力的确定根据设计任务书要求储罐的最高工作温度为50，此时氯气的饱和蒸汽压为2.0MPa（绝对压力），容器的设计压力应高于其最大工作压力，因此取此压强的1.05倍作为设计压力，故设计压力Pc为：Pc=1.05×2.0=2.1MPa1.3 封头的选择从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来看，球形封头用材最少，比椭圆形封头节约，

52、平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造各方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。1.4 其他参数的确定1.4.1 许用应力的确定表1.4.1 压力容器用Q345R钢板的许用应力厚度mm常温强度指标在50下的许用应力/MPab/MPas/MPa61651034517016364903251633660470305157601004602851531001204502751501.4.2 焊接接头系数的确定焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方。焊缝区强度降低的原因在于焊接时可能出现缺陷而未被发现；焊接热影响区往往形成出大晶粒区而使强度和塑性降低；由于结构刚性约束造成焊接内应力过大等。所以焊接接头采用

53、V坡口双面焊接，采用全部无损检测，其焊接接头系数由焊接接头系数表查得=1.00表1.4.2 焊接接头系数表接头形式焊接接头系数全部无损探伤局部无损探伤双面焊或相对于双面焊的全焊对接焊缝1.000.85带垫板的单面对接焊缝0.900.80第二章 氯气罐的设计计算2.1 计算筒体壁厚根据罐体的容积为3m3查立式储罐尺寸表得筒体内径Di=1400mm，高度H=2000mm表2.1 立式储罐尺寸表公称容积m3筒体内径Dg高度HabcdF1F20.5800100040402540202011000130050502550202021200180050502550202031400200065504065

54、202041600200065504065202051600250080654080202061800230080655080202082000250080655080202010220026001008050802020在工作温度350的范围内，估计筒体壁厚大约为10mm，在压力容器用低合金钢板的许用应力表中按设计温度50，板厚616mm间查值取得t=170MPa焊接接头采用V坡口双面焊接，采用全部无损探伤检测，其焊接接头系数由焊接接头系数表查得=1.00钢板厚度负偏差由钢板厚度负偏差表查得C1=0.8mm；服饰裕量由壳体、封头腐蚀裕量表查得C2=1.5mm筒体的计算厚度公式：式中 圆筒的计

55、算厚度，mm； Pc圆筒的计算压力，MPa； Di圆筒的内直径，mm； t圆筒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。氯气罐是内压薄壁容器，按公式计算筒体的计算厚度：设计厚度：dC28.701.510.20mm名义厚度：ndC110.200.811mm根据钢板的厚度规格，查钢板的常用厚度表，圆整为n12mm2.2 计算封头的壁厚采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同。封头的计算厚度：封头的设计厚度：dC28.671.510.17,mm封头的名义厚度：ndC110.170.810.97mm根据钢板厚度规格，查钢板的常用厚度表，圆整为n12mm，可见与筒体等厚。查得标准椭圆形

56、封头的直边高度高度（JB/T4737-95）为h40mm表2.2 椭圆形封头直边高度h的选用封头材料碳素钢、普通低合金钢、复合钢板不锈钢、耐酸钢封头厚度n4810182039101820直边高度h254050254050图2.2 椭圆形封头第三章 试验校核3.1 液压试验及校核根据公式，实验压力式中 PT液压试验压力，MPa； P设计压力，MPa； 容器元件材料在试验温度下的许用应力，MPa； t容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa；耐压试验压力系数，查表知=1.25将P2.1MPa，t170MPa代入得液压试验的试验压力为：液压试验时的应力为：校核：查表得厚度为12mm的Q345R钢板

57、的钢材屈服极限345MPa故在常温液压试验时的许用应力为：0.90.9×1×345310.5MPa故0.9，因此满足液压试验要求。3.2 致密性试验致密性试验的目的是检查容器可拆连接部位的密封性。包括气密性试验和煤油渗漏试验。介质为易燃或毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏（如真空度要求较高时）的压力容器，必须进行气密性试验（气压试验合格的容器不必再作气密性试验），气密性试验的危险性大，应在液压试验合格后进行。在进行气密性试验前，应将容器上的安全附件装配齐全。气密性实验时，压力应缓慢上升，达到规定试验压力后保压10min，然后降至设计压力，对所有焊接接头和连接部

58、位进行泄漏检查。小型容器亦可浸入水中检查，如有泄漏，修补后重新进行液压试验和气密性试验。煤油渗漏试验时利用煤油渗透性强的特点来检查焊缝的致密性。将焊缝能够检查的一面清理干净，涂上白粉浆，晾干后在焊缝的另一面涂抹煤油，使表面得到足够的浸润，经过30min后白粉没有油渍即为合格。若白粉上有油渍说明有渗漏应进行修补，修补后重新进行试验。第四章 选择人孔并核算开孔补强4.1 人孔的选择压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄，储罐的工作温度为常温，设计压力为2.1MPa，故人孔的标准按公称压力为2.5MPa等级选取。考虑

59、到人孔盖直径较大较重，故选用碳钢垂直吊盖人孔（HG21521-95），带颈对焊法兰形式。公称直径为450mm，突面法兰密封面（RF型）。该人孔结构中有吊钩和销轴，在检修时只需松开螺栓将盖板绕销轴旋转，即可轻松进入，而不必将其取下以节约维修时间。查得该人孔的有关数据如下：表4.1.1 垂直吊盖带颈对焊法兰人孔（突面）标准尺寸公称压力MPa公称直径dW×SDD1dbb1b2AH1H2d02.5450480×1267060045046404438525012436该垂直吊盖带颈对焊法兰人孔标记为：HG21521-95人孔RF（AG）450-2.5。其中RF指突面密封，指接管与法兰

60、的材料为Q345R，AG是指用普通石棉橡胶垫片，450-2.5是指公称直径为450mm，公称压力为2.5MPa。表4.1.2 人孔PN2.5DN450（HG21521-95）明细表件号标准号名称数量材料尺寸/mm1筒节1Q345Rdw×S480×12，H12502HGJ52-91法兰116Mn（锻）3HGJ69-91垫片1石棉橡胶板（代号AG）4HGJ63-91法兰盖1Q345Rb140，b2445HGJ75-91P螺柱2035M33×2×1756螺母4025M337吊环1Q235-A.F8转臂1Q235-A.Fd0369GB95-85垫圈201100H

61、V10GB41-88螺母M2024级11吊钩1Q235-A.F12环1Q235-A.F13无缝钢管12014支撑板1Q345R4.2 核算开孔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。由表4.1.1知本设计所选用的人孔筒节内径di450mm，。据此查得补强圈尺寸（JB/T4736-2002）为外径D2760mm，内径D14502×1214488mm。4.2.1开孔所需补强面积A内压容器的圆筒开孔后所需的补强面积为：式中 d开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍壁厚附加量，mm；壳体开孔处的计算厚度，mm；et接管有效厚度，mm； fr强度削弱系数，等于设计温度下接管材

62、料与壳体材料许用应力之比值。对于圆筒壳体开口处的计算厚度为：开孔直径ddi2C4562×（0.81.5）460.6mm由于接管材料与壳体才来哦都为Q345R，故fr1，将这些数据代入式得开孔所需补强面积为：4.2.2 有效宽度B二者中取较大值B921.2mm4.2.3有效高度4.2.3.1 外侧高度h1二者中取较小值h174.35mm4.2.3.2 高度h2二者中取较小值h20mm4.2.4 补强面积Ae在有效补强范围内，可作为补强的截面积按下式计算：式中 Ae补强面积，mm2；A1壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，mm2; A2接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，mm2；

63、 A3焊缝金属截面积，mm2。计算如下：其中接管有效厚度为，故其中接管计算厚度为焊缝金属截面积为图4.2.4 人孔补强区焊缝示意图故补强面积为由于AeA，故开孔需另加补强，其另加补强面积为4.2.5 补强圈厚度圆整后取=10mm，补强材料与壳体材料相同为Q345R。第5章 核算承载能力首先粗略计算支座负荷，储罐总质量为： m=m1+m2+m3+m式中 m1罐体质量，kg；m2封头质量，kg； m3氯气质量，kg； m4附件质量，kg。5.1 罐体质量m1m1=(R+)2-R2L=7850×3.14×(0.7+0.012)2-0.72×2=4802.66kg5.2

64、封头质量m2公称直径DN=1400mm，壁厚=12mm，直边高度h=40mm的标准椭圆形封头，其质量为q=208kg故m2=2q=2×208=416kg5.3 氯气质量m3充气质量：，液压试验充满水，故介质密度为=1000kg/m3，1.42×2+2×0.3977=3.8726m3m3=式中装量系数，取0.9；水的密度，1000kg/m3；储罐容积，m3.充液质量为：5.4 附件质量m4人孔约重250kg，其他接口管的总重约300kg，于是m4=550kg，故设备总质量为：m=m1+m2+m3+m4=4802.66+416+3485.34+550=6254kg每个

65、支座承受的负荷为：第六章 支座的选择支座用来支撑容器的质量、固定容器的位置并使容器在操作中保持稳定。立式圆筒形容器的支座分为支承式支座、裙式支座、腿式支座和耳式支座四种。由于立式支座承压能力较好且对筒体产生的局部应力较小，故选用支承式支座。由于在此设计中，储罐体积较小且长径比较小，由于是立式容器，故采用三个A型4号支承式支座，材料为Q235A-F。由于每个支座承受约20.4kN负荷，根据表查得A型4号支座允许载荷Q=40kN。因为Q=20.4kN<40kN，故选用三个A型4号支座。表6 支承式支座尺寸表公称直径DN1400S160垫板b3240允许载荷Q/kN40l2180310支座高度

66、h420b2140e50底板l1170210螺栓间距L30b1120螺栓直径支座质量kg15.8110d24距中心距离S2525根据表知A支座安装高度420mm（即封头与筒体连接处到地面的距离）。则该支座标记为：JB/T4712.4-2007，支座A4。图6 A型4号支承式支座第7章 法兰的选取7.1管法兰的公称直径根据管法兰的公称直径就是与管法兰相连的接管公称尺寸确定法兰的公称直径。所以氯气入口处管法兰公称直径为25mm；氯气出口处管法兰公称直径为50mm；安全阀口处管法兰公称直径为40mm；排污口处管法兰公称直径为50mm；压力计口处管法兰公称直径为25mm。7.2 管法兰的材质根据介质特

67、性、设计温度，结合管道材料选定管法兰材质。因为氯气是有毒气体，易液化。设计温度为50，管道材料为16Mn，所以管法兰的材质为Q345。7.3 管法兰的公称压力等级根据管法兰的材质和工作温度，按照设计压力不得高于对应工作温度下最高无冲击压力的原则，查管法兰的最高无冲击压力表确定出管法兰的公称压力等级。查得管法兰公称压力等级为PN2.5MPa7.4 管法兰的类型和密封面型式根据公称压力和公称直径确定法兰类型和密封面型式。查常用管法兰密封面型式及适用公称压力和公称直径范围得管法兰类型为带颈对焊法兰。密封面型式为凹凸面密封。7.5 垫片类型及螺栓、螺柱材料根据工作温度、公称直径、公称压力和法兰类型确定

68、垫片类型和材料，以及螺栓、螺柱材料。查各种垫片的适用条件得垫片类型为非金属垫片，材料为石棉橡胶板。查管法兰用紧固件得螺栓型式为双头螺柱B级，材料为A2-70；螺母型式为I型六角螺母B级。7.6管法兰结构尺寸根据法兰类型、公称直径、公称压力查标准HG20592-97，确定法兰的具体结构尺寸见表7。表7 长颈对焊法兰尺寸表名称公称直径DN法兰管子外径A法兰外径D螺栓孔直径L螺栓数量n螺栓Th法兰厚度C法兰高度H法兰内径B颈部直径N氯气入口2532115144M1216402546氯气出口5057165184M1620484875安全阀口4045150184M1618453864排污口5057165

69、184M1620484875压力计口2532115144M1216402546图7 凹凸面带颈对焊法兰结构图第八章 垫片的选取法兰垫片与介质直接接触，是法兰连接密密缝的核心元件。垫片材料要求既具有耐腐蚀性又不污染被密封介质，同时具有一定回弹能力和机械强度，在工作环境下不易变质硬化或软化。压力容器法兰连接中常用垫片有非金属软垫片、缠绕垫片和金属包垫片三种。非金属软垫片指耐油石棉橡胶板和石棉橡胶板等，强度和耐温性较差，前者使用温度200，后者使用温度350。非金属软垫片用于平面密封面、凹凸密封面、衬环凹凸密封面法兰，所以选用非金属软垫片。表8 凹凸面钢制管法兰用非金属软垫片尺寸表符号管口名称公称直

70、径DN垫片内径D1垫片外径D2垫片厚度TA氯气入口2534573B氯气出口5061873C安全阀口4049753D排污口5061873E压力计口2534573图8 非金属垫片结构图第九章 压力计的选择量程装在锅炉、压力容器上的压力表，其最大量程（表盘上刻度极限值）应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力的1.53倍，最好取2倍。若选用的压力表量程过大，由于同样精度的压力表，量程越大，允许误差的绝对值和肉眼观察的偏差就越大，则会影响压力读数的准确性；反之，若选用的压力表量程过小，设备的工作压力等于或接近压力表的刻度极限，则会使压力表中的弹性元件长期处于最大的变形状态，易产生永久变