二氧化碳储罐设计

1、1.1概述 11.2二氧化碳的特点：11.3立式二氧化碳储罐设计的特点 21.4设计任务表 2第二章零部件的设计和选型 42.1 封头的设计 41.1封头的选择 41.1封头材料的选择 41.1封头的设计计算 52.4人孔的设计 52.4.1人孔的选择 52.4.2人孔的选取 62.5容器支座的设计 62.5.1支座材料的选择 62.5.2支座选取 72.5.3支座的设计 72.5.4支座的安装位置 82.6筒体的材料的选择 92.7接管、法兰、垫片和螺栓的形式和选择 92.7.1接管的选取 92.7.2法兰的选取 102.7.3垫片的选取 112.7.4螺栓的选取 11第三章强度设计与校核

2、13圆筒强度设计 13封头强度设计 13筒体长度校核 14人孔补强设计 14水压试验校核 1617第一章绪论1.1 概述压力储罐的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力储罐一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构,按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。贮罐按其形状可分为方形

3、和矩形容器、球形容器、圆筒形容器（立式、卧式）。按其承压性质可分为内压和外压，内压容器又可分为低压、中压、高压、超高压4个压力等级。按其工作的温度环境可分为低温、常温、中温、高温容器。按制造器的材料可分为金属制和非金属制两类。按其应用情况可分为反应压力容器（RR、换热压力容器（E）、分离压力容器（S）、储存压力容器（C）等。目前我国普遍采用常温压力储罐，常温储罐一般有两种形式：球形储罐和圆筒形储罐。球形储罐和圆筒形储罐相比：前者具有投资少，金属耗量少，占地面积少等优点，但加工制造及安装复杂，焊接工作量大，故安装费用较高。一般储存总量大于500m3或单罐容积大于200m3时选用球形储罐比较经济，

4、而圆筒形储罐具有加工制造安装简单，安装费用少等优点，但金属耗量大占地面积大，所以33在总储量小于500m或单罐容积小于100m时选用圆筒形储罐比较经济。圆筒形储罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形储罐，只有某些特殊情况下（站内地方受限制等）才选用立式。但本说明书主要讨论立式圆筒形二氧化碳储罐的设计。二氧化碳的特点:二氧化碳，化学式为CO2,碳氧化物之一，是一种无机物，常温下是一种无色无味气体，密度比空气略大，微溶于水，并生成碳酸。（碳酸饮料基本原理）可以使澄清的石灰水变浑浊，做关于呼吸作用的产物等产生二氧化碳的试验都可以用到。固态二氧化碳俗称干冰，升

5、华时可吸收大量热，因而用作制冷剂，如人工降雨，也常在舞美中用于制造烟雾。二氧化碳不参与燃烧，密度比空气略大，所以也被用作灭火剂。二氧化碳是绿色植物光合作用不可缺少的原料，温室中常用二氧化碳作肥料。空气中含有约0.03%二氧化碳，但由于人类活动（如化石燃料燃烧）影响,近年来二氧化碳含量猛增，导致温室效应，全球气候变暖，冰川融化，海平面开高.旨在遏止二氧化碳过量排放的京都议定书已经生效，有望通过国际合作遏止温室效应。二氧化碳在焊接领域应用广泛，如：二氧化碳气体保护焊，是目前生产中应用最多的方法。立式二氧化碳储罐设计的特点立式储罐，危险性大，容易发生火灾和爆炸事故，必须按照有关规定，建立防火、防爆制

6、度，经常进行防火巡查，严格进行消防安全管理，确保消防安全。国家劳动部门把这类设备作为受安全监察的一种特殊设备，并在技术上进行了严格、系统和强制性的管理，制定了一系列地强制性或推荐性地规范标准和技术法规，对压力容器的设计、材料、制造、安装、检验、使用和维修提出了相应的要求，同时为确保其安全可靠，实施了持证设计、制造和检验制度。储罐区防火防爆应按GB50183GB5007硼定。低倍数空气泡沫灭火系统应按GB50151规定。此类容器接受劳动部颁发压力容器安全技术监察规程（简称容规）的监督，因此设计必须严格按照标准进行。立式二氧化碳储罐，此次设计针对的是第一类压力容器的设计。储罐主要由筒体、封头、人孔

7、、支座以及各种接管组成。储罐上设有进料管、出料管、排污管以及安全阀、压力表等。设计任务表表1.1任务表厅 P名称指标1设计压力MPa1.92设计温度0c1503最高工作压力MPa1.84工作温度0cd+C1+C2=6.7+0.6+1=8.3mm,为616mm,圆整后保守取6n=10mm。筒体的有效厚度6e=6n-C1-C2=100.6-1=8.4mm。封头强度设计查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表1,选取公称直径DN=Di=1200mm，选EHA取口/2儿=2,查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表2,取直边长h=25mm。该容器取其焊接系数为4=0.85。

8、材料的许用应力I】=170MPa,屈服极限os=345MPa。根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-1知，钢板厚度负偏差为C1=0.6mm。9019-2001选得容器公称直径为DN=Dj=1200mm。设计压力p0=1.9MPa,利PcDi查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表负偏差为C1=0.6mm查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表微腐蚀的介质，腐蚀裕量C2=1mm。筒体设计厚度：c.d=、,.C2=6.71=7.7mm7-27-5知，钢板厚度知，对于有轻由于钢板厚度范围Pc

9、Di2上1-0.5pc1.9120021700.85-0.51.9=6.7mm查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-5知，对于有轻微腐蚀的介质，腐蚀裕量C2=1mm。封头设计厚度：c.d=、.C2=6.71=7.7mm封头名义厚度：6n之S+G+C2=6.7+0.6+1=8.3mm,由于钢板厚度范围为616mm,圆整后取与筒体相同的名义厚度6n=10mm。筒体的有效厚度、：e=、：nC1C2=100.6-1=8.4mm。封头记做：EHA120010-16MnRJB/T4746。3.3 筒体长度校核V&二_2一一一容器总容积：上=Di2L。2V14oV2充装系数为1

10、,则容器总容积为：=-Di2Lo2V142.7二,2则可由一二1.22Lo20.25454求得筒体内长：Lo=1.94m,圆整后取Lo=2mL2筒体长度和直径比D-1.2(12),所以设计合理。3.4 人孔补强设计为了满足各种工艺和结构上的要求，不可避免的要在容器的筒体或封头上开孔并安装接管。开孔后，壳壁因除去了一部分承载的金属材料而被削弱，而出现应力集中现象。为保证容器安全运行，对开孔必须采取适当的措施加以补强，以降低峰值应力。这里采用补强圈补强，因其结构简单、制造方便、使用经验丰富。另外，还要考虑人孔补强，确定补强圈尺寸，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。本设计所选

11、用的人孔筒节内径为di=450mm,壁厚、m=10mm查表得人孔的筒体尺寸为6480X8,由标准查得补强圈尺寸为：内径D=484外径D=760开孔补强的有关计算参数如下：筒体的计算壁厚：PcDi1.912002-1;-=6.7mmPc21700.85-1.9A2=2h1(、et-t)f2h2et-C2)f=2几(-C-、t)f0=267.32(10-1.6)2二1131mm补强区内焊缝截面积A:2A3=21010-100mm有效补强面积A:一一一一一一一_2Ae=AA2A3=679.21131100=1910.2mm因为AeA,所以需要补强所需补强截面积A:2A4=A-Ae=3036.44-1

12、910.2=1126.24mm2计算开孔所需补强的面积A:开孔直径：d=di2C=4502(0.61)453.2mm补强的面积：A=d、.=453.26.7=3036.44mm2有效宽度：B=2d=2453.2=906.4mmB=d2、n2、m=453.2210210493.2mm取最大值B=906.4mm有效高度：外侧高度h1=d7m=453.210=67.32mm或hi=接管实际外伸高度=250mm两者取较小值h1=67.32mm内侧高度h2=d-=453.210=67.32mm或h2=接管实际内伸高度=0mm两者取较小值0mm筒体多余面积A:筒体有效厚度：,；e=、；n-C=10-1.6

13、=8.4mm选择与筒体相同的材料（Q235-A）进行补偿，故fr=1,所以A=（Bd）（、e一,）2、m（e一）（1一f）=(906.4453.2)(8.2-6.7)-210(8.2-6.7)(1-1)2=679.2mm接管多余金属的截面积A:接管计算厚度二二PcDi2上t-Pc1.9120021700.85-1.9=6.7mm补强圈厚度6:（补强圈内径Dj=484,外径Do=760）Do-Di760-484考虑钢板负偏差并圆整，实取补强厚度6mm补强材料与壳体材料相同。不需补强的最大开孔直径由于钢板具有一定的规格，壳体的壁厚往往超过实际强度的需要，厚度增加，使最大应力降低，相当于容器已被整体

14、加强，并且容器的开孔总有接管相连，其接管多于实际需要的壁厚也起补强作用。同时由于容器材料具有一定的塑性储备，允许承受不大的局部应力。故当孔径不超过一定数值时，可不进行补强。不需要补弓S的条件：设计压力小于或等于2.5MPa；两相邻开孔中心的间距应不小于两孔径之和的两倍；接管公称外径小于或等于89mm接管最小壁厚满足下表3.1的要求。3.5 水压试验校核PT（Di、：e）、一二2:二09-s根据压力容器水压校核公式e,式中：PT=1.25Pc=1.25*1.9=2.375MPa,e=n-C=10-1.6=8.4mm,二s=345MPa贝（jcT=2.375（12008.4）=201MPa三0.9

15、345=310.5MPa28.40.85故符合工艺条件的要求。结论压力介质的封闭的容器称压力容器，它的设计要求有安全可靠、满足过程要求、易于操作、维护和控制、综合经济好等。我的设计题目是二氧化碳气体储罐设计，设计压力为1.9MPa,设计温度为接管公称直径52238354847556679最小壁厚3.54.05.06.08注:接管的腐蚀裕量为1mm表3.1接管最小壁厚（4-6）1500c首先我根据设计压力、设计温度、介质特性在结合经济性选择了筒体和封头的材料16MnR然后进行筒体和封头的强度设计与校核，然后根据GB/150-1998、JB/T4712-92鞍座B1800-4、HG21523-95

16、、HG/T20592-2009钢制管法兰等标准选择个附件，如支座、人孔、法兰等。然后根据自己所设计的参数进行二维装配图、零件图等的绘制。在后就是说明书的编写和排版。设计结果一览表厅 P名称指标材料1设计压力1.9MPa/2工作温度1500C/3物料名称二氧化碳气体/4容积2.7m3/5筒体DN1200M10,L=2000016MnR6封头DN1200M10,h=2516MnR7支座JB/T4712-92鞍座B1800-4Q235A-F8人孔HG21523-95组合件9补强圈4760/4484,6=416MnR10压力表口15父3,L=3001011进气管*65父4,L=3501012出气管15

17、黑4,L=1601013排污管425M4,L=1601014安全阀接管450M4,L=2101015法兰配合以上各接管Q235-A参考文献【1】、JB4712上承式支座S【2】、GB150-1998（钢制压力容器标准释义）S【3】、GB-T9115.2-2000凹凸面对焊钢制管法兰S4、HG-T2059220635-2009钢制管法兰、垫片和紧固件S5、JBT4736-2002补强圈S【6】、JBT4731-2005钢制立式容器S【7】、HG-T_21514-21535-2005钢制人孔和手孔S【8】、过程设备设计第二版化学工业出版社M【9】、化工设备设计手册M【10】、化工设备机械基础第五版M刁与玮王立业2003.3【11】、化工设备设计手册匡国柱史启才2005M【12】、化工制图华东化工学院制图教研室编人民教育出版社1980M;【13】、钢制压力容器GB150-89S【14】、压力容器安全技术监察规程国家质量技术监督局M1999【15】、化工过程设备机械基础李多民俞惠敏中国石化出版社M2007.2【16】、金属化工设备零部件M【17】、材料与零部件M【18】、化工机械基础课程设计韩叶象