氯液储罐课程设计

1、计算说明书一.绪论1设计目的：设计目的按过程装备与控制工程专业教学计划要求，在学完专业核心课过程设备设计后，进行过程设备课程设计教学环节，其主要目的是使学生在学习过程设备设计的基础上，进行一次工程设计训练，培养学生解决工程实际问题的能力。2设计内容和要求：2.1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1.466MPa由介质温度确定4工作温度-20455公称容积（Vg）50M36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使用地点绵阳市室内10安装与地基要求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

2、用途或名称aDN65HG20595-1997FM液氯进口管bDN50HG20595-1997FM安全阀接口cDN500HG/T21523-2005FM人 孔dDN50HG20595-1997FM空气进口管eDN50HG20595-1997FM空气出口管fDN25HG20595-1997FM压力表接口gDN20HG20595-1997FM液位计接口hDN65HG20595-1997M液氯出口管jDN65HG20595-1997M排污口2.2设计要求2.2.1.使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2.2.2.广泛查阅和综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的

3、可行性研究和论证。2.2.3.设计计算要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠。2.2.4.工程图纸要求绘图。2.2.5.毕业设计全部工作由学生本人独立完成。学生应交出的设计文件2. 液氯性质分子量：70.91黄绿色有刺激性气味的气体。密度：相对密度(水=1)1.47；相对密度(空气=1)2.48；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，

4、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，单罐容积小于时选用卧式贮罐比较经济。2. 工艺参数确定1.设计压力设计压力应根据最高工作压力来确定。对于盛装液化气体的压力容器，应按以下几条

5、来确定最高工作压力：没有实测数据或没有保冷设施的压力容器，其最高工作压力不得低于所装液化气体在规定的最大充装量时，温度为50的气体压力。由于没有保冷措施，选50下饱和蒸汽压1.414MPa。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1.051.10倍。液柱静压： 所以忽略液柱静压力。2. 设计温度应该不低于最高使用温度45。选取45为设计温度。3.设计材料的选择根据液氯的特性，查GB150-1998选择Q345R。Q345R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（8mm）的压力容器。50时的许用

6、应力189Mpa。根据JB/T4731,钢管的材料选用20号钢，根据GB8163，其许用应力150.1Mpa。3. 结构设计1. 筒体和封头1.1 筒体直径确定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。 根据公式 将L/D=5代入得：D=2373mm圆整后，D=2400mm1.2 筒体长度计算查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表：EHA椭圆形封头内表面积、容积序号公称直径DN（mm）总深度H（mm）内表面积A（m2）容积V（m3）2924006406.54331.9905 由 Vg=V封头+V筒体 则： 计算得

7、，取在34.586，设计合理计算容积工作容积1.3筒体壁厚计算根据GB150-2011可知Q345R的许用应力筒体的计算厚度为:9.678mm腐蚀余量，钢板厚度负偏差（GB713）设计厚度：名义厚度：圆整：有效厚度：设计温度下允许最大工作压力：1.4封头厚度计算封头的计算厚度为：设计厚度：名义厚度： 圆整至14mm有效厚度：设计温度下允许最大工作压力：1.5水压试验根据公式，式中: 故符合工艺条件的要求。2. 法兰选型法兰简图如图所示接管选型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aDN65HG20595-1997FM液氯进口管bDN50HG20595-1997M安全阀接口cDN

8、500HG/T21523-2005FM人 孔dDN65HG20595-1997FM空气进口管eDN65HG20595-1997FM空气出口管fDN25HG20595-1997FM压力表接口gDN20HG20595-1997FM液位计接口hDN65HG20595-1997FM液氯出口管jDN65HG20595-1997M排污口注：此设计接管厚度对于外径89mm的按照GB150的不另行补强标准根据HG/20592-2009（PN16）钢管制法兰表PN16查取法兰尺寸质量等：序号名称公称直径DN钢管外径法兰焊端外径法兰外径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C法兰颈法兰

9、高度H法兰质量NSH1Ra液氯进口管 6576B185145184M1620922.9106483.74b安全阀接口 5057B165125184M1620742.985483.11c人 孔 500530B7156503320M30*2345461116129070.7d空气进口管 6576B185145184M1620922.9106483.74e空气出口管 6576B185145184M1620922.9106483.74f压力表接口 2532B11585144M1216462.664401.26g液位计接口 2025B10575144M1216402.364401.05h液氯出口管 65

10、76B185145184M1620922.9106483.74j排污口100108B220180188M16201313.21010504.53. 垫片的选择查HG/T 20609-2009钢制管法兰用金属包覆垫片得：符号管口名称公称直径内径D1外径D2a液氯进口管6597.5127b安全阀接口5077.5107c人 孔500561624d空气进口管6597.5127e空气出口管6597.5127f压力表接口255471g液位计接口2045.561h液氯出口管6597.5127J排污口100131.51684. 螺栓（螺柱）的选择查HG/T 20613-2009 钢制管法兰用紧固件中表5.0.

11、7-9和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸：型号紧固件用平垫圈 mm公称直径螺纹螺柱长ha65M168517303b50M168517303c500M2412525444d50M249017303e50M169017303f25M127513242.5g20M127513242.5h65M168517303j100M1690173035. 人孔的选择压力容器开设人孔和手孔是为了检查设备内部空间以及装拆设备的内部零部件。一般当设备的公称直径在900mm以下时可根据需要设置适当数量的手孔，超过900mm时应开设人孔。人孔也有圆形和长圆形两种。人孔大小的设置原则是方便人的进出。因此，圆形人

12、孔的公称直径规定为400-600mm，可根据容器直径及所在地区的冷暖程度来选择。当人孔经常需要打开时，可选用快开人孔。人手孔已有相应标准，设计师可根据设计条件直接选用。拟采用回转盖带颈对焊法兰人孔，根据前文对法兰的选取密封面选用凹凸面MFM的法兰，尺寸如下表：密封面型式凹凸面MFMD71538.5螺栓螺柱数量20公称压力PN （ Mpa）1.665044螺母数量 40公称直径DN500260A390螺柱尺寸530×10119B200质量 27324b44L3006. 安全阀的选用考虑由于泄放的液氯有毒、会污染环境，应采用封闭式安全阀。所以选用弹簧封闭全启式（带扳手）安全阀。7. 液面

13、计透光式玻璃面液面计，型号T；利用连通器原理，通过液面计的玻璃板视窗可以观察容器内部液面位置的变动情况。结构形式：UZ 2.5M-29001.3 AF 304,标准HG21584.1-19958. 鞍座8.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍座式支座，根据工作温度为-2045，选择鞍座材料为Q345R，使用温度为-20250，许用应力为 t = 189Mpa。估算鞍座的负荷： 储罐总质；量m1 为筒体质量：对于Q345R，取=7.85×103kg/m3m2为单个封头的质量：根据JBT4746得，封头质量m=706kg，可知m3为充液质量,故m4为附件质量取人孔质量为300kg，其他接管质量总

14、和估100kg，即400kg由此查JB 4712.1-2007 容器支座。选取轻型，焊制A，包角为120°，有垫板的鞍座，筋板数为6。公称直径DN允许载荷Q /kN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1l3b2b32400435250172024014102652081908垫板螺栓配置鞍座质量kg增加100mm高度增加的质量/kg弧长b4e间距l2螺孔d螺纹孔长l280050010100152024M2040234238.2 鞍座位置确定通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB 4731 规定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座

15、截面处的应力过大。由标准椭圆封头，有 故 JB 4731 还规定当满足A0.2L时，最好使A0.5Rm（Rm=Ri+n/2），即 。 ,综合考虑取A=1040。综上所述：A=10400 mm9. 开孔补强9.1.核算开孔补强根据JBT4736-2002,人孔接管直径为500mm，选取补强圈外径840mm，内径530mm。管材料选用20号钢，正火，由GB9948得其许用应力由GB6654得低合金钢Q345R 在-2045时的t=189MPa由强度消弱系数计算公式得：钢管厚度负偏差，腐蚀裕量厚度根据GB150-2011，其中：壳体开孔处的计算厚度接管的有效厚度开孔直径圆柱开孔所需补强面积:9.2.

16、有效补强范围(1） 外侧有效高度的确定根据GB150，得： (2） 内侧有效高度的确定： 壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A1接管的厚度接管的多余面积焊缝金属面积A3：于本次设计的储罐是存放有毒介质的，所以选用D类接头形式进行焊接， 因此有效补强范围内的补强面积：补强圈的选取根据JB/T4736-2002，DN500取补强圈外径D2=840mm,内径D1=530mm。因为B>D2，所以在有效补强范围。因为AeA，所以需要另加补强，其补强面积为：补强圈厚度：圆整取名义厚度为5mm4. 压力容器校核卧式容器（双鞍座）计算单位西安交通大学计 算 条 件简 图计算压力 pC1.466MPa

17、设计温度 t45圆筒材料Q345R鞍座材料Q345圆筒材料常温许用应力 189MPa圆筒材料设计温度下许用应力t189MPa圆筒材料常温屈服点 s345MPa鞍座材料许用应力 sa170MPa工作时物料密度 1314kg/m3液压试验介质密度1000kg/m3圆筒内直径Di2400mm圆筒名义厚度 14mm圆筒厚度附加量 4.3mm圆筒焊接接头系数 1封头名义厚度 16mm封头厚度附加量 Ch4.3mm两封头切线间距离 11080mm鞍座垫板名义厚度 10mm鞍座垫板有效厚度 10mm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 A600mm封头曲面高度 6

18、40mm试验压力 pT1.9MPa鞍座高度 H250mm腹板与筋板组合截面积0mm2腹板与筋板组合截面断面系数0mm3地震烈度<7圆筒平均半径 Ra1207mm物料充装系数 0.9一个鞍座上地脚螺栓个数2地脚螺栓公称直径24mm地脚螺栓根径0mm鞍座轴线两侧的螺栓间距1520mm地脚螺栓材料支 座 反 力 计 算 圆筒质量(两切线间)kg 封头质量(曲面部分)kg 附件质量kg 封头容积(曲面部分)m3 容器容积(两切线间)m3 容器内充液质量工作时, 压力试验时, kg 耐热层质量kg总质量工作时, 压力试验时, kg单位长度载荷 N/mm支座反力 N筒 体 弯 矩 计 算圆筒中间处截面上的弯矩工作时压力试验 N·mm支座处横截面弯矩操作工况： 压力试验工况： N·mm系 数 计 算K1=1K2=1K3=0.879904K4=0.401056K5=0.760258K6=0.0132129K6=0.