氯气缓冲罐设计

《化工设备机械基础》课程设计1=1氯气缓冲罐设计系部：化学与环境工程系专业：设备维修技术宿舍：4#604成员：曹永兴指导教师：赵宝平日期：2012年12.22〜12.31新疆工程学院课程设计评定意见设计题目： 氯气缓冲罐设计 成员姓名： 评定意见：评定成绩： 指导教师（签名）：年月曰评定成绩： 指导教师（签名）：年月曰化学与环境工程系课程设计任务书12〜13学年第一学期2012年12月22日专业设备维修技 “工 班级木、儿灯 ,、中工口上^ 化工设备机械基设备10-6班课程名称 ，础设计题目氯气缓冲曜设计指导教师赵宝平起止时间2012年12.22〜12.31周数 2周设计地点图书馆设计目的：1、 综合运用机械设计基础课程及其它先修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，使理论和生产实际知识密切地结合起来，从而使这些知识得到进一步巩固、加深和扩展。2、 学习和掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法，培养学生工程设计能力和分析问题、解决问题的能力。3、 对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、机械CAD技术等机械设计方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。设计任务或主要技术指标：设备主要技术指标1.罐体壁厚设计，受内压罐体壁厚设计，受外压罐体壁厚设计封头设计2.2受外压封头设计2.3简体平盖封头的设计2.4强度校核加强圈尺寸设计4支座的设计5.人孔设计5.1人孔的选取5.2人孔补强6接管设计设计要求课题介绍布置强度计算强度计算和考虑结构设计检查强度计算结果完成CAD图完成设计说明书交设计说明书设计答辩。主要参考书及参考资料：机械设计基础（第二版），邓昭铭、张莹，高等教育出版社，2000年7月机械设计课程设计指导书（第二版），罗圣国、李平林。高等教能出版社，1990年4月。机械设计课程设计手册，清华大学，吴宗泽，北京科技大学，罗圣国，高等教育出版社。教研室主任（签名）系（部）主任（签名年12月摘要缓冲罐主要用于各种系统中缓冲系统的压力波动，使系统工作更平稳，其原理是通过压缩罐内压缩空气来实现，被广泛应用于供水设备和中央空调系统等，结构有隔膜式缓冲罐和气囊式两种，前者由于罐体容易生锈已逐步淡出市场，气囊式缓冲罐主要为意大利品牌，如意大利第一品牌Aquasystem缓冲罐。关键词：压力波动、隔膜式缓冲罐、气囊是缓冲罐设备主要技术指标筒壁设计压力MPa1.0设计温度。C100最高工作压力0.85工作温度。C介质名称氯气设备主要材质16MnR设备容积0.85m3管口表符号公称压力公称尺寸法兰形式角封面形式用途伸出长度aPN1.6DN50WNMFM氯气入口150bPN1.6DN50WNMFM氯气出口150cPN1.6DN50WNMFM排污口150目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"罐体壁厚设计 1\o"CurrentDocument"封头厚度设计 1\o"CurrentDocument"2.1采用标准椭圆形封头 12.1.1计算封头厚度 1\o"CurrentDocument"2.1.2校核罐体与封头水压试验强度 22.2采用标准蝶形封头 32.2.1计算封头厚度 32.2.2校核罐体与封头水压试验强度 3\o"CurrentDocument"支座 4\o"CurrentDocument"罐体质量m 4\o"CurrentDocument"封头质量m 4——一一2氯气质量m 4〜…一一3\o"CurrentDocument"附体质量m 5\o"CurrentDocument"储罐总质量 5\o"CurrentDocument"人孔 6\o"CurrentDocument"人孔图 6\o"CurrentDocument"4.2人孔表1 7\o"CurrentDocument"人孔补强 8\o"CurrentDocument"确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径： 8确定壳体和接管的实际厚度，开孔有效补强宽度及外侧有效补强高度h。 ：...9\o"CurrentDocument"计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积。 9\o"CurrentDocument"比较A与A, 9\o"CurrentDocument"6.接管 9\o"CurrentDocument"6.1.氯气进料管 9接管计算厚度： 10\o"CurrentDocument"接管强度 10计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积需要补强的金属面积： 10\o"CurrentDocument"比较A与A 10\o"CurrentDocument"6.2氯气出料口 11\o"CurrentDocument"6.3排污管 11\o"CurrentDocument"参考文献 12致谢信・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・...・13\o"CurrentDocument"设备总图 14

1.罐体壁厚设计根据第8章选材所作的分析，本储罐所用16MnR制作罐体和封头。壁厚8根据式（12-5）计算：PD2LbT巾一pc取计算压力pc=p=1.00Mpa,《容规》规定氯气储罐设计温度为100°C，设计压力为1.0MPa,D=800mm,卜｝=163MPa,q=325MPa；^=1.0（双面焊对接，100%无损检测，表12-8）。取匕=4.0mm，于是8= L°*800 .2.46mm2x163x1.0-1.08=8+C=2.46+4=6.46mm根据8广6.46mm，由表12-9查得q=0.25mm，又该值小于名义厚度的6%，所以钢板厚度负偏差不加上8+C=6.46+0.00=6.46mm圆整后取8=7mmn确定所用8=7mm厚度的16MnR钢板制作罐体。n2.封头厚度设计2.1采用标准椭2.1采用标准椭形封头。2.1.1计算封头厚度厚度8按式（12-21）计算:

4=1.0（钢板最大宽度为3m,储罐直径为0.8m，故封头需将钢板拼焊后冲压成型）。1.0x1.0x8005= … m2.46mm2x163x1.0-0.5x1.0同前C=C1+C2=4+0=4.00mm5+C=2.46+4.00=6.46圆整后取5圆整后取5=7mm确定选用5=7mm厚的钢板16MnR制作封头n2.1.2校核曜体与封头水压试验强度根据式（12-28）：C=Pp(D+5-)“珈5

t 25e式中=1.25P=1.25x1.0=1.25MPa5=5-C=7-4=3mmC=325MPaL25x"+3)=167.29MPa0.9^c0.9^c=0.9x1x325=292.5MPa因为cT<0.94c，所以水压试验强度足够。2.2采用标准蝶形封头2.2.1计算封头厚度1.325x1.0x8002x163x1.0-0.5x1.01.325x1.0x8002x163x1.0-0.5x1.0_2.98mm—2&】6-%.5pc故5+C_2.98+4_6.98mm圆整后取5_7mm确定选用5_7mm厚的钢板16MnR制作封头n2.2.2校核罐体与封头水压试验强度根据式（12—18）PP(D+b)T2b<0.9gS式中Pt_1.25P_1.25x1.0_1.25MPa5_5—C_7—4_3mmenb_325MPa125、_167.29MPa而0.%b_0.9x1x325_292.5MPa因为bt<0.9^b，所以水压试验强度足够。由表12-24可见，本罐宜采用标准椭圆形封头3.支座首先粗略计算支座负荷储罐总质量式中 m式中 m1 罐体质量m2——封头质量m3m3 氯气质量m4 附体质量3.1.罐体质量m1DN=800DN=800mm,6=7mmL=1300mm的筒节mi=KDSLp=3.14x(800+7)x1300x7850=181kg3・2.封头质量m2DN=800mm,6=7mm直边高度h二D=200mm的标准椭圆形封头。其质量m2=2xm2 m2为一个封头的质量m2=0.35兀Dx7x7850=0.35X3.14X8002X7X7850=39kgm2=2xm2=2x39=78kg3・3■氯气质量m3m=pVp3其中，装置系数取0.9（《容规》规定：介质为液化气体的固定式压力容器，装置系数一般取0.9）。储罐容积 V=—D3,V=土D2L封24筒4V=2V+V=2x—D3+-D2L=0.134+0.653=0.787m3封筒24 4 i氯气在常温下的p为3.27kg-m-3，则m3=0.9x0.787x3.27=2.3kg3.4・附体质量m4由于该氯气储罐人孔的质量约为150kg，所以其附体是由接管等部分组成m=3m+人孔m=Vp=n(R2-r2)L-p+2.774=兀(齐2-(勺2LP+2.77=3.14x(0.252-0.222)x1.3x7.85+2.77=3.22kg••• m4=3m4+150=3x3.22+150=159.66kg于是m=159.66kg3.5.储罐总质量=181+7+2.+2159=420.86牝1.0KN「mg牝1.0KNF=—^-= 4 4每个支腿只承受1.0KN负荷，故选用A型III号角钢支腿裙座，即HG5-1579-85-5814.人孔根据缓冲罐的设计温度，最高工作压力、材质、介质及使用要求等条件，选用公称压力为1.6MPa的垂直吊盖带颈对焊法兰入孔(HG20592-97),入孔公称直径选定为450mm。采用锥槽面封面(％型)和石棉橡胶板垫片。人孔结构如图1所示，人孔各零件名称、材质及尺寸见表1该垂直吊盖带劲对焊法兰人孔的标记为：4・1.人孔图人孔TGVIII(A-G) 450—1.6HG21524—952.HG/T21519-2005-1-24.2人孔表1人孔PN2.5DN450明细表15HG/T21519—2005—1—2支承板1Q345R0.9814无缝钢管445x3.5L=2001200.7213HG/T21519—2005—1—2环1Q235—AF0.2712HG/T21519—2005—1—2转壁1Q235—AF7.0611GB/T95—2002垫圈201100HV0.01410GB/T41—2000螺母M2024级0.0520.1049HG/T21519—2005—1—2吊钩1Q235—AF0.788HG/T21519—2005—1—2吊环1Q235—AF0.287HG/T21519—2005—1—2把手2Q235—AF0.661.326筒节4480x12筒节4480x121112.714.9

5HG20613—1997螺母M20螺母M2032168级30CrMo8级一0.0520.0521.660.832与双头螺柱相配与螺栓相配4HG20613—1997双头螺柱M20x115螺栓M20x9016168.8级35CrMoA8.8级—0.2360.2663.784.263HG20592—1997法兰SD200—1.6RF120.52HG20607—1997HG20607—1997聚四氯乙烯包覆垫非金属平垫11T=3T=31HG20592—1997法兰SD200—1.6RF151.2中，华人民共和国行业标准标准设计垂直吊盖板式平焊法兰人孔450—1.6装配图标准号HG/T21519—2005编制批准中国天辰化学工程公司中华人民共和国国家发展和改委委员会图号HG/T21519—2005—1—1比例1:5共一张第一张5.人孔补强5.1.确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径：由已知条件知，壳体计算厚度8=7mm，接管计算厚度为:父 PD 1.0x480 1右o= ^-o—= =1.5mmt2后｝+p2x163x1+1c开孔直径为：C=4mmd=d+2C=(480-12x2)+2x4=464mm5・2.确定壳体和接管的实际厚度，开孔有效补强宽度及外侧有效补强高度h1。已知壳体名义厚度8=7mm，补强部分厚度8=12mm，接管有效补强宽度为：B=2d=2x464=928mm接管外侧有效补强高度为：七=J464x12=258mm计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积。需要补强的金属面积为：A=d8=464x7=3248可以作为补强的金属面积为：A=(BQ)(8—8)=(928-464)x(8-7)=464mm2

1 e气=2R(8-8)f=2x258x(8-1.5)x1=3354mm2A=4+A2=464+3354=3818mm25.4.比较a与a,A(=3818mm2)>A(=3248mm2)，同时考虑接管与壳体焊缝面积A3之后，该开孔接管补强的强度足够。6.接管本储罐设有以下接管。6.1.氯气进料管采用457mmx3.5mm无缝钢管，管的一端切成45°，伸入储罐内少许。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 SO200-1.Rf 16MR

因为该接管为457mmx3.5mm,厚度小于5mm,故该接管开孔需要补强。已知壳体计算厚度5=7mm。补强计算如下：6.1.1.接管计算厚度：5= ?^="顽=0.28mmt2Lb}8+p 2X163x1+1.6c开孔直径为:d=d1+2C=（57-3.5x2）+2x4=58mm6.1.2.接管强度已知壳体的名义厚度5=7mm，补强厚度5=12mmnt接管有效补强宽度为:B=2d=2x58=116mm接管外侧有效补强高度为：h='；d5=*58x12=91mm1 nt计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积需要补强的金属面积:A=d5=58x7=406mm2可以作为补强的金属面积：4=（B-d）・（5—5）=（116-8）x（8-7）=58mm2A2=2h1（5-5）f=2x91x（8-0.28）=1405mm2A=A]+A2=58+1405=1463mm2比较a°与AG463mmG463mm2）＞A（406mm2同时考虑接管与壳体焊缝面积A3之后，该开孔接管补强足够。6・2氯气出料口采用可拆的压出管425mmx3mm，将它套入罐体的固定接口管^38mmx35mm内，并用一非标准法兰固定在接口管法兰上。罐体