70M3液氯储罐压力容器的课程设计KN.doc

一、 绪论1、任务说明设计一个容积为70的液氯储罐，采用常规设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管进行设计，然后采用SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。2、液氯（）的性质分子量 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，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）。在总贮量小于500，单罐容积小于100时选用卧式贮罐比较经济。二、 设计参数的确定 表1：设计参数表序号项 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1.4327MPa由介质温度确定4工作温度-20455公称容积（Vg）70M36工称直径3000MM7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 工作介质液氯11其它要求100%无损检测1、 设计压力设计压力为压力容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力，通常可取最高工作压力的1.051.1倍。经过查 我们取设计压力为2、设计温度设计温度也是压力容器的设计载荷条件之一，指容器在正常工作情况下，设定元件的金属温度。当元件金属温度不低于0时，设计温度不得低于元件可能达到的最高温度;当元件金属温度低于0时，其值不得高于元件金属可能达到的最高温度。所以设计温度选择为50。3、主要元件材料的选择筒体材料的选择：a、 压力容器的选择：根据液氯的特性，查GB150-1998选择16MnR。16MnR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（）的压力容器。50时的许用应力,钢板标准GB6645。 b、钢管材料的选择：根据JB/T4731,钢管的材料选用20钢，其许用应力三、 压力容器结构设计1、 筒体和封头 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 取 将代入得： 。 圆整后，采用标准椭圆封头，查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表1，得公称直径，深度H为790mm，容积为3.8170。根据 代入数据得：解得 取 在36之间 。 又所以计算容积为，工作容积为（1）筒体的厚度计算：由中径公式可得a、计算厚度：，（钢板厚度负偏差，腐蚀余量，）b、名义厚度：。c、有效厚度：（2）椭圆的厚度计算：由封头厚度 可得a、计算厚度：（钢板厚度负偏差，腐蚀余量，）b、名义厚度：c、有效厚度：2、压力的确定计算a 、计算压力：b、液柱静压力: ,故液柱静压力可以忽略，即c、水压试验：其中：为元件在常温下的许用应力；为元件在设计温度下的许用应力。该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为。3、 接管的选择 液氯储罐要开设液氯进口管、安全阀口、人孔、空气进口管、空气出口管、压力表接口、液位计接口、液氯出口管，并根据各接口的大小选择相对应的法兰及垫片。管口表接管代号公称尺寸公称压力连接尺寸标准连接面形式用途或名称aDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM液氯进口管bDN80PN1.6MPaHG20592-1997MFM安全阀接口cDN500PN1.6MPaHG/T21523-2005MFM人孔dDN65PN1.6MPaHG20595-1997MFM空气进口管eDN65PN1.6MPaHG20595-1997MFM空气出口管fDN25PN1.6MPaHG20595-1997MFM压力表接口gDN25PN1.6MPaHG20595-1997MFM液位计接口hDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM液氯出口管4、 法兰的选择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：法兰尺寸表公称通径钢管外径连接尺寸法兰厚度C法兰颈法兰高度HB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螺纹ThNSHRB253211585144M1216462.664406576185145184M1220922.9106488089200160188M16201103.2106505005307156503320M30×234578111612905、 人孔的选择：根据HGT 21523-2005 水平吊盖带颈平焊法兰人孔 结构及选材如图：人孔的结构凹凸面 人孔的选型 人孔的选材6、 液氯进出口管 进口管管端成45°角可使液流集中，避免成滴水，对卧式容器插入深度为全高的，插入液体中对减少液面形成泡沫及稳定液面等都有利。 7、液面计及安全阀选择本次设计采用磁性液位计，普通型，压力等级为1.6 Mpa。根据实际要求，选用液位计的中心距为2000 mm。标记 HG/T 21584-95 UZ 1.6M-2000-1.314 BF 321C。根据公称压力PN=1.6和适用介质，选择型号为A41H-16C的安全阀。注意：液位计接管、安全阀、空气进出口管、压力表接管高度均为150mm8、垫片的选择 参照HG/T 2059220635-2009 钢制管法兰、垫片和紧固件，当压力等级1.6MPa且有剧毒介质时，选择缠绕垫片。具体数据如下表a、垫片结构图为：b、尺寸表为A型和B型垫片尺寸(mm)公称通径DN内环内径D1max缠绕垫内环厚度T1内径D2外径D3厚度T253443572.51.865739510980861061205005215495753.22.48、 螺栓的选择 参照HG/T 2059220635-2009 钢制管法兰、垫片和紧固件 标准为HG20613-1997钢制管法兰紧固件9、鞍座选型鞍座结构该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-A。估算鞍座的负荷： 储罐总质量筒体质量：单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.2 EHA椭圆形封头质量，可知，充液质量：，故附件质量：人孔质量为225kg，其他接管质量总和估100kg，补强圈质量参见JB/T4736-2006为20.7Kg即综上所述：,每个鞍座承受的重量为由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为A,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表鞍式支座结构尺寸（mm）公称直径 DN允许载荷Q KN鞍座高度h底板腹板300078525021803601610筋板垫板弧长34031641010349066012120螺栓配置鞍座质量kg每增高100mm增加的质量kg间距螺孔螺纹孔长194028M246046234鞍座位置的确定 通常取尺寸A不超过0.2L值，中国现行标准JB 4731钢制卧式容器规定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截面处的应力过大。由标准椭圆封头故 由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB 4731还规定当满足A0.2L时，最好使A0.5R m（）,即 ，取A=755mm综上有：A=755mm。10、焊接接头 容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝、融合线和热影响区的总称，焊缝是焊接接头的主要部分。焊接接头的形式和坡口形式的设计直接影响到焊接的质量与容器的安全。回转壳体与封头的焊接接头采用对接接头接管与筒体的焊接接头坡口为.人孔处接管、补强圈的焊接采用角焊，坡口为.焊接结构设计及焊条的选择综合考虑各种因素，针对本次设计储存的介质是高毒性介质，所以本次设计的壳体A、B类焊接接头应为X型的如图。而对于法兰与壳体、接管连接的接头，应采用全焊透接头。 对于人孔、补强圈与壳体的接头选用，结构如图： 壳体与封头的焊接 接管与筒体的焊接 人孔处接管、补强圈的焊接人孔处接管、补强圈的焊接结构焊条型号及牌号(JB/T 4709-2007)接头母材焊条型号焊条牌号16MnR+16MnRE5016J50620 +16MnRE309-16A307Q235-A+16MnRE309-16A307四、补强圈设计1、补强设计方法判别根据GB150，可不另行补强的条件： 设计压力小于或等于2.5Mpa。 在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的2.5倍。 接管公称外径不大于89mm时。 接管厚度满足下列要求：2、补强的确定由于该储罐中有DN=500mm的 人孔需要补强。按HG/T21523-2005,人孔为水平吊盖带颈平焊焊法兰人孔，凹凸面MFM型。开孔直径 采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用20r钢，其许用应力根据GB150-1998， 其中：壳体开孔处的计算厚度 接管的有效厚度强度削弱系数3、开孔所需补强面积为： 管材的确定3、有效补强范围有效宽度B的确定，按GB150中式8-7，得： 4、有效高度的确定(1）外侧有效高度的确定根据GB150，得： (2）内侧有效高度的确定根据GB150-1998，得： （实际内伸高度）5有效补强面积根据GB150，分别计算如下：筒体多余面积接管的多余面积接管厚度：焊缝金属截面积焊角取6.0mm6、补强面积因为，所以开孔需另行补强所需另行补强面积： 补强圈设计：根据DN500取补强圈外径。因为，所以在有效补强范围。补强圈内径d=534mm 补强圈厚度： 圆整取名义厚度为24mm。五、 结论通过本次课程设计，我完成了容积为的液氯储罐的设计，并采用SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。在此次课程设计，我从毫无头绪，到一点一点查阅，理清设计思路，然后计算校核，如此反复，最终完成了课程设计。虽然在这个过程中，我不断的出错，不断的校核计算，但通过改正错误，更加增强了我把知识运用到实际的能力，加深了对课本知识的理解。同时，通过使用国家压力容器标准、规范进行设计，掌握了液氯储罐设计的全过程；并且锻炼了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。另外，在这次的设计中，培养了我设计的严谨性和团队合作的态度。相信会给以后的学习和工作带来很大的帮助。六、参考文献1 国家质量技术监督局，GB150-1998钢制压力容器，中国标准出版社，19982 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，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，20015 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