液氯储罐课程设计说明书.doc

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1、一、 绪论1、任务说明设计一个容积为15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1.47；相对密度(空气=12.48；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

2、。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）。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

3、1名 称液氯储罐2用 途液氯储存站3最高工作压力1.414MPa由介质温度确定4工作温度-20455公称容积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1.62Mpa。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

4、50。3、主要元件材料的选择筒体材料的选择：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 取 L/D=4 将L/D=4代入得：m。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，封头深度H=450mm，容积为0.6999。根据得,圆整得mm 在36之间所以计算容积为15.6998，工作容积为15.69980.9=14.13计算压力：液柱静压力: ,故液柱静压力可以忽略，即该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为。由中径公式可得筒体的计算厚度7.925mm，钢板厚度负偏

5、差，腐蚀余量，故筒体的名义厚度为。由椭圆厚度计算公式可得腐蚀裕度，钢板负偏差，圆整后取名义厚度有效厚度 2、 接管、法兰、垫片和螺栓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。表2：接管法兰数据表公称直径钢管外径法兰外径法兰厚度垫片D2D3D4T T1液氯进口管50571652066841074.5 3安全阀100108235241201401684.5 3人孔400426620384464785144.5 3空气进口管50571652066841074.5 3空气出口管505716520

6、66841074.5 3压力表接口101490142436464.5 3液位计接口3238140184965824.5 3液氯出口管50571652066841074.5 3跟据管口公称直径选择相应的法兰，2.5MPa时选用带颈对焊法兰，主要参数如下：表3：法兰数据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ThNSHRB10149060144M1214282.333353238140100184M1618563.665425057165125184M16207448548100108235190228M20241346.312

7、6653、补强圈设计根据GB150，当设计压力小于或等于2.5Mpa时，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，且接管公称外径不大于89mm时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中有DN=400mm的人孔和DN=100的安全阀孔需要补强。补强设计方法判别按HG/T 21518-2005,选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用20号钢，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所以开孔所需补强面积为有效补强范围有效宽度B的确定按GB150中式8-7，得：有效高度的确定(1）外侧有效高

8、度的确定根据GB150，得：(2）内侧有效高度的确定根据GB150-1998，得：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6.0mm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DN400取补强圈外径D=680mm。因为BD，所以在有效补强范围。补强圈内径d=428mm补强圈厚度：圆整取名义厚度为18mm同理可得安全阀的补强圈厚度6mm，外径190mm4、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-B。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

9、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300kg，其他接管质量总和估100kg，即综上所述，G=mg=263.51kN,每个鞍座承受的重量为131.75N由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为BI,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表4：表4：鞍式支座结构尺寸单位：mm公称直径DN1700底板1200筋板277允许载荷Q/kN278200170鞍座高度h25012230腹板12垫板3208螺栓间距10408垫板e40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

10、规定A0.2L=0.2L+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 ( 板材 实验温度许用应力s 170.00MPa设计温度许用应力st 170.00MPa实验温度下屈服点ss 345.00MPa钢板负偏差C1 0.00mm腐蚀裕量C2 2.00mm焊接接头系数f 1.00厚度及重量计算计算厚度d = = 8.26mm有效厚度d

11、e =dn - C1- C2=8.00mm名义厚度dn =10.00mm重量 2656.70Kg压力实验时应力校核压力实验类型 气压实验实验压力值PT = 1.15P = 2.0250 (或由用户输入MPa压力实验允许通过的应力水平sTsT 0.80 ss =276.00MPa实验压力下圆筒的应力sT = = 216.17MPa校核条件sTsT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力Pw= = 1.59251MPa设计温度下计算应力st = = 165.55MPastf 170.00MPa校核条件stfst结论 合格内压椭圆封头校核计算单位全国化工设备设计技术中心站计算条件椭圆封头简图计算压

12、力Pc1.62MPa设计温度 t 50.00 C内径Di1700.00mm曲面高度hi425.00mm材料 16MnR(正火 (板材实验温度许用应力s 163.00MPa设计温度许用应力st 163.00MPa钢板负偏差C1 0.00mm腐蚀裕量C2 2.00mm焊接接头系数f 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度d = = 16.52mm有效厚度de =dn - C1- C2=17.00mm最小厚度dmin = 3.60mm名义厚度dn =19.00mm结论满足最小厚度要求重量462.88 Kg压力计算最大允许工作压力Pw= = 2.30102MPa结论合格右封头

13、计算计算单位全国化工设备设计技术中心站计算条件椭圆封头简图计算压力Pc 1.64MPa设计温度 t50.00 C内径Di 1700.00mm曲面高度hi 425.00mm材料 16MnR(正火 (板材实验温度许用应力s 170.00MPa设计温度许用应力st 170.00MPa钢板负偏差C1 0.00mm腐蚀裕量C2 2.00mm焊接接头系数f 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度d = = 7.84mm有效厚度de =dn - C1- C2=8.00mm最小厚度dmin = 2.55mm名义厚度dn =10.00mm结论满足最小厚度要求重量251.62 Kg压力计

14、算最大允许工作压力Pw= = 1.59624MPa结论合格卧式容器鞍座材料16MnR圆筒材料常温许用应力 s170MPa圆筒材料设计温度下许用应力st170MPa圆筒材料常温屈服点ss345MPa鞍座材料许用应力 ssa170MPa工作时物料密度1470kg/m3液压实验介质密度1000kg/m3圆筒内直径Di1700mm圆筒名义厚度10mm圆筒厚度附加量2mm圆筒焊接接头系数1封头名义厚度10mm封头厚度附加量 Ch2mm两封头切线间距离6350mm鞍座垫板名义厚度12mm鞍座垫板有效厚度12mm鞍座轴向宽度 b200mm鞍座包角120鞍座底板中心至封头切线距离A445mm封头曲面高度425

15、mm实验压力pT2.025MPa鞍座高度H250mm腹板与筋板(小端组合截面积44672mm2腹板与筋板(小端组合截面断面系数1.14417e+06mm3地震烈度0配管轴向分力0N圆筒平均半径855mm物料充装系数0.85支座反力计算圆筒质量(两切线间2677.87kg封头质量(曲面部分248.823kg附件质量400kg封头容积(曲面部分6.4311e+08mm3容器容积(两切线间V = 1.56995e+10mm3容器内充液质量工作时, 19616.5压力实验时, = 15699.5kg耐热层质量0kg总质量工作时,23192压力实验时, 19275kg单位长度载荷32.900227.34

16、35N/mm支座反力11378094563113780N筒体弯矩计算圆筒中间处截面上的弯矩工作时= 1.19722e+08压力实验= 9.95018e+07Nmm支座处横截面弯矩工作时-2.87863e+06压力实验-2.39244e+06Nmm系数计算K1=0.106611K2=0.192348K3=1.17069K4=K5=0.760258K6=0.0148356K6=K7=K8=K9=0.203522C4=C5=筒体轴向应力计算轴向应力计算操作状态93.088488.0384MPa-6.51964-0.814979MPa水压实验状态-5.41575-0.677333MPa113.6291

17、09.432应力校核许用压缩应力0.000884706根据圆筒材料查GB150图6-36-10 B = 117.436MPa117.436117.436MPa 170 合格|,| 117.436合格|,| 117.436合格sT2 ,sT3 15.3727MPa时圆筒中：封头中：MPa应力校核封头椭圆形封头,碟形封头, 半球形封头,MPa圆筒封头 t = 0.8 s t = 136MPa圆筒, t t = 136 合格封头, th t h = MPa鞍座处圆筒周向应力无加强圈圆筒圆筒的有效宽度344.247mm无垫板或垫板不起加强作用时在横截面最低点处-3.14099MPa在鞍座边角处L/Rm

18、8时,MPaL/Rm8时,-52.9438MPa无加强圈筒体垫板起加强作用时鞍座垫板宽度；鞍座垫板包角横截面最低点处的周向应力MPa鞍座边角处的周向应力L/Rm8时, MPaL/Rm8时, MPa鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力L/Rm8时, MPaL/Rm8时, MPa应力校核|s5| st = 170 合格|s6 | 1.25st = 212.5 合格 |s6 | 1.25st = 212.5 MPa加强圈参数加强圈材料, e = mm d = mm加强圈数量, n = 个组合总截面积, A0 = mm2组合截面总惯性矩, I0 = mm4设计温度下许用应力MPa加强圈位于鞍座平面上在鞍座边

19、角处圆筒的周向应力：MPa在鞍座边角处，加强圈内缘或外缘表面的周向应力：MPa有加强圈圆筒加强圈靠近鞍座横截面最低点的周向应力无垫板时，或垫板不起加强作用）采用垫板时，垫板起加强作用）MPa 在横截上靠近水平中心线的周向应力：MPa在横截上靠近水平中心线处，不与筒壁相接的加强圈内缘或外缘表面的周向应力：MPa加强圈靠近鞍座鞍座边角处点处的周向应力无垫板或垫板不起加强作用L/Rm8时, MPa无垫板或垫板不起加强作用L/Rm8时, MPa采用垫板时，垫板起加强作用）L/Rm8时, MPa采用垫板时，垫板起加强作用）L/Rm8时, MPa应力校核|s5| st = 合格|s6 | 1.25st =

20、 |s8 | 1.25stR= MPa鞍座应力计算水平分力23156.7N腹板水平应力计算高度250mm鞍座腹板厚度12mm鞍座垫板实际宽度200mm鞍座垫板有效宽度200mm腹板水平应力无垫板或垫板不起加强作用 ,7.71889垫板起加强作用, MPa应力判断s9 ssa= 113.333 合格MPa腹板与筋板组合截面轴向弯曲应力由地震、配管轴向水平分力引起的支座轴向弯曲强度计算圆筒中心至基础表面距离1110mm轴向力N时,MPa时MPa由圆筒温差引起的轴向力NMPa应力判断ssa板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径Di1700mm壳体开孔处名义厚度n12mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐

21、蚀裕量C22mm壳体材料许用应力tMPa接管实际外伸长度120mm接管实际内伸长度0mm接管材料20(GB8163接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量0mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差C1tmm补强圈厚度负偏差C1rmm接管材料许用应力tMPa补强圈许用应力tMPa开孔补强计算壳体计算厚度mm接管计算厚度tmm补强圈强度削弱系数 frr接管材料强度削弱系数fr开孔直径dmm补强区有效宽度Bmm接管有效外伸长度h1mm接管有效内伸长度h2mm开孔削弱所需的补强面积Amm2壳体多余金属面积A1mm2接管多余金属面积A2mm2补

22、强区内的焊缝面积A3mm2A1+A2+A3= mm2 补强圈面积A4mm2A-(A1+A2+A3mm2结论: 根据GB150第8.3节的规定,本开孔可不另行补强。开孔补强计算计算单位全国化工设备设计技术中心站接管: b,323.5计算方法 : GB150-1998 等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力pc1.645MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(正火板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径Di1700mm壳体开孔处名义厚度n12mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量C22mm壳体材料许用应力tMPa接管实际外伸长度120mm接管实际内伸长度0mm接管材料20

23、g(正火接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量0mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差C1tmm补强圈厚度负偏差C1rmm接管材料许用应力tMPa补强圈许用应力tMPa开孔补强计算壳体计算厚度mm接管计算厚度tmm补强圈强度削弱系数 frr接管材料强度削弱系数fr开孔直径dmm补强区有效宽度Bmm接管有效外伸长度h1mm接管有效内伸长度h2mm开孔削弱所需的补强面积Amm2壳体多余金属面积A1mm2接管多余金属面积A2mm2补强区内的焊缝面积A3mm2A1+A2+A3= mm2 补强圈面积A4mm2A-(A1+A2+A3mm2结论

24、: 根据GB150第8.3节的规定,本开孔可不另行补强。开孔补强计算计算单位全国化工设备设计技术中心站接管: c,1004计算方法 : GB150-1998 等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力pc1.645MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(正火板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径Di1700mm壳体开孔处名义厚度n12mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量C22mm壳体材料许用应力t170MPa接管实际外伸长度120mm接管实际内伸长度0mm接管材料20g(正火接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量0mm补强圈材料名称16MnR(热轧凸形封头开孔

25、中心至封头轴线的距离mm补强圈外径190mm补强圈厚度6mm接管厚度负偏差C1t0.5mm补强圈厚度负偏差C1r0mm接管材料许用应力t137MPa补强圈许用应力t170MPa开孔补强计算壳体计算厚度8.262mm接管计算厚度t0.556mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数fr0.806开孔直径d93mm补强区有效宽度B186mm接管有效外伸长度h119.29mm接管有效内伸长度h20mm开孔削弱所需的补强面积A779.6mm2壳体多余金属面积A1159.2mm2接管多余金属面积A291.53mm2补强区内的焊缝面积A316mm2A1+A2+A3=266.8 mm2 ，小于A，

26、需另加补强。补强圈面积A4516mm2A-(A1+A2+A3512.9mm2结论: 补强满足要求。开孔补强计算计算单位全国化工设备设计技术中心站接管: d,40013计算方法 : GB150-1998 等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力pc1.645MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(正火板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径Di1700mm壳体开孔处名义厚度n12mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量C22mm壳体材料许用应力t170MPa接管实际外伸长度300mm接管实际内伸长度0mm接管材料20g(正火接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量0m

27、m补强圈材料名称16MnR(热轧凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径680mm补强圈厚度18mm接管厚度负偏差C1t1.625mm补强圈厚度负偏差C1r0mm接管材料许用应力t137MPa补强圈许用应力t163MPa开孔补强计算壳体计算厚度8.262mm接管计算厚度t2.258mm补强圈强度削弱系数 frr0.959接管材料强度削弱系数fr0.806开孔直径d377.2mm补强区有效宽度B754.5mm接管有效外伸长度h170.03mm接管有效内伸长度h20mm开孔削弱所需的补强面积A3154mm2壳体多余金属面积A1647.8mm2接管多余金属面积A21029mm2补强区内的焊缝面

28、积A364mm2A1+A2+A3=1741 mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积A44832mm2A-(A1+A2+A31413mm2结论: 补强满足要求。窄面整体(或带颈松式法兰计算计算单位全国化工设备设计技术中心站设计条件简图设计压力 p1.645MPa计算压力pc1.645MPa设计温度t50 C轴向外载荷F0.0N外力矩M0.0N.mm壳材料名称16MnR(正火体许用应力170.0MPa法材料名称16MnR(热轧许用sf163.0MPa兰应力stf163.0MPa材料名称Q235-A螺许用sb87.0MPa应力stb86.4MPa栓公称直径d B16.0mm螺栓根径d 114.0m

29、m数量n6个Di50.0Do165.0垫结构尺寸Db125.0D外84.0D内66.0024.0 mmLe20.0LA-2.0h300.0136.0材料类型软垫片N9.0m3.00y(MPa31.0压紧面形状1a,1bb4.50DG75.0片b06.4mmb= b0b06.4mmDG= ( D外+D内/2b0 6.4mm b=2.53b0 6.4mmDG= D外- 2b螺栓受力计算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa=bDGy= 32868.9N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F= 17727.0N所需螺栓总截面积AmAm = max (Ap ,Aa = 377.8mm2实

30、际使用螺栓总截面积AbAb = = 923.6mm2力矩计算操FD = 0.785pc = 4194.2NLD= LA+ 0.51 = 16.0mmMD= FD LD = 67107.8N.mm作FG = Fp = 10456.6NLG= 0.5 ( Db - DG = 25.0mmMG= FG LG = 261413.8N.mmMpFT = F-FD = 3067.3NLT=0.5(LA + d1 + LG = 29.5mmMT= FT LT = 90484.0N.mm外压: Mp = FD (LD - LG +FT(LT-LG 。 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 419005

31、.7N.mm预紧MaW = 56612.2NLG = 25.0mmMa=WLG = 1415306.0N.mm计算力矩Mo= Mp与Masft/sf中大者Mo = 1415306.0N.mm窄面整体(或带颈松式法兰计算计算单位全国化工设备设计技术中心站设计条件简图设计压力 p1.645MPa计算压力pc1.645MPa设计温度t50.0 C轴向外载荷F0.0N外力矩M0.0N.mm壳材料名称16MnR(正火体许用应力170.0MPa法材料名称16MnR(热轧许用sf163.0MPa兰应力stf163.0MPa材料名称Q235-A螺许用sb87.0MPa应力stb86.4MPa栓公称直径d B2

32、0.0mm螺栓根径d 117.3mm数量n8个Di100.0Do235.0垫结构尺寸Db190.0D外140.0D内120.004.0 mmLe22.5LA39.0h8.016.0材料类型软垫片N10.0m3.00y(MPa31.0压紧面形状1a,1bb5.00DG130.0片b06.4mmb= b0b06.4mmDG= ( D外+D内/2b0 6.4mm b=2.53b0 6.4mmDG= D外- 2b螺栓受力计算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa=bDGy= 63303.0N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F= 41976.6N所需螺栓总截面积AmAm = max (

33、Ap ,Aa = 727.6mm2实际使用螺栓总截面积AbAb = = 1879.2mm2力矩计算操FD = 0.785pc = 12909.3NLD= LA+ 0.51 = 42.0mmMD= FD LD = 542191.7N.mm作FG = Fp = 20188.5NLG= 0.5 ( Db - DG = 30.0mmMG= FG LG = 604156.4N.mmMpFT = F-FD = 8907.4NLT=0.5(LA + d1 + LG = 37.5mmMT= FT LT = 334028.8N.mm外压: Mp = FD (LD - LG +FT(LT-LG 。 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 1480376.9N.mm预紧MaW = 113396.2NLG = 30.0