氯液儲(chǔ)罐課程設(shè)計(jì)

1、計(jì)算說明書一.緒論1設(shè)計(jì)目的：設(shè)計(jì)目的按過程裝備與控制工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃要求，在學(xué)完專業(yè)核心課過程設(shè)備設(shè)計(jì)后，進(jìn)行過程設(shè)備課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，其主要目的是使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程設(shè)備設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一次工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求：2.1原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)條件表序號(hào)項(xiàng) 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱液氯儲(chǔ)罐2用 途液氯儲(chǔ)存站3最高工作壓力1.466MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20455公稱容積（Vg）50M36工作壓力波動(dòng)情況可不考慮7裝量系數(shù)(V)0.98工作介質(zhì)液氯（高度危害）9使用地點(diǎn)綿陽市室內(nèi)10安裝與地基要求11其它要求管口表接管代號(hào)公稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式

2、用途或名稱aDN65HG20595-1997FM液氯進(jìn)口管bDN50HG20595-1997FM安全閥接口cDN500HG/T21523-2005FM人 孔dDN50HG20595-1997FM空氣進(jìn)口管eDN50HG20595-1997FM空氣出口管fDN25HG20595-1997FM壓力表接口gDN20HG20595-1997FM液位計(jì)接口hDN65HG20595-1997M液氯出口管jDN65HG20595-1997M排污口2.2設(shè)計(jì)要求2.2.1.使用國家最新壓力容器標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，掌握典型過程設(shè)備設(shè)計(jì)的全過程。2.2.2.廣泛查閱和綜合分析各種文獻(xiàn)資料，進(jìn)行設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)方案的

3、可行性研究和論證。2.2.3.設(shè)計(jì)計(jì)算要求設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。2.2.4.工程圖紙要求繪圖。2.2.5.畢業(yè)設(shè)計(jì)全部工作由學(xué)生本人獨(dú)立完成。學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件2. 液氯性質(zhì)分子量：70.91黃綠色有刺激性氣味的氣體。密度：相對(duì)密度(水=1)1.47；相對(duì)密度(空氣=1)2.48；穩(wěn)定性：穩(wěn)定； 危險(xiǎn)標(biāo)記：6(有毒氣體)；在工業(yè)上，液氯是一種很有用的化學(xué)物質(zhì)。氯可用于造紙、紡織工業(yè)的漂白；用作水和廢水的消毒、殺菌劑；且可用于制造無機(jī)、有機(jī)氯化物，如：金屬氯化物、氯溶劑、染料中間體、殺蟲劑、合成橡膠、塑料等。但由于液氯屬高毒性，是一種強(qiáng)烈的刺激性氣體。它對(duì)人體、環(huán)境都有很強(qiáng)的危害，

4、因此液氯的存儲(chǔ)、運(yùn)輸都是一個(gè)值得深思的問題。設(shè)計(jì)儲(chǔ)存設(shè)備，首先必須滿足各種給定的工藝要求，考慮存儲(chǔ)介質(zhì)的性質(zhì)、容量、鋼材的耗費(fèi)量等等。而且液化氣體必須考慮它的膨脹性和壓縮性，液化氣體的體積會(huì)因溫度的改變而變化，所以必須嚴(yán)格控制儲(chǔ)罐的充裝量（指裝量系數(shù)與儲(chǔ)罐實(shí)際容積和設(shè)計(jì)溫度下介質(zhì)的飽和液體密度的乘積）。目前我國普遍采用常溫壓力貯罐一般有兩種形式：球形貯罐和圓筒形貯罐。因?yàn)閳A筒形貯罐加工制造安裝簡(jiǎn)單，安裝費(fèi)用少， 但金屬耗量大占地面積大， 所以在總貯量小于，單罐容積小于時(shí)選用臥式貯罐比較經(jīng)濟(jì)。2. 工藝參數(shù)確定1.設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)最高工作壓力來確定。對(duì)于盛裝液化氣體的壓力容器，應(yīng)按以下幾條

5、來確定最高工作壓力：沒有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)或沒有保冷設(shè)施的壓力容器，其最高工作壓力不得低于所裝液化氣體在規(guī)定的最大充裝量時(shí)，溫度為50的氣體壓力。由于沒有保冷措施，選50下飽和蒸汽壓1.414MPa。裝設(shè)安全閥的容器，考慮到安全閥開啟動(dòng)作的滯后，容器不能及時(shí)泄壓，設(shè)計(jì)壓力不得低于安全閥的開啟壓力，通常可取最高工作壓力的1.051.10倍。液柱靜壓： 所以忽略液柱靜壓力。2. 設(shè)計(jì)溫度應(yīng)該不低于最高使用溫度45。選取45為設(shè)計(jì)溫度。3.設(shè)計(jì)材料的選擇根據(jù)液氯的特性，查GB150-1998選擇Q345R。Q345R是壓力容器專用鋼，適用范圍：用于介質(zhì)具有一定腐蝕性,壁厚較大（8mm）的壓力容器。50時(shí)的許用

6、應(yīng)力189Mpa。根據(jù)JB/T4731,鋼管的材料選用20號(hào)鋼，根據(jù)GB8163，其許用應(yīng)力150.1Mpa。3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 筒體和封頭1.1 筒體直徑確定筒體的公稱直徑有標(biāo)準(zhǔn)選擇，而它的長度L可以根據(jù)容積要求來決定。 根據(jù)公式 將L/D=5代入得：D=2373mm圓整后，D=2400mm1.2 筒體長度計(jì)算查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，如下表：EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積序號(hào)公稱直徑DN（mm）總深度H（mm）內(nèi)表面積A（m2）容積V（m3）2924006406.54331.9905 由 Vg=V封頭+V筒體 則： 計(jì)算得

7、，取在34.586，設(shè)計(jì)合理計(jì)算容積工作容積1.3筒體壁厚計(jì)算根據(jù)GB150-2011可知Q345R的許用應(yīng)力筒體的計(jì)算厚度為:9.678mm腐蝕余量，鋼板厚度負(fù)偏差（GB713）設(shè)計(jì)厚度：名義厚度：圓整：有效厚度：設(shè)計(jì)溫度下允許最大工作壓力：1.4封頭厚度計(jì)算封頭的計(jì)算厚度為：設(shè)計(jì)厚度：名義厚度： 圓整至14mm有效厚度：設(shè)計(jì)溫度下允許最大工作壓力：1.5水壓試驗(yàn)根據(jù)公式，式中: 故符合工藝條件的要求。2. 法蘭選型法蘭簡(jiǎn)圖如圖所示接管選型如下表接管代號(hào)公稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式用途或名稱aDN65HG20595-1997FM液氯進(jìn)口管bDN50HG20595-1997M安全閥接口cDN

8、500HG/T21523-2005FM人 孔dDN65HG20595-1997FM空氣進(jìn)口管eDN65HG20595-1997FM空氣出口管fDN25HG20595-1997FM壓力表接口gDN20HG20595-1997FM液位計(jì)接口hDN65HG20595-1997FM液氯出口管jDN65HG20595-1997M排污口注：此設(shè)計(jì)接管厚度對(duì)于外徑89mm的按照GB150的不另行補(bǔ)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)HG/20592-2009（PN16）鋼管制法蘭表PN16查取法蘭尺寸質(zhì)量等：序號(hào)名稱公稱直徑DN鋼管外徑法蘭焊端外徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n（個(gè)）螺栓Th法蘭厚度C法蘭頸法蘭

9、高度H法蘭質(zhì)量NSH1Ra液氯進(jìn)口管 6576B185145184M1620922.9106483.74b安全閥接口 5057B165125184M1620742.985483.11c人 孔 500530B7156503320M30*2345461116129070.7d空氣進(jìn)口管 6576B185145184M1620922.9106483.74e空氣出口管 6576B185145184M1620922.9106483.74f壓力表接口 2532B11585144M1216462.664401.26g液位計(jì)接口 2025B10575144M1216402.364401.05h液氯出口管 65

10、76B185145184M1620922.9106483.74j排污口100108B220180188M16201313.21010504.53. 墊片的選擇查HG/T 20609-2009鋼制管法蘭用金屬包覆墊片得：符號(hào)管口名稱公稱直徑內(nèi)徑D1外徑D2a液氯進(jìn)口管6597.5127b安全閥接口5077.5107c人 孔500561624d空氣進(jìn)口管6597.5127e空氣出口管6597.5127f壓力表接口255471g液位計(jì)接口2045.561h液氯出口管6597.5127J排污口100131.51684. 螺栓（螺柱）的選擇查HG/T 20613-2009 鋼制管法蘭用緊固件中表5.0.

11、7-9和附錄中表A.0.1,得螺柱的長度和平墊圈尺寸：型號(hào)緊固件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長ha65M168517303b50M168517303c500M2412525444d50M249017303e50M169017303f25M127513242.5g20M127513242.5h65M168517303j100M1690173035. 人孔的選擇壓力容器開設(shè)人孔和手孔是為了檢查設(shè)備內(nèi)部空間以及裝拆設(shè)備的內(nèi)部零部件。一般當(dāng)設(shè)備的公稱直徑在900mm以下時(shí)可根據(jù)需要設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的手孔，超過900mm時(shí)應(yīng)開設(shè)人孔。人孔也有圓形和長圓形兩種。人孔大小的設(shè)置原則是方便人的進(jìn)出。因此，圓形人

12、孔的公稱直徑規(guī)定為400-600mm，可根據(jù)容器直徑及所在地區(qū)的冷暖程度來選擇。當(dāng)人孔經(jīng)常需要打開時(shí)，可選用快開人孔。人手孔已有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)師可根據(jù)設(shè)計(jì)條件直接選用。擬采用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔，根據(jù)前文對(duì)法蘭的選取密封面選用凹凸面MFM的法蘭，尺寸如下表：密封面型式凹凸面MFMD71538.5螺栓螺柱數(shù)量20公稱壓力PN （ Mpa）1.665044螺母數(shù)量 40公稱直徑DN500260A390螺柱尺寸53010119B200質(zhì)量 27324b44L3006. 安全閥的選用考慮由于泄放的液氯有毒、會(huì)污染環(huán)境，應(yīng)采用封閉式安全閥。所以選用彈簧封閉全啟式（帶扳手）安全閥。7. 液面計(jì)透光式玻璃

13、面液面計(jì)，型號(hào)T；利用連通器原理，通過液面計(jì)的玻璃板視窗可以觀察容器內(nèi)部液面位置的變動(dòng)情況。結(jié)構(gòu)形式：UZ 2.5M-29001.3 AF 304,標(biāo)準(zhǔn)HG21584.1-19958. 鞍座8.1鞍座選型該臥式容器采用雙鞍座式支座，根據(jù)工作溫度為-2045，選擇鞍座材料為Q345R，使用溫度為-20250，許用應(yīng)力為 t = 189Mpa。估算鞍座的負(fù)荷： 儲(chǔ)罐總質(zhì)；量m1 為筒體質(zhì)量：對(duì)于Q345R，取=7.85103kg/m3m2為單個(gè)封頭的質(zhì)量：根據(jù)JBT4746得，封頭質(zhì)量m=706kg，可知m3為充液質(zhì)量,故m4為附件質(zhì)量取人孔質(zhì)量為300kg，其他接管質(zhì)量總和估100kg，即400

14、kg由此查JB 4712.1-2007 容器支座。選取輕型，焊制A，包角為120，有墊板的鞍座，筋板數(shù)為6。公稱直徑DN允許載荷Q /kN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1l3b2b32400435250172024014102652081908墊板螺栓配置鞍座質(zhì)量kg增加100mm高度增加的質(zhì)量/kg弧長b4e間距l(xiāng)2螺孔d螺紋孔長l280050010100152024M2040234238.2 鞍座位置確定通常取尺寸A不超過0.2L值，為此中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB 4731 規(guī)定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超過0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過大。由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，有

15、 故 JB 4731 還規(guī)定當(dāng)滿足A0.2L時(shí)，最好使A0.5Rm（Rm=Ri+n/2），即 。 ,綜合考慮取A=1040。綜上所述：A=10400 mm9. 開孔補(bǔ)強(qiáng)9.1.核算開孔補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)JBT4736-2002,人孔接管直徑為500mm，選取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑840mm，內(nèi)徑530mm。管材料選用20號(hào)鋼，正火，由GB9948得其許用應(yīng)力由GB6654得低合金鋼Q345R 在-2045時(shí)的t=189MPa由強(qiáng)度消弱系數(shù)計(jì)算公式得：鋼管厚度負(fù)偏差，腐蝕裕量厚度根據(jù)GB150-2011，其中：殼體開孔處的計(jì)算厚度接管的有效厚度開孔直徑圓柱開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積:9.2.有效補(bǔ)強(qiáng)范圍(1） 外側(cè)有效高度的確

16、定根據(jù)GB150，得： (2） 內(nèi)側(cè)有效高度的確定： 殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積A1接管的厚度接管的多余面積焊縫金屬面積A3：于本次設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐是存放有毒介質(zhì)的，所以選用D類接頭形式進(jìn)行焊接， 因此有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)的補(bǔ)強(qiáng)面積：補(bǔ)強(qiáng)圈的選取根據(jù)JB/T4736-2002，DN500取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D2=840mm,內(nèi)徑D1=530mm。因?yàn)锽D2，所以在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍。因?yàn)锳eA，所以需要另加補(bǔ)強(qiáng)，其補(bǔ)強(qiáng)面積為：補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：圓整取名義厚度為5mm4. 壓力容器校核臥式容器（雙鞍座）計(jì)算單位西安交通大學(xué)計(jì) 算 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算壓力 pC1.466MPa設(shè)計(jì)溫度 t45圓筒材料Q345R鞍座材料Q

17、345圓筒材料常溫許用應(yīng)力 189MPa圓筒材料設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力t189MPa圓筒材料常溫屈服點(diǎn) s345MPa鞍座材料許用應(yīng)力 sa170MPa工作時(shí)物料密度 1314kg/m3液壓試驗(yàn)介質(zhì)密度1000kg/m3圓筒內(nèi)直徑Di2400mm圓筒名義厚度 14mm圓筒厚度附加量 4.3mm圓筒焊接接頭系數(shù) 1封頭名義厚度 16mm封頭厚度附加量 Ch4.3mm兩封頭切線間距離 11080mm鞍座墊板名義厚度 10mm鞍座墊板有效厚度 10mm鞍座軸向?qū)挾?b240mm鞍座包角 120鞍座底板中心至封頭切線距離 A600mm封頭曲面高度 640mm試驗(yàn)壓力 pT1.9MPa鞍座高度 H250mm

18、腹板與筋板組合截面積0mm2腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)0mm3地震烈度7圓筒平均半徑 Ra1207mm物料充裝系數(shù) 0.9一個(gè)鞍座上地腳螺栓個(gè)數(shù)2地腳螺栓公稱直徑24mm地腳螺栓根徑0mm鞍座軸線兩側(cè)的螺栓間距1520mm地腳螺栓材料支 座 反 力 計(jì) 算 圓筒質(zhì)量(兩切線間)kg 封頭質(zhì)量(曲面部分)kg 附件質(zhì)量kg 封頭容積(曲面部分)m3 容器容積(兩切線間)m3 容器內(nèi)充液質(zhì)量工作時(shí), 壓力試驗(yàn)時(shí), kg 耐熱層質(zhì)量kg總質(zhì)量工作時(shí), 壓力試驗(yàn)時(shí), kg單位長度載荷 N/mm支座反力 N筒 體 彎 矩 計(jì) 算圓筒中間處截面上的彎矩工作時(shí)壓力試驗(yàn) Nmm支座處橫截面彎矩操作工況： 壓力試驗(yàn)工況： Nmm系 數(shù) 計(jì) 算K1=1K2=1K3=0.879904K4=0.401056K5=0.760258K6=0.013212