液氯儲罐機械設(shè)計

1、化工機械與設(shè)備課程設(shè)計學(xué) 院： 化學(xué)工程學(xué)院 班 級： 化工12-5 姓 名： 朱凌峰 學(xué) 號： 12402010523 指導(dǎo)教師： 王志強 成 績： 2015年6月 目錄 任務(wù)書原稿課程設(shè)計任務(wù)書1. 設(shè)計題目： 液氯儲罐機械設(shè)計 2. 設(shè)計數(shù)據(jù)：序號項 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱液氯儲罐2用 途液氯儲存3最高工作壓力 2.059MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20395公稱容積（Vg）36.9m36工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(shù)(V)0.98工作介質(zhì)液氯（中度危害）9使用地點室外10安裝與地基要求11其它要求管口表接管代號公稱尺寸連接尺寸標準連接面形式用途或名稱aDN65HG/T20

2、592-2009FM液氯進口管bDN50HG/T20592-2009FM安全閥接口cDN500HG/T21518-2005FM人 孔dDN50HG/T20592-2009FM空氣進口管eDN50HG/T20592-2009FM空氣出口管fDN25HG/T20592-2009FM壓力表接口gDN20HG/T20592-2009FM液位計接口hDN65HG/T20592-2009FM液氯出口管3.計算及說明部分內(nèi)容（設(shè)計內(nèi)容）：第一部分 緒論：（1）設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思想、設(shè)計特點；（2）主要設(shè)計參數(shù)的確定及說明。第二部分 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證（1）材料選擇與論證；（2）結(jié)構(gòu)選擇與論證：封頭型式的確

3、定、人孔選擇、法蘭型式、液面計的選擇、鞍式支座的選擇確定。第三部分 設(shè)計計算（1）計算筒體的壁厚；（2）計算封頭的壁厚；（3）水壓試驗壓力及其強度校核；（4）選擇人孔并核算開孔補強；（5）選擇鞍座并核算承載能力；第四章 主要附件的選用（1）、液面計選擇（2）、各進出口的選擇（3）、壓力表選擇第五章 設(shè)計小結(jié)附設(shè)計參考資料清單4繪圖部分內(nèi)容： 總裝配圖一張（1#）5設(shè)計期限：2周6、設(shè)計參考進程：(1)準備、選擇容器的型式和材料 1天(2)機械設(shè)計與計算 6天(3)編寫設(shè)計說明書 4天(4)繪圖 3天7參考資料：1 刁玉瑋等.化工機械設(shè)備基礎(chǔ).大連：大連理工大學(xué)出版社，20032 李多民,俞慧敏

4、. 化工過程設(shè)備機械基礎(chǔ).北京：中國石化大學(xué)出版社，19993 湯善甫，朱思明.化工設(shè)備機械基礎(chǔ).上海：華東理工大學(xué)出版社，20004 鋼制壓力容器GB150-98 指導(dǎo)教師: 王志強 2013 年 6月 8日目錄一、緒論11.1.設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思想、設(shè)計特點11.1.1 設(shè)計任務(wù)：11.1.2 設(shè)計思想：11.1.3 設(shè)計特點：為了滿足工藝過程的需要，必須做到如下要求：11.2.主要設(shè)計參數(shù)的確定及說明11.2.1管口表11.2.2主要設(shè)計數(shù)據(jù)21.2.3存儲量21.2.4設(shè)備的選型及輪廓尺寸2二、材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證42.1.材料選擇與論證42.2.結(jié)構(gòu)選擇與論證42.2.1封頭型式的確

5、定42.2.2人孔選擇42.2.3法蘭型式42.2.4液面計的選擇52.2.5鞍式支座的選擇確定5三、設(shè)計計算63.1計算筒體的壁厚；63.2計算封頭的壁厚；63.3水壓試驗壓力及其強度校核；63.3.1水壓試驗壓力63.3.2強度校核73.4選擇人孔并核算開孔補強；73.4.1選擇人孔73.4.2核算開孔補強83.5選擇鞍座并核算承載能力；11四、主要附件的選用144.1液面計選擇144.2各進出口的選擇14五、第五章 設(shè)計小結(jié)15六、參考文獻16IV化工機械與設(shè)備課程設(shè)計一、 緒論 1.1. 設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思想、設(shè)計特點 1.1.1 設(shè)計任務(wù)：根據(jù)罐體公稱容積 V=36.9m3 ,設(shè)計一液

6、氯儲罐, 通過設(shè)計儲罐的厚度，使其能滿足工藝要求。 1.1.2 設(shè)計思想：通過圖書館和上網(wǎng)查找有關(guān)的書籍與資料，獲取需要的數(shù)據(jù)，來完成所要求要設(shè)計的部分。液氯儲罐是我們平時運輸液氯的一個常用設(shè)備，在設(shè)計液氯儲罐時，要有利于成批生產(chǎn)，提高質(zhì)量，便于互換，降低成本，提高勞動的生產(chǎn)率，要對容器的設(shè)計（如封頭、法蘭、支座、人孔、液面計等）進行標準化，除此之外還要盡量滿足工藝的要求，密封性能要好。 1.1.3 設(shè)計特點：為了滿足工藝過程的需要，必須做到如下要求：（1） 強度：液氯儲罐可以抵抗外力破壞能力，以保證生產(chǎn)安全。（2） 剛度：零部件應(yīng)有抵抗外力使其變形的能力，以防止容器在使用、運 輸或安裝的過程

7、 中發(fā)生不允許的變形。（3） 穩(wěn)定性：容器或其零部件在外力作用下有維持其原型的能力，防止容器被壓癟或出現(xiàn) 皺折。（4） 耐久性：容器有一定的抵抗介質(zhì)及大氣的腐蝕能力，保持一的使用年限。（5） 氣密性：容器在承受壓力或處理有毒介質(zhì)時有可靠的氣密性，提供良好的勞動環(huán)境及 維持正常的操作。 （6） 其他：節(jié)約材料、便于制造、運輸、安裝、操作、維修方便，符合有關(guān)的國家標準和 行業(yè)標準等的規(guī)定。1.2. 主要設(shè)計參數(shù)的確定及說明1.2.1管口表接管代號公稱尺寸連接尺寸標準連接面形式用途或名稱aDN65HG/T20592-2009FM液氯進口管bDN50HG/T20592-2009FM安全閥接口cDN50

8、0HG/T21518-2005FM人 孔dDN50HG/T20592-2009FM空氣進口管eDN50HG/T20592-2009FM空氣出口管fDN25HG/T20592-2009FM壓力表接口gDN20HG/T20592-2009FM液位計接口hDN65HG/T20592-2009FM液氯出口管1.2.2主要設(shè)計數(shù)據(jù)序號項 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱液氯儲罐2用 途液氯儲存3最高工作壓力2.059MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20395公稱容積（Vg）36.9m36工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(shù)(V)0.98工作介質(zhì)液氯（中度危害）9使用地點室外1.2.3存儲量盛裝液化氣體的壓力容

9、器設(shè)計存儲量式中：W儲存量，t；裝載系數(shù)；V壓力容器容積； tr設(shè)計溫度下的飽和溶液的密度，t/m3 1.2.4設(shè)備的選型及輪廓尺寸粗略計算內(nèi)徑一般L/D=36，取L/D=4；解得Di=2273.14mm，圓整得Di=2300mm。選用EHA橢圓封頭，查EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積及容積表可得：深度B=615mm；內(nèi)表面積A=6.0233m2；容積V封=1.7588m3。解得L=7188.10mm；圓整得L=7200mm所以，筒體的公稱直徑Di=2000mm=,長度L=7200mm二、 材料及結(jié)構(gòu)的選擇與論證2.1. 材料選擇與論證殼體材料選擇16MnR鋼。由于純液氯的腐蝕性小，殼體材料可選用一般

10、鋼材，但壓力較大，使用溫度又在50以下.根據(jù)過程裝備基礎(chǔ)中附錄2鋼板許用應(yīng)力表的使用條件，應(yīng)可以考慮Q245、Q345這兩種鋼種，如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用Q245的低碳鋼板，Q345的鋼材價格雖比Q245貴，但在制造方面，可以顯著減小設(shè)備重量、降低制造成本，同時給設(shè)備的運輸和安裝也有很大的方便，兩者相比，Q345鋼板較為經(jīng)濟，所以在此選擇Q345鋼板作為制造筒體和封頭材料。2.2. 結(jié)構(gòu)選擇與論證2.2.1封頭型式的確定由上邊計算知筒體公稱直徑DN2300 mm，而封頭的公稱直徑必須與筒體的公稱直徑相一致，且中低壓容器經(jīng)常采用的封頭型式是標準橢圓形封頭。故根據(jù)JBT47462002，可選

11、用標準橢圓封頭的公稱直徑DN2300mm，總深度H615mm，內(nèi)表面積6.0233mm2，容積V1.7588m3，結(jié)合后面的計算。2.2.2人孔選擇壓力容器開設(shè)檢查孔的目的是為了檢查壓力容器在使用過程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷以及拆裝設(shè)備內(nèi)部零部件。一般當(dāng)設(shè)備的公稱直徑超過900mm時開設(shè)人孔。由前面知，本次設(shè)計的儲罐其最高工作壓力為2.059MPa，考慮到人孔蓋的直徑較大、較重，結(jié)合本次設(shè)計的具體實際，并且根據(jù)現(xiàn)行的人孔設(shè)計標準鋼制人孔和手孔，本次設(shè)計采用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔,設(shè)計儲罐人孔開設(shè)在筒體右側(cè)。2.2.3法蘭型式接管法蘭結(jié)構(gòu)尺寸表序號名稱公稱直徑DN鋼管外徑A1法蘭外徑D螺

12、栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺栓Th法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度H法蘭質(zhì)量(Kg)NSH1RB BA1液氯進口5057165125184M162074485483.11A2安全閥接口5057165125184M162074485483.11A5空氣進口3238140100184M1618563.685422.05A6空氣出口3238140100184M1618563.685422.05A7壓力表口253211585144M1216463.264401.26A8液位計口202510575144M1216403.264401.05A3液氯出口5057165125184M1620744854

13、83.112.2.4液面計的選擇本次設(shè)計采用磁性液位計，普通型，壓力等級為2.5 MPa。根據(jù)實際要求，選用液位計的長度為1500mm。標記 HG/T 21584-95 UZ 2.5M-1000-1.314 BF 321C。根據(jù)公稱壓力PN=2.5和適用介質(zhì)，選擇型號為A41H-16C的安全閥。2.2.5鞍式支座的選擇確定設(shè)計容器為臥式容器，采用鞍式支座。臥式容器一般采用雙支座，一個固定式（F），一個滑動式（S）。三、 設(shè)計計算3.1計算筒體的壁厚；根據(jù)內(nèi)壓容器的計算厚度公式【2】： 13.97mm在616之間，故假設(shè)是成立的。取腐蝕裕量C2=2mm，由常用鋼板厚度負偏差表可查的，在的鋼板標準

14、下的負偏差。查鋼板厚度的常用規(guī)格表，將其圓整為，即名義厚度的鋼板。3.2計算封頭的壁厚；根據(jù)標準橢圓形封頭的計算厚度公式： 取腐蝕裕量C2=2mm，由常用鋼板厚度負偏差表可查的，在的鋼板標準下的負偏差。查鋼板厚度的常用規(guī)格表，將其圓整為17mm，即名義厚度的鋼板，可見標準橢圓形封頭與筒體等厚。3.3水壓試驗壓力及其強度校核；3.3.1水壓試驗壓力水壓試驗壓力為式中，殼體材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力，MPa； 殼體材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa。故本次水壓試驗壓力 1.25×1.5×=1.875MPa3.3.2強度校核壓力試驗前，校核圓筒應(yīng)力 式中 試驗壓力下圓筒的應(yīng)力，M

15、Pa； 圓筒內(nèi)直徑，mm； 圓筒的有效厚度，mm； 圓筒材料在試驗溫度下的屈服點，MPa； 圓筒的焊接接頭系數(shù)。所以=161.59MPa<310.5 MPa ，故水壓校核符合要求。3.4選擇人孔并核算開孔補強；3.4.1選擇人孔 .密封面的選擇由于本次設(shè)計的介質(zhì)是高度危害的，所以本次設(shè)計采用凹凸法蘭密封面（MFM）。 .人孔的設(shè)計本次設(shè)計的儲罐設(shè)計壓力為1.466MPa，根據(jù)鋼制人孔和手孔【3】，采用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔。圖3.1 人孔結(jié)構(gòu)示意圖表3.1 人孔結(jié)構(gòu)尺寸密封面型式公稱壓力PN公稱直徑DNdwSdDD1H1H2bMFM2.54504801245667060025012142

16、b1b2ABLd0螺柱螺母螺柱總質(zhì)量數(shù)量直徑長度4146375175250242040M3321652453.4.2核算開孔補強根據(jù)GB150，當(dāng)設(shè)計壓力小于或等于2.5Mpa時，在殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的2.5倍，且接管公稱外徑不大于89mm時，接管厚度滿足要求，不另行補強。本次設(shè)計人孔的公稱外徑為，所以進行補強圈補強。 .補強設(shè)計方法判別開孔直徑 滿足等面積開孔補強計算的適用條件，故采用等面積法進行開孔補強計算。.開孔所需補強面積接管材料選用20號鋼，根據(jù)材料許用應(yīng)力表查得其許用應(yīng)力根據(jù)GB150-1998，其中：殼體開孔處的計算厚度。接管的有效厚度強度削弱系數(shù)所

17、以開孔所需補強面積為.有效補強范圍1）有效補強范圍內(nèi)的寬度B取二者中的較大值，故。2) .有效高度 有效補強范圍的外側(cè)高度有效補強范圍的外側(cè)高度應(yīng)取二者中的較小值，其中，接管實際外伸高度200mm。小于接管實際外伸高度，所以。有效補強范圍的內(nèi)側(cè)高度有效補強范圍的內(nèi)側(cè)高度應(yīng)取二者中的較小值，其中，接管實際內(nèi)伸高度設(shè)計為，接管實際內(nèi)伸高度小于，所以。補強范圍內(nèi)補強金屬面積i.殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積圓筒計算厚度，接管有效厚度ii.-接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積接管計算厚度根據(jù)公式: iii.-焊縫金屬面積由于本次設(shè)計的儲罐是存放有毒介質(zhì)的，所以選用D類接頭形式進行焊接， 因

18、此，iv.有效補強范圍內(nèi)的補強面積根據(jù)公式: .補強圈的選取因為，所以需要另加補強，其補強面積為：=7823.791-1994.87=5828.921。查表 規(guī)定的補強圈尺寸系列應(yīng)選用的補強圈厚度為20mm，補強材料一般與殼材料相同，可確定補強圈為： 。3.5選擇鞍座并核算承載能力；該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235-A。估算鞍座的負荷： 儲罐總質(zhì)量筒體質(zhì)量：單個封頭的質(zhì)量：查標準JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知，充液質(zhì)量：，附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為254kg，其他接管質(zhì)量總和估100kg，即綜上所述， G=mg=378.27kN,每個鞍座

19、承受的重量為189.13kN由此查JB4712.1-2007容器支座，選取輕型，焊制為A,包角為120，有墊板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表4：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸 單位：mm公稱直徑DN允許載荷Q /kN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1l3b2b32000300250142022012103301902608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l23304301080126020M164016017通常取尺寸A不超過0.2L值，中國現(xiàn)行標準JB 4731鋼制臥式容器規(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。由標準橢圓封頭,有故由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故封頭對于圓筒的抗彎鋼度具有局部的加強作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對支座處圓筒截面的加強作用。因此，JB 4731還規(guī)定當(dāng)滿足A0.2L時，最好使A0.5R m（）,即 ，取A=505mm綜上有：A=500mm四、 主要附件的選用4.1液面計選擇采用磁性液位計磁性液位計的特點：1.適用范圍廣、安裝形式多樣，適合任何介質(zhì)的液位、界面的測量；2.集現(xiàn)場指示、遠傳變送、報警控制開關(guān)于一體，功能齊全；3.被測介質(zhì)與指示結(jié)構(gòu)完全隔離，密封性能好，防泄露，不受高、低溫度劇變