CM液氯儲罐課程設計

1、；.目錄一、 設計概述和液氯特性(3)1.1 任務說明1.2 液氯（CL2）的性質(zhì)1.3 液氯工業(yè)用途1.4 設計基本思路二、 設計參數(shù)的確定(5)2.1 設計壓力2.2 設計溫度2.3 液氯設計溫度下對應參數(shù)三、 主要元件材料的選擇(7)3.1 筒體材料的選擇：3.2 鋼管材料的選擇：3.3 壓力容器類別確定四、 工藝計算(9)4.2 確定筒體厚度、封頭厚度4.1 儲罐筒體公稱直徑，筒體長度以及橢圓封頭結構型式尺寸的確五、 壓力容器結構設計(11)5.1 接管管口及其法蘭設計5.2 補強圈設計5.3墊片、螺栓等的設計5.4 支座選型5.6 焊接接頭設計5.7水壓試驗六、 壓力容器校核(26)

2、6.1 筒體校核6.2 左封頭校核6.3 右封頭校核6.4 鞍座校核6.5 補強校核七、 制造要求(40)7.1 無損檢測要求7.2結論7.3 參考文獻一、 設計概述和液氯特性1.1 任務說明設計一個容積為15的液氯儲罐，采用常規(guī)設計方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質(zhì)等因素并參考相關標準，按工藝設計、設備結構設計、設備強度計算的設計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管進行設計，然后采用SW6-1998對其進行強度校核，最后形成合理的設計方案。1.2 液氯（CL2）的性質(zhì)分子量 70.91，黃綠色有刺激性氣味的氣體。密度：相對密度(水=1)1.307；相對密度(空氣=1)2.48；穩(wěn)定性

3、：穩(wěn)定； 危險標記：6(有毒氣體)；在工業(yè)上，液氯是一種很有用的化學物質(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、有機氯化物，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，是一種強烈的刺激性氣體。它對人體、環(huán)境都有很強的危害，因此液氯的存儲、運輸都是一個值得深思的問題。設計儲存設備，首先必須滿足各種給定的工藝要求，考慮存儲介質(zhì)的性質(zhì)、容量、鋼材的耗費量等等。而且液化氣體必須考慮它的膨脹性和壓縮性，液化氣體的體積會因溫度的改變而變化，所以必須嚴格控制儲罐的充裝量（指裝量系數(shù)與儲罐實際容積和設計溫度下介質(zhì)的飽和液體密度的乘積）

4、。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。因為圓筒形貯罐加工制造安裝簡單，安裝費用少， 但金屬耗量大占地面積大， 所以在總貯量小于500，單罐容積小于100時選用臥式貯罐比較經(jīng)濟。1.3 液氯工業(yè)用途用 途：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、有機氯化物，如：金屬氯化物、氯溶劑、染料中間體、殺蟲劑、合成橡膠、塑料等。 殺菌、消毒、漂白與制漿，是化工、醫(yī)藥、塑料、橡膠、紡織、造紙等工業(yè)的重要原料。廣泛用于金屬冶金、漂白制漿、制造有機、無機氯化物、塑料、增塑劑、合成橡膠、合成纖維、農(nóng)藥、醫(yī)藥品、制冷劑、合成甘油等。1.4 設計基本思

5、路本設計綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，對液氯儲罐的工藝條件，結構條件進行設計。1、 首先進行筒體基本計算，確定筒體，接管的材料和類別，確定厚度，長度，公稱直徑，結構尺寸等參數(shù)。2、 筒體上連接其他部分的接管計算：液位計，空氣出入口，液氯出入口，安全閥，人孔等。3、 計算以上各設備是否需要補強，若需要計算補強圈相關參數(shù)。4、 各個接管墊片、螺栓的選取。5、 支座選型和位置計算。二、 設計參數(shù)的確定 表1：設計參數(shù)表序號項 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱液氯儲罐2用 途液氯儲存站3最高工作壓力1.414MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20455公稱容積（Vg）15M36公稱直徑1700MM

6、7裝量系數(shù)(V)0.98工作介質(zhì)液氯（高度危害）9使用地點室內(nèi)10 工作介質(zhì)液氯11其它要求100%無損檢測2.1 設計壓力根據(jù)液氯飽和蒸汽壓力圖首先確定50對應的最高工作壓力為1.414MPa。而設計壓力為壓力容器的設計載荷條件之一，其值不得低于最高工作壓力，通?？扇∽罡吖ぷ鲏毫Φ?.051.1倍。經(jīng)過查壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程，取設計壓力為1.62Mpa。計算容積15.M3 工作容積為計算容積與裝量系數(shù)的乘積13.5M3 ,計算壓力是指在相應的設計溫度下，用以確定元件最危險截面厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。通常情況下，計算壓力等于設計壓力與液柱靜壓力之和，當元件所承受的液柱靜壓力小于5%

7、設計時，可忽略不計。 設計壓力：P設=(1.414-0.1)×1.1=1.62 MPa 液柱靜壓： ,可忽略。計算壓力：Pc=P設=1.62MPa2.2 設計溫度設計溫度也是壓力容器的設計載荷條件之一，指容器在正常工作情況下，設定元件的金屬溫度。當元件金屬溫度不低于0時，設計溫度不得低于元件可能達到的最高溫度;當元件金屬溫度低于0時，其值不得高于元件金屬可能達到的最高溫度。所以設計溫度選擇為50。2.3 液氯設計溫度下對應參數(shù)液氯50對應的粘度0.35×10-3Pa.S 密度1.511t/m3沸點-34.6熔點-103，在15時比重為1.4256。三、 主要元件材料的選擇3

8、.1 筒體材料的選擇：根據(jù)液氯的特性，查GB713-2008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（）的壓力容器。50時的許用應力為189Mpa,鋼板標準GB713。圖為150-2011鋼制壓力容器的性能變化3.2 鋼管材料的選擇：根據(jù)JB/T4731,鋼管的材料選用20鋼，其許用應力3.3 壓力容器類別確定由于常溫壓力容器其容器內(nèi)的物料溫度隨季節(jié)溫度變化，工作壓力為相應溫度下的飽和蒸汽壓，工作壓力Pw取液氯t=50時的飽和蒸汽壓（表壓），查表得：液氯50時的飽和蒸汽壓為13.03Bar（絕壓），則Pw=13.03/10-0.10 =1.218

9、MPa =1307kg/ m3在有安全閥的情況下:Pc=(1.051.10)Pw=（1.28-1.34）MPa，取Pc=P=1.34MPa由于，所以此容器屬于低壓容器，又由于介質(zhì)為高度危害，容積為15，根據(jù)壓力容器分類圖查得該容器為第類容器。四、 工藝計算4.1 儲罐筒體公稱直徑，筒體長度以及橢圓封頭結構型式尺寸的確定選用標準橢圓形確定橢圓形封頭的公稱直徑、深度、容積和筒體的長度 筒體的公稱直徑有標準選擇，而它的長度L可以根據(jù)容積要求來決定。根據(jù)公式 取 L/D=4 將L/D=4代入得： m。圓整后，采用標準橢圓封頭，查標準JB/T4746-2002 鋼制壓力容器用封頭中表1，得公稱直徑，封頭

10、深度H=450mm，容積為0.6999 。根據(jù)上圖，可算出封頭直邊長度h=H-Di/4=25mm根據(jù) 得,圓整得mm 在36之間，設計合理。 所以計算容積為15.6998，工作容積為15.69980.9=14.13誤差為：誤差很小，可忽略。最終確定：DN1700 mm，取L6300mm4.2 確定筒體厚度、封頭厚度：液柱靜壓力: ,故液柱靜壓力可以忽略，即該容器需100%無損探傷，所以取其焊接系數(shù)為。筒體的厚度：由中徑公式 可得筒體的：計算厚度7.925mm鋼板厚度負偏差腐蝕余量設計厚度：=+ C=9.925名義厚度為（圓整后）有效厚度：10-0-2=8封頭的厚度：由橢圓厚度計算公式可得 腐蝕

11、裕度鋼板負偏差設計厚度： d=+ C=9.865名義厚度（圓整后）有效厚度五、 壓力容器結構設計液氯儲罐要開設液氯進口管、安全閥口、人孔、空氣進口管、空氣出口管、壓力表接口、液位計接口、液氯出口管，并根據(jù)各接口的大小選擇相對應的法蘭及墊片5.1接管管口與法蘭設計:5.1.1液氯出口管及其法蘭設計液氯入口管中心線距焊縫距離不能小于按設計要求液氯出口管公稱通徑為50mm，所以取外徑為57mm（B系列）的鋼管。設計：伸出筒外長度為120mm，選用GB8163型號的鋼管，材料為20號鋼。液氯為高度危害液體，設計壓力為1.62Mpa，低壓。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭得到：（選取帶頸對焊焊

12、法蘭WN）（密封面形式為凹面FM）所選法蘭參數(shù)如下圖最后一欄：（壓力等級：PN，2.5Mpa。HG20592法蘭WN 50-2.5FM S=4.5mm 20，質(zhì)量：3kg。）公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑法蘭厚度液氯出口管5057165205.1.2 液氯入口管及其法蘭設計按設計要求液氯入口管公稱通徑為50mm，所以取外徑為57mm（B系列）的鋼管。設計：伸出筒外長度為120mm液氯入口管應伸入筒體中心線以下，筒體內(nèi)管開口傾角=45° 同上查表得，選用GB8163型號的鋼管，材料為20號鋼。法蘭同液氯出口管法蘭 HG20592法蘭WN 50-2.5FM S=4.5mm 20，質(zhì)量：3kg。

13、其數(shù)據(jù)為：公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑法蘭厚度液氯進口管5057165205.1.3空氣進口管與空氣出口管及其法蘭設計 按設計要求公稱通徑為50mm，所以取外徑為57mm（B系列）的鋼管。 設計：伸出筒外長度為120mm ?？諝膺M口管，空氣出口管與筒體內(nèi)表面平齊。 查表得，選用GB8163型號的鋼管，材料為20號鋼。為法蘭同液氯出口管法蘭 HG20592法蘭WN 50-2.5FM S=4.5mm 20質(zhì)量：3kg 其數(shù)據(jù)：公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑法蘭厚度空氣進口管505716520空氣出口管5057165205.1.4 壓力表接口管及其法蘭設計按設計要求壓力表接口管公稱通徑為10mm，所以取外徑為

14、14mm（B系列）的鋼管。設計：伸出筒外長度為128mm 。 壓力表接口管與筒體內(nèi)表面平齊。同上查表得，選用GB8163型號的鋼管，材料為20號鋼。法蘭同液氯出口管法蘭 HG20592法蘭WN 25-2.5FM S=4.5mm 20，質(zhì)量：3kg。其數(shù)據(jù)為：公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑法蘭厚度壓力表接口101490145.1.5 人孔位置及其法蘭設計查HGT20583-2011可知，本容器公稱直徑為1700，應設置兩個人孔，如下圖： a.由HGT21514-2005 鋼制人孔和手孔的類型與技術條件得，人孔的公稱通徑DN=400mm公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑法蘭厚度人孔40042665046人孔400

15、42665046b.人孔回轉(zhuǎn)蓋的選擇：選擇A型軸耳，便于制造。c.人孔緊固件的選擇：由于介質(zhì)是液氯，所以選用等全螺紋螺栓。5.1.6 液位計接口管位置的確定及其法蘭設計1、由于磁性液位計無盲區(qū)，功能齊全，且密封性好，不受溫度劇變的影響，適用于高溫高壓，腐蝕條件下，安裝簡單，所以選用磁性液位計。液位計法蘭的選用必須用帶頸對焊法蘭。根據(jù)HG/T21584-95規(guī)定，本容器長度為6300mm需要安裝兩個磁性液位計。如下圖：由于公稱壓力PN2.5Mpa，工作溫度為-2045，不超過200，且液氯為流動性較好的液體，又無保溫層，故選用普通型即可。液位計選擇：HG/T21584-95 液位計UZ 2.5M

16、-750-1.307 AF 304C與之相配的法蘭外徑90mm標記：HG20592法蘭WN 20-2.5FM S=4.5mm 20質(zhì)量：3.0kg。2.液位計接管取公稱直徑DN=32mm。 液位計接管管長120mm，兩個液位計接管口與封頭內(nèi)表面平齊。查表得：選用GB8163型號的鋼管，材料為20R。3由工作溫度-2045，公稱壓力2.5Mpa選取墊片：HG/T 20610纏繞墊 (W.B-0222) B20-2.54.根據(jù)所選的法蘭標準、墊片材料，以及介質(zhì)（液氯）腐蝕性高等條件選取緊固件。公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑法蘭厚度液位計接口323814018螺柱：HG20613 全螺紋螺柱M12

17、5;60,數(shù)據(jù)如下圖：5.1.7安全閥的選擇液氯為高危害性介質(zhì)，A44H-160對于高壓容器和安全泄放量達的中低壓容器，最好采用全啟式安全閥，考慮泄放的介質(zhì)質(zhì)量是否易燃、有毒、污染環(huán)境，確定采用封閉式安全閥。所以選用彈簧封閉全啟式（帶扳手）安全閥。查GB150-2011選擇公稱直徑為100，外徑為108。根據(jù)以上計算，得出接管法蘭數(shù)據(jù)表、法蘭數(shù)據(jù)表、管口表如下： 表3：接管法蘭數(shù)據(jù)表公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑法蘭厚度液氯進口管505716520安全閥10010823524人孔40042665046空氣進口管505716520空氣出口管505716520壓力表接口10149014液位計接口3238

18、9014液氯出口管505716520跟據(jù)管口公稱直徑選擇相應的法蘭，2.5MPa時選用帶頸對焊法蘭，主要參數(shù)如下：表4：法蘭數(shù)據(jù)表公稱通徑鋼管外徑連接尺寸法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度HB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螺紋ThNSHRB10149060144M1214282.333353238140100184M1618563.665425057165125184M16207448548100108235190228M20241346.3126655.2 補強圈設計根據(jù)GB150-2011，當設計壓力小于或等于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

19、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，故該儲罐中有DN=400mm的人孔和DN=100的安全閥孔需要補強。5.2.1 補強設計方法判別按HG/T 21518-2005,選用水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔。開孔直徑 采用等面積法進行開孔補強計算。接管材料選用20號鋼，其許用應力根據(jù)GB150-2011，其中：殼體開孔處的計算厚度7.925mm接管的有效厚度強度削弱系數(shù)所以開孔所需補強面積為5.2.2有效補強范圍有效寬度B的確定按GB150-2011中式6-7，得：有效高度的確定(1）外側有效高度h1的確定根據(jù)GB150-2011，得： (2）內(nèi)側有效高度h2的確定根據(jù)

20、GB150-2011，得： 5.2.3 有效補強面積根據(jù)GB150，分別計算如下：筒體多余面積A1 接管的多余面積A2接管厚度：焊縫金屬截面積A3焊角取6.0mm因為，所以開孔需另行補強所需另行補強面積：補強圈設計：根據(jù)DN400取補強圈外徑D=680mm。因為B>D，所以在有效補強范圍。補強圈內(nèi)徑：d=428mm補強圈厚度：圓整取名義厚度為18mm同理可得安全閥的補強圈厚度6mm，外徑190mm5.3液面計、墊片、螺栓等的設計5.3.2墊片的選擇 查HG/T 20609-2009鋼制管法蘭用金屬包覆墊片可得出 墊片尺寸表符號管口名稱公稱直徑內(nèi)徑D1外徑D2a液氯進口管507387b安全

21、閥接口507387c人 孔400561624d空氣進口管507387e空氣出口管505165f壓力表接口102434g液位計接口323650h液氯出口管5073875.3.2螺栓的選擇 查HG/T 20613-2009 鋼制管法蘭用緊固件中表5.0.7-9和附錄中表A.0.1,得螺柱的長度和平墊圈尺寸： 螺栓緊固件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長hA50M168517303B 50M168517303C 400M2412525444D 50M248517303E 50M168517303F 10M127513242.5G 32M127513242.5H 50M1685173035.4 支座選型

22、5.4.1支座結構該臥式容器采用雙鞍式支座，鞍座材料選用Q235A。如下圖：從應力分析看，承受同樣載且具有同樣截面幾何形狀和尺寸的梁采用多個支承比采用兩個支承優(yōu)越，因為多支承在粱內(nèi)產(chǎn)生的應力較小。所以，從理論上說臥式容器的支座數(shù)目越多越好。但在是實際上臥式容器應盡可能設計成雙支座，這是因為當支點多于兩個時，各支承平面的影響如容器簡體的彎曲度和局部不圓度、支座的水平度、各支座基礎下沉的不均勻性、容器不同部位抗局部交形的相對剛性等等，均會影響支座反力的分布。因此采用多支座不僅體現(xiàn)不出理論上的優(yōu)越論反而會造成容器受力不均勻程度的增加，給容器的運行安全帶來不利的影響。由于容器重力載荷不算很大且為低壓容

23、器，筒體的公稱直徑DN1700mm，由下表1知，用輕型支座即可，依據(jù)我國現(xiàn)行壓力容器常規(guī)設計的標準GB1501998鋼制壓力容器、JB47312000鋼制臥式容器，JB4700470792壓力容器法蘭，JB/T471292鞍式支座。故選用鞍式A型雙支座，一個S型，一個F型。鞍式支座標記： 左端 JB/T4712.1-2007 鞍座A2005-F Q235-A/Q245R 116kg右端 JB/T4712.1-2007 鞍座A2005-S Q235-A/Q245R 116kg。 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 E

24、HA橢圓形封頭質(zhì)量，可知，充液質(zhì)量：，故附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為300kg，其他接管質(zhì)量總和估100kg，即綜上所述， G=mg=263.51kN,每個鞍座承受的重量為131.75N由此查JB4712.1-2007容器支座，選取輕型，焊制為BI,包角為120，有墊板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座結構尺寸如下表： 鞍式支座結構尺寸 5.4.2 鞍座位置的確定通常取尺寸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力過大。由標準橢圓封頭故由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故

25、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)定當滿足A0.2L時，最好使A0.5R m（）,即 ，取A=420mm綜上有：A=420mm。5.5 焊接接頭容器各受壓元件的組裝通常采用焊接。焊接接頭是焊縫、融合線和熱影響區(qū)的總稱，焊縫是焊接接頭的主要部分。焊接接頭的形式和坡口形式的設計直接影響到焊接的質(zhì)量與容器的安全。5.5.1 筒體焊接接頭設計殼體上所有縱向及環(huán)向接頭，凸型封頭上的接頭，即A、B類接頭，是容器要求最高的焊縫，對容器的安全至關重要，必須采用對接焊，不能采用塔接焊。對接焊易于焊透，質(zhì)量容易保證，易于作無損檢測，可獲得最好的焊接接頭質(zhì)量。對接接頭應采用等厚度焊接，這樣可以減少剛度差，降低應力集中，并便于焊接。對某些無損檢測要求較