最新版液氯储罐毕业课程设计说明书.docx
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最新版液氯储罐毕业课程设计说明书
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()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)。
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
1
名称
液氯储罐
2
用途
液氯储存站
3
最高工作压力
1.414
MPa
由介质温度确定
4
工作温度
-20~45
℃
5
公称容积(Vg)
15
M3
6
工程直径
1700
MM
7
装量系数(φV)
0.9
8
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1.05~1.1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50℃。
3、主要元件材料的选择
筒体材料的选择:
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。
钢管材料的选择:
根据JBT4731,钢管的材料选用20号钢,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(1+5%)取LD=4
将LD=4代入得:
m。
圆整后,
封头深度H=450mm,容积为0.6999。
根据
得,圆整得mm
在3~6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
D2
D3
D4
TT1
液氯进口管
50
57
165
20
66
84
107
4.53
安全阀
100
108
235
24
120
140
168
4.53
人孔
400
426
620
38
446
478
514
4.53
空气进口管
50
57
165
20
66
84
107
4.53
空气出口管
50
57
165
20
66
84
107
4.53
压力表接口
10
14
90
14
24
36
46
4.53
液位计接口
32
38
140
18
49
65
82
4.53
液氯出口管
50
57
165
20
66
84
107
4.53
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H
B
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Th
N
S
H
R
B
10
14
90
60
14
4
M12
14
28
2.3
3
3
35
32
38
140
100
18
4
M16
18
56
3.6
6
5
42
50
57
165
125
18
4
M16
20
74
4
8
5
48
100
108
235
190
22
8
M20
24
134
6.3
12
6
65
3、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
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
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)外侧有效高度的确定
根据GB150,得:
(2)内侧有效高度的确定
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B>D’,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190mm
4、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:
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
DN
1700
底板
1200
筋板
277
允许载荷
QkN
278
200
170
鞍座高度
h
250
12
230
腹板
12
垫板
320
8
螺栓间距
1040
8
垫板
e
40
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JB4731《钢制卧式容器》规定A≤0.2L=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,JB4731还规定当满足A≤0.2L时,最好使A≤0.5Rm(),即
,取A=420mm
综上有:
A=420mm。
5、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。
a)回转壳体与封头的焊接接头采用对接接头
b)接管与筒体的焊接接头坡口为
c)人孔处接管、补强圈的焊接采用角焊,坡口为
四、压力容器校核
内压圆筒校核
计算单位
全国化工设备设计技术中心站
计算条件
筒体简图
计算压力Pc
1.64
MPa
设计温度t
50.00
C
内径Di
1700.00
mm
材料
16MnR(正火)(板材)
试验温度许用应力
170.00
MPa
设计温度许用应力t
170.00
MPa
试验温度下屈服点s
345.00
MPa
钢板负偏差C1
0.00
mm
腐蚀裕量C2
2.00
mm
焊接接头系数
1.00
厚度及重量计算
计算厚度
==8.26
mm
有效厚度
e=n-C1-C2=8.00
mm
名义厚度
n=10.00
mm
重量
2656.70
Kg
压力试验时应力校核
压力试验类型
气压试验
试验压力值
PT=1.15P=2.0250(或由用户输入)
MPa
压力试验允许通过
的应力水平T
T0.80s=276.00
MPa
试验压力下
圆筒的应力
T==216.17
MPa
校核条件
TT
校核结果
合格
压力及应力计算
最大允许工作压力
[Pw]==1.59251
MPa
设计温度下计算应力
t==165.55
MPa
t
170.00
MPa
校核条件
t≥t
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
计算压力Pc
1.62
MPa
设计温度t
50.00
C
内径Di
1700.00
mm
曲面高度hi
425.00
mm
材料
16MnR(正火)(板材)
试验温度许用应力
163.00
MPa
设计温度许用应力t
163.00
MPa
钢板负偏差C1
0.00
mm
腐蚀裕量C2
2.00
mm
焊接接头系数
1.00
厚度及重量计算
形状系数
K==1.0000
计算厚度
==16.52
mm
有效厚度
e=n-C1-C2=17.00
mm
最小厚度
min=3.60
mm
名义厚度
n=19.00
mm
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]==2.30102
MPa
结论
合格
右封头计算
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
1.64
MPa
设计温度t
50.00
C
内径Di
1700.00
mm
曲面高度hi
425.00
mm
材料
16MnR(正火)(板材)
试验温度许用应力
170.00
MPa
设计温度许用应力t
170.00
MPa
钢板负偏差C1
0.00
mm
腐蚀裕量C2
2.00
mm
焊接接头系数
1.00
厚度及重量计算
形状系数
K==1.0000
计算厚度
==7.84
mm
有效厚度
e=n-C1-C2=8.00
mm
最小厚度
min=2.55
mm
名义厚度
n=10.00
mm
结论
满足最小厚度要求
重量
251.62
Kg
压力计算
最大允许工作压力
[Pw]==1.59624
MPa
结论
合格
卧式容器(双鞍座)
计算单位
全国化工设备设计技术中心站
计算条件
简图
计算压力pC
1.62
MPa
设计温度t
50
℃
圆筒材料
16MnR(正火)
鞍座材料
16MnR
圆筒材料常温许用应力[]
170
MPa
圆筒材料设计温度下许用应力[]t
170
MPa
圆筒材料常温屈服点σ
345
MPa
鞍座材料许用应力[]sa
170
MPa
工作时物料密度
1470
kgm3
液压试验介质密度
1000
kgm3
圆筒内直径Di
1700
mm
圆筒名义厚度
10
mm
圆筒厚度附加量
2
mm
圆筒焊接接头系数
1
封头名义厚度
10
mm
封头厚度附加量Ch
2
mm
两封头切线间距离
6350
mm
鞍座垫板名义厚度
12
mm
鞍座垫板有效厚度
12
mm
鞍座轴向宽度b
200
mm
鞍座包角θ
120
°
鞍座底板中心至封头切线距离A
445
mm
封头曲面高度
425
mm
试验压力pT
2.025
MPa
鞍座高度H
250
mm
腹板与筋板(小端)组合截面积
44672
mm2
腹板与筋板(小端)组合截面断面系数
1.14417e+06
mm3
地震烈度
0
配管轴向分力
0
N
圆筒平均半径
855
mm
物料充装系数
0.85
支座反力计算
圆筒质量(两切线间)
2677.87
kg
封头质量(曲面部分)
248.823
kg
附件质量
400
kg
封头容积(曲面部分)
6.4311e+08
mm3
容器容积(两切线间)
V=1.56995e+10
mm3
容器内充液质量
工作时,19616.5
压力试验时,=15699.5
kg
耐热层质量
0
kg
总质量
工作时,
23192
压力试验时,
19275
kg
单位长度载荷
32.900227.3435
Nmm
支座反力
11378094563
113780
N
筒体弯矩计算
圆筒中间处截
面上的弯矩
工作时
=1.19722e+08
压力试验
=9.95018e+07
N·mm
支座处横
截面弯矩
工作时
-2.87863e+06
压力试验
-2.39244e+06
N·mm
系数计算
K1=0.106611
K2=0.192348
K3=1.17069
K4=
K5=0.760258
K6’=
K7=
K8=
K9=0.203522
C4=
C5=
筒体轴向应力计算
轴向应力计算
操作状态
93.0884
88.0384
MPa
-6.51964
-0.814979
MPa
水压试验状态
-5.41575
-0.677333
MPa
113.629
109.432
应力校核
许用压缩应力
根据圆筒材料查GB150图6-3~6-10
B=117.436
MPa
117.436
117.436
MPa
<170合格
||,||<117.436合格
||,||<117.436合格
T2,T3<0.9s=310.5合格
时(时,不适用)
15.3727
MPa
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
[]=0.8[]t=136
MPa
圆筒,<[]=136合格
封头,h<[h]=
MPa
鞍座处圆筒周向应力
无加强圈圆筒
圆筒的有效宽度
344.247
mm
无垫板或垫板不起加强作用时
在横截面最低点处
-3.14099
MPa
在鞍座
边角处
LRm≥8时,
MPa
LRm<8时,
-52.9438
MPa
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
LRm≥8时,
MPa
LRm<8时,
MPa
鞍座垫板边
缘处圆筒中
的周向应力
LRm≥8时,
MPa
LRm<8时,
MPa
应力校核
|5|<[]t=170合格
|6|<1.25[]t=212.5合格
|’6|1.25[]t=212.5
MPa
有加强圈圆筒
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
LRm≥8时,
MPa
无垫板或垫板不起加强作用
LRm<8时,
MPa
采用垫板时,(垫板起加强作用)
LRm≥8时,
MPa
采用垫板时,(垫板起加强作用)
LRm<8时,
MPa
应力校核
|5|<[]t=合格
|6|<1.25[]t=合格
|7|>1.25[]t=
|8|<1.25[]tR=
MPa
鞍座应力计算
水平分力
23156.7
N
腹板水平应力
计算高度
250
mm
鞍座腹板厚度
12
mm
鞍座垫板实际宽度
200
mm
鞍座垫板有效宽度
200
mm
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
9<[]sa=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1110
mm
轴向力
N
时,
MPa
时
MPa
由圆筒温差引起的轴向力
N
MPa
应力判断
sa<1.2[]sa=
MPa
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:
a,φ57×5.5
设计条件
简图
计算压力pc
1.645
MPa
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φ
1
壳体内直径Di
1700
mm
壳体开孔处名义厚度δn
12
mm
壳体厚度负偏差C1
mm
壳体腐蚀裕量C2
2
mm
壳体材料许用应力[σ]t
MPa
接管实际外伸长度
120
mm
接管实际内伸长度
0
mm
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
0
mm
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C1t
mm
补强圈厚度负偏差C1r
mm
接管材料许用应力[σ]t
MPa
补强圈许用应力[σ]t
MPa
开孔补强计算
壳体计算厚度δ
mm
接管计算厚度δt
mm
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d
mm
补强区有效宽度B
mm
接管有效外伸长度h1
mm
接管有效内伸长度h2
mm
开孔削弱所需的补强面积A
mm2
壳体多余金属面积A1
mm2
接管多余金属面积A2
mm2
补强区内的焊缝面积A3
mm2
A1+A2+A3=mm2
补强圈面积A4
mm2
A-(A1+A2+A3)
mm2
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
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