20m3液氯储罐设计说明书Word文档格式.doc
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摘要
液氯:
化学名称:
液态氯
分子式:
Cl2,分子量:
70.906
性 能:
液氯为黄绿色液体,沸点-34.6℃,溶点-100.98℃,在常压下即气化成气体,吸入人体能严重中毒,
有剧烈刺激作用和腐蚀性,在日光下与其它易燃气体混合时发生燃烧和爆炸,氯是很活泼的元素,可以和大多数元素(或化合物)起反应。
液氯为黄绿色的油状液体,有毒,在15℃时比重为1.4256,在标准状况下,-34.6℃沸腾。
在-101.5℃时凝固,如遇有水份对钢铁有强烈腐蚀性。
液氯为基本化工原料,可用于冶金、纺织、造纸等工业,并且是合成盐酸、聚氯乙烯、塑料、农药的原料。
用高压钢瓶包装,净重500kg、1000kg,贮于阴凉干燥通风处,防火、防晒、防热。
用途:
液氯一般气化后使用,用途较为广泛,为强氧化剂,用于纺织、造纸工业的漂白,自来水的净化、消毒,镁及其它金属的炼制,制取农药、洗涤剂、塑料、橡胶、医药等各种含氯化合物。
液氯属剧毒品,应储存在阴凉、通风的库房中,专库专储。
切勿与易燃物,易爆物及氨气共储或拼车运输。
目录
课程设计任务书 I
摘要 II
1.设备总体尺寸的确定 -1-
1.1.储罐筒公称直径,筒体长度以及椭圆封头结构型式尺寸的确定 -1-
1.1.1选用标准椭圆形 -1-
1.1.2确定EHA椭圆形封头内表面积及容积和筒体长度的确定 -2-
1.2.压力容器类型选择 -2-
1.2.1参数确定 -2-
1.3.材料的选择 -3-
1.3.1初步选择 -3-
1.3.2壳体的材料选择,受压壳体的厚度设计及其校核 -3-
1.3.3水压试验 -3-
2、结构设计 -4-
2.1.设计条件 -6-
2.2人孔及法兰设计 -6-
2.1.2人孔结构及补强设计 -7-
2.3开孔接管位置设计 -7-
2.4接管法兰设计 -9-
2.5鞍座设计 -10-
2.5.1鞍座尺寸设计及位置确定 -10-
2.5.2鞍座位置确定 -12-
2.6液面计的选择 -12-
2.7.焊接接头设计 -12-
3.强度校核 -17-
四.结束语 -28-
参考文献 -29-
1液氯储罐的工艺设计
1.1储罐筒公称直径,筒体长度以及椭圆封头结构型式尺寸的确定
=20,长径比为3—6,取L/D=4
则L=4D
则:
,于是
1.1.1选用标准椭圆形
1.1.2确定EHA椭圆形封头内表面积及容积和筒体长度的确定
选取EHA椭圆形封头的直径
将圆筒直径圆整为,得
选取的椭圆形封头为:
公称直径DN/mm
总深度H/mm
内表面积A/m2
容积V封头/m3
1900
500
4.0624
0.9687
表1.1椭圆封头尺寸
筒体长度确定
解得:
将其圆整为:
误差为:
综上取:
DN=1900mm,取L=6500mm
储罐的存储量
由以上数据计算储罐的存储量:
T=50℃
T=-20℃
取:
1.2压力容器类型选择
温度℃
-20
20
40
50
饱和蒸汽压MPa
0.082
0.565
1.027
1.401
饱和液密度kg/L
1.528
1.406
1.342
1.307
表1.2液氯物理性质
1.2.1参数确定
(1)设计压力
温压力容器其容器内的物料温度随季节温度变化,工作压力为相应温度下的饱和蒸汽压,工作压力Pw取液氯t=50℃时的饱和蒸汽压(表压),查表得:
液氯50℃时的饱和蒸汽压为1.401MPa(绝压),则Pw=1.1×
(1.401-0.1)=1.436MPa
设计压力
由于,所以此容器属于低压容器,又由于介质为高度危害,所以此类容器属于第三类容器。
根据《过程设备设计》,在容器设计选用零部件时,应选用设计压力相近且稍高一级的公称压力,故公称压力
(2)液柱静压力
液氯的密度为,太原地区的重力加速度为,则根据公式
,
可得
(3)焊接接头系数φ
本次液氯储罐的设计采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头,100%无损检测,所以φ=1.0.
1.3材料的选择
1.3.1初步选择
纯液氯是高危害性的介质,但其腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,有因为使用温度为,根据《课程设计指导书》中钢板的使用条件,应选用Q245R或Q345R。
Q245,Q345比较1)耗材厚度越大,耗用量越大。
Q345厚度小,省材料,重量小,但Q345价格贵,由此看来,两者均可。
2)制造,运输,安装费用板厚小,重量少,则更经济。
综合上述分析,选用Q345(16MnR)更合适,常用的有20R和16MnR两种。
如果纯粹从技术角度看,建议选用20R类的低碳钢板,16MnR钢板的价格虽比20R贵,但在制造费用方面,同等重量设备的计价,16MnR钢板为比较经济。
所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。
1.3.2壳体的材料选择,受压壳体的厚度设计及其校核
选材:
Q345R
设3<
δ<
16mm,σs=345MPa,[σ]t=189MPa
==7.38mm<
16mm
=+C1+C2=9.68mm向上圆整至10mm
最小厚度校核:
对于碳素钢、低合金钢,最小厚度不小于3mm,取3mm。
满足要求
MPa
0.9φσs=0.9×
1×
345MPa=310.5MPa>
226.69MPa校验合格
三.封头材料选择,受压壳体的厚度设计
选材:
Q345
设<
3δ<
==7.36mm
=+C1+C2=9.66mm向上圆整至10mm
最小厚度校核:
满足要求
1.3.3水压试验
试验方法:
试验时容器顶部应设排气口,充液时应将容器内的空气排尽,试验过程中,应保持容器外表面的干燥。
试验时压力应缓慢上升,达到规定试验压力后,保压时间一般不少于30min。
然后将压力降至规定试验压力的80%,并保持足够长的时间以便对所有焊接接头和连接部位进行检查。
如有渗漏,修补后重新试验。
查表得:
16MnR:
水压试验时的压力
水压试验的应力校核:
水压试验时的应力
水压试验时的许用应力为
,所以满足要求
2机械设计
2.1设计条件
表2-1结构设计条件表
液氯
工作压力(MPa)
1.330
设计压力(MPa)
1.463
工设计温度(℃)
计算容积(V计)
22
工作容积(V工)
19.8
介质密度(t/m3)
1307
材质
保温要求
无保冷措施
其他要求
表2-2管口表
符号
ITEM
公称尺寸
N.SIZE
公称压力
PN
连接标准
CONNECT.STD
法兰型式
TYPE
密封面形式
FACING
用途或名称
SERVICE
设备中心线至法兰面距离/mm
h
25
2.5
HG20592
WN
FM
液位计接口
1116
d
液氯进口管
1120
a
液氯出口管
e
空气进口管
b
空气出口管
g
80
安全阀接口
1124
c
压力表接口
f
450
人孔
1321
i
排污口
2.2人孔及法兰设计
2.2.1人孔结构及补强设计
图2.1人孔结构尺寸示意
本次设计压力为1.436MPa,采用回转盖带颈对焊法兰人孔。
人孔采用带颈对焊法兰法兰密封面形式为凹凸面(MFM),选择公称压力为2.5MPa,查表可得:
DN
dw×
s
D
Di
H1
H2
480×
12
456
670
600
250
121
b1
b2
A
B
L
d0
42
41
46
375
175
24
螺柱
螺母
总质量
20个
40个
M33×
2×
165
245
表2.3人孔尺寸
材料选择:
零件名称
筒节
法兰
法兰盖
垫片
公称压力MPa
允许工作温度℃
材料类别及代号
16MnR
16MnII
金属包覆垫
-20~50
表2.4人孔选材
2.3开孔接管位置设计
设计个各接管尺寸:
(1)液氯进口管与法兰设计
要求DN=50,取管伸出筒外长度150mm,接入筒体的长度为1350mm
取等级压力为2.5MPa,选材20钢。
(2)液氯出口管与法兰设计
要求 DN=50,取管伸出筒外长度150mm。
距筒体底部的长度为10mm。
液氨出口接管的PN为2.5MPa选用的材料为20钢。
(3)空气进口与空气出口设计
由实际要求得:
空气进口的DN为50mm,空气出口的DN为50mm
外伸高度为150mm,内伸高度为0;
取等级压力为2.5MPa,材料选用20钢。
(4)安全阀接口管设计
根据设计要求:
选公称直径为DN80mm,
接口管伸出筒体高度150mm
取等级压力2.5MPa,选用材料20钢。
(5)压力表接管设计
根据设计要求得:
选用的公称直径为DN25mm
压力表接管伸出筒体高度150mm
压力表接管的等级压力为2.5MPa选用的材料20钢。
(6)液位计接口的设计
根据设计要求得:
压力表接管伸出筒体高度250mm
(7)排污口接管设计
选用的公称直径为DN50mm
排污口接管伸出筒体高度150mm。
排污口接管的压力等级为2.5MPa,选材20钢。
(8)接管尺寸表
公称直径
外径壁厚
伸出筒体长度
伸入筒体长度
理论质量
Kg/m
φ57×
3.5
150
1100
4.62
1890
液位计
Φ32×
2.46
安全阀
Φ89×
4.5
12.28
压力表
100
4.62
表2.5接管尺寸
1138
1142
1148
1266
表2.6管口表
2.4接管法兰设计
,查得最大允许工作压力为2.5MPa,
查得20钢(50℃)
(1)液氯进出口法兰设计
选用带颈对焊法兰(WN),凹面密封面(FM),设计压力为2MPa,取公称压力2.5MPa,选材16MnR。
(2)空气进出口法兰设计
选用带径对焊法兰(WN),凹面密封面(FM),公称压力2.5MPa,选材16MnR。
(3)压力表接口法兰设计
选用带径对焊法兰(WN),凹面密封面(FM),等级压力2.5MPa,选材16MnR。
(4)安全阀接管法兰设计
(5)液面计接管法兰设计
法兰的密封面形式凹面(FM)法兰垫片采用柔性石星垫片采用16个螺栓16个垫圈,采用16MnR。
各接管法兰尺寸查表HG/T20592~20635-2009得:
图2.2法兰尺寸示意
接管法兰
焊接外径
A1
连接尺寸
厚度
C
法兰颈
法兰高度
H
法兰外径D
螺栓孔中心圆直径
K
螺栓孔直径
螺栓孔数量n(个)
螺栓Th
N
S
R
57
125
18
M12
75
48
32
115
85
14
89
200
160
M16
105
58
液面计接口
表2.7接管法兰尺寸
2.5鞍座设计
2.5.1鞍座尺寸设计
图2.4鞍座尺寸示意
选择双鞍式支座,支座中心与焊缝的距离为500mm选材为Q235-B、垫板材料为Q345R
筒体的公称直径DN=1900mm
筒体质量:
筒体质量:
封头质量:
充液质量:
由于,故取液氯的质量。
附件质量:
查表得,人孔质量为265kg,法兰质量25kg,接管质量4.4kg
所以,
查JB4712.1-2007得,选取重型焊制BI,包角120有垫板
DN=1900mm时:
公称直径DN(mm)
鞍座高度h(mm)
底座(mm)
腹板δ2
筋板(mm)
11
δ1
l3
b3
1360
220
16
315
190
260
垫板(mm)
螺栓间距
l2
鞍座质量(kg)
弧长
b4
δ4
e
2220
460
10
90
1200
214
表2.8鞍座尺寸
2.5.2鞍座位置的确定:
通常取尺寸A不超过0.2L值
由标准椭圆封头,有
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
综上有:
A=450mm。
鞍座标记为:
JB/T4712.1-2007,支座BI1900-F
JB/T4712.1-2007,支座BI1900-S
2.6液面计的选择
此容器选用磁性液位计翻版显示型,由于此储罐介质温度在太原地区随四季温度的变化而变化,最低-20℃,最高50℃,密度黏度也随之变化,又根据需要满足筒体内径DN=1900,公称压力PN=2.5其他的液位计均不符合要求,所以选用此液位计。
液位计必须安装在最高液面以上液化石油气的装量系数为0.9,材质选用321号不锈钢.
液位计选用的PN=2.5MPa液位计,按其常用规格安装在距离筒体中心线L=1700mm
2.7焊接接头设计
(1)壳体A,B类焊接接头的设计
该容器上的A,B类接头必须采用对接焊,不允许采用搭接焊。
对接焊易于焊透,质量容易保证,易于作无损检测,可获得最好的焊接接头质量。
该容器上的接管与壳体以及补强圈之间的焊接一般只能采用角接和搭接。
(2)壳体C,D类焊接接头的设计
平盖,管板与圆筒非对接连接的接头,法兰与壳体,接管连接的接头,内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头,均属C类焊接接头,但已规定为A,B类的焊接接头除外。
接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头均属于E类焊接接头,但已规定为A,B类的除外。
(3)焊接接头坡口设计
容器筒体,封头与接管法兰的厚度均在δ=3~26mm的范围,为了减小焊接变形和残余应力,因此可取接头坡口形式为V形。
(5)常用焊接方法与焊条的选择
采用手工电弧焊,该方法设备简单,便于操作,使用于各种焊接,在压力容器制造中应用十分广泛,钢板对接,接管与筒体、封头的连接等都可以采用。
考虑母材力学性能与化学材料,构件的结构与刚性和经济性,该容器所用焊条使用型号如下表:
接头母材
焊接方法
焊条型号
焊条牌号
16MnR+16MnR
筒体与筒体连接
对接
E5015-(GB/T5117)
J507
人孔与筒体
角接
20+16MnR
接管与法兰
E4303(GB/T5117)
422
接管与筒体
Q235-B+16MnR
垫板与筒体
搭接
表2.10焊条选型
容器盛放高度危害介质,要进行焊后热处理。
3强度校核
钢制卧式容器
计算单位
过控1001
计算条件
简图
设计压力p
1.463
MPa
设计温度t
℃
筒体材料名称
16MnR(正火)
封头材料名称
封头型式
椭圆形
筒体内直径Di
mm
筒体长度L
6500
筒体名义厚度dn
支座垫板名义厚度drn
筒体厚度附加量C
腐蚀裕量C1
筒体焊接接头系数F
封头名义厚度dhn
封头厚度附加量Ch
2.3
鞍座材料名称
Q235-A.F
鞍座宽度b
鞍座包角θ
120
°
支座形心至封头切线距离A
鞍座高度H
地震烈度
低于7
度
内压圆筒校核
计算条件
筒体简图
计算压力Pc
1.49
设计温度t
50.00
C
内径Di
1900.00
材料
16MnR(正火)(板材)
试验温度许用应力[s]
170.00
设计温度许用应力[s]t
试验温度下屈服点ss
345.00
钢板负偏差C1
0.00
腐蚀裕量C2
2.00
焊接接头系数f
1.00
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- 20 m3 液氯储罐 设计 说明书