过程设备设计课程设计任务书(65M3液氯储罐设计)

课程设计任务书1．设计目的：设计目的1)使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2)掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。3)掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。4)掌握工程图纸的计算机绘图。2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1．原始数据设计条件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MPa由介质温度确定4工作温度-20～45℃5公称容积（Vg）10/16/20/25M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(φV)0.98工作介质液氯（高度危害）9使用地点室内10安装与地基要求11其它要求管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称液位计接口空气进口管空气出口管液氯进口管液氯出口管安全阀接口压力表接口人孔课程设计任务书2．设计内容1）设备工艺、结构设计；2）设备强度计算与校核；3）技术条件编制；4）绘制设备总装配图；5）编制设计说明书。3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：1）设计说明书：主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等；2）总装配图设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸采用计算机绘制。课程设计任务书4．主要参考文献：[1]国家质量技术监督局，GB150-1998《钢制压力容器》，中国标准出版社，1998[2]国家质量技术监督局，《压力容器安全技术监察规程》，中国劳动社会保障出版社，1999[3]全国化工设备设计技术中心站，《化工设备图样技术要求》，2000，11[4]郑津洋、董其伍、桑芝富，《过程设备设计》，化学工业出版社，2001[5]黄振仁、魏新利，《过程装备成套技术设计指南》，化学工业出版社，2002[6]国家医药管理局上海医药设计院，《化工工艺设计手册》，化学工业出版社，1996[7]蔡纪宁主编，《化工设备机械基础课程设计指导书》，化学工业出版社，2003年5．设计成果形式及要求：1）完成课程设计说明书一份；2）草图一张（A1图纸一张）3）总装配图一张(A1图纸一张)；6．工作计划及进度：2012年06月11日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤06月11日～06月15日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制06月15日～06月20日：设计图纸绘制（草图和装配图）06月20日～06月22日：撰写设计说明书06月22日：答辩及成绩评定系主任审查意见：签字：年月日一、绪论1、任务说明设计一个容积为653m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、液氯的性质液氯为黄色液体，沸点-340C，熔点-1010C，比重1.468，有剧毒。氯的化学性质非常活泼，能与金属、非金属及其化合物进行反应，与有机化合物也能发生取代、加成反应。50摄氏度时的饱和蒸汽压(绝对压力)为1.4327MPa。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。二、设计计算2.1工艺设计1.盛装液化气体的压力容器的设计存储量W=ΦVρ=0.9×47.5×1.3141=51t式中：W---储存量，tΦ---装量系数V---压力容器容积ρ---设计温度下饱和液体密度，t/m32.设备的初步选型及轮廓尺寸目前我国普遍采用常温压力储罐一般有两种形式：球形储罐和圆筒形储罐，因为圆筒形储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，多以在总储存量小于500m3，单罐容积小于1000m3时选用卧式储罐比较经济。2.2机械设计2.2.1结构设计表2-1设计条件表项目内容备注工作介质液氯工作压力MPa1.4327设计压力MPa1.54工作温度℃-20~45设计温度℃50公称容积m365计算容积m369.05工作容积m362.14装量系数Φ0.9介质密度t/m31.3141材质16MnR保温要求无其他要求无1.筒体和钢管材料的选择根据液氯的特性，查GB150-1998选择16MnR。16MnR是压力容器专用钢，适用范围：用于介质具有一定腐蚀性,壁厚较大（8mm）的压力容器。50℃时的许用应力Mpat170][,钢板标准GB6645。根据JB/T4731,钢管的材料选用20号钢，其许用应力137saMPa。2.设计温度的确定设计温度是指容器在正常的工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。当元件金属温度不低于0°C时，设计温度不得低于元件金属可能达到的最高温度；当元件金属温度低于0°C时，其值不得高于元件金属可能达到的最低温度。考虑一定的余量和相关标准的使用，这里选为50℃。4.设计压力的确定设计压力为容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力，而最高工作压力指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。装设安全阀的容器，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不得低于安全阀的开启压力，通常可取最高工作压力的1.05——1.10倍。计算压力是指在相应的设计温度下，用以确定元件最危险截面厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力与液柱静压力之和，当元件所承受的液柱静压力小于5%设计时，可忽略不计。t=50℃时,根据《压力容器介质手册》可得液氯的密度是1.3143/cmg，饱和蒸汽压Pv=1.4327MPa,大气压Pa=0.1MPa，因此最高工作压力应为1.5-0.1=1.4MPa（表压）。一、筒体和封头结构设计筒体直径一般有工艺条件决定。根据公式%)51(65432mLDiL/D=4由上面两个公式联立可以解出Di=2790mm,圆整为Di=2800mm。即圆筒的公称直径为2800mm。（JB/T9019-2001）查标准JB4746-2002可知，公称直径为2800mm的标准椭圆封头的容积为V封=3.1198m3封头深度H=740mm则筒体部分容积为3m01.621198.32-05.1652-05.1封筒VVV再由筒VLDi24解出L=10074mm，取圆整值10200mm。L/Di=10200/2800=3.9在3-6范围内，符合要求。计算容积3205m.692VLDg4封筒π工作容积=0.9计算V=62.143m二、接管和接管法兰设计１．接管由《化工工艺设计手册》第四版可知，所需的各接管的公称尺寸如下表。表2-2管口表接管代号公称尺寸公称压力连接尺寸标准连接面形式用途或名称aDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM液氯进口管bDN80PN1.6MPaHG21595-1997MFM安全阀接口cDN500PN1.6MPaMFM人孔dDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM空气进口管eDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM空气出口管fDN20PN1.6MPaHG20595-1997MFM压力表接口g4~1DN20PN1.6MPaHG20595-1997MFM液位计接口hDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM液氯出口管２.法兰与垫片选择1、法兰DN=2800mm，DP=1.54MPa，根据规定选择水平吊盖长颈对焊法兰（WN），材料：16MnR密封面选榫槽密封（TG），下图法兰尺寸如下表表2-3法兰尺寸表公称通径DN钢管外径连接尺寸法兰厚度C法兰颈法兰高度HB法兰螺栓孔螺螺栓螺NSH1R外径D中心圆直径K栓孔直径L孔数量n纹ThB8089200160188M16201103.210650202510575144M1216402.364405005307156503320M30×234578111612902.垫片根据HG20592法兰标准的规定，当公称为0.6MPa~4.0MPa且有剧毒介质时，选择四氟乙烯垫片。表2-4垫片尺寸公称直径DN包覆层内1D包覆层外3D垫片外径4D厚度T20275061380891261423三、人孔、手孔、视镜、液面计、压力计、温度计、安全阀结构设计1.人孔根据HG/T21515～21535-2005钢制人孔手孔的类型和技术条件选选用水平吊盖带颈平焊法兰人孔，材料为20号钢，质量=320kg，密封形式：凹凸面（MFM）表2-5人孔尺寸dw×sDD1bb1b2AH1H2d530×1271565034313640532020136垫片选聚四氟乙烯包覆垫2、液面计由于容器工作温度为-20℃~45℃，故只能选磁性液位计，其允许工作温度为-40℃~300℃。（HG/T21584-1995）L=3000mm,凸面（M）3、压力计膜片压力表适用于测量具有一定腐蚀性，非凝固或非结晶的各种流体介质的压力或负压。由于盛装液氯，混入的少量水分会导致介质的腐蚀性，故选用膜片压力表。选择型号为YPF–150–B-F。4、安全阀安全阀选用A42Y-16P，适用于腐蚀性介质，公称压力1.6MPa，公称直径DN100。四、鞍座结构设计该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-A筒体的质量m1=V=LDg=×2.8×10.2×0.018×7.85×103=12671.6kg储存液氯的质量m2=氯LD2i4=82486.2kg单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表EHA椭圆形封头质量，可知，3m=1090.4kg其他附件质量4m=320kg鞍座总质量m=97658.7kg根据JB/T4712~4725-92DN=2800，选BI型耳式支座，包角120，材料选用Q235A。表2-6鞍座尺寸表公称直径DN允许载荷QKN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1δ1δ2l3b2b3δ328001950250204030010103202683608垫板螺栓配置鞍座质量增加100mm高度增加的质量弧长b4δ4e间距l2螺孔d螺纹孔长l326061010120180024M2040514kg50kg图2-6鞍式支座通常取尺寸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4iDHh40mm故符合鞍座间距A=0.5R=700mm，L=10200-2A=8800mm五、焊接接头设计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。介质为氯气，因此回转壳体与封头的焊接选用对接接头，接管与壳体及补强圈之间的焊接采用角焊，为减小焊接变形和残余应力选X形内坡口。下图20b=2P=2502.2.2强度设计一、容器的筒体和封头壁厚设计1、材料选择压力容器专用钢16MnR，许用应力170tMPa2、设计压力在设计条件中已经确定了最高工作压力为1.4MPa,设计压力通常取最高工作压力的1.05~1.1倍，这里取为1.1倍，即设计压力为1.41.1=1.54MPa液柱静压计算P液=ρgDi=0.036MPa,小于设计压力的5%，故不予考虑，计算压力Pc=1.54MPa3、焊接结构系数由于氯气是一种极度危害的戒指，对人的皮肤，呼吸道有