55立方米液氯储罐课程设计

1中北大学课程设计说明书学生姓名：xxx学号：xxx学院：机械工程与自动化学院专业：过程装备与控制工程题目：55M3液氯储罐设计指导教师：职称:2013年06月08日陆辉山闫宏伟高强魏秀业刘波崔宝珍2中北大学课程设计任务书2012/2013学年第二学期学院：机械工程与自动化学院专业：过程装备与控制工程学生姓名：xxx学号：xxx课程设计题目：55M3液氯储罐设计起迄日期：06月08日～06月22日课程设计地点：校内指导教师：陆辉山闫宏伟高强系主任：姚竹亭下达任务书日期:2013年06月08日3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4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。5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：2013年06月08日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤06月09、13、14、15日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制06月16日～06月19日：设计图纸绘制（草图和装配图）06月20日～06月21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6绪论1、任务说明设计一个容积为553m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（2Cl）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)；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。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）。一、设计参数的确定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1.4327MPa由介质温度确定4工作温度-20～45℃5公称容积（Vg）55M36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100%无损检测71、主要元件材料的选择a.筒体材料的选择：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[]170tMpa,钢板标准GB6645。b、钢管材料的选择：根据JB/T4731,钢管的材料选用20钢，其许用应力133saMPa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℃。3.筒体封头设计从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。8筒体直径一般由工艺条件决定，但是要符合压力容器的公称直径。标准椭圆型封头是中低压容器经常采用的封头形式。封头公称直径必须与筒体的公称直径相一致。由公式DL=55*(1+5%)取=4，解得D=2639mm，圆整至2700mm。由《JBT4746-2002--钢制压力容器用封头》查得知，总深H=715mm，内表面积A=8。2415m，封头容积V=2.8055mV=V+V，即DL=55*（1+5%）-2*V,代入参数得L=9106.369mm圆整至9200mm计算容积V=DL+2*V=58.28m工作容积V=V=0.9*58.28=52.452m4.设计压力的确定9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(1.4327MPa)，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%设计压力时，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1.314，饱和蒸汽压Pv=1.4327MPa,大气压Pa=0.1MPa设计压力P=1.1*Pv=1.1*（1.4327-0.1）=1.466MPa液柱静压力=ρgD=1314*9.8*2.7=0.0355%*P，所以忽略液柱静压力。计算压力P=P=1.466MPa5.设备厚度计算（1）筒体的厚度计算：由中径公式2[]citcpDp可得a、计算厚度：1.466270011.692217011.466mm，（钢板厚度负偏差10C，腐蚀余量24Cmm，）b、名义厚度：16nmm。c、有效厚度：en12C-C16412mm（2）椭圆的厚度计算：由封头厚度2[]0.5citcPDP可得a、计算厚度：1.466270011.666217010.51.466mm，10（钢板厚度负偏差10C，腐蚀余量24Cmm，）b、名义厚度：16nmmc、有效厚度：en12C-C16412mm其中：t为元件在设计温度下的许用应力。该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为1.0（3）查《JBT4746-2002钢制压力容器用封头》得，封头质量m=1145kg直边段高度为715-=40mm6.管口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。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bDN80PN1.6MPaHG20592-1997MFM安全阀接口cDN500PN1.6MPaHG/T21523-2005MFM人孔dDN65PN1.6MPaHG20595-1997MFM空气进口管eDN65PN1.6MPaHG20595-1997MFM空气出口管fDN25PN1.6MPaHG20595-1997MFM压力表接口g1-4DN25PN1.6MPaHG20595-1997MFM液位计接口hDN80PN1.6MPaHG20595-1997MFM液氯出口管一些接管具体设计如下：11①氯进出口管进口管管端成45°角可使液流集中，避免成滴水，对卧式容器插入深度为全高的，插入液体中对减少液面形成泡沫及稳定液面等都有利。接管高度和安全阀同为100mm②根据《压力容器与化工设备实用手册》,采用磁性液位计，普通型，压力等级为1.6Mpa。根据设计要求，选用规格为1700mm的液位计。③空气进出口管、压力表接管高度均为100mm④考虑到安全阀起跳压力应低于设计压力高于工作压力,在这里选为1.45MPa注:接管补强数据见校核表7.人孔的选择根据HG21518-95选回转盖带颈对焊法兰人孔，密封面为凹凸面MFM。具体数据如下：128、法兰垫片的选用根据管口公称直径选择相应的法兰，1.6MPa时选用带颈对焊榫槽法兰，主要参数如下：①接管法兰根据HG20592-1997由相应接管公称直径选取公称通径DN钢管外径B型连接尺寸法兰厚度C法兰径法兰高度H法兰理论质量kg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ThNSR253211585144M1216462.664401.26133238140100184M1618562.665422.055057165125184M1620742.985483.11100108220180188M16221303.5126323.595005307156503320M30×2345781116129070.7根据HG20592法兰标准的规定，当压力等级≤1.6MPa且有剧毒介质时，选择缠绕垫片。具体结构及数据如下公称通径DN内环内径缠绕垫内环厚度公称通径DN内环内径内径外径厚度25344357253432435165505773871001081291493.22.4145005215495759.螺栓的选择参照HG/T20592~20635-2009钢制管法兰、垫片和紧固件标准为HG20613-1997钢制管法兰紧固件10、鞍座的选择①鞍座结构尺寸选择1516MnR钢的密度为7.85×10kg/m估算鞍座的负荷：储罐总质量12342mmmmm1m—筒体质量：331×3.142.79.212107.85107347.3739mDLkg2m——单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.2EHA椭圆形封头质量，可知，21016mkg3m——充液质量：水液氯，故23131413142.792.80.2276587.9