15立方米液氯储罐课程设计说明书解析

2一、绪论1、任务说明设计一个容积为153m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SW6-2011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)；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5003m，单罐容积小于1003m时选用卧式贮罐比较经济。3二、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1.414MPa由介质温度确定4工作温度-20～45℃5公称容积（Vg）15M36工程直径1700MM7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。经过查表我们取设计压力为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：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。钢管材料的选择：根据JB/T4731,钢管的材料选用20号钢，其许用应力137saMPa三、压力容器结构设计1、筒体和封头筒体的公称直径Di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23154DiLmπ(1+5%)取L/D=4将L/D=4代入得：1.69Dim。圆整后，1700mmDi采用标准椭圆封头，查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径iDN=D=1700mm，封头深度H=450mm，容积为0.69993m。4根据g1.05VVV筒封20.69992151.054DiLπ得6.3mL筒,圆整得6300L筒mm63003.7061700gLD在3~6之间2314.30m4gVDL筒筒3215.6998mVV筒封所以计算容积为15.69983m，工作容积为15.69980.9=14.133m计算压力cP：液柱静压力:1P=14709.811.70.0245MghPa1/0.0245/1.621.5%5%PP,故液柱静压力可以忽略，即cP1.62PMPa该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为1.0。由中径公式2[]citcpDp可得筒体的计算厚度7.925mm，钢板厚度负偏差10C，腐蚀余量22Cmm，故筒体的名义厚度为10nmm。由椭圆厚度计算公式可得7.8652[]0.5tPcDimmPc腐蚀裕度22Cmm，钢板负偏差10C，圆整后取名义厚度1210cnCCmm有效厚度en12C-C1028mm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D2D3D4TT1液氯进口管50571652066841074.53安全阀100108235241201401684.53人孔400426620384464785144.53空气进口50571652066841074.535管空气出口管50571652066841074.53压力表接口101490142436464.53液位计接口3238140184965824.53液氯出口管50571652066841074.53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HB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ThNSHRB10149060144M1214282.333353238140100184M1618563.665425057165125184M16207448548100108235190228M20241346.3126653、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。补强设计方法判别按HG/T21518-2005,选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径2240022404iddCmmiD1700850mm22d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t137MPa根据GB150-1998，A=d2(1)retf其中：壳体开孔处的计算厚度7.865mm接管的有效厚度etnt12CC13211mm强度削弱系数[]1370.806[]170tnrrf所以开孔所需补强面积为2A=d2(1)40410+2101110.8064082.68retfmm6有效补强范围有效宽度B的确定按GB150中式8-7，得：122404808Bdmm222404210213450nntBdmm12max(,)808BBBmm有效高度的确定(1）外侧有效高度1h的确定根据GB150，得：1'4041372.47nthdmm11''H240hmm接管实际外伸高度111min(','')72.47hhhmm(2）内侧有效高度2h的确定根据GB150-1998，得：2'4041372.47nthdmm2''0h222min(','')0hhh有效补强面积根据GB150，分别计算如下：123eAAAA筒体多余面积1A1nn2()()2()(1)(808404)(107.965)211(107.965)(10.806)813etrABdfmm接管的多余面积接管厚度：1.624001.912[]0.5217010.51.62ttPcDimmPc21n2222()2()272.47(131.91)0.80601607.3846ttretrAhfhCfmm焊缝金属截面积焊角取6.0mm223162362Amm补强面积21238131607.3846362456.3846eAAAAmm7因为26885eAAmm，所以开孔需另行补强所需另行补强面积：2468852456.38464428.6eAAAmm补强圈设计：根据DN400取补强圈外径D’=680mm。因为BD’，所以在有效补强范围。补强圈内径d’=428mm补强圈厚度：44428.6'17.57''680428AmmDd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190mm4、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12342mmmmm1m——筒体质量：331×3.141.76.310107.85102905.37mDLkg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，2251.6mkg3m——充液质量：水液氯，故23147010001.76.320.699923078.33k4mVVg液氯4m——附件质量：人孔质量为300kg，其他接管质量总和估100kg，即4400kgm综上所述，1234226888.8kgmmmmm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DN1700底板1l1200筋板3l277允许载荷Q/kN2781b2002b170鞍座高度h2501123b2308腹板212垫板4b32038螺栓间距2l104048垫板e40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2,252()4iiDDmmHh有h=H-故0.2(2)0.2(6300225)1272ALhmm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（2RinmR）,即170085522nmRmm0.50.5855427.5mARmm，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505c)人孔处接管、补强圈的焊接采用角焊，坡口为502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9计算条件筒体简图计算压力Pc1.64MPa设计温度t50.00C内径Di1700.00mm材料16MnR(正火)(板材)试验温度许用应力170.00MPa设计温度许用应力t170.00MPa试验温度下屈服点s345.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量计算计算厚度=PDPcitc2[]=8.26mm有效厚度e=n-C1-C2=8.00mm名义厚度n=10.00mm重量2656.70Kg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[][]t=2.0250(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平TT0.80s=276.00MPa试验压力下圆筒的应