(30)M3液氯储罐设计

-1-前言本说明书为《30m3液氯储罐设计说明书》。本文采用常规设计方法，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。由于能力有限，不足之处敬请指正。朱晓娜0902034106-2-中北大学课程设计任务书2012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：学号：课程设计题目：（30）M3液氯储罐设计起迄日期：06月12日～06月25日课程设计地点：校内指导教师：系主任：下达任务书日期:2012年6月12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aDN80PJ-HG20599TG液氯进口管bDN80PJ-HG20599TG安全阀接口cDN500PJ-HG20599TG人孔dDN40PJ-HG20599TG空气进口管eDN40PJ-HG20599TG空气出口管fDN20PJ-HG20599TG压力表接口-4-gDN20PJ-HG20599TG液位计接口hDN80PJ-HG20599TG液氯出口管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。4．主要参考文献：-5-[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：2010年06月12日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤06月13日～06月17日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制06月18日～06月22日：设计图纸绘制（草图和装配图）06月23日～06月24日：撰写设计说明书06月25日：答辩及成绩评定系主任审查意见：签字：年月日-6-目录1、设计温度………………………………………………………………72、筒体和封头设计………………………………………………………………73、材料选择………………………………………………………………74、设计压力………………………………………………………………85、厚度设计…………………………………………………………………86、接管及接管法兰设计…………………………………………………………………97、人孔的选择………………………………………………………………108、液面计的选择………………………………………………………………119、压力表的选择………………………………………………………………1110、补强圈设计………………………………………………………………1211、鞍座的设计………………………………………………………………1312、焊接………………………………………………………………163、校核………………………………………………………1614、参考资料………………………………………………………1615、内压圆筒校核…………………………………………………………………1716、内压椭圆形封头校核………………………………………………………………1817、开孔补强计算……………………………………………………2018、卧式容器（双鞍座）………………………………………………………26-7-一、设计温度设计温度为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℃。二、筒体和封头的结构设计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。根据公式：3m%51304DiLπL/D=4得Di=2156mm,圆整得Di=2200mm.根据筒体直径DN=2200mm，由《压力容器与化工设备实用手册》可得封头的曲边高度为550mm，直边高度为40mm，封头容积为1.54593m据：LVD筒封筒2g)2(5459.12%51302%51VV得mmL7116筒,圆整得7200L筒mm，72003.272200gLD（在3-6之间）227.374gVDL筒筒345.312mVV封筒所以计算容积为31.453m，工作容积为31.45x0.9=27.413m。三、选择材料根据液氯的特性，选择16MnR。16MnR是压力容器专用钢。50℃时的许用应力Mpat170][,钢板标准GB6645。-8-四、设计压力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.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。设计压力Mpapp4659.11.0-4327.11.11.1工作设液柱静压力613149.82.2100.0309igDMpa因为0.03092.11%5%1.4659ghp设，所以液柱静压力可以不考虑，计算压力与设计压力相等。水压试验[]1.251.251.46591.8323[]tCMpaTPP五、厚度设计由中径公式2[]citcpDp可得筒体的计算厚度为9.55mm，钢板厚度负偏差10C，腐蚀余量24Cmm，故筒体的名义厚度为mmn15。由椭圆封头厚度计算公式可得10.562[]0.5tPcDimmPc腐蚀裕度24Cmm，钢板负偏差10C，取名义厚度1215cnCCmm-9-六、接管及接管法兰设计螺栓法兰连接是一种应用最广泛的密封装置，它的作用是通过螺栓连接，并通过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。由于工艺要求和检修的需要，在筒体上直接开孔安装接管，分别有液面计接口、人孔、压力表孔、空气进口、安全阀接孔、空气出口、液体进口、液体出口。根据各接口的大小选择相对应的法兰及垫片。1.选择液位计接口：液氯储罐液位计接口采用无缝热轧钢管20×3.5mm（管壁加厚，具有补强作用），接管外伸高度为120mm。2.液氯进口管采用无缝钢管YB231-7080×8mm,管的一端伸入罐切成45°,管长1500mm。配用凹面式平焊管法兰GH20595-97，凸面管法兰盖（GB9123.9-88）和石棉橡胶垫片（GB9126.2-88）。3.液氯出口管采用可拆的压出管80×8mm,伸入到罐内离罐底约150mm,外套无缝钢管89×8mm(管壁加厚，具有补强作用),都配用凹面板式平焊管法兰（GH20595-97），凸面管法兰盖（GB9123.9-88）和石棉橡胶垫片（GB9126.2-88）。4.安全阀接口管安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用80×8mm的无缝钢管,管法兰HG5010-58Pg16Dg705.压力表接口管压力表接口管由最大工作压力决定,,因此选用采用20×3.5mm无缝钢管,管法兰采用HG5010-58Pg16Dg50。各接管外伸高度都是150mm。-10-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aDN80PN1.6MPaHG20595-1997TG液氯进口管bDN80PN1.6MPaHG21524-2005TG安全阀接口cDN500PN1.6MPaTG人孔dDN40PN1.6MPaHG20595-1997TG空气进口管eDN40PN1.6MPaHG20595-1997TG空气出口管fDN20PN1.6MPaHG20595-1997TG压力表接口gDN20PN1.6MPaHG20595-1997TG液位计接口hDN80PN1.6MPaHG20595-1997TG液氯出口管接管及接管补强详细数据见强度校核书。跟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：表5.2法兰尺寸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ThNSHRB202510575144M1216402.364404045150110184M1618642.675458089200160188M16201103.210650七、人孔的选择根据HG/T21518-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》，查表3-1，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：-11-人孔尺寸表单位：mm密封面型式凹凸面MFMD7301b430d0d48公称压力PNMPa101D6602b48螺柱数量20公称直径DN5001H340A415螺母数量40wds530122H216B200螺柱尺寸332170Md506b44L300总质量kg302八.液面计的选择：液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有透光式玻璃板液面计、玻璃管液面计、反射式玻璃板液面计、浮标式玻璃板液面计、防霜液面计、磁性液面计等。因为本次设计要承装毒性为高度介质的容器，所以不能需啊弄玻璃管液面计。又因为要储存的介质稍有色泽，所以不能选用透光式玻璃板液面计。本次设计的高度小于3米，因而不能选用浮标式玻璃板液面计。本次设计的工作温度为-20-45℃，所以不能用防霜液面计。综上所述的内容，结合经济效益，本次设计选用反射式玻璃板液面计。九、压力表的选择压力容器上的压力表的最大量程应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备