過程設(shè)備設(shè)計(jì)——25立方米液氯壓力儲罐課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書SPECIFICATION25m3液氨儲罐設(shè)計(jì)學(xué) 院 ：班 級 ：姓 名 : 學(xué) 號 : 指導(dǎo)教師 : 完成時(shí)間 : 目錄任務(wù)書第一章 工藝設(shè)計(jì) 1.1存儲量1.2設(shè)備的選型及輪廓尺寸第二章 機(jī)械設(shè)計(jì)2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1.1筒體及封頭設(shè)計(jì) 材料的選擇 筒體壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算 封頭壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.2接管及接管法蘭設(shè)計(jì) 接管尺寸選擇 管口表及連接標(biāo)準(zhǔn) 接管法蘭的選擇 墊片的選擇 緊固件的選擇2.1.3人孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 密封面的選擇 人孔的設(shè)計(jì) 2.1.4 核算開孔補(bǔ)強(qiáng) 2.1.5支座的設(shè)計(jì) 支座的選擇2.1.6液面計(jì)及安全閥選擇2.1.7總體布局2.1.8焊接接頭設(shè)計(jì)2.2強(qiáng)度校核

2、參考文獻(xiàn) 任務(wù)書25立方米液氯儲罐設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)要求及原始數(shù)據(jù)（資料）一、 課程設(shè)計(jì)要求：1、 按照國家壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，掌握典型過程設(shè)備設(shè)計(jì)的過程。2、 設(shè)計(jì)計(jì)算采用手算，要求設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。3、 工程圖紙要求計(jì)算機(jī)繪圖。4、 獨(dú)立完成。二、 原始數(shù)據(jù)： 序號項(xiàng)目數(shù)值備注1名稱液氯儲罐2用途液氯儲存站3最高工作壓力MPa1.6由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20505公稱容積m3256工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(shù)0.98工作介質(zhì)液氯（高度危害）9使用地點(diǎn)太原市，室內(nèi)課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：1、 設(shè)備工藝設(shè)計(jì)2、 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3、 設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算4、 技術(shù)條件編制5、 繪

3、制設(shè)備總裝配圖6、 編制設(shè)計(jì)說明書應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件（論文）：1、 設(shè)計(jì)說明書一份2、 總裝配圖一張（折合A1圖紙一張）摘要液氯為黃綠色的油狀液體，有毒，在15時(shí)比重為1.4256，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，沸點(diǎn)為-34.6，凝固點(diǎn)為-101.5。在水分存在下對鋼鐵有強(qiáng)烈腐蝕性。液氯為基本化工原料，可用于冶金、防止、造紙等工業(yè)，并且是合成鹽酸、聚氯乙烯、塑料、農(nóng)藥的原料。用高壓鋼瓶包裝，凈重500kg、1000kg；槽車罐裝，凈重25噸左右/罐。貯于陰涼干燥通風(fēng)處，防火、防曬、防熱。項(xiàng)目 指標(biāo) 一等品 二等品氯含量，%99.8 99.6 99.6水份含量，%0.015 0.030 0.040技術(shù)指標(biāo)：GB-

4、T5138-1996危害特性：液氯不會燃燒，但可助燃。一般可燃物大都能在氯氣中燃燒，一般易燃?xì)怏w或蒸汽也都能與氯氣形成爆炸性混合物。氯氣能與許多化學(xué)品如乙炔、松節(jié)油、乙醚、氨、燃料氣、烴類、氫氣、金屬粉末等猛烈反應(yīng)發(fā)生爆炸或生成爆炸性物質(zhì)。它幾乎對金屬和非金屬都有腐蝕作用。第一章 工藝設(shè)計(jì)1.1 存儲量盛裝液化氣體的壓力容器設(shè)計(jì)存儲量式中：W儲存量，t； 裝載系數(shù)； V壓力容器容積； 設(shè)計(jì)溫度下的飽和溶液的密度，；根據(jù)設(shè)計(jì)條件=1.2 設(shè)備的選型及輪廓尺寸查表容器參數(shù)可得：筒體的公稱直徑,長度，計(jì)算體積選用EHA橢圓封頭，查EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積及容積表可得：深度，內(nèi)表面積，容積第二章 機(jī)械

5、設(shè)計(jì)2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1.1筒體及封頭設(shè)計(jì).材料的選擇常見的壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鋼板有Q245，Q345R，Q370R等；無縫鋼管材料有10，20,等?？紤]到該容器的內(nèi)徑為2100mm，所以選用筒體由鋼板卷制而成，由于低合金鋼有較高的強(qiáng)度，良好的塑性，價(jià)格相對較低，所以選用Q345R。.筒體壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算I.設(shè)計(jì)壓力 液氯儲罐的工作溫度-2050，故選取設(shè)計(jì)溫度t=50，由本次的化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書查得，該溫度下液氯的絕對飽和蒸汽壓為1.430MPa。由于通常的設(shè)計(jì)壓力在沒有說明的情況下，均指表壓在本次設(shè)計(jì)中的液氯儲罐上裝有安全閥，通常認(rèn)為設(shè)計(jì)壓力為工作壓力的1.051.10倍

6、，所以安全閥的開啟壓力為，因?yàn)?所以，公稱壓力選1.6MPa。II.液柱靜壓力由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書查得，液氯的密度為1511，內(nèi)徑2100mm由各地區(qū)重力加速度表查的太原地區(qū)的，則根據(jù)公式可III.計(jì)算壓力因?yàn)?，所以可忽略靜壓力的影響。即IV.設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力為，假設(shè)筒體厚度為，由材料許用應(yīng)力表可得的V.焊接接頭系數(shù)本次液氯儲罐的設(shè)計(jì)采用雙面對接焊的全焊透對接接頭，局部無損檢測，所以=0.85。VI.內(nèi)壓容器的計(jì)算厚度 根據(jù)內(nèi)壓容器的計(jì)算厚度公式【2】： 。取腐蝕裕量， 所以設(shè)計(jì)厚度 。由于GB 713鍋爐和壓力容器用鋼鋼板和GB 3513低溫壓力容器用低合金鋼板中列舉的鍋

7、爐和壓力容器專用鋼板的厚允許偏差按GB/T 709中的B類要求，即厚度負(fù)偏差。另外取負(fù)偏差， 所以名義厚度 ，經(jīng)過圓整后為,在之間，故假設(shè)是成立的。.封頭壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度公式： 取腐蝕裕量，經(jīng)過圓整后為.可見標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與筒體等厚2.1.2接管及接管法蘭設(shè)計(jì)1，本次設(shè)計(jì)所用的接管的尺寸表如下所示：公稱尺寸外徑壁厚用途或名稱理論質(zhì)量DN8089×5液氯進(jìn)口管10.36DN8089×5排氣管10.36DN100108×5備用口12.70DN8089×5液氯出口管10.36DN8089×5安全閥接

8、口10.36DN8089×5放凈口10.36DN2025×5液位計(jì)接口3.33DN2532×5壓力計(jì)口3.332,本次設(shè)計(jì)所用的接管及管口表如下表2管口表接管代號公稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式用途或名稱ADN80HG20595-2009FM液氯進(jìn)口管BDN80HG20595-2009FM排氣管EDN100HG20595-2009FM備用口PIDN80HG20595-2009FM液氯出口管SVDN80HG20595-2009FM安全閥接口CDN80HG20595-2009FM放凈口DDN25HG20595-2009FM壓力計(jì)口LGDN20HG20595-2009FM

9、液位計(jì)接口3接管法蘭的選澤查壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危害程度分類HG-20660-2000得：液氯的毒性為高等危害，故采用帶頸對焊法蘭，密封面為凹凸面，帶加強(qiáng)環(huán)的纏繞式墊片和專用級緊固件結(jié)合。根據(jù)設(shè)計(jì)壓力為，操作溫度為2050，故采用鍛件，材料選Q345R，類別為1C1，由于設(shè)計(jì)壓力為，查中華人民共和國化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).HG/T 20592-2009得，PN16材料Q345R為的鋼制管法蘭材料的最大允許工作壓力16.0bar,因此該法蘭的公稱壓力為PN16，由于PN25,但介質(zhì)有毒，所以采用專用級全螺紋螺柱和型六角螺母接管的法蘭結(jié)構(gòu)如下：表3 接管法蘭結(jié)構(gòu)尺寸表【3序號名稱或用途公稱直徑D

10、N鋼管外徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺栓Th法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度H法蘭質(zhì)量(Kg)NSRBBA液氯進(jìn)口管8089200160188M16241053.212858 5.0B排氣管8089200160188M16241053.2128585.0E備用口100108235190228M20241343.6128656.5PI液氯出口管8089200160188M16241053.2128585.0SV安全閥接口8089200160188M16241053.2128585.0C放凈口8089200160188M16241053.212858 5.0D壓力計(jì)口253211

11、585144M1218462.664401.0LG液位計(jì)接口203211585144M1218462.664401.0表5 接管法蘭標(biāo)記名 稱法蘭標(biāo)記液氯進(jìn)口管法蘭HG 20595 法蘭 WN 50（B）-16 FM 20液氯出口管法蘭排氣管HG 20595 法蘭 WN 25（B）-16 FM 20壓力計(jì)備用口液面計(jì)接管法蘭HG 20595 法蘭 WN 25(B)-16 FM 20安全閥接管法蘭2.1.3人孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .密封面的選擇由于本次設(shè)計(jì)的介質(zhì)是高度危害的，所以本次設(shè)計(jì)采用凹凸法蘭密封面（MFM）。 .人孔的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的儲罐設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa，根據(jù)鋼制人孔和手孔【3】，采用回轉(zhuǎn)蓋

12、帶頸對焊法蘭人孔。該人孔標(biāo)記為：人孔 圖3.1 人孔結(jié)構(gòu)示意圖表3.1 人孔結(jié)構(gòu)尺寸【3】密封面型式公稱壓力PN公稱直徑DNdwSdDD1H1H2bMFM2.54504801245667060025012142b1b2ABLd0螺柱螺母螺柱總質(zhì)量數(shù)量直徑長度4146375175250242040M3321652452.1.4人孔的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算按照GB150殼體開孔滿足以下要求時(shí)，可不另行1，設(shè)計(jì)壓力小于等于2.5； 2，兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍； 3，接管的公稱外徑小于等于89mm； 4，接管厚度滿足下表：接管外徑/mm253238454857657689最小壁厚/mm3

13、.54566由于除人孔和備用口外，其他接管的外徑均小于89mm，故我們需要對人孔和備用口進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)。GB150采用等面積補(bǔ)強(qiáng).。查表補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸系列，補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為殼體的壁厚，材料與殼體相同，為Q345R，考慮到液氯的毒性程度為高度危害，補(bǔ)強(qiáng)圈的坡口形式選為D型，查JB/T 4736-2002知：DN500，時(shí)，該補(bǔ)強(qiáng)圈的質(zhì)量為33.9，可確定補(bǔ)強(qiáng)圈為： JB/T47362.1.5支座的設(shè)計(jì) .支座的選擇 鞍座結(jié)構(gòu)該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235-A。估算鞍座的負(fù)荷： 儲罐總質(zhì)量筒體質(zhì)量單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.2 EHA橢

14、圓形封頭質(zhì)量，可知，充液質(zhì)量：，附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為245kg，其他接管質(zhì)量總和292kg，即綜上所述， G=mg=397.67kN,每個(gè)鞍座承受的重量為198.84kN由此查JB4712.1-2007容器支座，選取輕型，焊制為A,包角為120，有墊板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表4： 表4：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸 單位：mm公稱直徑DN允許載荷Q /kN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1l3b2b32200405250158024014102452082908墊板螺栓配置鞍座質(zhì)量kg增加100mm高度增加的質(zhì)量/kg弧長b4e間距l(xiāng)2螺孔d螺紋孔長l2570500101001

15、38024M2040205192.1.6液面計(jì)及安全閥選擇本次設(shè)計(jì)采用磁性液位計(jì)，普通型，壓力等級為1.6 MPa。根據(jù)實(shí)際要求，選用液位計(jì)的長度為1400mm。標(biāo)記HG/T21594-95Z-1.6FM-1400-LS。根據(jù)公稱壓力PN=1.6和適用介質(zhì)，選擇型號為A41H-16C的安全閥。2.1.7總體布局 液氯進(jìn)氣管外伸度80mm，內(nèi)伸高度1620mm。，備用口、排氣口，壓力表管外伸高度150mm，內(nèi)伸高度0mm。排污口管外伸度150m，內(nèi)伸高度0m。排液口管外伸高度150m，內(nèi)伸高度0m。安全閥外伸高度150mm，內(nèi)伸高度0mm。人孔外伸361mm，內(nèi)伸0mm。 接管與接管間距400m

16、m，進(jìn)液口接管與左側(cè)人孔間距600mm，加強(qiáng)圈外側(cè)與焊縫距離等于300mm,鞍座距封頭切線1190mm。2.1.8焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及焊條的選擇綜合考慮各種因素，針對本次設(shè)計(jì)儲存的介質(zhì)是高毒性介質(zhì)，所以本次設(shè)計(jì)的殼體A、B類焊接接頭應(yīng)為X型的如圖。而對于法蘭與殼體、接管連接的接頭，應(yīng)采用全焊透接頭。 對于人孔、補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體的接頭選用，如圖圖8.1 x型焊接接頭圖8.2 接管與筒體的接頭圖8.3 補(bǔ)強(qiáng)圈接頭形式2.2強(qiáng)度校核內(nèi)壓圓筒校核計(jì)算單位計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力 Pc 1.6MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00° C內(nèi)徑 Di 2200.00mm材料 Q345R(熱軋) ( 板材 )試驗(yàn)溫度

17、許用應(yīng)力 s 189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 4.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.85厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 11.01mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 11.7mm名義厚度 dn = 16.00mm重量 5035Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 1.828MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.5MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 212.11 MPa校核條件

18、 sT£ sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 1.628MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 144.59MPastf 160.65MPa校核條件stf st結(jié)論 合格六、結(jié)束語 為期兩周的課程設(shè)計(jì)很快就結(jié)束了，在這兩周里，我們過的忙碌而充實(shí)。在經(jīng)歷了一周的手工作圖和一周了電腦繪圖之后，我們深深地體會到了工程師的不容易。我們不僅從中學(xué)到了過程裝備設(shè)計(jì)的知識，也學(xué)到了設(shè)計(jì)中的種種細(xì)節(jié)對一個(gè)設(shè)備甚至一個(gè)工程的重要性。這對我們以后的學(xué)習(xí)也大有裨益?？傊?，這兩周，是很有收獲的兩周。主要參考文獻(xiàn)（資料）：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)-課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.太原理工大學(xué).20151） TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布，2009.8.312） HG 20660-2000 壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)程度分類 北京：