液氯的物理性質 密度和飽和蒸汽壓

1、溫度 飽和液密度kg/m3-201528201406401342501307圖1 液氯密度隨溫度變化圖圖2 液氯溫度與飽和蒸汽壓圖1atm=1.0133*105Pa表1-1 全國各地區(qū)重力加速度表序號地區(qū)重力加速度序號地區(qū)重力加速度序號地區(qū)重力加速度1包頭9.798612?？?.7863 23沈陽9.8035 2北京9.801513合肥9.7947 24石家莊9.7997 3長春9.804814吉林9.8048 25太原9.7970 4長沙9.791515濟南9.7988 26天津9.8011 5成都9.791316昆明9.7830 27烏魯木齊9.8015 6重慶9.791417拉薩9.77

2、99 28西安9.7944 7大連9.801118南昌9.7920 29西寧9.7911 8廣州9.783319南京9.7949 30張家口9.8000 9貴陽9.7968 20南寧9.7877 31鄭州9.7966 10哈爾濱9.806621青島9.7985 11杭州9.7936 22上海9.7964 地球各點重力加速度近似計算公式: g=g0(1-0.00265cos&)/1+(2h/R) g0:地球標準重力加速度9.80665(m/平方秒) &:測量點的地球緯度 h:測量點的海拔高度 R:地球的平均半徑(R=6370km)30m3的液氯儲罐的設計2011133152目錄1

3、 引言12設計任務書23設計參數及材料的選擇23.1 設備的選型與輪廓尺寸23.2 設計壓力23.2 筒體及封頭材料的選擇53.3 許用應力54結構設計54.1筒體壁厚計算54.2 封頭設計64.2.1 半球形封頭64.2.2 標準橢圓形封頭74.2.3 標準蝶形封頭74.2.4 圓形平板封頭84.2.5 不同形狀封頭比較94.3 壓力試驗94.4鞍座104.4.1鞍座的選擇104.4.2 鞍座的位置115 結 果13參考文獻151 引言轉發(fā)刪除重新發(fā)送液氯化學名稱液態(tài)氯，為黃綠色液體，沸點-34.6，溶點-103，在常壓下即氣化成氣體，吸入人體能嚴重中毒，有劇烈刺激作用和腐蝕性，在日光下與其

4、它易燃氣體混合時發(fā)生燃燒和爆炸，氯是很活潑的元素，可以和大多數元素（或化合物）起反應。分子式：Cl2， 相對分子量：70.906，性能：液氯為黃綠色的油狀液體，有毒，在15時比重為1.4256，在標準狀況下，沸點為-34.6，凝固點為-101.5。在水分存在下對鋼鐵有強烈腐蝕性。液氯為基本化工原料，可用于冶金、紡織、造紙等工業(yè)，并且是合成鹽酸、聚氯乙烯、塑料、農藥的原料。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，一般易燃氣體或蒸汽也都能與氯氣形成爆炸性混合物。氯氣能與許多化學品如乙炔、松節(jié)油、乙醚、氯、燃料氣、烴類、氫氣、金屬粉末等猛烈反應發(fā)生爆炸或生成爆炸性物質。它幾乎

5、對金屬和非金屬都有腐蝕作用。健康危害：對眼、呼吸系統(tǒng)粘膜有刺激作用?？梢鹈宰呱窠浥d奮、反射性心跳驟停。急性中毒：輕度者出現粘膜刺激癥狀：眼紅、流淚、咳嗽，肺部無特殊所見；中度者出現支氣管炎和支氣管肺炎表現，病人胸痛，頭痛、惡心、較重干咳、呼吸及脈搏增快，可有輕度紫紺等；重度者出現肺水腫，可發(fā)生昏迷和休克。有時發(fā)生喉頭痙攣和水腫。造成窒息。還可引起反射性呼吸抑制，發(fā)生呼吸驟停死亡。慢性中毒：長期低濃度接觸，可引起慢性支氣管炎、支氣管哮喘和肺水腫；可引起職業(yè)性痤瘡及牙齒酸蝕癥。泄漏處置 迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風處，并隔離直至氣體散盡，建議應急處理人員戴正壓自給式呼吸器，穿廠商特別推薦的化學防

6、護服(完全隔離)。避免與乙炔、松節(jié)油、乙醚、氯等物質接觸。切斷氣源，噴霧狀水稀釋、溶解，然后抽排(室內)或強力通風(室外)。如有可能，用管道將泄漏物導至還原劑(酸式硫酸鈉或酸式碳酸鈉)溶液。漏氣容器不能再用，且要經過技術處理以清除可能剩下的氣體。設計基本思路：本設計綜合考慮環(huán)境條件、介質的理化性質等因素，結合給定的工藝參數，機械按容器的選材、壁厚計算、強度核算、附件選擇、焊縫標準的設計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、鞍座、焊接形式進行了設計和選擇。設備的選擇大都有相應的執(zhí)行標準，設計時可以直接選用符合設計條件的標準設備零部件，也有一些設備沒有相應標準，則選擇合適的非標設備。各項設計參數都正確參考

7、了行業(yè)使用標準或國家標準，這樣讓設計有章可循，并考慮到結構方面的要求，合理地進行設計。2設計任務書請設計一30m3的液氯儲罐，具體要求：1) 儲罐設計參數及材料的選定2) 壓力容器結構設計3) 壓力試驗及強度校核4) 使用地點：成都5) 編寫儲罐說明書3設計參數及材料的選擇3.1 設備的選型與輪廓尺寸筒體結構設計為圓筒形。因為作為容器主體的圓柱形筒體，制造容易，安裝內件方便，而且承壓能力較好，這類容器應用最廣。筒體直徑一般由工藝條件決定，但是要符合壓力容器的公稱直徑。粗略計算內徑：，一般，得：，所以：，圓整至，則。3.2 設計壓力 本儲罐在成都使用，夏季最高溫度為38oC，冬季最低溫度為-5

8、oC，工作溫度在-538 oC，取最高工作溫度為38oC。由圖1-1可得，38oC時，液氯密度為kg/m3。圖1-1 液氯密度溫度圖表1-1 全國各地區(qū)重力加速度表序號地區(qū)重力加速度序號地區(qū)重力加速度序號地區(qū)重力加速度1包頭9.798612?？?.7863 23沈陽9.8035 2北京9.801513合肥9.7947 24石家莊9.7997 3長春9.804814吉林9.8048 25太原9.7970 4長沙9.791515濟南9.7988 26天津9.8011 5成都9.791316昆明9.7830 27烏魯木齊9.8015 6重慶9.791417拉薩9.7799 28西安9.7944 7大

9、連9.801118南昌9.7920 29西寧9.7911 8廣州9.783319南京9.7949 30張家口9.8000 9貴陽9.7968 20南寧9.7877 31鄭州9.7966 10哈爾濱9.806621青島9.7985 11杭州9.7936 22上海9.7964 地球各點重力加速度近似計算公式: g=g0(1-0.00265cos&)/1+(2h/R)g0:地球標準重力加速度9.80665(m/平方秒)&:測量點的地球緯度h:測量點的海拔高度R:地球的平均半徑(R=6370km)由表1-1，查得成都地區(qū)的重力加速度m/s2，則液柱靜壓為：MPa。圖1-2 液氯溫度與飽

10、和蒸汽壓圖根據圖1-1，查得38oC蒸汽壓為kPa，可以判斷設計的容器為內壓容器，按壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程規(guī)定，盛裝液化氣體無保冷設施的壓力容器，其設計壓力應不低于液化氣38oC時的飽和蒸汽壓力1.11 MPa。當容器上裝有安全閥時，取1.051.1倍的最高工作壓力作為設計壓力，液氯儲罐的設計壓力p為1.22MPa。則：，所以可忽略靜壓強，即。由于，故該儲罐屬于中壓容器。3.2 筒體及封頭材料的選擇根據液氯的物性選擇罐體材料，液氯對碳鋼腐蝕率是0.5mm/a，且又屬于中壓儲罐，可以考慮20R和16MnR這兩種鋼材。如果純粹從技術角度看，建議選用20R類的低碳鋼板， 16MnR鋼板的價格雖比2

11、0R貴，但在制造費用方面，同等重量設備的計價，16MnR鋼板為比較經濟。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標準號為GB6654-1996。3.3 許用應力設計溫度為38ºC，屬于常溫容器。查閱文獻1，當16MnR鋼板厚度616mm時，16MnR鋼板的強度極限b=510 MPa，屈服極限s=345MPa。常溫下，當取強度極限作為16MnR 鋼板的極限應力時，許用應力，查閱文獻2得；，取，那么MPa；當取屈服極限作為16MnR 鋼板的極限應力時，許用應力，取，MPa。則許用應力取兩者這間的較小值，則t=170MPa。4結構設計4.1筒體壁厚計算計算壁厚按照（4-1）式

12、計算。 （4-1）式中：pc計算壓力，MPa；Di筒體內徑，mm；t設計溫度下的許用應力，MPa；焊接接頭系數容器筒體的縱向焊接接頭采用雙面焊或相當于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數=1.00，全部無損探傷。把相關數據帶入（4-1）式，得到圓柱形筒體的計算壁厚。mm查材料腐蝕手冊，38下液氯對鋼板的腐蝕速率0.5mm/年，計劃用10年，取腐蝕裕量C2=5 mm。所以，筒體的設計壁厚d=+ C2=12.92mm。查閱鋼板厚度負偏差表，鋼板厚度在8.025mm范圍內，負偏差C1=0.8 mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=14mm。在mm之間，故假設是成立的。查GB9019-

13、2001，得到圓柱形筒體的規(guī)格尺寸見表4-1。表4-1 筒體標準公稱直徑DN/mm1m高的容積V1/m31m高的內表面積F1/m21m高筒節(jié)質量/kg22003.8016.817144.2 封頭設計4.2.1 半球形封頭球形封頭的計算壁厚按照（4-2）式計算。 （4-2）式中：pc計算壓力，MPa；Di半球形封頭的內徑，mm；t設計溫度下的許用應力，MPa；焊接接頭系數封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數=1.00，全部無損探傷。把相關數據帶入（4-2）式，得到半球形封頭的計算壁厚。mm查材料腐蝕手冊，38ºC下液氯對鋼板的腐蝕速率為0.5mm/年

14、，取腐蝕裕量C2=5 mm。所以，筒體的設計壁厚d=+ C2=8.95mm。查閱鋼板厚度負偏差表，鋼板厚度在8.025mm范圍內，負偏差C1=0.8 mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=10mm。4.2.2 標準橢圓形封頭標準橢圓形封頭的計算壁厚按照（4-3）式計算。 （4-3）式中：pc計算壓力，MPa；Di橢圓形封頭的內徑，mm；t設計溫度下的許用應力，MPa；焊接接頭系數封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數=1.00，全部無損探傷。把相關數據帶入（4-3）式，得到標準橢圓形封頭的計算壁厚。mm查材料腐蝕手冊，38ºC下液氯對鋼板

15、的腐蝕速率為0.5mm/年，取腐蝕裕量C2=5mm。所以，筒體的設計壁厚d=+ C2=12.91mm。查閱鋼板厚度負偏差表，鋼板厚度在8.025mm范圍內，負偏差C1=0.8 mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=14mm。4.2.3 標準蝶形封頭標準蝶形封頭的計算壁厚按照（4-4）式計算。 （4-4）式中：pc計算壓力，MPa；Di標準蝶形封頭的內徑，mm；t設計溫度下的許用應力，MPa；焊接接頭系數封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數=1.00，全部無損探傷。把相關數據帶入（4-4）式，得到標準蝶形封頭的計算壁厚。查材料腐蝕手冊，38

16、6;C下液氯對鋼板的腐蝕速率為0.5mm/年，取腐蝕裕量C2=5 mm。所以，筒體的設計壁厚d=+ C2=14.49mm。查閱鋼板厚度負偏差表，鋼板厚度在8.025mm范圍內，負偏差C1=0.8 mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=16mm。4.2.4 圓形平板封頭圓形平板封頭的計算壁厚按照（4-5）式計算。 （4-5）式中：pc計算壓力，MPa；Di標準蝶形封頭的內徑，mm；t設計溫度下的許用應力，MPa；焊接接頭系數圓形平板封頭的計算直徑Dc 等于壓力容器內徑Di ,則Dc =2200mm。封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數=1.00，全

17、部無損探傷。對于圓形平板封頭，取K值等于0.25。把相關數據帶入（4-5）式，得到圓形平板封頭的計算壁厚。查材料腐蝕手冊，38ºC下液氯對鋼板的腐蝕速率為0.5mm/年，取腐蝕裕量C2=5mm。所以，筒體的設計壁厚d=+ C2=98.18mm。查閱鋼板厚度負偏差表，負偏差C1=2 .2mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=102mm。4.2.5 不同形狀封頭比較不同形狀封頭壁厚見表4-21。從表4-2可以看出，標準橢圓形封頭1的壁厚與筒體的壁厚相同。標準橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時，可以達到與筒體等強度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優(yōu)點，用沖壓法易于成形，制造比球形封頭容

18、易，所以，選擇橢圓形封頭，結構由半個橢球面和一圓柱直邊段組成。因為封頭壁厚20mm則標準橢圓形封頭的直邊高度h0=40mm。表4-2 不同形狀封頭的壁厚封頭半球形標準橢圓形標準蝶形圓形平板名義壁厚/mm101416102查橢圓形封頭標準（JB/T4737-95），得到橢圓形封頭規(guī)格尺寸見表3-3。表4-3 標準橢圓封頭公稱直DN/mm曲面高度h1/mm直邊高度h0/mm內表面積Fi/m2容積V/m32200550405.501.544.3 壓力試驗水壓試驗，液體的溫度不得低于5；試驗方法：試驗時容器頂部應設排氣口，充液時應將容器內的空氣排盡，試驗過程中，應保持容器外表面的干燥。試驗時壓力應緩慢

19、上升，達到規(guī)定試驗壓力后，保壓時間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80%，并保持足夠長的時間以便對所有焊接接頭和連接部位進行檢查。如有滲漏，修補后重新試驗。水壓試驗時的壓力： (4-6)筒體的有效壁厚e=n-(C1+C2)=14-(0.8+5)=8.2mms=345MPa水壓試驗時的計算應力： (4-7)水壓試驗時的許用應力為 ，故筒體滿足水壓試驗時的強度要求。4.4鞍座4.4.1鞍座的選擇儲罐總質量m按照（4-8）式計算。 （4-8）式中：m1罐體質量，kg；m2封頭質量，kg；m3充液質量，kg1) 罐體質量根據DN=2200mm，n=14mm的筒節(jié)，每米質量為q1=71

20、4kg/m，則 （4-9）2) 封頭質量根據DN=2200mm，n=14mm，直邊高度h0=40mm的橢圓形封頭，其質量為q2=705kg，則 （4-10）3) 充液質量儲罐容積V按照（4-11式）計算： （4-11）式中：V儲罐容積，m3；V11m高的筒體容積，m3；V2封頭容積，m3根據DN=2200mm，1米高的筒體容積m3。根據DN=2200mm，直邊高度h0=40mm的橢圓形封頭的容積m3。把相關數據帶入式（4-11），得：m3充液質量按照（3-12）式計算。 （3-12）式中：m3充液質量，kg；V儲罐容積，m3；液氯在-5oC時的的密度，kg/ m3kg設備總質量為：t每個支座需承受640kN的負荷。根據筒體DN=2200mm，支座負荷320kN,鞍式支座標準JB/T4712選取輕型帶墊板、包角120°的鞍座, 即JB/T4712-92 鞍座A2600-F，JB/T4712-92 鞍座A2600-S。4.4.2 鞍座的位置臥式容器可以簡化成受均布載荷的外伸梁。圖4-1表示受均布載荷q作用的筒體總長L=8800mm。qaalLRARBCD圖4-1 臥式容器簡化圖1) 求支反力根據：； （4-8）； （4-9）得到2) 寫彎矩方程截面1-1處的彎矩方程： （4-10）當x1=a時，彎矩最大值為截面2-2處的彎矩方程： （4-1