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2.2.5液面计的选择3
2.2.6保温层的选择4
2.2.7视镜的选择4
2.2.8压力表的选择4
2.2.9焊接结构设计及焊条的选择4
3.计算及结构设计5
3.1罐体设计5
3.1.1罐体圆筒高度h5
3.1.2罐体壁厚设计5
3.2封头厚度设计6
3.3鞍座设计7
3.3.1罐体质量7
3.3.2封头质量7
3.3.3液氯质量8
3.3.4附件质量8
3.4人孔并核算开孔补强8
3.4.1密封面的选择8
3.4.2人孔的设计8
3.4.3核算开孔补强9
3.5液面计的设计12
3.6接口管的设计12
3.6.1液氯进口管12
3.6.2液氯出口管12
3.6.3安全阀接口13
3.6.4压力表接口13
3.6.5空气进口管13
3.6.6空气出口管13
3.6.7液面计接口13
4.符号说明14
设备材料明细表15
参考资料16
结束语17
1.绪论
1.1任务说明
设计一个容积为11.5,工作压力为1.4MPa,设计压力为1.6MPa的氯气储罐,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。
因为设计要求储罐的工作压力为1.4MPa,工作地点为乌鲁木齐市,工作温度为,氯气在50时的饱和蒸汽压为(由《液化气饱和蒸汽压及饱和液密度表》查的),工作压力。
所以氯气在储罐中是以液体的形式存在.
设计任务一览表
设计压力
1.6
设计温度
℃
最高工作压力
1.4
工作温度
介质名称
氯气(剧毒)
设备主要材质
Q345R
设备容积
11.5
1.2液氯(Cl2)的性质
在通常情况下:
氯气是黄绿色的气体,氯气有毒,并有刺激性气味,密度比空气大,熔沸点较低,能溶于水易溶于有机溶剂,难溶于饱和食盐水,压强为101kPa、温度为-34.6℃时易液化。
液态氯为金黄色。
如果将温度继续冷却到-101℃时,液氯变成固态氯。
1体积水在常温下可溶解2体积氯气
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。
目前我国普遍采用常温压力储罐一般有两种形式:
球形储罐和圆筒形储罐。
因为圆筒形储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,所以在总储量小于500,单罐容积小于100时选用卧式储罐比较经济。
2.材料及结构的选择与论证
2.1材料选择
GB150-2011《压力容器》《压力容器安全技术监察规程》
HG∕T_20581-2011《钢制化工容器材料选用规定》
(1)当压力容器使用普通低碳钢制造时,常用Q235B、Q235C
(2)考虑经济性
(3)其它指导准则
a碳素钢用于介质腐蚀性不强的常、低压容器或壁厚不大的中压容器;
b低合金钢,用于介质腐蚀性不强的中、高压容器;
c不锈钢用于介质腐蚀性较强的场合;
d耐热钢用于高温场合
e奥氏体不锈钢不能用于易发生晶间腐蚀的场合;
(4)标准零部件(如法兰、人孔、手孔等)的材料选择符合国家标准或行业标准。
(5)钢材使用温度
纯液氯是高危害性的介质,但其腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,又因为使用温度为,根据《化工设备机械基础》附录中钢板的使用条件,应选用Q245R或Q345R。
常用的有20R和16MnR两种。
如果纯粹从技术角度看,建议选用20R类的低碳钢板,16MnR钢板的价格虽比20R贵,但在制造费用方面,同等重量设备的计价,16MnR钢板为比较经济。
所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。
2.2结构选择与论证
2.2.1封头的选择
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。
2.2.2人孔的选择
压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。
人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。
一般人孔有两个手柄。
本次设计在综合考虑公称压力、公称直径工作温度以及人孔的结构和材料等诸方面因素的情况下,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。
2.2.3容器支座的选择
容器支座有鞍式支座、腿式支座、支撑式支座、耳式支座、裙式支座等,用来支撑容器的重量。
鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。
因为本次设计的容器直径在以上,所以选用轻型鞍座,又因为容器有热胀冷缩的位移要求,所以应选两个轻型鞍座分别为固定式和滑动式。
2.2.4法兰型式的选择
法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。
压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。
平焊法兰又分为甲型与乙型两种。
法兰设计优化原则:
法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值,即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。
在考虑到本次储存的介质为高度毒性介质,所以应选用带颈对焊法兰。
2.2.5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:
玻璃管液面计、透光式玻璃板液面计、反射式玻璃板式玻璃板液面计、浮标式玻璃板液面计、防霜液面计、磁性液位计等。
应为本次设计要成装毒性为高度介质的容器,所以不能选用玻璃管液面计。
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。
本次设计的设计高度小于,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,所以不能用防霜液面计。
综合上述的内容,结合经济效益,本次设计选用反射式玻璃板式玻璃板液面计。
2.2.6保温层的选择
本次设计中液氯的操作温度小于,工艺也没有要求限制热损失,保温层的价格比较贵,保温层岩棉还有致癌作用,再从经济效益方面综合考虑,本次设计决定不涉及保温层。
2.2.7视镜的选择
视镜用来观察设备内部物料的工作情况,本次设计选用不带颈视镜,因为其结构简单,不易粘料,有比较宽的视察范围。
2.2.8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工作压力的倍,压力表的使用压力范围,应不超过刻度极限的又考虑到液氯是高毒性的介质,所以综合考虑应选用钽材料的压力表,测量范围为
。
图1X型焊接头
2.2.9焊接结构设计及焊条的选择
综合考虑各种因素,针对本次设计储存的介质是高毒性介质,所以本次设计的壳体A、B类焊接接头应为X型的如图1。
对应的焊条选用E5016.而对于法兰与壳体、接管连接的接头,应采用全焊透接头,如图2.对应的焊条选用E5016.
对于人孔、补强圈与壳体的接头选用D类接头形式,如图3.对应的焊条选用E5016.
图2全焊透接头图3D类接头
3.计算及结构设计
3.1罐体设计
3.1.1罐体圆筒高度h
因为罐体的设计压力为1.6MPa,容积为11.5m3,故根据压力容器的公称直径标准GB/9019-2001,预选罐体公称直径DN=2000mm,选用椭圆形封头。
封头容积
罐体圆筒体积为
设罐体圆筒高度为h
3.1.2罐体壁厚设计
(1)厚度计算
壁厚根据公式
本储罐最高工作压力为1.4MPa,储罐上需要安装安全阀,故取,;
因设备主要材质为。
预估出壁厚度,根据课本附录6查得时的;
(双面焊对接头,100无损检测)
取C2=2.0mm,于是:
设计厚度
根据,由《化工设备机械基础》中表12-9查得
名义厚度
圆整后,取名义厚度为
复验:
所以钢板厚度负偏差可以忽略不计。
该塔体用厚的钢板制作。
(2)校核水压试验强度
根据液体试压公式:
式中
则
而
可见
所以水压试验强度足够
3.2封头厚度设计
采用标准椭圆形封头
(1)计算封头厚度
厚度计算公式
(整板冲压成型)
于是
同前
故
圆整后取
确定选用厚的钢板制作封头
(2)校核罐体与封头水压试验强度
根据公式
式中:
而
因为,所以水压试验强度足够。
3.3鞍座设计
首先粗略计算鞍座负荷
储罐质量
——罐体质量
——封头质量
——液氯质量
—附件质量
3.3.1罐体质量
的筒节
3.3.2封头质量
;
直边高度的标准封头,其质量
3.3.3液氯质量
其中,装量系数取0.9(《容规》规定:
介质为液化气体的固定式压力容器,装量系数一般取0.91。
由《某些无机物重要物理性质表》查得,液氯的密度为。
3.3.4附件质量
人孔质量由《回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表》查得,本次设计所用人孔的总质量为,其他接管等质量总和按计,于是,。
储罐总质量
每个鞍座只承受负荷,根据附录12可以选用轻型带垫板,包角为的鞍座,即
鞍座
鞍座
3.4人孔并核算开孔补强
3.4.1密封面的选择
由于本次设计的介质是高度危害的,所以密封面应选择垫片容易装正,而且紧固螺栓时也不会向外挤出,密封性能还要好的密封面。
又考虑到榫槽密封面的结构较为复杂,加工较为困难,更换垫片时要从榫槽中取出旧垫片比较费时,密封面上的榫头容易破坏,而且成本较高,所以本次设计采用凹凸法兰密封面(MFM).
3.4.2人孔的设计
由前面的设计部分可知,本次设计的储罐其最高工作压力为,考虑到人孔盖的直径较大、较重,结合本次设计的具体实际,并且根据现行的人孔设计标准《钢制人孔和手孔》,本次设计采用回转盖带颈对焊法兰人孔。
该人孔标记为:
3.4.3核算开孔补强
(1)判断是否需要开孔补强
按规定,壳体开孔接管公称直径小于或等于可不另行补强,但本次设计人孔的公称外径为,所以进行补强圈补强。
(2)判断本次设计
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- 氯气 结构 强度 设计 计算