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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）

10/16/20/25

M3

6

工作压力波动情况

可不考虑

7

装量系数（φV）

0.9

8

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

A1

DN50

HG20595-1997

FM

液氯进口管

A2

安全阀接口

A4

DN450

人孔

A5

DN32

空气进口管

A6

空气出口管

A7

DN25

压力表接口

A8

DN20

液位计接口

A3

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：

[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：

2014年06月16日：

布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤

06月17日～06月20日：

机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制

06月21日～06月24日：

设计图纸绘制（草图和装配图）

06月25日～06月26日：

撰写设计说明书

06月27日：

答辩及成绩评定

系主任审查意见：

签字：

年月日

目录

一、工艺设计

1、存储量

2、设备的选型及轮廓尺寸

二、机械设计

1、材料选择

2、设计压力

3、厚度设计

4、接管及接管法兰、人孔设计

5、鞍座的设计

6、焊接

7、校核

8、内压圆筒校核

9、内压椭圆形封头校核

10、法兰的校核

11、开孔补强计算

12、卧式容器（双鞍座）

1、工艺设计

盛装液化气体的压力容器设计存储量

式中：

W——储存量，t；

——装载系数；

——设计温度下的饱和溶液的密度，

；

根据设计条件

=0.9×

40×

1.314=47.304t

2、设备选型及轮廓尺寸

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：

L＝40

L/D=4

得Di=2335mm,圆整得Di=2300mm.

可选用标准椭圆封头的公称直径DN＝2300mm，总深度H＝615mm，内表面积＝60.233

，容积V＝1.7588

此时封头体积为

＝2×

1.7588

＝3.5176

则筒体所占容积为

＝

36.530

计算得L=7817mm,可取L=7900mm

则储罐实际体积为V＝

＝=40.04976

误差分析

×

100％﹦0.13％

所以可确定筒体公称直径为DN＝2300mm，筒体长度为L=7900mm；

2、机械设计

1、材料选择

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

钢板标准GB6645。

2.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1.314

，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

液柱静压力

因为

，

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

3、厚度设计

由中径公式

可得筒体的计算厚为10.86mm，钢板厚度负偏差

，腐蚀余量

，故筒体的名义厚度为

。

由椭圆厚度计算公式可得

腐蚀裕度

，钢板负偏差

，取名义厚度

4、接管及接管法兰、人孔设计

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。

公称压力

a

DN80

PN1.6MPa

TG

b

DN40

HG21524-2005

空气进口

c

DN500

人孔

d

管空气出口

e

管压力表接口

f

g

h

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：

公称通径

钢管外径

连接尺寸

法兰厚度C

法兰颈

法兰高度H

B

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Th

N

S

H

R

25

30

105

75

14

M12

16

40

2.3

45

150

110

18

M16

64

2.6

80

89

200

160

20

3.2

50

人孔的设计

本次设计的储罐设计压力为1.466MPa，根据

《钢制人孔和手孔》【3】，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。

该人孔标记为：

人孔结构示意图

人孔结构尺寸

密封面型式

公称压力PN

公称直径DN

dw

D

D1

H1

H2

MFM

2.5

450

480

12

456

670

600

250

121

42

b1

b2

A

L

d0

螺柱

螺母

总质量

数量

直径

长度

41

46

375

175

24

M

245

5、鞍座的设计

查得16MnR单位面积的质量为7.81

筒体总质量M=m1+m2+m3+m4

m1:

筒体质量=7703kg

m2:

封头质量=2235kg

m3:

液氯质量=5380kg

m4:

附件质量：

0kg

G=572.378KN

每个鞍座承受的压力F=G/2=572/2=286KN

∴选鞍座B/T4712-1992，标准尺寸为：

DN=2300,许用载荷408KN,包角120°

，带垫板，A型，鞍座间距6900mm。

详细数据见鞍座强度校核书。

6、焊接

焊接是两件或两件以上零件，在加热或（和）加压的状态下，通过原子或分子之间的结合和扩散，形成永久性连接的工艺过程。

筒体、封头之间的焊接结构：

根据筒体及封头的厚度以及设计压力和液化石油气的特性，焊缝采用对接接头，A型坡口。

焊接接头的检验采用100%无损检验。

接管和筒体之间的焊接形式采用带补强圈插入式接管T型接头形式，坡口形式为D形。

7、校核

参考资料

1、《中华人民共和国行业标准——钢制管法兰、垫片、紧固件》；

2、《压力容器与化工设备实用手册》董大秦，袁凤隐，化学工业出版社，2000

3、《HG／T21523-2005水平吊盖带颈平焊法兰人孔》，中国天辰化学工程公司，2005

内压圆筒校核

计算单位

计算条件

筒体简图

计算压力Pc

1.466

设计温度t

50.00

C

内径Di

2300.00

mm

材料

16MnR（热轧）（板材）

试验温度许用应力

170.00

设计温度许用应力t

试验温度下屈服点s

345.00

钢板负偏差C1

0.00

腐蚀裕量C2

4.00

焊接接头系数

0.90

厚度及重量计算

计算厚度

=

=10.86

有效厚度

e=n-C1-C2=11.00

名义厚度

n=16.00

重量

5899.36

Kg

压力试验时应力校核

压力试验类型

液压试验

试验压力值

PT=1.25P

=1.83230（或由用户输入）

压力试验允许通过

的应力水平T

T0.90s=310.50

试验压力下

圆筒的应力

T=

=147.74

校核条件

TT

校核结果

合格

压力及应力计算

最大允许工作压力

[Pw]=

=1.52239

设计温度下计算应力

t=

=150.43

t

153.00

t≥t

结论

内压椭圆封头校核

椭圆封头简图

曲面高度hi

615.00

16MnR（热轧）（板材）

形状系数

K=

=1.0000

=15.56

最小厚度

min=3.30

满足最小厚度要求

639.79

Kg

压力计算

=1.52618

右封头计算

开孔补强计算

接管:

A1,φ530×

计算方法:

GB150-1998等面积补强法,单孔

设计条件

简图

计算压力pc

1.4659

设计温度

壳体型式

圆形筒体

壳体材料

名称及类型

16MnR（热轧）

板材

壳体开孔处焊接接头系数φ

壳体内直径Di

2300

壳体开孔处名义厚度δn

15

壳体厚度负偏差C1

壳体腐蚀裕量C2

壳体材料许用应力[σ]t

170

接管实际外伸长度

300

接管实际内伸长度

接管材料

接管焊接接头系数

接管腐蚀裕量

补强圈材料名称

凸形封头开孔中心至

封头轴线的距离

补强圈外径

840

补强圈厚度

接管厚度负偏差C1t

补强圈厚度负偏差C1r

接管材料许用应力[σ]t

补强圈许用应力[σ]t

开孔补强计算

壳体计算厚度δ

10.81

接管计算厚度δt

2.078

补强圈强度削弱系数frr

接管材料强度削弱系数fr

开孔直径d

478

补强区有效宽度B

956

接管有效外伸长度h1

84.68

接管有效内伸长度h2

0

开孔削弱所需的补强面积A

5169

mm2

壳体多余金属面积A1

88.81

接管多余金属面积A2

1511

补强区内的焊缝面积A3

64

A1+A2+A3=1664mm2，小于A，需另加补强。

补强圈面积A4

3900

A-（A1+A2+A3）

3505

结论:

补强满足要求。

A2,φ25×

100

0.064

17

59

10.1

8

183.8

7.803

111.5

44

A1+A2+A3=163.3mm2，小于A，需另加补强。

20.53

A3,φ89×

1900

180

0.339

77

154

27.75

27.75

832.7

14.31

425.2

80

A1+A2+A3=519.5mm2，小于A，需另加补强。

390

313.2

A4,φ25×