30立方米液氯储罐.docx
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30立方米液氯储罐
齐齐哈尔大学
综合实践
题目:
液氯储罐设计.
学院:
机电工程学院.
专业班级:
过控142班.
学生姓名:
李福洋.
指导教师:
王雪飞.
成绩:
2017年6月15日
1综合实践任务书1
2设计参数及材料的选择1
2.1设备的选型与轮廓尺寸1
2.2设计压力.1
2.3筒体及封头材料的选择3
2.4许用应力.4
3结构设计5
3.1筒体壁厚计算5
3.2封头设计.5
3.2.1半球形封头5
3.2.2标准椭圆形封头6
3.2.3标准蝶形封头7
3.2.4圆形平板封头7
3.2.5不同形状封头比较8
3.3压力试验.9
3.4鞍座9
3.4.1鞍座的选择9
3.4.2鞍座的位置11
4结果.13
5总结15
综合实践任务书
学院:
机电学院专业:
过程装备及控制工程专业班级:
过控142班
姓名:
李泽锟学号:
2014111101设计组别:
A指导教师:
王雪飞
设计日期:
2017年5月26日至2017年6月14日
、设计题目
液氯储罐设计
设计条件:
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
1.414
MPa
由介质温度确定
4
工作温度
-20
~45
℃
5
装量系数(φV)
0.9
6
工作介质
液氯(高度危害)
7
使用地点
室内
8
工作介质
液氯
9
其它要求
100%无损检测
组别
AB
CD
E
F
G
HI
J
容积
15m320m3
25m330m3
35m3
40m3
45m3
50m355m3
60m3
二、设计任务:
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、接管进行设计最后形成合理的设计方案。
1.设计方案简介
2.主要结构尺寸设计;
3.绘制储罐总装配图一张,零件图一张(折合成一张A1图纸)三、设计说明书内容
1.封皮2.目录
3.设计题目及原始数据
4.论述储罐总体结构的选择;
5主体设备设计计算及说明;
6总结
7参考文献。
2设计参数及材料的选择
2.1设备的选型与轮廓尺寸
筒体结构设计为圆筒形。
因为作为容器主体的圆柱形筒体,制造容易,安装内件方便,而且承压能力较好,这类容器应用最广。
3301.052157mm
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。
粗略计算内径:
πDi2L3015%L36L4Di4i,一般D,得:
D,所以:
圆整至Di2200mm,则L8800mm。
2.2设计压力
本储罐在成都使用,夏季最高温度为38oC,冬季最低温度为-5oC,工作温度在-5~38oC,取最高工作温度为38oC。
由图2-1可得,,38oC时,液氯密度为
-3.1400381466.41347.08kg/m3。
表2-1全国各地区重力加速度表
序号
地区
重力加速度
序号
地区
重力加速度
序号
地区
重力加速度
1
包头
9.7986
12
海口
9.7863
23
沈阳
9.8035
2
北京
9.8015
13
合肥
9.7947
24
石家庄
9.7997
3
长春
9.8048
14
吉林
9.8048
25
太原
9.7970
4
长沙
9.7915
15
济南
9.7988
26
天津
9.8011
5
成都
9.7913
16
昆明
9.7830
27
乌鲁木
齐
9.8015
6
重庆
9.7914
17
拉萨
9.7799
28
西安
9.7944
7
大连
9.8011
18
南昌
9.7920
29
西宁
9.7911
8
广州
9.7833
19
南京
9.7949
30
张家口
9.8000
9
贵阳
9.7968
20
南宁
9.7877
31
郑州
9.7966
10
哈尔滨
9.8066
21
青岛
9.7985
11
杭州
9.7936
22
上海
9.7964
地球各点重力加速度近似计算公式
g=g0(1-0.00265cos&)/1+(2h/R)
g0:
地球标准重力加速度9.80665(m/平方秒)
&:
测量点的地球纬度
h:
测量点的海拔高度
R:
地球的平均半径(R=6370km)
由表2-1,查得成都地区的重力加速度g9.7913m/s2,则液柱静压为:
p静tgDi
1347.089.79132.229017.26Pa0.029MPa。
图2-2液氯温度与饱和蒸汽压图
5
根据图2-1,查得38oC蒸汽压为P11atm111.0131051114.63kPa,可以判断
设计的容器为内压容器,按《压力容器安全技术监察规程》规定,盛装液化气体无保冷设施的压力容器,其设计压力应不低于液化气38oC时的饱和蒸汽压力1.11MPa。
当容器上装有安全阀时,取1.05~1.1倍的最高工作压力作为设计压力,液氯储罐的设计压力p为1.22MPa。
p静100%0.029100%2.38%5%
则:
p1.22,所以可忽略静压强,即
pcp1.22MPa
。
由于0.6MPap1.22MPa10MPa,故该储罐属于中压容器。
2.3筒体及封头材料的选择
根据液氯的物性选择罐体材料,液氯对碳钢腐蚀率是0.5mm/a,且又属于中压储罐,可以考虑20R和16MnR这两种钢材。
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。
钢板标准号为GB6654-1996。
2.4许用应力
设计温度为38oC,属于常温容器。
查阅文献[1],当16MnR钢板厚度δ>6~16mm时,16MnR钢板的强度极限σb=510MPa,屈服极限σs=345MPa。
为16MnR钢板的极限应力时,许用应力
许用应力[σ]取两者这间的较小值,则[σ]t=170MPa。
3结构设计
3.1筒体壁厚计算
计算壁厚δ按照(4-1)式计算
3-1)
2ptcDipc
式中:
pc————计算压力,MPa;
Di————筒体内径,mm;
[σ]t————设计温度下的许用应力,MPa;
φ————焊接接头系数
容器筒体的纵向焊接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头,取焊接
接头系数φ=1.00,全部无损探伤。
把相关数据带入(3-1)式,得到圆柱形筒体的计算壁厚δ。
1.2222007.92
217011.22mm
查材料腐蚀手册,38℃下液氯对钢板的腐蚀速率0.5mm/年,计划用10年,取腐蚀裕量C2=5mm。
所以,筒体的设计壁厚δd=δ+C2=12.92mm。
查阅钢板厚度负偏差表,钢板厚度在8.0~25mm范围内,负偏差C1=0.8mm。
所以,筒体的名义壁厚δn=δd+C1+圆整量=14mm。
在6~16mm之间,故假设是成立的。
查GB9019-2001,得到圆柱形筒体的规格尺寸见表3-1
表3-1筒体标准
公称直径DN/mm
1m高的容积
32
V1/m31m高的内表面积F1/m2
1m高筒节质量/kg
2200
3.801
6.81
714
3.2封头设计
3.2.1半球形封头
球形封头的计算壁厚δ按照(3-2)式计算
pcDi
3-2)
4pc
式中:
pc————计算压力,MPa;
Di————半球形封头的内径,mm;
[σ]t————设计温度下的许用应力,MPa;φ————焊接接头系数封头的拼接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头,取焊接接头系数φ=1.00,全部无损探伤。
把相关数据带入(3-2)式,得到半球形封头的计算壁厚δ。
查材料腐蚀手册,38oC下液氯对钢板的腐蚀速率为0.5mm/年,取腐蚀裕量C2=5mm。
所以,筒体的设计壁厚δd=δ+C2=8.95mm。
查阅钢板厚度负偏差表,钢板厚度在
8.0~25mm范围内,负偏差C1=0.8mm。
所以,筒体的名义壁厚δn=δd+C1+圆整量=10mm。
3.2.2标准椭圆形封头
标准椭圆形封头的计算壁厚δ按照(3-3)式计算
pcDi
t
3-3)
2t0.5pc
式中:
pc————计算压力,MPa;
Di————椭圆形封头的内径,mm;
[σ]t————设计温度下的许用应力,MPa;
φ————焊接接头系数
封头的拼接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头,取焊接接头系数
φ=1.00,全部无损探伤。
把相关数据带入(3-3)式,得到标准椭圆形封头的计算壁厚
1.222200=7.91
mm
217010.51.22
查材料腐蚀手册,38oC下液氯对钢板的腐蚀速率为0.5mm/年,取腐蚀裕量C2=5m。
m所以,筒体的设计壁厚δd=δ+C2=12.91mm。
查阅钢板厚度负偏差表,钢板厚度在8.0~25mm范围内,负偏差C1=0.8mm。
所以,筒体的名义壁厚δn=δd+C1+圆整量=14mm。
3.2.3标准蝶形封头
标准蝶形封头的计算壁厚δ按照(3-4)式计算。
1.t2pcDi
3-4)
2t0.5pc
式中:
[σ]t
标准蝶形封头的内径,mm;
焊接接头系数
—设计温度下的许用应力,MPa;
φ
封头的拼接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头,取焊接接头系数
φ=1.00,全部无损探伤。
把相关数据带入(3-4)式,得到标准蝶形封头的计算壁厚δ1.21.222200
=9.49mm
217010.51.22
查材料腐蚀手册,38oC下液氯对钢板的腐蚀速率为0.5mm/年,取腐蚀裕量C2=5mm。
所以,筒体的设计壁厚δd=δ+C2=14.49mm。
查阅钢板厚度负偏差表,钢板厚度在
8.0~25mm范围内,负偏差C1=0.8mm。
所以,筒体的名义壁厚δn=δd+C1+圆整量=16mm。
3.2.4
圆形平板封头
pc————计算压力,MPa;
Di————标准蝶形封头的内径,mm;
[σ]t————设计温度下的许用应力,MPa;
φ————焊接接头系数
圆形平板封头的计算直径Dc等于压力容器内径Di,则Dc=2200mm。
封头的拼接接
头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头,取焊接接头系数φ=1.00,全部无
损探伤。
对于圆形平板封头,取K值等于0.25。
把相关数据带入(3-5)式,得到圆形平板封头的计算壁厚δ。
0.251.22
2200=93.18mm
1701
查材料腐蚀手册,38oC下液氯对钢板的腐蚀速率为0.5mm/年,取腐蚀裕量C2=5m。
m
所以,筒体的设计壁厚δd=δ+C2=98.18mm。
查阅钢板厚度负偏差表,负偏差C1=2.2mm。
所以,筒体的名义壁厚δn=δd+C1+圆整量=102mm。
3.2.5不同形状封头比较
不同形状封头壁厚见表3-2[1]。
从表3-2可以看出,标准椭圆形封头[1]的壁厚与筒体的壁厚相同。
标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时,可以达到与筒体等强度。
它吸取了蝶形封头深度浅的优点,用冲压法易于成形,制造比球形封头容易,所以,选择椭圆形封头,结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。
因为封头壁厚≥20mm则标准椭圆形封头的直边高度h0=40mm。
表3-2不同形状封头的壁厚
封头
半球形标准椭圆形
标准蝶形
圆形平板
名义壁厚/mm
1014
16
102
查椭圆形封头标准(
JB/T4737-95),得到椭圆形封头规格尺寸见表
表3-3标准椭圆封头
3-3。
公称直DN/mm曲面高度h1/mm直边高度h0/mm
2
内表面积Fi/m
容积V/m3
2200
55040
5.50
1.54
3.3压力试验
水压试验,液体的温度不得低于5℃;试验方法:
试验时容器顶部应设排气口,充液时应将容器内的空气排尽,试验过程中,应保持容器外表面的干燥。
试验时压力应缓慢上升,达到规定试验压力后,保压时间一般不少于30min。
然后将压力降至规定试验压力的80%,并保持足够长的时间以便
对所有焊接接头和连接部位进行检查。
如有渗漏,修补后重新试验
水压试验时的压力:
PT1.25pt1.251.221701.53MPa
(3-6)
Tt170
筒体的有效壁厚δe=δn-(C1+C2)=14-(0.8+5)=8.2mm
σs=345MPa水压试验时的计算应力:
水压试验时的许用应力为
0.9s0.9345310.5MPa
T<0.9S,故筒体满足水压试验时的强度要求
3.4鞍座
3.4.1鞍座的选择
3-8)
储罐总质量m按照(3-8)式计算mm1m2m3
式中:
m1——
——罐体质量,
kg;
m2——
——封头质量,
kg;
m3——
——充液质量,
kg
罐体质量
根据DN=2200m,mδn=14mm的筒节,每米质量为q1=714kg/m,则
3-9)
m1=q1L7148.86283kg
封头质量
根据DN=2200m,mδn=14mm,直边高度h0=40mm的椭圆形封头,其质量为q2=705kg,则
3-10)
m2=2q227051410kg
充液质量
储罐容积V按照(3-11式)计算:
2
根据DN=2200m,m1米高的筒体容积V11.113.799m3。
根据DN=2200m,m直
边高度h0=40mm的椭圆形封头的容积V21.54m3。
把相关数据带入式(3-11),得:
V=8.83.79921.5438.19m3充液质量按照(3-12)式计算。
m3=V(3-12)
式中:
m3————充液质量,kg;
V————储罐容积,m3;
ρ————液氯在-5oC时的的密度,-3.1400-51466.41482.1kg/m3m3=38.191482.1=56601kg
设备总质量为:
m6283141056601=64294kg64.3t
每个支座需承受640kN的负荷。
根据筒体DN=2200m,m支座负荷320kN,鞍式支座标
准JB/T4712选取轻型带垫板、包角120°的鞍座,即JB/T4712-92鞍座A2600-F,JB/T4712-92鞍座A2600-S。
3.4.2鞍座的位置
卧式容器可以简化成受均布载荷的外伸梁。
图3-1表示受均布载荷q作用的筒体总
长L=8800mm。
求支反力
根据:
Fy0;
图3-1卧式容器简化图
写弯矩方程
截面1-1处的弯矩方程:
2
M(x1)qx1,0x1a
3-10)
qa2
截面2-2处的弯矩方程:
2
M(x2)q(l2a)(x2aqx2),ax2al
22222(3-11)
222qa2q(l24a2)
(3-13)
(3-15)
因此,支座位置应满足a=0.2L=1.76m
4结果
通过计算和核算得到筒体和封头的参数及主要尺寸:
(1)主要参数:
工作压力:
Pw=1.11KPa;
设计压力:
Pc=1.22MPa;
计算压力:
Pc=1.22MPa;许用应力:
170MPa;焊接系数:
1.0
(2)筒体类型及尺寸筒体类型:
圆筒形筒体厚度:
计算厚度7.92mm;
设计厚度d12.92mm;名义厚度n14mm圆筒体的规格尺寸见表4-1。
图4-1圆筒体的规格
公称直径DN/mm
1m高的容积
V1/m3
2
1m高的内表面积F1/m
1m高筒节质量/kg
2200
3.801
6.81
714
(3)封头类型及尺寸封头类型:
标准椭圆形封头厚度:
计算厚度7.91mm;
设计厚度d12.91mm;名义厚度n14mm;标准椭圆形封头的规格尺寸见表4-2
图4-2标准椭圆形封头的规格
公称直DN/mm
曲面高度h1/mm
直边高度h0/mm
2
内表面积Fi/m
容积V/m3
2200
550
40
5.50
1.54
(4)鞍座类型及位置
鞍座类型:
鞍座JB/T4712-92鞍座A2600-F,JB/T4712-92鞍座A2600-S;鞍座位置:
筒体外伸端到支座的距离a1.76m。
5总结
通过课程设计,使我深深体会到,干任何事都必须耐心,细致.课程设计过程中,许多
计算有时不免令我感到有些心烦意乱:
有2次因为不小心我计算出错,只能毫不情意地
重来.但一想起王雪飞老师平时对我们耐心的教导,想到今后自己应当承担的社会责任,
想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故,我不禁时刻提示自己,
一定呀养成一种高度负责,认真对待的良好习惯.这次课程设计使我在工作作风上得到
了一次难得的磨练.
6参考文献
[1]《压力容器介质手册》,化学工业出版社,2005年3月;
[2]郑津洋等编,《过程设备设计》(第二版),化学工业出版社,2005年7月;
[3]贺匡国主编,《化工容器及设备简明设计手册》第二版,北京,化学工业出版社,2002年8月;
[4]董大勤等编,《压力容器与化工设备使用手册》,北京,化学工业出版社,2000年3月;
[5]国家质量技术监督局,《压力容器安全技术检查规程》,中国劳动社会保障出版社,1999年;
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