液氯卧式储罐设计(23页).doc
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1、-液氯卧式储罐设计-第 19 页目录第1章 绪论1第2章 工艺设计32.1 储罐存储量32.2 储罐设备的选型3第3章 结构设计53.1 筒体及封头设计553.1.2 筒体壁厚设计53.1.3 封头壁厚设计63.2 接管的选取63.3 法兰的选取73.4 垫片的选取83.5 螺栓的选取83.6 人孔的选取93.6.1 人孔的结构设计93.6.2 核算开孔补强103.7 安全阀、液位计和压力表的选取123.8 容器支座的设计143.8.1 支座的选择143.8.2 鞍座位置的确定153.9 总体布局16第4章 强度计算174.1 弯矩和剪力的计算174.2 圆筒轴向应力计算及校核184.2.1
2、圆筒轴向应力计算184.2.2 圆筒轴向应力校核194.3 圆筒和封头切应力计算及校核194.4 鞍座截面处圆筒的周向应力计算及校核 19第5章 焊接结构设计225.1 焊接接头设计225.2 焊条的选择23设计心得24参考文献25第1章 绪论在固定位置使用、以介质储存为目的的容器称为储罐,如加氢站用高压氢气储罐、液化石油气储罐、战略石油储罐、天然气接收站用液化天然气储罐等;储罐有多种分类方法,按几何形状分为卧式圆柱形储罐、立式平底筒形储罐、球形储罐;按温度划分为低温储罐(或称为低温储槽)、常温储罐(90) 和高温储罐(90250 );按材料可划分为非金属储罐、金属储罐和复合材料储罐;按所处的
3、位置又可分为地面储罐、地下储罐、半地下储罐和海上储罐等。单罐容积大于1000m3 的可称为大型储罐。金属制焊接式储罐是应用最多的一种储存设备,目前国际上最大的金属储罐的容量已达到2105m3。储罐通常是由板、壳组合而成的焊接结构。圆柱形筒体、球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头、锥形封头和膨胀节所对应的壳分别是圆柱壳、球壳、椭球壳、球冠+环壳、球冠、锥壳和环形板+环壳,而平盖(或平封头)、环形板、法兰、管板等受压元件分别对应于圆平板、环形板(外半径与内半径之差大10倍的板厚)、环(外半径与内半径之差小于10倍的板厚)以及弹性基础圆平板。上述7种壳和板可以组合成各种储罐结构形式,再加上密封
4、元件、支座、安全附件等就构成了一台完整的储罐。图1.1为一台卧式储罐的总体结构图,下面结合该图对储罐的基本组成作简单介绍。图1.1 储罐总体结构(1) 筒体筒体的作用是提供工艺所需的承压空间,是储罐最主要的受压元件之一,其内直径和容积往往需由工艺计算确定。圆柱形筒体(即圆筒) 和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。圆筒按其结构可分为单层式和组合式两大类。(2) 封头根据几何形状的不同,封头可以分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种,其中球形、椭圆形、碟形和球冠形封头又统称为凸形封头。(3) 法兰储罐上需要有许多密封装置,如封头和筒体间的可拆式连接、容器接管与外管道间的可拆连接以及人孔、
5、手孔盖的连接等,储罐能否正常、安全地运行在很大程度上取决于密封装置的可靠性。(4) 开孔与接管由于工艺要求和检修的需要,常在储罐的筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管,如人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。筒体或封头上开孔后,开孔部位的强度被削弱,并使该处的应力增大。这种削弱程度随开孔直径的增大而加大,因而容器上应尽量减少开孔的数量,尤其要避免开大孔。对容器上已开设的孔,还应进行开孔补强设计,以确保所需的强度。(5) 支座储罐靠支座支承并固定在基础上。圆筒形容器和球形容器的支座各不相同,圆筒形容器支座分立式容器支座和卧式容器支座两类,其中立式
6、容器支座又有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四种;而球形容器多采用柱式或裙式支座。(6) 安全附件由于储罐的使用特点及其内部介质的化学工艺特性,往往需要在容器上设置一些安全装置和测量、控制仪表来监控工作介质的参数,以保证储罐的使用安全和工艺过程的正常进行。储罐的安全附件主要有安全阀、爆破片装置、紧急切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测温仪表等。上述六大部件(筒体、封头、法兰、开孔接管、支座及安全附件) 即构成了一台储罐的外壳。对于储存用的容器,这一外壳即为容器本身;对于用于化学反应、传热、分离等工艺过程的容器,则须在外壳内装入工艺所要求的内件,才能构成一个完整的产品。第2章 工艺设
7、计2.1 储罐存储量盛装液氯的储罐设计存储量式中:W-存储量,t; -装量系数; V-储罐容积,m3; t-设计温度下的饱和溶液的密度,t/m3。由某些无机物重要物理性质表查得,液氯的密度为1314kg/m。根据设计条件2.2 储罐设备的选型目前我国普遍采用常温压力储罐一般有两种形式,球形储罐和圆筒型储罐。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500m3,单罐容积小于100m3时,选用卧式储罐比较经济。粗略计算储罐的内径:=25m3一般=36,取=4,得mm,圆整为2000mm。就力学性能而言,半球形封头效果较好,但是冲压工艺较难,不易成型。根据
8、GB/T25198-2010储罐封头选用EHA椭圆形封头,公称直径=2000mm,总深度H=525mm,内表面积Am,容积V=1.1257m。图2.1 椭圆形封头储罐体积V= 则 ,圆整得L=7800mm。 符合设计要求5% 符合设计要求综上所述,筒体的公称直径为=2000mm,长度L=7800mm。第3章 结构设计3.1 筒体及封头设计3考虑液氯的特性以及材料的综合机械性能和使用的经济性,根据过程设备设计选择Q345R作为制造筒体和封头的材料。Q345R为储罐专用钢板,50时的许用应力(=616mm)。 筒体壁厚设计(1)设计压力P液氯储罐的工作温度-1050,故取设计温度t=50。由储罐介
9、质手册查得该温度下的绝对饱和蒸气压为1.401MPa。在本次设计中的液氯储罐上装有安全阀,通常认为设计压力为工作压力的1.051.1倍,所以设计压力P0.1)=1.432MPa。(2)液柱静压力(3) 计算压力 5%, 可忽略液柱静压力影响,所以 =PMPa。(4) 焊接接头系数 本次液氯储罐的设计采用双面焊对接接头,100%无损检测,焊接接头系数取1。(5) 筒体计算厚度取厚度负偏差,腐蚀裕度;设计厚度查钢材标准规格,将其圆整为12mm;即名义厚度,有效厚度。检查:在616mm范围,故名义厚度取12mm合适。(6) 水压试验水压试验时,液体的温度不低于5,取20;Q345R:MPa,MPa。
10、MPa 水压试验时应力: MPa水压试验许用应力:MPa 故筒体满足水压试验要求。3.1.3 封头壁厚设计标准椭圆形封头形状系数k=1。取厚度负偏差,腐蚀裕度;设计厚度查钢材标准规格,将其圆整为12mm与筒体相等;即名义厚度,有效厚度。检查:在616mm范围,故名义厚度取12mm合适。3.2 接管的选取液氯储罐应设置物料进口,物料出口,安全阀口,排污口,进气口,放气口,液位计口,压力表口,人孔。根据MPa查无缝钢管标准GB/T8163-2013,材料为20钢时,各接管尺寸如表3-1。表3-1 接管表名称公称直径外径壁厚连接尺寸标准理论质量kg/m物料进管505712HG20595-2009物料
11、出管505712HG20595-2009安全阀管505712HG20595-2009排污管505712HG20595-2009进气管505712HG20595-2009放气管505712HG20595-2009液位计管404510HG20595-20091压力表管404510HG20595-2009人孔45048012HG20595-20092653.3 法兰的选取查HG/T20592-2009钢制管法兰,=2.5MPa时,法兰材料用20钢。设计温度为50时,最大允许工作压力为2.25MPa,故公称压力选用2.5MPa。查HG/T20592-2009钢制管法兰,根据公称压力2.5MPa,公称直
12、径50mm和40mm选择法兰,但考虑到连接面形式和剧毒介质液氯的密封要求较高,综合各种因素,故选用带颈对焊法兰,如图3.1所示,密封面型式为FM。法兰参数如表3-2所示。图3.1 带颈对焊法兰表3-2 法兰尺寸表管口名称公称直径DN钢管外径A1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螺栓Th法兰厚度C法兰高度H法兰颈法兰理论质量(kg)NSH1RBB物料进管5057165125184M16204874485物料出管5057165125184M16204874485安全阀管5057165125184M16204874485排污管5057165125184M16204874485进气管
13、5057165125184M16204874485放气管5057165125184M16204874485液位计管4045150110184M1618456476压力表管4045150110184M1618456476 3.4 垫片的选取MPa,而且工作温度不是太高,液氯的腐蚀性可以忽略,该密封属于静密封,压紧面安装时易于对中,还能有效的防止金属垫片被挤出压紧面,所以垫片选用石棉橡胶垫片即可满足要求,查HG/T20606-2009钢制管法兰用非金属平垫片得垫片尺寸,如表3-3。垫片结构如图3.2所示。图3.2 垫片结构表3-3 垫片尺寸表管口名称公称直径DN(mm)内径D1(mm)外径D2(m
14、m)厚度(mm)物料进管506187物料出管506187安全阀管506187排污管506187进气管506187放气管506187液位计管404575压力表管4045753.5 螺栓的选取根据密封所需压紧力大小计算螺栓载荷,选择合适的螺柱材料。计算螺栓直径与个数,按螺纹和螺栓标准确定螺栓尺寸。选择螺栓材料为Q235-A。查HG20613-2009钢制管法兰用紧固件的螺栓长度和平垫片尺寸,如表3-4。表3-4 螺栓及垫圈尺寸管口名称公称直径螺纹螺柱长紧固件用平垫圈 mmd1d2h物料进管50M169017303物料出管50M169017303安全阀管50M169017303排污管50M16901
15、7303进气管50M169017303放气管50M169017303液位计管40M169017303压力表管40M1690173033.6 人孔的选取3.6.1 人孔的结构设计查储罐与化工设备实用手册,采用回转盖带颈对焊法兰人孔。人孔的公称直径=450mm,以方便工作人员的进入检修。配套法兰与上面的法兰类型相同,根据HG/T 21518-2005回转盖带颈对焊法兰人孔,由=MPa选用突面的密封形式RF型,采用8.8级35CrMoA等长双头螺柱连接。人孔尺寸如表3-5,结构如图3.3。表3-5 人孔尺寸结构密封面型式公称压MPa公称直径dWSdDD1RF45048012456670600H1H2
16、bb1b2AB250121424146375175Ld0螺柱数量螺母数量螺柱尺寸总质量 kg回转盖250242040M332165265带颈对焊法兰图3.3 人孔结构示意图3.6.2 核算开孔补强根据GB150,MPa时,在壳体上开孔,两相邻开孔中间的间距大于两孔直径之和的2.5倍,且接管公称外径不大于89mm时,接管厚度满足要求,不另行补强。本次设计人孔的公称外径为450mm,大于89mm,所以进行补强圈补强。(1)补强设计方法判别开孔直径 满足等面积开孔补强计算的适用条件,故采用等面积法进行开孔补强计算。(2)开孔所需补强面积接管材料选用20号钢,根据材料许用应力表查得137MPa;其中:
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