过程装备与控制工程说明书25601.docx

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1、 中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 机械工程程与自动化学学院 专 业： 过程装装备与控制工工程 陆辉山 闫宏伟 高 强魏秀业 刘 波 崔宝珍题 目： （）MM3液氯储罐设设计 指导教师： 职称: 20133年06月008日 中北大学课程设计任务书书 20122/20133 学年 第 二 学期学 院： 机械工工程与自动化化学院 专 业： 学 生 姓 名： 学学 号： 课程设计题目： （455）M3液氯储罐设设计 起 迄 日 期期： 06 月 08 日06月月 22日 课程设计地点： 校内 指 导 教 师师： 陆辉辉山 闫宏伟伟 高强 系 主 任： 姚竹竹亭 下达任

2、务书日期期: 20013年066月08日课 程 设 计计 任 务 书1设计目的：设计目的1) 使用国家最新压压力容器标准准、规范进行行设计，掌握握典型过程设设备设计的全全过程。2) 掌握查阅和综合合分析文献资资料的能力，进进行设计方法法和设计方案案的可行性研研究和论证。3) 掌握电算设计计计算，要求设设计思路清晰晰，计算数据据准确、可靠靠，且正确掌掌握计算机操操作和专业软软件的使用。4) 掌握工程图纸的的计算机绘图图。2设计内容和和要求（包括括原始数据、技技术参数、条条件、设计要要求等）：1 原始数据设计条件表序号项 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MPa由

3、介质温度确定4工作温度-10-405公称容积（Vg）10/16/20/25M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)0.858工作介质液氯（高度危害）9使用地点室外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aDNHG20592-1997液位计接口bDNHG20592-1997空气进口管cDNHG20592-1997空气出口管dDNHG20592-1997液氯进口管eDNHG20592-1997液氯出口管fDN安全阀接口gDN压力表接口hDNHGT21514-2005人 孔课 程 设 计计 任 务 书2设计内容1）设备工艺、结结构设计；2）设备强度计

4、计算与校核；3）技术条件编编制；4）绘制设备总总装配图；5）编制设计说说明书。3设计工作任任务及工作量量的要求包包括课程设计计计算说明书书(论文)、图图纸、实物样样品等：1）设计说明书书：主要内容包括：封面、设计任务书书、目录、设计方案的的分析和拟定定、各部分结构构尺寸的设计计计算和确定定、设计总结、参考文献等等； 2）总装配图设计图纸应遵循循国家机械制制图标准和化化工设备图样样技术要求有有关规定，图图面布置要合合理，结构表表达要清楚、正正确，图面要要整洁，文字字书写采用仿仿宋体、内容容要详尽，图图纸采用计算算机绘制。 课 程 设 计计 任 务 书4主要参考文文献：1 国家质质量技术监督督局，

5、GB1150-19998钢制制压力容器，中中国标准出版版社，199982 国家质质量技术监督督局，压力力容器安全技技术监察规程程，中国劳劳动社会保障障出版社，119993 全国化化工设备设计计技术中心站站，化工设设备图样技术术要求，22000，1114 郑津洋洋、董其伍、桑桑芝富，过过程设备设计计，化学工工业出版社，220015 黄振仁仁、魏新利，过过程装备成套套技术设计指指南，化学学工业出版社社，200226 国家医医药管理局上上海医药设计计院，化工工工艺设计手手册，化学学工业出版社社，199667 蔡纪宁宁主编，化化工设备机械械基础课程设设计指导书，化化学工业出版版社，20003年5设计成

6、果形形式及要求：1）完成课程设设计说明书一一份； 2）电子图一张张（A1图纸纸一张）3）总装配图一一张 (A1图纸纸一张)； 6工作计划及及进度：2013年066月08日：布置任务务、查阅资料料并确定设计计方法和步骤骤 06月09、133、14、115日：机械设计计计算（强度计计算与校核）及及技术条件编编制06月16日06月19日：设计图纸纸绘制（草图图和装配图）06月20日06月21日：撰写设计计说明书06月22日：答辩及成绩绩评定系主任审查意见见： 签签字： 年 月 日前言压力容器的用途途十分广泛。它它是在石油化化学工业、能能源工业、科科研和军工等等国民经济的的各个部门都都起着重要作作用的

7、设备。压压力容器一般般由筒体、封封头、法兰、密封元元件、开孔和和接管、支座座等六大部分分构成容器本本体。此外，还还配有安全装装置、表计及及完成不同生生产工艺作用用的内件。压压力容器由于于密封、承压压及介质等原原因，容易发发生爆炸、燃烧起起火而危及人人员、设备和和财产的安全全及污染环境境的事故。目目前，世界各各国均将其列列为重要的监监检产品，由由国家指定的专专门机构，按按照国家规定定的法规和标标准实施监督督检查和技术术检验。本次课程设计目目的主要是使使用国家最新新压力容器标标准、规范进进行设计，掌掌握典型过程程设备设计的的全过程；掌掌握查阅和综综合分析文献献资料的能力力，进行设计计方法和设计计方

8、案的可行行性研究和论论证；掌握电电算设计计算算，要求设计计思路清晰，计计算数据准确确、可靠，且且正确掌握计计算机操作和和专业软件的的使用；掌握握工程图纸的的计算机绘图图。目录1 工艺设计 11.1存储量11.2设备的选选型及轮廓尺尺寸12筒体及封头设设计 22.1材料的选选择22.2筒体壁厚厚设计计算22.3封头壁厚厚的设计计算算33接管及接管法法兰设计 43.1接管尺寸寸选择43.2管口表及及连接标准43.3接管法兰兰的选择53.4垫片的选选择63.5紧固件的的选择74人孔的结构设设计 84.1密封面的的选择84.2人孔的设设计84.3核算开孔孔补强95支座的设计 125.1支座的选选择12

9、5.2支座的位位置136液面计及安全全阀选择147总体布局14 8焊接结构构设计及焊条条的选择149强度校核1710参考文献 351 工艺设计1.1 存储量盛装液化气体的的压力容器设设计存储量式中：W储储存量,t； 装载系数数； VV压力容器器容积； 设计温度度下的饱和溶溶液的密度，；根据设计条件=1.2 设备的选型及轮轮廓尺寸粗略计算内径： 一般 ，取得，圆整得： 选用EHA椭圆圆封头，查EEHA椭圆形形封头内表面面积及容积表表可得：深深度，内表面面积，容积根据，圆整得: 误差所以，筒体的公公称直径,长长度2 筒体及封头设计计2.1 材料的选择液氯属于高危害害性的介质，但但其腐蚀性小小,使用

10、温度度为，根据压压力容器设计计手册中钢钢板的使用条条件，选择116MnR钢钢板作为制造造筒体和封头头材料。2.2 筒体壁厚设计计计算2.2.1 设计压力液氯储罐的工作作温度-20040，故选取设设计温度t=50，由压力力容器介质手手册【1】查的，该该温度下的绝绝对饱和蒸汽汽压为1.4432MPaa。在本次设设计中的液氯氯储罐上装有有安全阀，通通常认为设计计压力为工作作压力的1.05倍，所以以设计压力。2.2.2 液柱静压力由某些无机物物重要物理性性质表【11】查的，液液氯的密度为为，内径由各各地区重力加加速度表查查的太原地区区的，则根据据公式可得2.2.3 计算压力因为，所以可忽忽略静压力的的

11、影响。即2.2.4 设计温度下材料料的许用应力力为，假设筒体厚厚度为，由钢钢板许用应力力表可得的的2.2.5 焊接接头系数本次液氯储罐的的设计采用双双面焊对接接接头和相当于于双面焊的全全焊透对接接接头，1000%无损检测测，所以。2.2.6 内压容器的计算算厚度根据内压容器的的计算厚度公公式【2】： 在之间，故假设设是成立的。取腐蚀裕量， 。由常用钢板厚厚度负偏差表表可查的，在在的钢板标准准下的负偏差差。查钢板厚度的的常用规格表表，将其圆圆整为，即名名义厚度的钢板。2.3 封头壁厚的设计计计算2.3.1 标准椭圆形封头头的计算厚度度根据标准椭圆形形封头的计算算厚度公式【22】： 取腐蚀裕量，由

12、常用钢板厚厚度负偏差表表可查的，在在的钢板标准准下的负偏差差。查钢板厚度的的常用规格表表，将其圆圆整为，即名名义厚度的钢板，可见见标准椭圆形形封头与筒体体等厚。3 接管及接管法兰兰设计3.1 接管尺寸选择3.1.1 液氯进、出口接接管和空气进进、出口接管管选用补强管管。查化工工容器及设备备简明设计手手册【3】得：图3.1 补补强管表3.1补强管管的尺寸表【33】用途公称直径dN外径壁厚补强管外伸或内内伸最小高度度理论质量液氯进口管80251.6液氯出口管安全阀空气进口管65221.2空气出口管3.1.2表3.2 液液位计接口、压压力计接口、人人孔接管尺寸寸表用途公称直径dN外径壁厚理论质量液位

13、计20253.52.21压力计25323.52.46人 孔500530123.2 管口表及连接标标准表3.3 管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aDN80HG205955-19977FM液氯进口管bDN80HG205955-19977FM安全阀接口c1-2DN500FM人 孔dDN65HG205955-19977FM空气进口管eDN65HG205955-19977FM空气出口管fDN25HG205955-19977FM压力表接口g1-2DN20HG205955-19977FM液位计接口hDN80HG205955-19977FM液氯出口管3.3 接管法兰的选择择图3.2 接

14、接管法兰结构构表3.4 接接管法兰结构构尺寸表【33】序号名称公称直径DN钢管外径法兰外径D螺栓孔中心圆直直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量NSRBBa液氯进口8089200160188M16201103.2106504.22b安全法接口8089200160188M16201103.2106504.22d空气进口6576185145184M1620922.9106483.74e空气出口6576185145184M1620922.9106483.74f压力表口253211585144M1216462.664401.26g1-2液位计口202510575144

15、M1216402.364401.05h液氯出口8089200160188M16201103.2106504.22表3.5 接接管法兰标记记名称法兰标记液氯进口管法兰兰HG 205995 法兰 WN 800-1.6 FM S=8mm 116MnR液氯出口管法兰兰安全阀接口管法法兰空气进口管法兰兰HG 205995 法兰 WN 655-1.6 FM S=7mm 116MnR空气出口管法兰兰液面计接管法兰兰HG 205995 法兰 WN 200-1.6 FM S=3.5mmm 16MnnR压力表接管法兰兰HG 205995 法兰 WN 255-1.6 FM S=3.5mmm 16MnnR3.4 垫片

16、的选择垫片选用石棉橡橡胶垫片，查查HG/T 206066-1997钢钢制管法兰用用非金属平垫垫片，得：表3.6 垫垫片尺寸表【33】符号管口名称垫片厚度公称直径内径D1外径D2a液氯进口1.58089120b安全阀口1.58089120d空气进口1.56577109e空气出口1.56577109f压力表口1.5253457g1-2液位计口1.5202750h液氯出口1.580891203.5 紧固件的选择查HG 206613-977 钢制管法法兰用紧固件件得螺柱的的长度和平垫垫圈尺寸：表4 螺栓及及垫片【3】符号公称直径螺纹螺柱长紧固件用平垫圈圈 mmha80M169017303b80M169

17、017303d65M169017303e65M169017303f25M128513242.5g1-220M127513242.5h80M1690173034 人孔的结构设计计4.1 密封面的选择择由于本次设计的的介质是高度度危害的，所所以本次设计计采用凹凸法法兰密封面（MMFM）。4.2 人孔的设计本次设计的储罐罐设计压力为为1.4666MPa，根根据钢制人人孔和手孔【3】，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。该人孔标记为：人孔 表4.1 人人孔结构尺寸寸【3】密封面型式公称压力PN公称直径DNdwSdDD1H1H2bMFM2.55005301250673066028012344b1b2ABLd0螺

18、柱螺母螺柱总质量数量直径长度4348405200300302040M33217003024.3 核算开孔补强强本次设计人孔的的公称外径为为，所以进行行补强圈补强强。 4.3.1 圆柱开孔所所需补强面积积A由钢板许用应应力表可知知厚度为厚度度的低合金钢钢在时的。由钢钢管许用应力力表可知厚厚度为厚度的的低合金钢在在时的。由强度消弱系数数计算公式得得：钢管厚度负偏差差，腐蚀裕量量厚度接管有效厚度开孔直径圆柱开孔所需补补强面积：4.3.2 有效补强范范围内的补强强面积1) 有效补强范围内内的宽度B有效不强范围内内的宽应B取取二者中的较较大值，其中中,，显然，所以以。2) 有效补强范围的的外侧高度有效补

19、强范围的的外侧高度应应取二者中的的较小值，其其中，接管实实际外伸高度度为。小于接管实实际外伸高度度，所以。3) 有效补强范围的的内侧高度有效补强范围的的内侧高度应应取二者中的的较小值，其其中，接管实实际内伸高度度设计为，接接管实际内伸伸高度小于，所所以。4) 壳体有效厚度减减去计算厚度度之外的多余余面积圆筒计算厚度，接接管有效厚度度5) 接管有效厚度减减去计算厚度度之外的多余余面积接管计算厚度根据公式6) 焊缝金属面积由于本次设计的的储罐是存放放有毒介质的的，所以选用用D类接头形形式进行焊接接， 因此，7) 有效补强范围内内的补强面积积根据公式8) 补强圈的选取因为，所以需要要另加补强，其其补

20、强面积为为：。，查表 规定定的补强圈尺尺寸系列应应选用的补强强圈厚度为，补补强材料一般般与壳材料相相同，可确定定补强圈为： 。 345 支座的设计5.1 支座的的选择5.1.1容器器的自重及附附件的质量筒体的质量由EHA椭圆圆形封头质量量可知封头头质量由回转盖带颈颈对焊法兰人人孔尺寸表得得人孔的总质质量为。液氯进口管、液液氯出口管、安安全阀接管质质量： 空气进口管、空空气出口管质质量：由热轧钢管品品种表得所所用钢管的理理论质量压力表接管、液液位计接管：接管的总质量法兰的总质量由JB/T 4736-2002规规定的补强圈圈尺寸系列表表得，补强强圈的质量为为。其他的质量则容器的自重为为5.1.2

21、试验充满水水的质量由水的重要物物理性质表得得时水的密度度为，所以。5.1.3 充满液氯的的质量正常操作时的液液氯质量。查JB/T44712.11-20077 容器支座座得：图4.1 鞍鞍座的结构表4.1 鞍鞍座的结构尺尺寸表【4】公称直径DN允许载荷Q /kN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1l3b2b32600440250188030014102952683608垫板螺栓配置鞍座质量kg增加100mmm高度增加的的质量/kgg弧长b4e间距l2螺孔d螺纹孔长l303061010120164024M204029826鞍座标记为： 5.2 支座的的位置因为鞍座位置的的要求为，并并尽量使，综综合考虑选

22、择择。6 液面计及安全阀阀选择本次设计采用磁磁性液位计，普普通型，压力力等级为1.6 Mpaa。根据实际际要求，选用用液位计的中中心距为20000 mmm。标记 HHG/T 221584-95 UZZ 1.6MM-20000-1.3114 BF 321C。根据公称压力PPN=1.66和适用介质质，选择型号号为A41HH-16C的的安全阀。7 总体布局各种接管总体布布局如图7.1。图7.1 接接管布局图接管中心线间距距500mmm，接管与封封头间距7440mm,与与人孔间距11500mmm，与焊缝距距离不小于1150mm,鞍座距封头头600mmm。8 焊接结构设计及及焊条的选择择综合考虑各种因因

23、素，针对本本次设计储存存的介质是高高毒性介质，所所以本次设计计的壳体A、BB类焊接接头头应为X型的的如图。而对对于法兰与壳壳体、接管连连接的接头，应应采用全焊透透接头。 对于人孔、补补强圈与壳体体的接头选用用，如图图8.1 VV型焊接接头头图8.2 接接管与筒体的的接头图8.3 补强强圈接头形式式表8.1 焊焊条型号及牌牌号(JB/T 47009-20007)接头母材焊条型号焊条牌号16MnR+116MnRE5016J50620 +16MMnRE309-166A307Q235-A+16MnRRE309-166A3079 强度校核钢制卧式容器计算单位全国化工设备设设计技术中心心站计 算 条 件

24、简 图设计压力 p1.466MPa设计温度 t50筒体材料名称16MnR(热热轧)封头材料名称16MnR(热热轧)封头型式椭圆形筒体内直径Dii2500mm筒体长度 L8300mm筒体名义厚度 dn14mm支座垫板名义厚厚度 drn10mm筒体厚度附加量量 C2mm腐蚀裕量 C12mm筒体焊接接头系系数 F1封头名义厚度 dhn14mm封头厚度附加量量 Ch2mm鞍座材料名称Q235-A鞍座宽度 b300mm鞍座包角 120支座形心至封头头切线距离 A640mm鞍座高度 H250mm地震烈度 低于7度内压圆筒校核计算单位全国化工设备设设计技术中心心站计算条件筒体简图计算压力 Pcc 1.50M

25、Pa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2500.000mm材料 16MnR(热轧) ( 板材 )试验温度许用应应力 s 170.000MPa设计温度许用应应力 st 170.000MPa试验温度下屈服服点 ss 345.000MPa钢板负偏差 CC1 0.00mm腐蚀裕量 C22 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算算计算厚度 d = = 11.066mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 12.000mm名义厚度 dn = 114.00mm重量 7204.008Kg压力试验时应力力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 1.8325 (或由

26、用户输输入)MPa压力试验允许通通过的应力水平 sTTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 191.80 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算算最大允许工作压压力 Pw= = 1.622420MPa设计温度下计算算应力 st = = 156.779MPastf 170.000MPa校核条件stf st结论 合格左封头计算计算单位 全国化工设设备设计技术术中心站计算条件椭圆封头简图计算压力 Pcc 1.50MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2500.000mm曲面高度 hii 625.000mm材料 16MnR(热轧) (板

27、材)试验温度许用应应力 s 170.000MPa设计温度许用应应力 st 170.000MPa钢板负偏差 CC1 0.00mm腐蚀裕量 C22 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算算形状系数 K = = 1.00000计算厚度 d = = 11.044mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 12.000mm最小厚度 dmin = 3.75mm名义厚度 dn = 144.00mm结论 满足最小厚度度要求重量 764.100 Kg压 力 计计 算最大允许工作压压力 Pw= = 1.622809MPa结论 合格右封头计算计算单位 全国化工设设备设计技术术中心站计算条件椭圆封头

28、简图计算压力 Pcc 1.50MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2500.000mm曲面高度 hii 625.000mm材料 16MnR(热轧) (板材)试验温度许用应应力 s 170.000MPa设计温度许用应应力 st 170.000MPa钢板负偏差 CC1 0.00mm腐蚀裕量 C22 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算算形状系数 K = = 1.00000计算厚度 d = = 11.044mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 12.000mm最小厚度 dmin = 3.75mm名义厚度 dn = 144.00mm结论 满足最小厚度度要求重量 76

29、4.100 Kg压 力 计计 算最大允许工作压压力 Pw= = 1.622809MPa结论 合格卧式容器（双鞍鞍座）计算单位全国化工设备设设计技术中心心站计 算 条 件 简 图图 计算压力 pC1.466MPa 设计温度 t50 圆筒材料16MnR(热热轧) 鞍座材料Q235-A 圆筒材料常温温许用应力 s170MPa 圆筒材料设计计温度下许用用应力st170MPa 圆筒材料常温温屈服点 ss345MPa 鞍座材料许用用应力 ssa140MPa 工作时物料密密度 1314kg/m3 液压试验介质质密度 1000kg/m3 圆筒内直径DDi2500mm 圆筒名义厚度度 14mm 圆筒厚度附加加量

30、 2mm 圆筒焊接接头头系数 1 封头名义厚度度 14mm 封头厚度附加加量 Ch2mm 两封头切线间间距离 8380mm 鞍座垫板名义义厚度 10mm 鞍座垫板有效效厚度 10mm 鞍座轴向宽度度 b300mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心心至封头切线线距离 A640mm 封头曲面高度度 625mm 试验压力 pT1.8325MPa 鞍座高度 H250mm腹板与筋板(小小端)组合截面积积 58324mm2 腹板与筋板(小端)组合截面断断面系数2.172977e+06mm3 地震烈度0 配管轴向分力力 0N圆筒平均半径 1257mm 物料充装系数数 0.9支 座 反反 力 计 算 圆筒质量(

31、两两切线间)7273.722kg 封头质量(曲曲面部分)752.9355kg 附件质量9211.3kg 封头容积(曲曲面部分)2.045311e+09mm3 容器容积(两两切线间)V = 4.552258ee+10mm3 容器内充液质质量工作时, 553484.1压力试验时, = 452225.8kg 耐热层质量0kg总质量工作时, 711475压力试验时, 632166.7kg单位长度载荷76.11933 677.32455N/mm支座反力350656 33101411350656N筒 体 弯弯 矩 计 算圆筒中间处截面上的弯矩工作时= 4.663394e+008压力试验= 4.125506

32、e+008Nmm支座处横截面弯矩工作时 -1.325532e+007压力试验 -1.172219e+007Nmm系 数 计计 算K1=0.1006611K2=0.1992348K3=1.177069K4=K5=0.7660258K6=0.011393822K6=0.001145771K7=K8=K9=0.2003522C4=C5=筒 体 轴轴 向 应 力 计 算轴向应力计算操作状态 84.61155 78.86687MPa -7.833378 -1.155731MPa水压试验状态 -6.922515 -1.02236MPa 102.906 97.8823应力校核许用压缩应力0.00090024

33、根据圆筒材料查查GB1500图6-36-10 B = 1188.614MPa118.6144118.6144MPa 1700 合格格|,| 118.6614 合格|,| 118.614 合格sT2 ,sT3 0.9ss = 3100.5 合合格时(时,不适用用)20.97255MPa时圆筒中：封头中：MPa应力校核封头椭圆形封头, 碟形封头, 半球形封头, MPa圆筒封头 t = 0.8 s t = 1366 MPa圆筒, t t = 1336 合格封头, thh t h = MPa鞍 座 处处 圆 筒 周 向 应 力无加强圈圆筒圆筒的有效宽度度506.9466mm无垫板或垫板不不起加强作用用时在横截面最低点点处MPa在鞍座边角处L/Rm8时时, MPaL/Rm8时时, MPa无加强圈筒体垫板起加强作用用时鞍座垫板宽度 ； 鞍座垫板包包角横截面最低点处处的周向应力力-2.390333MPa鞍座边角处的周向应力L/Rm8时时, MPaL/Rm8时时, -43.91558MPa鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力L/Rm8时时, MPaL/Rm8时时, -64.62995MP