液氯储罐机械设计课程设计论文.doc

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1、化工机械与设备课程设计目录 任务书原稿课程设计任务书1. 设计题目： 液氯储罐机械设计 2. 设计数据：序号项 目数 值单 位备 注1名 称液氯储罐2用 途液氯储存3最高工作压力 2.059MPa由介质温度确定4工作温度-20395公称容积（Vg）36.9m36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)0.98工作介质液氯（中度危害）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aDN65HG/T20592-2009FM液氯进口管bDN50HG/T20592-2009FM安全阀接口cDN500HG/T21518-2005FM人 孔dDN50HG

2、/T20592-2009FM空气进口管eDN50HG/T20592-2009FM空气出口管fDN25HG/T20592-2009FM压力表接口gDN20HG/T20592-2009FM液位计接口hDN65HG/T20592-2009FM液氯出口管3.计算及说明部分内容（设计内容）：第一部分 绪论：（1）设计任务、设计思想、设计特点；（2）主要设计参数的确定及说明。第二部分 材料及结构的选择与论证（1）材料选择与论证；（2）结构选择与论证：封头型式的确定、人孔选择、法兰型式、液面计的选择、鞍式支座的选择确定。第三部分 设计计算（1）计算筒体的壁厚；（2）计算封头的壁厚；（3）水压试验压力及其强度

3、校核；（4）选择人孔并核算开孔补强；（5）选择鞍座并核算承载能力；第四章 主要附件的选用（1）、液面计选择（2）、各进出口的选择（3）、压力表选择第五章 设计小结附设计参考资料清单4绘图部分内容： 总装配图一张（1#）5设计期限：2周6、设计参考进程：(1)准备、选择容器的型式和材料 1天(2)机械设计与计算 6天(3)编写设计说明书 4天(4)绘图 3天7参考资料：1 刁玉玮等.化工机械设备基础.大连：大连理工大学出版社，20032 李多民,俞慧敏. 化工过程设备机械基础.北京：中国石化大学出版社，19993 汤善甫，朱思明.化工设备机械基础.上海：华东理工大学出版社，20004 钢制压力容

4、器GB150-98 目录一、绪论11.1.设计任务、设计思想、设计特点11.1.1 设计任务：11.1.2 设计思想：11.1.3 设计特点：为了满足工艺过程的需要，必须做到如下要求：11.2.主要设计参数的确定及说明11.2.1管口表11.2.2主要设计数据21.2.3存储量21.2.4设备的选型及轮廓尺寸2二、材料及结构的选择与论证42.1.材料选择与论证42.2.结构选择与论证42.2.1封头型式的确定42.2.2人孔选择42.2.3法兰型式42.2.4液面计的选择52.2.5鞍式支座的选择确定5三、设计计算63.1计算筒体的壁厚；63.2计算封头的壁厚；63.3水压试验压力及其强度校核

5、；63.3.1水压试验压力63.3.2强度校核73.4选择人孔并核算开孔补强；73.4.1选择人孔73.4.2核算开孔补强83.5选择鞍座并核算承载能力；11四、主要附件的选用144.1液面计选择144.2各进出口的选择14五、第五章 设计小结15六、参考文献16IV化工机械与设备课程设计一、 绪论 1.1. 设计任务、设计思想、设计特点 1.1.1 设计任务：根据罐体公称容积 V=36.9m3 ,设计一液氯储罐, 通过设计储罐的厚度，使其能满足工艺要求。 1.1.2 设计思想：通过图书馆和上网查找有关的书籍与资料，获取需要的数据，来完成所要求要设计的部分。液氯储罐是我们平时运输液氯的一个常用

6、设备，在设计液氯储罐时，要有利于成批生产，提高质量，便于互换，降低成本，提高劳动的生产率，要对容器的设计（如封头、法兰、支座、人孔、液面计等）进行标准化，除此之外还要尽量满足工艺的要求，密封性能要好。 1.1.3 设计特点：为了满足工艺过程的需要，必须做到如下要求：（1） 强度：液氯储罐可以抵抗外力破坏能力，以保证生产安全。（2） 刚度：零部件应有抵抗外力使其变形的能力，以防止容器在使用、运 输或安装的过程 中发生不允许的变形。（3） 稳定性：容器或其零部件在外力作用下有维持其原型的能力，防止容器被压瘪或出现 皱折。（4） 耐久性：容器有一定的抵抗介质及大气的腐蚀能力，保持一的使用年限。（5）

7、 气密性：容器在承受压力或处理有毒介质时有可靠的气密性，提供良好的劳动环境及 维持正常的操作。 （6） 其他：节约材料、便于制造、运输、安装、操作、维修方便，符合有关的国家标准和 行业标准等的规定。1.2. 主要设计参数的确定及说明1.2.1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aDN65HG/T20592-2009FM液氯进口管bDN50HG/T20592-2009FM安全阀接口cDN500HG/T21518-2005FM人 孔dDN50HG/T20592-2009FM空气进口管eDN50HG/T20592-2009FM空气出口管fDN25HG/T20592-2009FM压力

8、表接口gDN20HG/T20592-2009FM液位计接口hDN65HG/T20592-2009FM液氯出口管1.2.2主要设计数据序号项 目数 值单 位备 注1名 称液氯储罐2用 途液氯储存3最高工作压力2.059MPa由介质温度确定4工作温度-20395公称容积（Vg）36.9m36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)0.98工作介质液氯（中度危害）9使用地点室外1.2.3存储量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；V压力容器容积； tr设计温度下的饱和溶液的密度，t/m3 1.2.4设备的选型及轮廓尺寸粗略计算内径一般L/D=36，取L/D=4；解得Di=22

9、73.14mm，圆整得Di=2300mm。选用EHA椭圆封头，查EHA椭圆形封头内表面积及容积表可得：深度B=615mm；内表面积A=6.0233m2；容积V封=1.7588m3。解得L=7188.10mm；圆整得L=7200mm所以，筒体的公称直径Di=2000mm=,长度L=7200mm二、 材料及结构的选择与论证2.1. 材料选择与论证壳体材料选择16MnR钢。由于纯液氯的腐蚀性小，壳体材料可选用一般钢材，但压力较大，使用温度又在50以下.根据过程装备基础中附录2钢板许用应力表的使用条件，应可以考虑Q245、Q345这两种钢种，如果纯粹从技术角度看，建议选用Q245的低碳钢板，Q345的

10、钢材价格虽比Q245贵，但在制造方面，可以显著减小设备重量、降低制造成本，同时给设备的运输和安装也有很大的方便，两者相比，Q345钢板较为经济，所以在此选择Q345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封头型式的确定由上边计算知筒体公称直径DN2300 mm，而封头的公称直径必须与筒体的公称直径相一致，且中低压容器经常采用的封头型式是标准椭圆形封头。故根据JBT47462002，可选用标准椭圆封头的公称直径DN2300mm，总深度H615mm，内表面积6.0233mm2，容积V1.7588m3，结合后面的计算。2.2.2人孔选择压力容器开设检查孔的目的是为了检查压力容器

11、在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷以及拆装设备内部零部件。一般当设备的公称直径超过900mm时开设人孔。由前面知，本次设计的储罐其最高工作压力为2.059MPa，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,设计储罐人孔开设在筒体右侧。2.2.3法兰型式接管法兰结构尺寸表序号名称公称直径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法兰颈法兰高度H法兰质量(Kg)NSH1RB BA1液氯进口5057165125184M162074485483.11A2安全阀接口

12、5057165125184M162074485483.11A5空气进口3238140100184M1618563.685422.05A6空气出口3238140100184M1618563.685422.05A7压力表口253211585144M1216463.264401.26A8液位计口202510575144M1216403.264401.05A3液氯出口5057165125184M162074485483.112.2.4液面计的选择本次设计采用磁性液位计，普通型，压力等级为2.5 MPa。根据实际要求，选用液位计的长度为1500mm。标记 HG/T 21584-95 UZ 2.5M-10

13、00-1.314 BF 321C。根据公称压力PN=2.5和适用介质，选择型号为A41H-16C的安全阀。2.2.5鞍式支座的选择确定设计容器为卧式容器，采用鞍式支座。卧式容器一般采用双支座，一个固定式（F），一个滑动式（S）。三、 设计计算3.1计算筒体的壁厚；根据内压容器的计算厚度公式【2】： 13.97mm在616之间，故假设是成立的。取腐蚀裕量C2=2mm，由常用钢板厚度负偏差表可查的，在的钢板标准下的负偏差。查钢板厚度的常用规格表，将其圆整为，即名义厚度的钢板。3.2计算封头的壁厚；根据标准椭圆形封头的计算厚度公式： 取腐蚀裕量C2=2mm，由常用钢板厚度负偏差表可查的，在的钢板标准

14、下的负偏差。查钢板厚度的常用规格表，将其圆整为17mm，即名义厚度的钢板，可见标准椭圆形封头与筒体等厚。3.3水压试验压力及其强度校核；3.3.1水压试验压力水压试验压力为式中，壳体材料在试验温度下的许用应力，MPa； 壳体材料在设计温度下的许用应力，MPa。故本次水压试验压力 1.251.5=1.875MPa3.3.2强度校核压力试验前，校核圆筒应力 式中 试验压力下圆筒的应力，MPa； 圆筒内直径，mm； 圆筒的有效厚度，mm； 圆筒材料在试验温度下的屈服点，MPa； 圆筒的焊接接头系数。所以=161.59MPa310.5 MPa ，故水压校核符合要求。3.4选择人孔并核算开孔补强；3.4

15、.1选择人孔 .密封面的选择由于本次设计的介质是高度危害的，所以本次设计采用凹凸法兰密封面（MFM）。 .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。图3.1 人孔结构示意图表3.1 人孔结构尺寸密封面型式公称压力PN公称直径DNdwSdDD1H1H2bMFM2.54504801245667060025012142b1b2ABLd0螺柱螺母螺柱总质量数量直径长度4146375175250242040M3321652453.4.2核算开孔补强根据GB150，当设计压力小于或等于2.5Mpa时，在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔

16、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，所以进行补强圈补强。 .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。.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其许用应力根据GB150-1998，其中：壳体开孔处的计算厚度。接管的有效厚度强度削弱系数所以开孔所需补强面积为.有效补强范围1）有效补强范围内的宽度B取二者中的较大值，故。2) .有效高度 有效补强范围的外侧高度有效补强范围的外侧高度应取二者中的较小值，其中，接管实际外伸高度200mm。小于接管实际外伸高度，所

17、以。有效补强范围的内侧高度有效补强范围的内侧高度应取二者中的较小值，其中，接管实际内伸高度设计为，接管实际内伸高度小于，所以。补强范围内补强金属面积i.壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积圆筒计算厚度，接管有效厚度ii.-接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积接管计算厚度根据公式: iii.-焊缝金属面积由于本次设计的储罐是存放有毒介质的，所以选用D类接头形式进行焊接， 因此，iv.有效补强范围内的补强面积根据公式: .补强圈的选取因为，所以需要另加补强，其补强面积为：=7823.791-1994.87=5828.921。查表 规定的补强圈尺寸系列应选用的补强圈厚度为20mm，补强材料一般与

18、壳材料相同，可确定补强圈为： 。3.5选择鞍座并核算承载能力；该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-A。估算鞍座的负荷： 储罐总质量筒体质量：单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.2 EHA椭圆形封头质量，可知，充液质量：，附件质量：人孔质量为254kg，其他接管质量总和估100kg，即综上所述， G=mg=378.27kN,每个鞍座承受的重量为189.13kN由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为A,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表4：鞍式支座结构尺寸 单位：mm公称直径DN允许载荷Q

19、/kN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1l3b2b32000300250142022012103301902608垫板螺栓配置鞍座质量kg增加100mm高度增加的质量/kg弧长b4e间距l2螺孔d螺纹孔长l23304301080126020M164016017通常取尺寸A不超过0.2L值，中国现行标准JB 4731钢制卧式容器规定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头,有故由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。

20、因此，JB 4731还规定当满足A0.2L时，最好使A0.5R m（）,即 ，取A=505mm综上有：A=500mm四、 主要附件的选用4.1液面计选择采用磁性液位计磁性液位计的特点：1.适用范围广、安装形式多样，适合任何介质的液位、界面的测量；2.集现场指示、远传变送、报警控制开关于一体，功能齐全；3.被测介质与指示结构完全隔离，密封性能好，防泄露，不受高、低温度剧变的影响，不需多组液位计的组合，适应高压、高温、腐蚀条件下的液位测量，可靠性高；4.全过程测量无盲区，双色指示、连续直观、醒目、测量范围大，观察方向可任意改变；5.耐振动性能好，能适应液位波动大的情况下工作；6.结构简单，方便安装

21、，维护费用低。采用无缝热轧钢管（管壁加厚，具有补强作用），接管外伸高度为，内伸高度为 4.2各进出口的选择所需管口有：液氯进口管、液氯出口管、安全阀接口、液位计接口2个、空气进口管、空气出口管、人孔。根据实际，除液位计接口外可将管口布置在筒体上方，从左到右依次为：液氯进口管、液氯出口管、安全阀接口、压力表接管口、空气进口管、空气出口管；液位计接口设在左侧 封头上五、 第五章 设计小结经过了几天的努力，终于完成课程设计了。在这过程中，还是感触颇深的。有句俗语说“万事开头难”，我们每每面对事情的时候，有时候总会夸大事情的复杂度，怕麻烦，给自己心理造成一定的压力。 课程设计为我们接触课本以外的知识打开了一扇门，我们可以将自己学过的理论知识，借阅资料，运用到实践中去，还提高自己的动手及独立思考的能力。当然，做一件事情，兴趣是很好的驱动力，还要加以毅力来辅助。我相信，这几天给我们带来的感悟不只止于此，对我们未来就业，起到一定的指导作用！六、 参考文献1 刁玉玮等.化工机械设备基础.大连：大连理工大学出版社，20032 李多民,俞慧敏. 化工过程设备机械基础.北京：中国石化大学出版社，19993 汤善甫，朱思明.化工设备机械基础.上海：华东理工大学出版社，20004 钢制压力容器GB150-9816