5立方儲存罐課程設(shè)計

1、一、 緒論1、任務(wù)說明設(shè)計一個容積為5的液氯儲罐，采用常規(guī)設(shè)計方法，綜合考慮環(huán)境條件、液體性質(zhì)等因素并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按工藝設(shè)計、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備強度計算的設(shè)計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管進行設(shè)計，然后采用sw6-1998對其進行強度校核，最后形成合理的設(shè)計方案。2、液氯（）的性質(zhì)分子量 70.91 黃綠色有刺激性氣味的氣體。密度：相對密度(水=1)1.47；相對密度(空氣=1)2.48；穩(wěn)定性：穩(wěn)定； 危險標(biāo)記：6(有毒氣體)；在工業(yè)上，液氯是一種很有用的化學(xué)物質(zhì)。氯可用于造紙、紡織工業(yè)的漂白；用作水和廢水的消毒、殺菌劑；且可用于制造無機、有機氯化物，如：金屬氯化物、氯溶劑

2、、染料中間體、殺蟲劑、合成橡膠、塑料等。但由于液氯屬高毒性，是一種強烈的刺激性氣體。它對人體、環(huán)境都有很強的危害，因此液氯的存儲、運輸都是一個值得深思的問題。設(shè)計儲存設(shè)備，首先必須滿足各種給定的工藝要求，考慮存儲介質(zhì)的性質(zhì)、容量、鋼材的耗費量等等。而且液化氣體必須考慮它的膨脹性和壓縮性，液化氣體的體積會因溫度的改變而變化，所以必須嚴(yán)格控制儲罐的充裝量（指裝量系數(shù)與儲罐實際容積和設(shè)計溫度下介質(zhì)的飽和液體密度的乘積）。目前我國普遍采用常溫壓力貯罐一般有兩種形式：球形貯罐和圓筒形貯罐。因為圓筒形貯罐加工制造安裝簡單，安裝費用少， 但金屬耗量大占地面積大， 所以在總貯量小于500，單罐容積小于100時

3、選用臥式貯罐比較經(jīng)濟。二、 設(shè)計參數(shù)的確定 表1：設(shè)計參數(shù)表序號項 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱液氯儲罐2用 途液氯儲存站3最高工作壓力1.414mpa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20455公稱容積（vg）5m36工程直徑1200mm7裝量系數(shù)(v)0.98工作介質(zhì)液氯（高度危害）9使用地點室內(nèi)10 工作介質(zhì)液氯11其它要求100%無損檢測1、 設(shè)計壓力設(shè)計壓力為壓力容器的設(shè)計載荷條件之一，其值不得低于最高工作壓力，通?？扇∽罡吖ぷ鲏毫Φ?.051.1倍。經(jīng)過查 我們?nèi)≡O(shè)計壓力為1.56mpa。2、設(shè)計溫度設(shè)計溫度也是壓力容器的設(shè)計載荷條件之一，指容器在正常工作情況下，設(shè)定元件的金屬溫度。當(dāng)元件

4、金屬溫度不低于0時，設(shè)計溫度不得低于元件可能達到的最高溫度;當(dāng)元件金屬溫度低于0時，其值不得高于元件金屬可能達到的最高溫度。所以設(shè)計溫度選擇為50。3、主要元件材料的選擇筒體材料的選擇：根據(jù)液氯的特性，查gb150-1998選擇16mnr。16mnr是壓力容器專用鋼，適用范圍：用于介質(zhì)具有一定腐蝕性,壁厚較大（）的壓力容器。50時的許用應(yīng)力,鋼板標(biāo)準(zhǔn)gb6645。 鋼管材料的選擇：根據(jù)jb/t4731,鋼管的材料選用20號鋼，其許用應(yīng)力三、 壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計1、 筒體和封頭筒體的公稱直徑有標(biāo)準(zhǔn)選擇，而它的長度l可以根據(jù)容積要求來決定。根據(jù)公式 (1+5%) 取 l/d=4 將l/d=4代入得：

5、 di=1168mm圓整得di=1200mm. 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，查標(biāo)準(zhǔn)jb/t4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表1，得公稱直徑 di=1200mm. ，封頭深度h=325mm，容積為0.0，2545。根據(jù) 根據(jù)得圓整得mm，l/dg=3，5（在3-6之間） 所以計算容積為5.769，工作容積為5.769x0.9=5.1921。計算壓力：液柱靜壓力: , 所以液柱靜壓力可以不考慮，計算壓力與設(shè)計壓力相等。 該容器需100%探傷，所以取其焊接系數(shù)為。由中徑公式可得筒體的計算厚度5.531mm，鋼板厚度負偏差，腐蝕余量，故筒體的名義厚度為8由橢圓厚度計算公式可得 腐蝕裕度，鋼板負偏差，取名義

6、厚度 有效厚度為6接管、法蘭、墊片和螺栓的選擇液氯儲罐要開設(shè)液氯進口管、安全閥口、人孔、空氣進口管、空氣出口管、壓力表接口、液位計接口、液氯出口管，并根據(jù)各接口的大小選擇相對應(yīng)的法蘭及墊片。管口表接管代號公稱尺寸公稱壓力連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式用途或名稱adn50pn1.6mpahg20595-1997fm液氯進口管bdn50pn1.6mpahg20595-1997fm安全閥接口cdn450pn1.6mpafm人孔ddn50pn1.6mpahg20595-1997fm管空氣進口管edn50pn1.6mpahg20595-1997fm管空氣出口管fdn25pn1.6mpahg20595-1997f

7、m壓力表接口gdn20pn1.6mpahg20595-1997fm液位計接口hdn50pn1.6mpahg20595-1997fm液氯出口管接管及接管補強詳細數(shù)據(jù)見強度校核書。表4：接管和法蘭尺寸序號名稱公稱直徑dn法蘭外徑d螺栓孔中心圓直徑k螺栓孔直徑l螺栓孔數(shù)量n（個）螺栓th法蘭厚度c法蘭頸法蘭高度h法蘭質(zhì)量nsra液氯進口管50165125184m620742.985483.11b安全閥接口50165125184m1620742.985483.11c人孔50165125184m1620742.985483.11d空氣進口管50165125184m1620742.985483.11e空氣

8、出口管50165125184m1620742.985483.11f壓力表接口2511585144m1216462.664401.26g液位計口2010575144m1216402.364401.05h液氯出口管50165125184m1620742.985483.11七、 墊片查hg/t 20609-2009鋼制管法蘭用金屬包覆墊片，得：表5 墊片尺寸表符號管口名稱公稱直徑內(nèi)徑d1外徑d2a液氯進口管505753b安全閥接口505773c人孔500521549d空氣進口管505773e空氣出口管505773f壓力表接口253443g1-g4液位計口202736h液氯出口管505773注：1：包

9、覆金屬材料為純鋁板，標(biāo)準(zhǔn)為gb/t 3880，代號為l3。 2：填充材料為有機非石棉纖維橡膠板。 3、補強圈設(shè)計根據(jù)gb150，當(dāng)設(shè)計壓力小于或等于2.5mpa時，在殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的2.5倍，且接管公稱外徑不大于89mm時，接管厚度滿足要求，不另行補強，故該儲罐中有dn=400mm的 人孔和dn=100的安全閥孔需要補強。補強設(shè)計方法判別按hg/t 21518-2005,選用水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔。開孔直徑 采用等面積法進行開孔補強計算。接管材料選用20號鋼，其許用應(yīng)力根據(jù)gb150-1998，其中：殼體開孔處的計算厚度 接管的有效厚度 強度削弱系數(shù)所以開孔

10、所需補強面積為 有效補強范圍有效寬度b的確定按gb150中式8-7，得：有效高度的確定(1）外側(cè)有效高度的確定根據(jù)gb150，得： 接管的實際外伸高度=(2）內(nèi)側(cè)有效高度的確定根據(jù)gb150-1998，得： 有效補強面積根據(jù)gb150，分別計算如下：筒體多余面積2接管多余面積接管厚度：由厚度公式得：2 焊縫金屬截面積焊角取6.0mm補強面積2因為，所以開孔需另行補強所需另行補強面積：2補強圈設(shè)計：根據(jù)dn400取補強圈外徑d=680mm。因為bd，所以在有效補強范圍。補強圈內(nèi)徑d=428mm補強圈厚度： 圓整取名義厚度為20mm 4、鞍座選型鞍座結(jié)構(gòu)該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用 估算鞍座

11、的負荷： 儲罐總質(zhì)量筒體質(zhì)量：單個封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)jb/t4746=-2002鋼制壓力容器用封頭中表b.2 eha橢圓形封頭質(zhì)量，可知， 充液質(zhì)量：，故 附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為300kg，其他接管質(zhì)量總和估100kg，即綜上所述， g=mg=307961.406n,每個鞍座承受的重量為153.98kn由此查jb4712.1-2007容器支座，選取輕型，焊制為bi,包角為120，有墊板的鞍座。查jb4712.1-2007得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表4： 表4：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸 單位：mm公稱直徑dn1200底板880筋板200允許載荷q/kn145170140鞍座高度h20010200腹板6墊板3206

12、螺栓間距7206墊板e55鞍座位置的確定通常取尺寸a不超過0.2l值，中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)jb 4731鋼制臥式容器規(guī)定a0.2l=0.2（l+2h），a最大不超過0.25l.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過大。由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭故：由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故封頭對于圓筒的抗彎鋼度具有局部的加強作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對支座處圓筒截面的加強作用。因此，jb 4731還規(guī)定當(dāng)滿足a0.2l時，最好使a0.5r m（）,即 取a=300mm綜上有：a=300mm。5、焊接接頭容器各受壓元件的組裝通常采用焊接。焊接接頭是焊縫、融合線和熱影響區(qū)的總稱，焊縫是焊接接頭的

13、主要部分。焊接接頭的形式和坡口形式的設(shè)計直接影響到焊接的質(zhì)量與容器的安全。a) 回轉(zhuǎn)殼體與封頭的焊接接頭采用對接接頭b) 接管與筒體的焊接接頭坡口為c) 人孔處接管、補強圈的焊接采用角焊，坡口為內(nèi)壓圓筒校核計算單位全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站計算條件筒體簡圖計算壓力 pc 1.58mpa設(shè)計溫度 t 50.00 c內(nèi)徑 di 1200.00mm材料 16mnr(正火) ( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力 s 170.00mpa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 170.00mpa試驗溫度下屈服點 ss 345.00mpa鋼板負偏差 c1 0.00mm腐蝕裕量 c2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量

14、計算計算厚度 d = = 5.59mm有效厚度 de =dn - c1- c2= 8.00mm名義厚度 dn = 10.00mm重量 1318.91kg壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型 液壓試驗試驗壓力值pt = 1.25p = 1.4140 (或由用戶輸入)mpa壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平 stst 0.90 ss = 310.50mpa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 st = = 106.76 mpa校核條件 st st校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力 pw= = 2.25166mpa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力 st = = 118.94mpastf 170.00mpa校核條件stf st結(jié)論 合

15、格內(nèi)壓橢圓封頭校核計算單位 全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 pc 1.58mpa設(shè)計溫度 t 50.00 c內(nèi)徑 di 1200.00mm曲面高度 hi 325.00mm材料 16mnr(正火) (板材)試驗溫度許用應(yīng)力 s 170.00mpa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 170.00mpa鋼板負偏差 c1 0.00mm腐蝕裕量 c2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計算形狀系數(shù) k = = 0.9014計算厚度 d = = 5.02mm有效厚度 de =dn - c1- c2= 6.00mm最小厚度 dmin = 3.60mm名義厚度 dn = 8.00mm

16、結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 106.21 kg壓 力 計 算最大允許工作壓力 pw= = 1.88078mpa結(jié)論 合格右封頭計算計算單位 全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 pc 1.58mpa設(shè)計溫度 t 50.00 c內(nèi)徑 di 1200.00mm曲面高度 hi 325.00mm材料 16mnr(正火) (板材)試驗溫度許用應(yīng)力 s 170.00mpa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 170.00mpa鋼板負偏差 c1 0.00mm腐蝕裕量 c2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計算形狀系數(shù) k = = 0.9014計算厚度 d = = 5.02mm有效厚度 d

17、e =dn - c1- c2= 6.00mm最小厚度 dmin = 3.60mm名義厚度 dn = 8.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 106.21 kg壓 力 計 算最大允許工作壓力 pw= = 1.88078mpa結(jié)論 合格臥式容器（雙鞍座）計算單位全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站計 算 條 件 簡 圖 計算壓力 pc1.56mpa 設(shè)計溫度 t50 圓筒材料16mnr(正火) 鞍座材料q235-a 圓筒材料常溫許用應(yīng)力 s170mpa 圓筒材料設(shè)計溫度下許用應(yīng)力st170mpa 圓筒材料常溫屈服點 ss345mpa 鞍座材料許用應(yīng)力 ssa140mpa 工作時物料密度 600kg/m3 液

18、壓試驗介質(zhì)密度 1000kg/m3 圓筒內(nèi)直徑di1200mm 圓筒名義厚度 10mm 圓筒厚度附加量 2mm 圓筒焊接接頭系數(shù) 1 封頭名義厚度 8mm 封頭厚度附加量 ch2mm 兩封頭切線間距離 4420mm 鞍座墊板名義厚度 0mm 鞍座墊板有效厚度 0mm 鞍座軸向?qū)挾?b0mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心至封頭切線距離 a300mm 封頭曲面高度 325mm 試驗壓力 pt1.414mpa 鞍座高度 h200mm腹板與筋板(小端)組合截面積 14200mm2 腹板與筋板(小端)組合截面斷面系數(shù)245150mm3 地震烈度0 配管軸向分力 0n圓筒平均半徑 605mm 物料充裝系

19、數(shù) 0.9支 座 反 力 計 算 圓筒質(zhì)量(兩切線間)1318.95kg 封頭質(zhì)量(曲面部分)99.3397kg 附件質(zhì)量400kg 封頭容積(曲面部分)2.26195e+08mm3 容器容積(兩切線間)v = 5.45129e+09mm3 容器內(nèi)充液質(zhì)量工作時, 2943.7壓力試驗時, = 5451.29kg 耐熱層質(zhì)量0kg總質(zhì)量工作時, 4861.32壓力試驗時, 7368.92kg單位長度載荷9.82815 14.8978n/mm支座反力23849.7 36151.936151.9n筒 體 彎 矩 計 算圓筒中間處截面上的彎矩工作時= 1.74858e+07壓力試驗= 2.65054

20、e+07nmm支座處橫截面彎矩工作時 -441284壓力試驗 -668910nmm系 數(shù) 計 算k1=1k2=1k3=0.879904k4=0.401056k5=0.760258k6=0.0132129k6=k7=k8=k9=0.203522c4=c5=筒 體 軸 向 應(yīng) 力 計 算軸向應(yīng)力計算操作狀態(tài) 60.8893 59.0355mpa -1.90175 -0.0479941mpa水壓試驗狀態(tài) -2.88126 -0.0727507mpa 56.3496 53.5396應(yīng)力校核許用壓縮應(yīng)力0.00125333根據(jù)圓筒材料查gb150圖6-36-10 b = 140.325mpa140.32

21、5140.325mpa 170 合格|,| 140.325 合格|,| 140.325 合格st2 ,st3 0.9ss = 310.5 合格時(時,不適用)mpa時圓筒中：6.57236封頭中：3.9942mpa應(yīng)力校核封頭橢圓形封頭, 140.615碟形封頭, 半球形封頭, mpa圓筒封頭 t = 0.8 s t = 136 71.8846mpa圓筒, t t = 136 合格封頭, th t h = 71.8846 合格mpa鞍 座 處 圓 筒 周 向 應(yīng) 力無加強圈圓筒圓筒的有效寬度121.34mm無墊板或墊板不起加強作用時在橫截面最低點處-2.83139mpa在鞍座邊角處l/rm8時

22、, mpal/rm8時, -21.5699mpa無加強圈筒體墊板起加強作用時鞍座墊板寬度 ； 鞍座墊板包角橫截面最低點處的周向應(yīng)力mpa鞍座邊角處的周向應(yīng)力l/rm8時, mpal/rm8時, mpa鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力l/rm8時, mpal/rm8時, mpa應(yīng)力校核 |s5| s t = 170 合格 |s6 | 1.25s t = 212.5 合格 |s6 | 1.25s t = 212.5 mpa有加強圈圓筒加強圈參數(shù)加強圈材料, e = mm d = mm加強圈數(shù)量, n = 個組合總截面積, a0 = mm2組合截面總慣性矩, i0 = mm4設(shè)計溫度下許用應(yīng)力mpa加

23、強圈位于鞍座平面上 在鞍座邊角處圓筒的周向應(yīng)力：mpa 在 鞍 座 邊 角 處 ，加 強 圈 內(nèi) 緣 或 外 緣 表 面 的 周 向 應(yīng) 力 ：mpa有加強圈圓筒加強圈靠近鞍座橫 截 面 最 低 點 的 周 向 應(yīng) 力 無墊板時，（ 或 墊 板 不 起 加 強 作 用 ） 采用墊板時，（墊板起加強作用）mpa 在橫截上靠近水平中心線的周向應(yīng)力：mpa 在橫截上靠近水平中心線處，不與筒壁相接的加強圈內(nèi)緣 或 外 緣 表 面 的 周 向 應(yīng) 力 ：mpa加強圈靠近鞍座鞍座邊角處點處的周向應(yīng)力 無墊板或墊板不起 加強 作用l/rm8時, mpa 無墊板或墊板不起 加強 作用l/rm8時, mpa 采

24、用墊板時，（墊板起加強作用）l/rm8時, mpa采用墊板時，（墊板起加強作用）l/rm8時, mpa應(yīng)力校核|s5| st = 合格|s6 | 1.25st = 合格|s7 | 1.25st = |s8 | 1.25str = mpa鞍 座 應(yīng) 力 計 算水平分力7357.7n腹板水平應(yīng)力計算高度200mm鞍座腹板厚度10mm鞍座墊板實際寬度0mm鞍座墊板有效寬度0mm腹板水平應(yīng)力無 墊 板 或 墊 板 不 起 加 強 作 用 , 3.67885墊板起加強作用, mpa應(yīng)力判斷 s9 s sa = 93.3333 合格mpa腹板與筋板組合截面軸向彎曲應(yīng)力由地震、配管軸向水平分力引起的支座軸向

25、彎曲強度計算圓筒中心至基礎(chǔ)表面距離 810mm軸向力 n 時, mpa時 mpa 由圓筒溫差引起的軸向力 n mpa應(yīng)力判斷ssa 1.2ssa = mpa注：帶#的材料數(shù)據(jù)是設(shè)計者給定的開孔補強計算計算單位全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站接 管 : #, 6808計 算 方 法 : hg20582-98 壓 力 面 積 法, 單 孔設(shè) 計 條 件簡 圖計算壓力 pc0.031mpa設(shè)計溫度50殼體型式圓 筒殼體材料名稱及類型16mnr(正火)板材殼體內(nèi)直徑 di1200mm殼體開孔處名義厚度n 8mm殼體厚度負偏差 c0mm殼體腐蝕裕量 c2mm殼體材料許用應(yīng)力t 170mpa接管實際外伸長度63.53mm接管實際內(nèi)伸長度0mm接管腐蝕裕