40立方米液氯儲罐設計

專業(yè)：過程裝備與把握工程題目：〔40〕M3液氯儲罐設計20230622設計目的：全過程。性爭論和論證。把握計算機操作和專業(yè)軟件的使用。把握工程圖紙的計算機繪圖。設計內(nèi)容和要求〔包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、條件、設計要求等：存儲量盛裝液化氣體的壓力容器設計存儲量t式中：W——儲存量，t；——裝載系數(shù)；V——壓力容器容積； ——設計溫度下的飽和溶液的密度，t ；t m3依據(jù)設計條件WVt

=0.9*40*1.314t=47.304t設備的選型及輪廓尺寸

Di2L40m34一般LD3—6 ，取LD4得D 2335mm，圓整得：Di

2400mm選用EHA橢圓封頭，查《EHA橢圓形封頭內(nèi)外表積及容積表》可得：深度B640mmA6.5453m2，容積V1.9905m3依據(jù)Vg

D2L2V40m34 iV4D24D2i

7962mmL8000mmV ji

004 i00

2.428.021.990540.172m34V V誤差ji Vg

100

0.4300VVji

0.940.17236.15m3Di材料的選擇

2400mmL8000mm20～45C16MnR壓力設計壓力液氯儲罐的工作溫度-20℃——45℃，應選取設計溫度t=50℃，由《壓力容【1】1.432MPa1.05——1.1p1.11.4320.11.466MPa。液柱靜壓力【1】查的，液氯的密度為1314kg/m3，內(nèi)徑D 2400mmg9.79684m/s2，則i依據(jù)公式p靜

gDi

可得液柱靜壓力為0.0308MPapcp因為 靜1000pp 0

2.100

500

p p 1.466MPac設計溫度下材料的許用應力tt為20～45C3～16mm，由《鋼板許用應力表》可得

189MPa焊接接頭系數(shù)于雙面焊的全焊透對接接頭，100%無損檢測，所以1.0。內(nèi)壓容器的計算厚度依據(jù)內(nèi)壓容器的計算厚度公式【2：D pc i D

1.4662400

mm9.344mm2tpc

21891.01.4666～16mm之間，故假設是成立的。液氯為高度危害介質，取腐蝕裕量C 4mm， C 13.344mm。2 d 2由GB6654《壓力容器用鋼板》規(guī)定壓力容器用鋼板的厚度負偏差不大于0.25mm，使用該標準中鋼板厚度超過5mm時16MnR的C 0mm，1 C 13.344mm，16mm，即名義d 2厚度n

16mm的16MnR鋼板。封頭壁厚的設計計算標準橢圓形封頭的計算厚度依據(jù)標準橢圓形封頭的計算厚度公式【2：D pc i D

1.4662400

mm9.315mm2t0.5pc

21891.00.51.466取腐蝕裕量C 4mm， C 13.315mm2 d 2由GB6654《壓力容器用鋼板》規(guī)定壓力容器用鋼板的厚度負偏差不大于0.25mm，使用該標準中鋼板厚度超過5mm時16MnR的C 0mm，1 C 13.315mm，16mm，即名義d 2n厚度 16mm的16MnR鋼板。n管口表及連接標準表管口表接收代號公稱尺寸連接尺寸標準連接面形式用途或名稱aDN80HG20595-1997MFM液氯進口管bDN80HG20595-1997MFM安全閥接口c1-2DN500MFM人 孔dDN65HG20595-1997MFM空氣進口管eDN65HG20595-1997MFM空氣出口管fDN25HG20595-1997MFM壓力表接口g1-2DN20HG20595-1997MFM液位計接口hDN80HG20595-1997MFM液氯出口管接收及接收法蘭設計用途dN用途dN外徑壁厚do nt液氯進出口管80896.0安全閥接口80896.0空氣進出口管65766.0液位計20253.5壓力計25323.5人 孔50053012接收法蘭的選擇,選擇帶頸對焊法蘭號稱BDN號稱BDNA1D心圓徑KL孔數(shù)量厚度CSNHH1鋼管法蘭螺栓螺栓螺螺栓法法蘭頸法蘭法蘭序名公稱外徑外徑孔中孔直栓Th蘭R 高度質量BnBa 液氯進口8089200160188M16241105.6126585.03b 安全閥接8089200160188M16241105.6126585.03口c1人 孔5005307306603620M33*24458011201212592.-2d空氣進口6576185145188M1622925106523.94e空氣出口6576185145188M1622925106523.94f壓力表口253211585144M1216463.264401.26g1-2液位計口202510575144M1216403.26440 1.05h液氯出口8089200160188M16241105.612652 5.03表10.3 接收法蘭標記表名稱液氯進口管法蘭法蘭標記HG20595法蘭WN80-2.5MFM16MnR液氯出口管法蘭人孔接口管法蘭HG20595法蘭WN80-2.5MFM16MnR安全閥接口管法蘭HG20595法蘭WN80-2.5MFM16MnR空氣進口管法蘭HG20595法蘭WN65-2.5MFM16MnR空氣出口管法蘭液面計接收法蘭HG20595法蘭WN20-2.5MFM16MnR壓力表接收法蘭HG20595法蘭WN25-2.5MFM16MnR墊片的選擇高壓容器法蘭及各種接觸面所用的密封材料。使用中壓石棉橡膠墊片，使用溫度小于等于350℃，選擇凹凸面。查HG/T20606-199711.1墊片尺寸表【3】符號管口名稱墊片厚度公稱直徑D1D2a液氯進口1.58089120b安全閥口1.58089120c1-2人孔3.0500530573d空氣進口1.56577109e空氣出口1.56577109f壓力表口1.5253457g1-2液位計口1.5202750h液氯出口1.58089120緊固件的選擇螺柱的長度和平墊圈尺寸：表12.1 螺栓及墊片【3】符號公稱直徑螺紋螺柱圓直螺栓個數(shù)螺柱長緊固件用平墊圈mm徑dh1d2a80M16160810017303b80M16160810017303C1-2500M33*266020165d65M1614589517303e65M1614589517303f25M128547013242.5g1-220M127547013242.5h80M16160810017303接收尺寸選擇2.13】得：①液氯進出口管進口管管端成45°角可使液流集中，避開成滴水，對臥式容2，計算得進口管深度為1600mm，插入液體中對削減液面3形成泡沫及穩(wěn)定液面等都有利。接收高度和安全閥同為150mm。②依據(jù)《壓力容器與化工設備有用手冊》,承受磁性液位計，一般型，壓力等級2023mm800mmHG21588-21592150mm。液位計及安全閥選擇本次設計承受磁性液位計，一般型，壓力等級為2.5Mpa。依據(jù)實際要求，。標記HG/T21584-95UZ1.6M-2023-1.314BF321C。依據(jù)公稱壓力PN=1.6和適用介質，選擇型號為A41H-16C的安全閥。人孔的構造設計【31600~3000mm之DN500mm6000mm,所以選擇開設兩個人孔。該人孔標記為：人孔MFMⅢS35CM B 5002.5 HG/T215182023圖4.1 人孔構造示意圖表4.1 人孔構造尺寸【3】密封面型公稱壓力公稱直徑dSdDDHHbw112式PNDNMFM2.55005301250673066027012344螺螺螺柱總bbABLd柱母質120數(shù)量直徑長度量43484052003003020 40M332170302核算開孔補強由《鋼板許用應力表》可知厚度為厚度16mm的低合金鋼16MnR在時的189MPa。由《鋼管許用應力表》可知厚度為厚度12mm的低合金鋼16MnR在20～45C時的t

163MPaC0，腐蝕裕量厚度C 1mm。2(1)補強及補強方法a補強判別 本次設計人孔的公稱外徑為500mm＞89mm，故需另行考慮其補強。b補強計算方法判別開孔直徑ddi

2C5062508mm人孔直徑d508mmDi

/21200mm，滿足等面積法開孔補強計算的適應條件，故可用等面積法進開放孔補強計算?！?〕開孔所需補強面積計算強度消弱系數(shù)f，f r r

t

163189

0.8624接收有效厚度et

C16115mmnt開孔所需補強面Ad2et

r

)50810.826210.82613(10.8624)5532.38mm2〔3〕有效補強范圍a 有效厚度BB2d25081016mmBd2(n

)5082(1413)554mmnt取二者的大值故B=1016mmb 有效高度有效補強范圍的外側高度h

d應取

二者中的較小值，1 接收實際外伸高度dnt50812mm dnt50812mmdntH H 270123mm393mmdnt1 2

小于接收實際外伸高度，所以dnthdnt1

78.079mm。50812mm 50812mm有效補強范圍的內(nèi)側高度h2應取

接收實際內(nèi)伸高度dnt50812mm 78.079mmdnt50812mm

，所以hddnt

0mm。(4)有效補強面積a A1人孔有效厚度et

C12111mmntABd1

et

f r

b接收多余金屬面積 pD

1.466500接收計算厚度 c i

2.259mmt 2tpc

21631.01.466A2A

2h

Cfr1364.977mm2c 接收區(qū)焊縫面積〔6.0mm〕由于本次設計的儲罐是存放有毒介質的，所以選用D類接頭形式進展焊接，1A3

26236mm22d有效補強面積AAAAe 1 2 3

592.8381364.97736.01993.815mm2所需另行補強AA(AA4 1

A)5532.381993.8153538.565mm23擬承受補強圈補強。補強圈設計”

A4D”d”

3538.56584053611.6mm查《JB/T 47362023規(guī)定的補強圈尺寸系列》應選用的補強圈厚度為14mm，補強材料一般與殼材料一樣，可確定補dN

50014D16MnRJB/T 47362023。支座的設計支座的選擇容器的自重及附件的質量m1筒體的質量m桶

i

2.48.00.0147859kg6636.6kg由《EHADN2400mm單個封頭質量m封

706kg由《回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔尺寸表》得人孔的總質量為m人

302kg由《JB/T4736-2023DN500mm補強圈的質量為m 36.3kg補強其他裝置的總質量合計m其它

200kg

mm1

2m m封

m m補強 其它6636.6270630236.3200kg8550.6kg試驗布滿水的質量m2由《水的重要物理性質表》得30C時水的密度為995.7kg/m3，所以m V40.172995.7kg39999.26kg2 ji布滿液氯的質量m3正常操作時的液氯質量m3

V40.1721314kg52786.008kgjimm1 32

8550.652786.0082

30668.304kg306.68kN依據(jù)《JB/T4712.1-2023(A)DN2400mm,435kN,120°包角，具體數(shù)據(jù)見下表：

306.68kN2

153.4kN圖16.1 鞍座的構造表16.1 鞍座的構造尺寸表【4】公稱公稱允許鞍座底板腹板筋板直徑載荷高度DNQ/kNhl1b112l3b2b3324004352400435250172024014102652082908墊板螺栓配置鞍座質量高度增加的弧長b4e間距螺孔螺紋孔長4kg質量/kgl2dl280050010100152024M204023423鞍座標記為：JB/T 4712.12023,支座A2400FJB/T 4712.12023,支座A2600S鞍座材料:鞍座材料為16MnR，墊板材料一般應與容器筒體材料一樣。支座的位置A0.2L1.6m，并盡量使A0.5Ro0.6035m，綜A6m。容器因操作溫度變化，固定側應承受固定鞍座F側承受滑動鞍座S。固定鞍座通常設在接收較多一側。液面計及安全閥選擇2.5Mpa。依據(jù)實際要求，mm800mm。標記HG/T21584-95UZ2.5M-2023-1.314BF321C。PN=2.5MpaA41H-16C焊接構造設計及焊條的選擇容器各受壓元件的組裝通常承受焊接。焊接接頭是焊縫、融合線和熱影響區(qū)響到焊接的質量與容器的安全。如圖帶補強圈的接收筒體焊接結頭承受角接構造，坡口為D型表18.1 焊條型號及牌號(JB/T4709-2023)接頭母材焊條型號焊條牌號16MnR+16MnRE5016J50616MnR+16MnRE5016J50616MnR+16MnRE5016J506〔對曲面間距以弧長計算〕應不小于兩孔直徑之和的兩倍。否則開孔要考慮補強問題?！补倘徊豢紤]補強的開孔還有其他要求見GB150,8.3〕校核數(shù)據(jù)內(nèi)壓圓筒校核計算條件計算單位內(nèi)壓圓筒校核計算條件計算單位筒體簡圖P1.50MPa設計溫度t50.00CDi2400.00mm材料 16MnR(熱軋) (板材)試驗溫度許用應力170.00MPa設計溫度許用應力t170.00MPa試驗溫度下屈服點s345.00MPaC10.00mmC2

4.00 mm焊接接頭系數(shù)

1.00

厚度及重量計算計算厚度 PD mmc ic= 2[]tPc

=10.61有效厚度=-C-C=12.00e n 1 2mm名義厚度n=16.00mm重量7626.31Kg壓力試驗類型試驗壓力值

壓力試驗時應力校核液壓試驗[]

MPaP=1.25PT

[t = 1.3320 (或由用戶輸入)壓力試驗允許通過

0.90

= 310.50 MPa的應力水平T試驗壓力下圓筒的應力

T sp.(D= =

e.e

=133.87

MPa校核條件校核結果最大允許工作壓力

T T 合格

e壓力及應力計算2[]te

MPa[P]=w

i e

=1.69154設計溫度下計算應力

t c2i et

150.43

MPat校核條件結論

= e =170.00t≥t合格

MPa內(nèi)壓橢圓封頭校核

橢圓封頭簡圖Pc設計溫度tDi

1.5050.002400.00

MPaCmm曲面高度hi材料

640.00 mm16MnR(熱軋) (板材)試驗溫度許用應力

MPat170.00MPaC10.00mmC24.00mm焊接接頭系數(shù)

1.00

厚度及重量計算外形系數(shù) 1 D22 iK= 6

2hi

=0.9193計算厚度

KPD mmc ic= 2[]t0.5Pc

=9.73有效厚度最小厚度名義厚度結論重量最大允許工作壓力

=-C-C=12.00e n 1 2 =7.20min=16.00n滿足最小厚度要求833.83壓力計算2[]t

mmmmmmKgMPaw[P]=w

i

=1.84428結論 合格右封頭計算

橢圓封頭簡圖Pc設計溫度tDi曲面高度hi

1.5050.002400.00640.00

MPaCmmmm材料 16MnR(熱軋) (板材)試驗溫度許用應力

MPat170.00MPaC10.00mmC24.00mm焊接接頭系數(shù)

1.00

厚度及重量計算外形系數(shù) 1 D22 iK= 6

2hi

=0.9193計算厚度

KPD mmc ic= 2[]t0.5Pc

=9.73有效厚度最小厚度名義厚度結論重量最大允許工作壓力

=-C-C=12.00e n 1 2 =7.20min=16.00n滿足最小厚度要求833.83壓力計算2[]t

mmmmmmKgMPaw[P]=w

i

=1.84428結論 合格計算壓力pC設計溫度t

臥式容器〔雙鞍座〕計算條件1.4665016MnR(熱軋)16MnR

位

簡 圖MPa℃圓筒材料常溫許用應力[]]t]sa工作時物料密度O

170170345

MPaMPaMPa

170100030668.31000

MPakg/m3液壓試驗介質密度T

kg/m3圓筒內(nèi)直徑Di

mm2400mm圓筒名義厚度 n 16圓筒厚度附加量C圓筒焊接接頭系數(shù)封頭名義厚度hn封頭厚度附加量C

mm41mm164 mmh兩封頭切線間距離L鞍座墊板名義厚度rn鞍座墊板有效厚度re鞍座軸向寬度bθ

mm8000mm0mm0240 mm120 °AA1600mmh封頭曲面高度 i640mm試驗壓力pTH1.332250MPamm腹板與筋板(小端)組合截面積腹板與筋板(小端)組合截面積Asa58324mm2Z腹板與筋板(小端)組合截面斷面系數(shù)r2.17297e+06mm3地震烈度8F配管軸向分力p0N圓筒平均半徑Rm1208mm物料充裝系數(shù)o0.9m Lkg圓筒質量(兩切線間)1in c n s7626.52封頭質量(曲面局部)mkg2794.717附件質量m3kg8550.6封頭容積(曲面局部)V mm3h1.80956e+09容器容積(兩切線間)V=3.98103e+10mm3kg工作時,m V 4 oo1.09882e+06容器內(nèi)充液質量壓力試驗時,m”4VT=39810.3耐熱層質量m 0kg5工作時,mm2m m m123m 4 5 1.11659e+06總質量kg壓力試驗時,mm2m12m m3m 4 5 57576.8單位長度載荷q單位長度載荷qL3himg4qL3hmg4N/mmi1237.5 63.8114F1mg2F1mg2支座反力5.47798e+06FmaxF,F282472N5.47798e+06工作時M1FL12R2h2/L24A圓筒中間處截面上的彎矩m i414hiL3L=1.45994e+09壓力試驗N·mmM T1FL12R2h2m i/L2414h4AiL3L=7.52815e+07工作時工作時1 A R2h2m iM L2AL2支座處橫截面彎矩14hi3L-2.10405e+09壓力試驗N·mm1 AR2h2m iM FA1L2ALT214hi3L-1.08495e+081K=4K=6925K=7C=436K=8C=522pCRmR2M1em e100.34MPa3pCRmKR2M2操作狀態(tài)e1 m e432.5371M1me-26.5515軸向應力計算4KR2M2MPa2 m e-198.941T1R2MT1m e-1.36843MPaT4KR2MT2水壓試驗狀態(tài)2 me-10.2584T2pTRmMT1eme68.4131T3pTRmMT2eKR21 me85.54280.094A R em 0.00094依據(jù)圓筒材料查GB150圖6-3～6-10許用壓縮應力B123.502

MPat應

mit,B

123.502力校核，

ac

s

123.5022 3 > 170不合格 MPa|1|,|4

t|>|>

123.502不合格| |,|

123.502合格hn T4 acT2,T3<0.9s=310.5合格RA m

AL

KF L2A32 時( 4 R3

/3

MPa

me iKF

239.8563R R3A m

圓筒中： me2 時 KF 4

MPa封頭中：h Rmhe橢圓形封頭, KP cich 2he碟形封頭,封 MPR

MPac頭 hch 2he半球形封頭,

c iPDh 4PDhe圓[0.8]t=136筒封1.25t 封h頭

MPa圓筒,>[]=136 合格封頭,h

<[]= MPahmm圓筒的有效寬度 b2b1.56 Rmn456.879mm無 在橫截面最低點處

kKF 5

MPa5 be2墊

-75.9624無板 L/R≥8時,m加或

F 3KF

MPa強 6 墊 6 4be2

22e圈板圓不筒起

L/R<8時,m

F 12KFR

MPa加 強作用時

6

4b e2

6e6

m-3892.93鞍座墊板寬度Wb1.56 Rmn；鞍座墊板包角12橫截面最低點處的周向應力

kKF55 F5

MPa be re 2L/R≥8時,m無墊 F

3KF

MPa

6 板 6 4

222鞍座邊角處加起的周向應力加強強

L/R<8時,m

e re 2 e F 12KFR

MPa

6

m作 6 4

L22e圈用時L/R≥8時,時m筒 F

re 2 e 3K”F 6

MPa鞍座墊板邊體 緣處圓筒中

6 4be 2

22e的周向應力

L/R<8時,m F

12K”FR 6 m

MPa6 4be2

L2e5||<[]t=170 合格56應力校核 ||>1.25t=212.5 合6||1.25[]=212.56

MPa加強圈參數(shù)

加強圈材料,n=A=0

mmmm個mm2組合截面總慣性矩,I=有 0加 t

mm4MPa強 設計溫度下許用應力 R圈 在鞍座邊角處圓筒的周向應力：圓CK FR e KF

MPa筒 4 7 m 8 7 I A0 0加強圈位于鞍座平面上 在鞍座邊角處加強圈內(nèi)緣或外緣外表的周向應力：CKRdF KF

MPa 5 7 m 8 8 I A0 0〔或墊板不起加強作用〕

kKF5 5 be2MPa〔墊板起加強作用〕有

kKF5 加

5 be re 2強 在橫截上靠近水平中心線的周向應力：圈圓

CK FR4 7

e KF 8

MPa7 I A筒 0 0在橫截上靠近水平中心線處，不與筒壁相接的加強圈內(nèi)緣或外緣外表的周向應力： MPaCK 5 7

RdF KFm 8 8 I A0 0加

MPa強圈靠近鞍強圈靠近鞍座 L/R≥8時,m6F4be23KF22e6 F4be212KFR6 mMPaL/R<8時,m6L2e承受墊板時，〔墊板起加強作用〕L/R≥8m 時,64 eFMPab3KFre22226ere承受墊板時，〔墊板起加強作用〕L/R<8m 時,64eF12KFRMPab6 mre2L22e re|||<[]t=||>1.25[]t=5應力校核合格合格6||>1.25[]=MPat||<1.25[]t=78 R鞍座應力計算水平分力FSKF1.11489e+06N9計算高度H min1