30立方米液氯儲罐

1、齊 齊 哈 爾 大 學(xué)綜合實踐題 目： 液 氯 儲 罐 設(shè) 計 .學(xué) 院： 機 電 工 程 學(xué) 院 .專業(yè)班級： 過 控 142 班 . 學(xué)生姓名： 李 福 洋 .指導(dǎo)教師： 王 雪 飛 .成 績： . 2017 年 6月 15 日目錄1綜合實踐任務(wù)書12設(shè)計參數(shù)及材料的選擇12.1 設(shè)備的選型與輪廓尺寸12.2 設(shè)計壓力12.3 筒體及封頭材料的選擇32.4 許用應(yīng)力43結(jié)構(gòu)設(shè)計53.1筒體壁厚計算53.2 封頭設(shè)計53.2.1 半球形封頭53.2.2 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭63.2.3 標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭73.2.4 圓形平板封頭73.2.5 不同形狀封頭比較83.3 壓力試驗83.4鞍座93.4.1鞍

2、座的選擇93.4.2 鞍座的位置114 結(jié) 果135總結(jié)15綜合實踐任務(wù)書學(xué)院：機電學(xué)院 專業(yè)：過程裝備及控制工程專業(yè) 班級：過控142班姓名：李澤錕 學(xué)號： 2014111101 設(shè)計組別：A 指導(dǎo)教師：王雪飛 設(shè)計日期：2017年5月26日至2017年6月14日一、設(shè)計題目 液氯儲罐設(shè)計設(shè)計條件 ： 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裝量系數(shù)(V)0.96工作介質(zhì)液氯（高度危害）7使用地點室內(nèi)8 工作介質(zhì)液氯9其它要求100%無損檢測組別ABCDEFGHIJ容積15m³20m³

3、25m³30m³35m³40m³45m³50m³55m³60m³ 二、設(shè)計任務(wù)：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)計最后形成合理的設(shè)計方案。1. 設(shè)計方案簡介2. 主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計；3. 繪制儲罐總裝配圖一張，零件圖一張（折合成一張A1圖紙）三、設(shè)計說明書內(nèi)容1. 封皮2.目錄3. 設(shè)計題目及原始數(shù)據(jù)4. 論述儲罐總體結(jié)構(gòu)的選擇；5主體設(shè)備設(shè)計計算及說明；6 總結(jié)7參考文獻。2設(shè)計參數(shù)及材料

4、的選擇2.1 設(shè)備的選型與輪廓尺寸筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計為圓筒形。因為作為容器主體的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，這類容器應(yīng)用最廣。筒體直徑一般由工藝條件決定，但是要符合壓力容器的公稱直徑。粗略計算內(nèi)徑：，一般，得：，所以：，圓整至，則。2.2 設(shè)計壓力 本儲罐在成都使用，夏季最高溫度為38oC，冬季最低溫度為-5 oC，工作溫度在-538 oC，取最高工作溫度為38oC。由圖2-1可得，38oC時，液氯密度為kg/m3。圖2-1 液氯密度溫度圖表2-1 全國各地區(qū)重力加速度表序號地區(qū)重力加速度序號地區(qū)重力加速度序號地區(qū)重力加速度1包頭9.798612海口9.7863 23沈陽9

5、.8035 2北京9.801513合肥9.7947 24石家莊9.7997 3長春9.804814吉林9.8048 25太原9.7970 4長沙9.791515濟南9.7988 26天津9.8011 5成都9.791316昆明9.7830 27烏魯木齊9.8015 6重慶9.791417拉薩9.7799 28西安9.7944 7大連9.801118南昌9.7920 29西寧9.7911 8廣州9.783319南京9.7949 30張家口9.8000 9貴陽9.7968 20南寧9.7877 31鄭州9.7966 10哈爾濱9.806621青島9.7985 11杭州9.7936 22上海9.79

6、64 地球各點重力加速度近似計算公式: g=g0(1-0.00265cos&)/1+(2h/R)g0:地球標(biāo)準(zhǔn)重力加速度9.80665(m/平方秒)&:測量點的地球緯度h:測量點的海拔高度R:地球的平均半徑(R=6370km)由表2-1，查得成都地區(qū)的重力加速度m/s2，則液柱靜壓為：MPa。圖2-2 液氯溫度與飽和蒸汽壓圖根據(jù)圖2-1，查得38oC蒸汽壓為kPa，可以判斷設(shè)計的容器為內(nèi)壓容器，按壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定，盛裝液化氣體無保冷設(shè)施的壓力容器，其設(shè)計壓力應(yīng)不低于液化氣38oC時的飽和蒸汽壓力1.11 MPa。當(dāng)容器上裝有安全閥時，取1.051.1倍的最高工作壓力

7、作為設(shè)計壓力，液氯儲罐的設(shè)計壓力p為1.22MPa。則：，所以可忽略靜壓強，即。由于，故該儲罐屬于中壓容器。2.3 筒體及封頭材料的選擇根據(jù)液氯的物性選擇罐體材料，液氯對碳鋼腐蝕率是0.5mm/a，且又屬于中壓儲罐，可以考慮20R和16MnR這兩種鋼材。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用20R類的低碳鋼板， 16MnR鋼板的價格雖比20R貴，但在制造費用方面，同等重量設(shè)備的計價，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標(biāo)準(zhǔn)號為GB6654-1996。2.4 許用應(yīng)力設(shè)計溫度為38ºC，屬于常溫容器。查閱文獻1，當(dāng)16MnR鋼板厚度616mm時，16

8、MnR鋼板的強度極限b=510 MPa，屈服極限s=345MPa。常溫下，當(dāng)取強度極限作為16MnR 鋼板的極限應(yīng)力時，許用應(yīng)力，查閱文獻2得；，取，那么MPa；當(dāng)取屈服極限作為16MnR 鋼板的極限應(yīng)力時，許用應(yīng)力，取，MPa。則許用應(yīng)力取兩者這間的較小值，則t=170MPa。3結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1筒體壁厚計算計算壁厚按照（4-1）式計算。 （3-1）式中：pc計算壓力，MPa；Di筒體內(nèi)徑，mm；t設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa；焊接接頭系數(shù)容器筒體的縱向焊接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)=1.00，全部無損探傷。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（3-1）式，得到圓柱形筒體的計算壁厚

9、。mm查材料腐蝕手冊，38下液氯對鋼板的腐蝕速率0.5mm/年，計劃用10年，取腐蝕裕量C2=5 mm。所以，筒體的設(shè)計壁厚d=+ C2=12.92mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，鋼板厚度在8.025mm范圍內(nèi)，負(fù)偏差C1=0.8 mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=14mm。在mm之間，故假設(shè)是成立的。查GB9019-2001，得到圓柱形筒體的規(guī)格尺寸見表3-1。表3-1 筒體標(biāo)準(zhǔn)公稱直徑DN/mm1m高的容積V1/m31m高的內(nèi)表面積F1/m21m高筒節(jié)質(zhì)量/kg22003.8016.817143.2 封頭設(shè)計3.2.1 半球形封頭球形封頭的計算壁厚按照（3-2）式計算。 （3-

10、2）式中：pc計算壓力，MPa；Di半球形封頭的內(nèi)徑，mm；t設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa；焊接接頭系數(shù)封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)=1.00，全部無損探傷。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（3-2）式，得到半球形封頭的計算壁厚。mm查材料腐蝕手冊，38ºC下液氯對鋼板的腐蝕速率為0.5mm/年，取腐蝕裕量C2=5 mm。所以，筒體的設(shè)計壁厚d=+ C2=8.95mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，鋼板厚度在8.025mm范圍內(nèi)，負(fù)偏差C1=0.8 mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=10mm。3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計算壁厚按照（3

11、-3）式計算。 （3-3）式中：pc計算壓力，MPa；Di橢圓形封頭的內(nèi)徑，mm；t設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa；焊接接頭系數(shù)封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)=1.00，全部無損探傷。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（3-3）式，得到標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計算壁厚。mm查材料腐蝕手冊，38ºC下液氯對鋼板的腐蝕速率為0.5mm/年，取腐蝕裕量C2=5mm。所以，筒體的設(shè)計壁厚d=+ C2=12.91mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，鋼板厚度在8.025mm范圍內(nèi)，負(fù)偏差C1=0.8 mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=14mm。3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭標(biāo)準(zhǔn)蝶形

12、封頭的計算壁厚按照（3-4）式計算。 （3-4）式中：pc計算壓力，MPa；Di標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭的內(nèi)徑，mm；t設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa；焊接接頭系數(shù)封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)=1.00，全部無損探傷。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（3-4）式，得到標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭的計算壁厚。查材料腐蝕手冊，38ºC下液氯對鋼板的腐蝕速率為0.5mm/年，取腐蝕裕量C2=5 mm。所以，筒體的設(shè)計壁厚d=+ C2=14.49mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，鋼板厚度在8.025mm范圍內(nèi)，負(fù)偏差C1=0.8 mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=16mm。3.2.4

13、圓形平板封頭圓形平板封頭的計算壁厚按照（3-5）式計算。 （3-5）式中：pc計算壓力，MPa；Di標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭的內(nèi)徑，mm；t設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa；焊接接頭系數(shù)圓形平板封頭的計算直徑Dc 等于壓力容器內(nèi)徑Di ,則Dc =2200mm。封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)=1.00，全部無損探傷。對于圓形平板封頭，取K值等于0.25。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（3-5）式，得到圓形平板封頭的計算壁厚。查材料腐蝕手冊，38ºC下液氯對鋼板的腐蝕速率為0.5mm/年，取腐蝕裕量C2=5mm。所以，筒體的設(shè)計壁厚d=+ C2=98.18mm。查閱鋼板厚度負(fù)

14、偏差表，負(fù)偏差C1=2 .2mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=102mm。3.2.5 不同形狀封頭比較不同形狀封頭壁厚見表3-21。從表3-2可以看出，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭1的壁厚與筒體的壁厚相同。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時，可以達到與筒體等強度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優(yōu)點，用沖壓法易于成形，制造比球形封頭容易，所以，選擇橢圓形封頭，結(jié)構(gòu)由半個橢球面和一圓柱直邊段組成。因為封頭壁厚20mm則標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度h0=40mm。表3-2 不同形狀封頭的壁厚封頭半球形標(biāo)準(zhǔn)橢圓形標(biāo)準(zhǔn)蝶形圓形平板名義壁厚/mm101416102查橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)（JB/T4737-95），得到

15、橢圓形封頭規(guī)格尺寸見表3-3。表3-3 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭公稱直DN/mm曲面高度h1/mm直邊高度h0/mm內(nèi)表面積Fi/m2容積V/m32200550405.501.543.3 壓力試驗水壓試驗，液體的溫度不得低于5；試驗方法：試驗時容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充液時應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗過程中，應(yīng)保持容器外表面的干燥。試驗時壓力應(yīng)緩慢上升，達到規(guī)定試驗壓力后，保壓時間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80%，并保持足夠長的時間以便對所有焊接接頭和連接部位進行檢查。如有滲漏，修補后重新試驗。水壓試驗時的壓力： (3-6)筒體的有效壁厚e=n-(C1+C2)=14-(0.8+5)=8.

16、2mms=345MPa水壓試驗時的計算應(yīng)力： (3-7)水壓試驗時的許用應(yīng)力為 ，故筒體滿足水壓試驗時的強度要求。3.4鞍座3.4.1鞍座的選擇儲罐總質(zhì)量m按照（3-8）式計算。 （3-8）式中：m1罐體質(zhì)量，kg；m2封頭質(zhì)量，kg；m3充液質(zhì)量，kg罐體質(zhì)量根據(jù)DN=2200mm，n=14mm的筒節(jié)，每米質(zhì)量為q1=714kg/m，則 （3-9）封頭質(zhì)量根據(jù)DN=2200mm，n=14mm，直邊高度h0=40mm的橢圓形封頭，其質(zhì)量為q2=705kg，則 （3-10）充液質(zhì)量儲罐容積V按照（3-11式）計算： （3-11）式中：V儲罐容積，m3；V11m高的筒體容積，m3；V2封頭容積，m

17、3根據(jù)DN=2200mm，1米高的筒體容積m3。根據(jù)DN=2200mm，直邊高度h0=40mm的橢圓形封頭的容積m3。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式（3-11），得：m3充液質(zhì)量按照（3-12）式計算。 （3-12）式中：m3充液質(zhì)量，kg；V儲罐容積，m3；液氯在-5oC時的的密度，kg/ m3kg設(shè)備總質(zhì)量為：t每個支座需承受640kN的負(fù)荷。根據(jù)筒體DN=2200mm，支座負(fù)荷320kN,鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)JB/T4712選取輕型帶墊板、包角120°的鞍座, 即JB/T4712-92 鞍座A2600-F，JB/T4712-92 鞍座A2600-S。3.4.2 鞍座的位置臥式容器可以簡化成受均布載荷

18、的外伸梁。圖3-1表示受均布載荷q作用的筒體總長L=8800mm。qaalLRARBCD圖3-1 臥式容器簡化圖求支反力根據(jù)：； （3-8）； （3-9）得到寫彎矩方程截面1-1處的彎矩方程： （3-10）當(dāng)x1=a時，彎矩最大值為截面2-2處的彎矩方程： （3-11）當(dāng)時，彎矩最大值為截面3-3處的彎矩方程： （3-12）當(dāng)時，彎矩最大值為欲使設(shè)備受力情況最好，就必須適當(dāng)選擇a和L的比例,使得外伸段和中間段的最大彎矩的絕對值相等，即要，由此得到 (3-13)即 (3-14)則 (3-15)因為,帶入（4-15）式，得 （3-16）因此，支座位置應(yīng)滿足a=0.2L=1.76m。4 結(jié) 果通過計算和核算得到筒體和封頭的參數(shù)及主要尺寸：（1）主要參數(shù)：工作壓力：Pw=1.11KPa；設(shè)計壓力：Pc=1.22MPa； 計算壓力：Pc=1.22MPa；許用應(yīng)力：；焊接系數(shù)：（2）筒體類型及尺寸筒體類型：圓筒形筒體厚度 ：計算厚度 mm； 設(shè)計厚度 mm；名義厚度 mm圓筒體的規(guī)格尺寸見表4-1。圖4-1 圓筒體的規(guī)格公稱直徑DN/mm1m高的容積V1/m31m高的內(nèi)表面積F1/m21m高筒節(jié)質(zhì)量/kg22003.8016.81714（3）封頭類型及尺寸封頭類型：標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度：計算厚度 mm； 設(shè)計厚度 mm；名義厚度 mm；