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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 一、绪论1、任务说明设计一个容积为15的液氯储罐,采纳常规设计方法,综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准,按工艺设计、设备结构设计、设备强度运算的设计次序,分别对储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管进行设计,然后采纳 2、液氯1.47 ；相对密度 空气 =12.48 ；稳固性：稳固；危急标记： 6 有毒气体 ；在工业上,液氯是一种很有用的化学物质；氯可用于造纸、纺织工业的漂白；用作水和废水的消 毒、杀菌剂；且可用于制造无机、有机氯化物,如：金属氯化物、氯溶剂、染料中间体、杀虫剂、合成 橡胶、塑料等；但由于液氯属高毒性,是一种剧烈的刺激性
2、气体；它对人体、环境都有很强的危害,因 此液氯的储备、运输都是一个值得深思的问题；设计储存设备,第一必需满意各种给定的工艺要求,考虑储备介质的性质、容量、钢材的耗费量等 等；而且液化气体必需考虑它的膨胀性和压缩性,液化气体的体积会因温度的转变而变化,所以必需严 格掌握储罐的充装量 指装量系数与储罐实际容积和设计温度下介质的饱和液体密度的乘积）；目前我 国普遍采纳常温压力贮罐一般有两种形式：球形贮罐和圆筒形贮罐；由于圆筒形贮罐加工制造安装简单,安装费用少,但金属耗量大占地面积大,所以在总贮量小于500,单罐容积小于100时选用卧式贮罐比较经济；2 / 23 名师归纳总结 - - - - - -
3、-第 1 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 二、设计参数的确定表 1：设计参数表序号项目数值单 位备注1 名称1.414 液氯储罐2 用途液氯储存站3 最高工作压力MPa 由介质温度确定4 工作温度-20 45 公称容积 0.9 液氯 高度危害）8 工作介质9 使用地点室内10 工作介质液氯11 其它要求100%无损检测1、 设计压力设计压力为压力容器的设计载荷条件之一,其值不得低于最高工作压力,通常可取最高工作压力的1.051.1倍；经过查我们取设计压力为1.62 Mpa；2、设计温度设计温度也是压力容器的设计载荷条件之一,指容器在正常工作情形下,设定元件的金
4、属温度；当元件金属温度不低于 0时,设计温度不得低于元件可能达到的最高温度；当元件金属温度低于 0时,其值不得高于元件金属可能达到的最高温度；所以设计温度挑选为 50；3、主要元件材料的挑选筒体材料的挑选：依据液氯的特性,查 GB150-1998 挑选 16MnR； 16MnR是压力容器专用钢,适用范畴：用于介质具有肯定腐蚀性 , 壁厚较大 取 L/D=4 将 L/D=4 代入得：m；圆整后,采 用 标 准 椭 圆 封 头 , 查 标 准 JB/T4746-2002 钢 制 压 力 容 器 用 封 头 中 表 1 , 得 公 称 直 径,封头深度 H=450mm,容积为 0.6999；依据3
5、/ 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 得, 圆整得mm 在 36 之间所以运算容积为15.6998,工作容积为15.69980.9=14.13运算压力：液柱静压力 : , 故液柱静压力可以忽视,即该容器需 100%探伤,所以取其焊接系数为；7.925mm, 钢 板 厚 度 负 偏 差, 腐 蚀 余 量由 中 径 公 式可 得 筒 体 的 计 算 厚 度,故筒体的名义厚度为；由椭圆厚度运算公式可得腐蚀裕度,钢板负偏差,圆整后取名义厚度有效厚度2、接管、法兰、垫片和螺栓的挑选 液氯储罐要开设液氯进口管、安全阀口、
6、人孔、空气进口管、空气出口管、压力表接口、液位计接口、液氯出口管,并依据各接口的大小挑选相对应的法兰及垫片；表 2：接管法兰数据表液氯进口公称直径钢管外径法兰外径法兰厚度D2 66D3 垫片D4 T T1 505716520841074.5 3管安全阀100108235241201401684.5 3人孔400426620384464785144.5 3空气进口50571652066841074.5 3管空气出口50571652066841074.5 3管压力表接101490142436464.5 3口液位计接3238140184965824.5 34 / 23 名师归纳总结 - - - -
7、- - -第 3 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 口液氯出口50571652066841074.5 3管跟据管口公称直径挑选相应的法兰,2.5MPa 时选用带颈对焊法兰,主要参数如下：表 3：法兰数据表公称钢管法兰外连接尺寸螺栓孔螺纹法兰N 法兰颈H R 法兰外径B 螺栓孔中螺栓S 厚度高度通径径 D 心圆直径孔直数量 n Th B C H K 径 L 10149060144M1214282.333353238140100184M1618563.665425057165125184M16207448548100108235190228M20241346.312
8、6653、补强圈设计依据 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,接管厚度满意要求,不另行补强,故该储罐中有DN=400mm的人孔和 DN=100的安全阀孔需要补强；补强设计方法判别 按 HG/T 21518-2005, 选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔；开孔直径采纳等面积法进行开孔补强运算；接管材料选用 20 号钢,其许用应力依据 GB150-1998,其中：壳体开孔处的运算厚度接管的有效厚度强度减弱系数所以开孔所需补强面积为有效补强范畴 有效宽度 B的确定按 GB150中式 8-7 ,得：5
9、 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 有效高度的确定1 ）外侧有效高度 的确定依据 GB150,得：2 ）内侧有效高度 的确定依据 GB150-1998,得：有效补强面积依据 GB150,分别运算如下：筒体余外面积接管的余外面积接管厚度：焊缝金属截面积焊角取 6.0mm 补强面积由于,所以开孔需另行补强所需另行补强面积：补强圈设计：依据DN400 取补强圈外径D= 680mm ；由于BD,所以在有效补强范畴；补强圈内径d= 428mm 补强圈厚度：圆整取名义厚度为 18mm 6 / 23 名师归纳总结 -
10、- - - - - -第 5 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 同理可得安全阀的补强圈厚度 6mm,外径 190mm 4、鞍座选型鞍座结构该卧式容器采纳双鞍式支座,材料选用 Q235-B；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：,故100kg,即附件质量：人孔质量为300kg,其他接管质量总和估综上所述,G=mg=263.51kN,每个鞍座承担的重量为131.75N BI, 包角为120,有垫板的鞍座；查由此查JB4712.1-2007容器支座,选
11、取轻型,焊制为JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表4：单位： mm表 4：鞍式支座结构尺寸公称直径DN 1700 底板1200 筋板e 277 答应载荷Q/kN 278 200 170 鞍座高度h 250 12 230 腹板12 垫板320 垫板8 螺栓间距1040 8 40 鞍座位置的确定通常取尺寸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=0.2L+2h ）, A最大不超过 由标准椭圆封头故0.25L. 否就由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大；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；如支座靠
12、近封头,就可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用；因此,JB 4731 仍规定当满意A7 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 0.2L 时,最好使A0.5R m 板材 试验温度许用应力 170.00 MPa 设计温度许用应力t 170.00 MPa 试验温度下屈服点s 345.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.00 mm 腐蚀裕量 C2 2.00 mm 焊接接头系数 1.00 厚度及重量运算运算厚度 = = 8.26mm 有效厚度e = n - C1- C2=8.00mm 名义厚度n =10.00m
13、m 8 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 重量 2656.70 Kg 压力试验时应力校核压力试验类型气压试验 = 2.0250 或由用户输入 MPa 试验压力值PT = 1.15P 压力试验答应通过T 0.80 s =276.00MPa 的应力水平T试验压力下T = = 216.17MPa 圆筒的应力校核条件TT校核结果合格压力及应力运算最大答应工作压力Pw= = 1.59251MPa 设计温度下运算应力t = = 165.55 MPa t 170.00 t t运算单位MPa 校核条件结论合格全国化工设备
14、设计技术中心站内压椭圆封头校核运算压力 Pc运算条件椭圆封头简图1.62 MPa 设计温度 t 50.00 C 内径 Di1700.00 mm 曲面高度 hi425.00 mm 材料 16MnR 正火 板材 试验温度许用应力 163.00 MPa 设计温度许用应力t 163.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.00 mm 腐蚀裕量 C2 2.00 mm 焊接接头系数 1.00 厚度及重量运算外形系数运算厚度 K = = 1.0000mm 有效厚度 = = 16.52mm e = n - C1- C2=17.00最小厚度min = 3.60mm 名义厚度n =19.00mm 结论满意最小厚度要求
15、9 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 重量462.88 Kg 压力运算最大答应工作压力Pw= = 2.30102MPa 结论合格运算单位全国化工设备设计技术中心站右封头运算运算压力 Pc运算条件椭圆封头简图 1.64 MPa 设计温度 t50.00 C 内径 Di 1700.00 mm 曲面高度 hi 425.00 mm 材料 16MnR 正火 板材 试验温度许用应力 170.00 MPa 设计温度许用应力t 170.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.00 mm 腐蚀裕量 C2 2.00 mm 焊接接头
16、系数 1.00 厚度及重量运算外形系数运算厚度 K = = 1.0000mm 有效厚度 = = 7.84mm e = n - C1- C2=8.00最小厚度min = 2.55mm 名义厚度n =10.00mm 结论满意最小厚度要求 Kg 重量251.62压力运算最大答应工作压力Pw= = 1.59624MPa 结论合格10 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 卧式容器 鞍座材料16MnR圆筒材料常温许用应力 170 MPa 圆筒材料设计温度下许用应力t170MPa 圆筒材料常温屈服点345MPa 鞍座材料
17、许用应力 sa工作时物料密度1470kg/m3液压试验介质密度1000kg/m3圆筒内直径Di1700 mm 圆筒名义厚度10mm圆筒厚度附加量2mm 圆筒焊接接头系数1mm 封头名义厚度10封头厚度附加量 Ch2mm 两封头切线间距离6350 mm 鞍座垫板名义厚度12mm 鞍座垫板有效厚度12mm 鞍座轴向宽度 b200mm 鞍座包角 120鞍座底板中心至封头切线距离A445mm 封头曲面高度425mm 试验压力pT2.025MPa 鞍座高度H250mm 腹板与筋板 小端 组合截面积446722 mm腹板与筋板 小端 组合截面断面系数1.14417e+063 mm地震烈度0N 0配管轴向分
18、力圆筒平均半径855 mm 11 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 物料充装系数 0.85支座反力运算圆 筒 质 量 两 切 线 间2677.8732.900211378023192kg 封 头 质 量 曲 面 部 分248.823kg 附件质量400kg 封头容积 曲面部分 6.4311e+083 mm容器容积 两切线间 V = 1.56995e+103 mm容器内充液质量工作时 , 19616.5kg 压力试验时 , = 15699.5kg 耐热层质量0总质量工作时 ,kg 压力试验时 , 1927
19、5N/mm 单位长度载荷支座反力27.3435N 94563113780筒体弯矩运算工作时圆筒中间处截= 1.19722e+08Nmm 压力试验面上的弯矩= 9.95018e+07工作时支座处横-2.87863e+06Nmm 压力试验截面弯矩-2.39244e+06系数运算K1=0.106611K2=0.192348K3=1.17069K4= K6 =K5=0.760258K6=0.0148356K7=K8=K9=0.203522C4=C5=筒体轴向应力运算12 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 93.
20、0884MPa 轴操作状态88.0384MPa -6.51964向应-0.814979力计水压试验状态-5.41575MPa 算-0.677333113.629109.4320.000884706应许用压缩应力依据圆筒材料查GB150 图 6-3 6-10 MPa B = 117.436117.436力117.436校核用 时 时 , 不适圆筒中：|,| T2 , 170 合格MPa 117.436 合格|,| 117.436 合格MPa T3 0.9s = 310.5 合格15.3727MPa 时封头中：椭圆形封头 ,碟形封头 , 封头 MPa 应力校核 半球形封头 ,圆筒 = 0.8 t
21、= 136MPa 封头13 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 圆筒 , = 136 合格MPa 封头 , h h = 鞍座处圆筒周向应力无圆筒的有效宽度344.247mm 在横截面最-3.14099MPa 无垫低点处加板或L/R m8 时,MPa 强垫板圈不起 加强作用在鞍座 边角处圆L/R m8 时,MPa 筒时-52.9438鞍座垫板宽度；鞍座垫板包角横 截 面 最 低点 处 的 周 向 MPa 应力L/R m 8 时, MPa 垫板鞍座边角处L/R m8 时, MPa 起加的周向应力强作用时L/R
22、 m 8 时, 无鞍座垫板边L/Rm8 时, MPa 加缘处圆筒中MPa 的周向应力强圈应力校核|5| t = 170 合格MPa6 | 1.25t = 212.5 合格筒加强圈参数 | 6| 1.25t = 212.5 mm加强圈材料 ,体 e = 加强圈位于 d = mm加强圈数量 , n = 个组合总截面积, A0 = mm2组合截面总惯性矩, I0 = mm4MPa设计温度下许用应力在鞍座边角处圆筒的周向应力：鞍座平面上MPa在鞍座边角处,加强圈内缘或外缘表面的周向应力：MPa有加强圈靠近鞍座横截面最低点的周向应力14 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共
23、 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 加 无垫板时, 或垫板不起加强作用）强圈圆采纳垫板时,垫板起加强作用）MPa 筒在横截上靠近水平中心线的周向应力：MPa 在横截上靠近水平中心线处,不与筒壁相接的加强圈内缘或外缘表面的周向应力：MPa 无垫板或垫板不起加强作用MPa L/Rm8 时 , 加鞍座边角处无垫板或垫板不起加强作用MPa 强圈L/Rm8 时 , 靠点处的周向采纳垫板时,垫板起加强作用）MPa 近应力鞍L/Rm8 时, 座采纳垫板时,垫板起加强作用）MPa L/Rm8 时, 应力校核|5| t = 合格MPa |6 | 1.25t = 水平分力|8 | 1.25
24、tR= N 鞍座应力运算23156.7运算高度mm 250腹鞍座腹板厚度12mm 鞍座垫板实际宽200mm 度鞍座垫板有效宽200mm 板度水无垫板或垫板不起加强作用 ,平应力腹板水平应力9 7.71889MPa 垫板起加强作用, 应力判定sa= 113.333 合格MPa 腹由地震、配管轴向水平分力引起的支座轴向弯曲强度运算mm 板圆筒中心至基础表面距离111015 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 与轴向力N 筋板组时,MPa 合截面 轴时向弯 MPa 曲 应力由圆筒温差引起的轴向力N MPa 应力
25、判定运算单位samm 设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料 名称及类型16MnR正火 板材1壳体开孔处焊接接头系数壳体内直径 D i1700mm 壳体开孔处名义厚度n12mm 壳体厚度负偏差 C1mm 壳体腐蚀裕量 C2t2mm 壳体材料许用应力MPa 接管实际外伸长度120mm 接管实际内伸长度0mm 接管焊接接头系数1mm 名称及类型管材接管腐蚀裕量0补强圈材料名称凸形封头开孔中心至mm 补强圈外径封头轴线的距离补强圈厚度mm 接管厚度负偏差C1tmm 补强圈厚度负偏差 C1rt补强圈许用应力 mm 接管材料许用应力tMPa MPa 开孔补强运算壳体运算厚度 frrmm 接管运算厚度 tf
26、rmm 补强圈强度减弱系数接管材料强度减弱系数16 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 开孔直径 dAmm 补强区有效宽度BA3mm 接管有效外伸长度h1mm 接管有效内伸长度h2mm 开孔减弱所需的补强面积mm2mm mm2 2壳体余外金属面积A1接管余外金属面积A2mm2补强区内的焊缝面积A1+A2+A3= mm2 mm2A-A1+A2+A3 mm2补强圈面积 A4结论 : 依据 GB150第 8.3 节的规定 , 本开孔可不另行补强；开孔补强运算运算单位全国化工设备设计技术中心站接管 : b,323
27、.5设计条件 简图运算压力 pc1.645MPa 接管材料20g 正火 mm 设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料 名称及类型16MnR正火 板材1壳体开孔处焊接接头系数壳体内直径 D i1700mm 壳体开孔处名义厚度n12mm 壳体厚度负偏差 C1mm 壳体腐蚀裕量 C22mm 壳体材料许用应力tMPa 接管实际外伸长度120mm 接管实际内伸长度0mm 接管焊接接头系数1mm 名称及类型管材接管腐蚀裕量0补强圈材料名称凸形封头开孔中心至mm 补强圈外径封头轴线的距离补强圈厚度mm 接管厚度负偏差C1tmm 补强圈厚度负偏差C1rmm 接管材料许用应力t补强圈许用应力tMPa MPa 开孔
28、补强运算壳体运算厚度 Amm 接管运算厚度 tA3frmm 补强圈强度减弱系数 frrmm 接管材料强度减弱系数mm 开孔直径 d补强区有效宽度B接管有效外伸长度h1mm mm 2接管有效内伸长度h2mm 2 mm开孔减弱所需的补强面积壳体余外金属面积A1接管余外金属面积A2mm2mm2补强区内的焊缝面积A1+A2+A3= mm2 A-A1+A2+A3 mm2mm2补强圈面积 A4结论 : 依据 GB150第 8.3 节的规定 , 本开孔可不另行补强；17 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 开孔补强运算
29、运算单位全国化工设备设计技术中心站接管 : c,1004设计条件 简图运算压力 pc1.645MPa 接管材料20g 正火 mm 设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料 名称及类型16MnR正火 板材1壳体开孔处焊接接头系数壳体内直径 D i1700mm 壳体开孔处名义厚度n12mm 壳体厚度负偏差 C10mm 壳体腐蚀裕量 C2t2mm 壳体材料许用应力170MPa 接管实际外伸长度120mm 接管实际内伸长度0mm 接管焊接接头系数1mm 名称及类型管材接管腐蚀裕量0补强圈材料名称16MnR热轧 凸形封头开孔中心至mm 补强圈外径190封头轴线的距离补强圈厚度6mm 接管厚度负偏差C1tt0
30、.5mm 补强圈厚度负偏差C1r0 170mm 接管材料许用应力补强圈许用应力t137MPa MPa 开孔补强运算壳体运算厚度 8.262mm 接管运算厚度 tA3fr0.556mm 补强圈强度减弱系数 frr1接管材料强度减弱系数0.806mm 开孔直径 d93mm 补强区有效宽度B186接管有效外伸长度h119.29mm 接管有效内伸长度h20mm 开孔减弱所需的补强面积A779.6mm2壳体余外金属面积A1159.2mm2接管余外金属面积A291.53mm2补强区内的焊缝面积mm216A1+A2+A3=266.8 mm2 ,小于 A,需另加补强；A-A1+A2+A3 512.9mm2补强
31、圈面积 A4516mm2结论 : 补强满意要求；开孔补强运算运算单位全国化工设备设计技术中心站接管 : d,40013设计条件 简图运算压力 pc1.645MPa 设计温度 壳体型式50圆形筒体1mm 壳体材料 名称及类型16MnR正火 板材壳体开孔处焊接接头系数壳体内直径 D i170018 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 壳体开孔处名义厚度n12mm 接管材料20g 正火 mm 壳体厚度负偏差 C10mm 壳体腐蚀裕量 C22mm 壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外伸长度300mm 接管实
32、际内伸长度0mm 接管焊接接头系数1mm 名称及类型管材接管腐蚀裕量0补强圈材料名称16MnR热轧 凸形封头开孔中心至mm 补强圈外径680封头轴线的距离补强圈厚度18mm 接管厚度负偏差C1t1.625mm 补强圈厚度负偏差C1r0 163mm 接管材料许用应力t137MPa 补强圈许用应力tMPa 开孔补强运算壳体运算厚度 8.262mm 接管运算厚度 tA3fr2.258mm 补强圈强度减弱系数 frr0.959接管材料强度减弱系数0.806mm 开孔直径 d377.2mm 补强区有效宽度B754.5接管有效外伸长度h170.03mm 接管有效内伸长度h20mm 开孔减弱所需的补强面积A
33、3154mm2壳体余外金属面积A1647.8mm mm2 22接管余外金属面积A21029mm补强区内的焊缝面积64A1+A2+A3=1741 mm2 ,小于 A,需另加补强；A-A1+A2+A3 1413mm2补强圈面积 A44832mm2结论 : 补强满意要求；窄面整体 或带颈松式 法兰运算运算单位全国化工设备设计技术中心站设计条件简图设计压力 p Di1.645 MPa D内66.0024.0运算压力 pc1.645MPa 设计温度 t50 C 轴向外载荷 F0.0N 外力矩 M0.0N.mm 壳材料名称16MnR 正火 MPa 体许用应力170.016MnR 热轧 MPa 法材料名称许用 f 163.0163.0MPa 兰应力 t f材料名称