50M3液氯储罐安全压强设计方案

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1、50M3 液氯储罐安全压强设计方案书1设计目的：设计目的1）使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2）掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案的可行性研究和 论证。3）掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算 机操作和专业软件的使用。4）掌握工程图纸的计算机绘图。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）1原始数据设计条件表序号项目数值单位备注1名称液氯储罐2用途液氯储存站3最髙工作压力1.466MPa由介质温度确定4工作温度-20 45C5公称容积（V）50M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数

2、（叭）0.98工作介质液氯（髙度危害）9使用地点室内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aDN65HG20595-1997FM液氯进口管bDN50HG20595-1997FM安全阀接口cDN500HG/T21523-2005FM人孔dDN50HG20595-1997FM空气进口管eDN50HG20595-1997FM空气出口管fDN25HG20595-1997FM压力表接口gDN20HG20595-1997FM液位计接口hDN65HG20595-1997FM液氯出口管课程设计任务书2.设计内容1）设备工艺、结构设计；2）设备强度计算与校核；3）技

3、术条件编制；4）绘制设备总装配图；5）编制设计说明书。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、 实物样品等1）设计说明书：主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺 寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等；2）总装配图设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要 合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸 采用计算机绘制。课程设计任务书4主要参考文献:1 国家质量技术监督局，GB150-1998钢制压力容器，中国标准出版社，19982 国家质量技术监督局，压力容器安全技术监察

4、规程，中国劳动社会保障出版社, 19993 全国化工设备设计技术中心站，化工设备图样技术要求2000，114 郑津洋、董其伍、桑芝富，过程设备设计，化学工业出版社，20015 黄振仁、魏新利，过程装备成套技术设计指南，化学工业出版社，20026 国家医药管理局上海医药设计院，化工工艺设计手册，化学工业出版社，19967 蔡纪宁主编，化工设备机械基础课程设计指导书，化学工业出版社，2003年5设计成果形式及要求：1）完成课程设计说明书一份;2）草图一张（A1图纸一张）3）总装配图一张（A1图纸一张）;6工作计划及进度：2014年06月16日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤06月17、18

5、、19、20日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制06月21日06月24日：设计图纸绘制（草图和装配图）06月25日06月26日：撰写设计说明书06月27日：答辩及成绩评定第一章 工艺设计1.1 存储量11.2 设备的选型及轮廓尺寸1第二章 机械设计2.1 结构设计2.1.1 筒体及封头设计材料的选择2壁厚的设计计算42.1.2 接管及接管法兰设计接管法兰的选择4垫片的选择6螺栓的选择6人孔的选择7视镜的选用9液面计的选用9安全阀的选用9支座结构设计及位置的确定9焊接接头的设计122.1.3 核算开孔补强132.1.4 总体布局152.1.5 焊接结构设计及焊条的选择152.2 强度

6、校核 17参考文献29.专业.专注.第一章工艺设计1.1存储量盛装液化气体的压力容器设计存储量w =evpt式中：W储存量，t；装载系数；V压力容器容积;pt设计温度下的饱和溶液的密度，：m 3 ；将数据代入得到 W=evp =0.9*50*1.314=59.131t1.2设备的选型及轮廓尺寸筒体直径一般由工艺条件决定，但是要符合压力容器的公称直径。标准椭圆型封头是中低压容器经常采用的封头形式。封头公称直径必须与筒体的公称直径相一致。根据公式 n/4*D2L=Vg(1+5%)；其中 V =50m3 , 取 L/D =4igi得 D =2556.6mm,圆整得 D =2600mm.ii查标准JB

7、/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表：EHA椭圆形封头内表面积、容积序号公称直径DN (mm)总深度H (mm)内表面积A (m2)容积V (m3)3126006907.65452.5131由 Vg=V +V 贝叽 50*1.05二n/4*D2*L+2V封头 筒体 i 封计算得 L=8941.6mm，取 L=9000mmL/D =9000/2600=3.46i在3V3.46V6，设计合理计算容积 V 二 n/4*D2*L+2V =52.81ma计i封工作容积 V 二 V =0.9X52.81=47.529mag计直边段髙度为690-2600

8、/4=40mm第二章机械设计2.1结构设计2.1.1筒体及封头设计.材料的选择设计温度系指容器在正常操作情况下，在相应设计压力下，设定受压元件 的金属温度，其值不得低于元件金属可能达到的最髙金属温度，对于0 C以下 的金属温度，则设计温度不髙于元件金属可能达到的最低金属温度，容器的设 计温度是指壳体的设计温度，可知器设计温度选取的依据：其值不得低于最髙 金属温度或不得髙于最低金属温度（0 C以下），最髙工作温度为45 C,则设 计温度取50 Co根据液氯的物性选择罐体材料，碳钢对液氯有良好的耐蚀性腐蚀率，且又 属于中压储罐，根据GB150-2011，选用筒体和封头材料为Q345R （钢材标准为

9、 GB713）。假设厚度范围在316mm之间，50C时的许用应力。t=189Mpa。Q345R 适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性，壁厚较大（$8mm ）的 压力容器。根据GB713-2008中规定，厚度负偏差C取0.25mm,1.壁厚设计计算I.设计压力设计压力为容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力，而最 高工作压力指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。装设安全阀的 容器，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不得低于 安全阀的开启压力，通常可取最高工作压力的1.051.10倍。计算压力是指在相应的设计温度下，用以确定元件最危险截面厚度的压力

10、 其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力与液柱静压力之和 当元件所承受的液柱静压力小于5%设计时，可忽略不计。T=50C时，根据压力容器介质手册可得液氯的密度是1314kg/m ，饱 和蒸汽压Pv=1.414MPa，大气压Pa=0.1Mpa。液氯在50C是的饱和蒸汽压为I. 414 Mpa，由于按压力容器安全技术监察规程规定，盛装液化气体无保冷 设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气50C时的饱和蒸汽压力 Pv=1.414Mpa，大气压Pa=0.1Mpa。在本次设计中的液氯储罐上装有安全阀，通 常认为设计压力为工作压力的1.051.1倍，而最高工作压力指容器顶部在 正常工作过程

11、中可能产生的最高表压可取液氯容器的设计压力为最大工作压力 的1.1倍。即：设计压力：P =l.l*Pv=l.l*(1.414-0.1) =1.466 Mpa 公称压力选 1.6MPa。设液柱静压：P 二PgD=1314*9.8*2.7=0.035V5%*P 所以忽略液柱静压力设i设计算压力：Pc=P =1.466Mpa设II. 焊接接头系数e本次液氯储罐的设计采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接 头，100%无损检测，所以l.o。m.内压容器的计算厚度1) 筒体厚度根据GB150-2011可知Q345R的许用应力】。t=189Mpa圆筒厚度：二PD/(2o t d-P) = 10.1

12、228mmc i c液氯有强的腐蚀性，所以取腐蚀余量C=4mm，厚度负偏差C =0.25mm21设计厚度： =+ C=14.1228mm d2名义厚度： = +0.25=14.3728mm 圆整至 16mmnd有效厚度： 二 -C-C=11.75mme n 1 22) 封头厚度封头厚度： 二KPD/(2。t d-0.5P)=10.103mmK=1c i c设计厚度： =+C=14.103mm d2名义厚度：=5+0.25=14.353mm 圆整至 16mmnd有效厚度： 二-C-C=11.75mme n 1 22.1.2接管及接管法兰设计1) 接管和法兰的选择法兰简图如图所叢3- 1处称逓径和

13、鬻善外径会歸通径DN1015202-7.32405065A0A17. 221+ 3阪933. 742-448.3血376. 18& 914182532384S577689公称逋轻F1M1001251502OD25D3003504 D0D，所以在有效补强范围。2因为AVA，所以需要另加补强，其补强面积为：eA=A-A=5177.26-1592.66=3584.6mm24e6 =A/ (D-D) =3584.6/ (840-530) =11.56mm 圆整取名义厚度为 12mm，c 421质量为31.1Kg。2.1.4总体布局液氯进气管外伸度200mm，内伸髙度1500mm。液氯出口管外伸髙度20

14、0mm， 内伸髙度0mm。安全阀外伸髙度200mm，内伸髙度0mm。压力表外伸髙度200mm,内伸髙度0mm. 空气进/出口管外伸髙度200mm,内伸髙度0mm。人孔外伸300mm，内伸0mm。接管与接管间距600mm，接管与封头间距940mm,与人孔间距1500mm，与焊缝 距离不小于150mm，鞍座距封头切线600mm。2.1.5焊接结构设计及焊条的选择综合考虑各种因素，针对本次设计储存的介质是髙毒性介质，所以本次设 计的壳体A、B类焊接接头应为X型的如图。而对于法兰与壳体、接管连接的接 头，应采用全焊透接头。对于人孔、补强圈与壳体的接头选用，如图图8.1 V型焊接接头图8.2 接管与筒体

15、的接头2.2强度校核钢制卧式容器计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算条件简图设计压力p1.466MPa设计温度t50c筒体材料名称Q345Rf封头材料名称Q345R17封头型式椭圆形叩筒体内直径Di2600mm筒体长度 L9000mm筒体名义厚度816mm支座垫板名义厚度80mm筒体厚度附加量C4.3mm腐蚀裕量C14mm筒体焊接接头系数1封头名义厚度8hhn16mm封头厚度附加量C4.3mm鞍座材料名称Q345鞍座宽度b600mm鞍座包角0120o支座形心至封头切线距离A640mm鞍座高度H250mm地震烈度低于七度内压圆筒校核计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准

16、GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力P1.50MPa.c设计温度t50.00。C117Dj1内径D2600 00mmi材料Q345R（板材）试验温度许用应力al189.00MPa设计温度许用应力alt189 00MPa7试验温度下屈服点a345.00MPa.s钢板负偏差C0.30mm1腐蚀裕量C4 00mm2焊接接头系数61.00厚度及重量计算计算厚度P D.5 = 2a t 6-P = I0，37mm有效厚度A =5 - C- C = 11.70mm名义厚度en125 =16.00mm重量n9289 80Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值P = 1.25P 4

17、a = 1.8325 (或由用户输入)Ta tMPa压力试验允许通过 的应力水平aTa 0.90 a = 310.50TsMPa试验压力下圆筒的应力a = Pt.( +5= 204.53T25 .6eMPa校核条件aTaT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力二 25 a t 6PJ=(D +5 ) = 1.69338ieMPa设计温度下计算应力P (D. +5 )at =c 25 e = 167.53eMPaat6189.00MPa校核条件at6 2at结论合格左封头计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力Pc1.

18、50MPa8h设计温度t50.00。C内径D；2600.00mm曲面深度h690.00mm材料Q345R （板材）if设计温度许用应力at189.00MPaf-4【试验温度许用应力b189.00MPa钢板负偏差C0.30mm腐蚀裕量C24.00mm焊接接头系数01.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值P = 1.25P S = 1.8325 (或由用户输入) Tc b tMPa压力试验允许通过的应力btb 0.90 b = 310.50MPa试验压力下封头的应力b = p (KD + 0.55 ) = 188.79tTie25 0MPa校核条件bT bT校核结果合格厚度及重量计

19、算形状系数K = 16( 、2 +马 2h1i丿= 0.9249计算厚度KPc D；5h = 2b t 0-0.5 Pc = 9.57mm有效厚度5 =5 - C- C= 11.70ehnh12mm最小厚度5= 3.90mm名义厚度5 = 16.00mm结论满足最小厚度要求重量971.66Kg压力计算最大允许工作压力2 b t 05ePw= KD + 0.55= 1.83456wieMPa结论合格右封头计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力Pc1.50MPa8h设计温度t50.00。C内径D；2600.00mm曲面深度

20、h690.00mm材料Q345R （板材）if设计温度许用应力at189.00MPaf-4【试验温度许用应力b189.00MPa钢板负偏差C0.30mm腐蚀裕量C24.00mm焊接接头系数01.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值P = 1.25P S = 1.8325 (或由用户输入) Tc b tMPa压力试验允许通过的应力btb 0.90 b = 310.50MPa试验压力下封头的应力b = p (KD + 0.55 ) = 188.79tTie25 0MPa校核条件bT bT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K = 16( 、2 +马 2h1i丿= 0.9249计算厚度

21、KPc D；5h = 2b t 0-0.5 Pc = 9.57mm有效厚度5 =5 - C- C= 11.70ehnh12mm最小厚度5= 3.90mm名义厚度5 = 16.00mm结论满足最小厚度要求重量971.66Kg压力计算最大允许工作压力2 b t 05ePw= KD + 0.55= 1.83456wieMPa结论合格卧式容器（双鞍座）计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算条件简图计算压力 pr1.466MPa设计温度t50cfh圆筒材料Q345R鞍座材料Q3451fcJ I圆筒材料常温许用应力Q189MPa圆筒材料设计温度下许用应力at189MPa圆筒材料常温屈服点Q345MP

22、a鞍座材料许用应力q170MPa工作时物料密度丫01314kg/m3液压试验介质密度丫T1000kg/m3圆筒内直径Di2600mm圆筒名义厚度5n16mm圆筒厚度附加量 C4.3mm圆筒焊接接头系数01封头名义厚度5 hn16mm封头厚度附加量C4.3mm两封头切线间距离 L9080mm鞍座垫板名义厚度5rn0mm鞍座垫板有效厚度5re0mm鞍座轴向宽度 b600mm鞍座包角 0120o鞍座底板中心至封头切线距离A640mm封头曲面高度 hi690mm试验压力 pT1.8325MPa鞍座高度H250mm腹板与筋板组合截面积Asa0mm2腹板与筋板组合截面断面系数Zr0mm3地震烈度7圆筒平均

23、半径Ra1308mm物料充装系数0o0.9一个鞍座上地脚螺栓个数2地脚螺栓公称直径0mm地脚螺栓根径0mm鞍座轴线两侧的螺栓间距1640mm地脚螺栓材料支座反力计算圆筒质量（两切线间）m = n（D + 6）L 6 y = 9372671inc nskg封头质量（曲面部分）m2 二 931.739kg附件质量m - 03kg封头容积（曲面部分）V 二 2.30069e+09hmm3容器容积（两切线间）V = 5.28098e+10mm3容器内充液质量工作时，m = Vy 0 = 62452.84o o压力试验时，m = Vy = 52809.8kg耐热层质量m = 05kg总质量工作时，m -

24、 m + 2 x m + m + m + m - 7368912345压力试验时，mr - m + 2x m + m + m + m -64045.912345kg单位长度载荷mg72.3036q，mg62.8418q =4 =q4L + ：hL + 了h3 i3 iN/mm支座反力F=丄 mg = 361518f =丄 mg = 3142092 2F = max（F, F） = 361518N筒体弯矩计算圆筒中间处截 面上的弯矩工作时FL 1 + 22 h2L24 A = 5.36094e+08M =i141 + 驾LL3L压力试验N mmFL1 +-h) L 4 A/ 4hi1 + r3L

25、=4.6594e+08操作工况:M =- F A2支座处横截面弯矩“ A R 2 - h 21 -+a r!-_L2 AL14h1 + r3L压力试验工况:M = - FAT 2“ A R 2 - h 21 -+ a -!-_L2 AL.4h1 + r3L-1.37745e+071.19719e+07N mm系数计算K=11K=1K =0.879904K =0.401056K =0.760258匸K =0.0132129K=K =K =oK =0.203522_QC =dC =_E筒体轴向应力计算p Rb =-斗-90-4749225兀R 2 5ea eMPapRb =c aM82.1647

26、2 325K欣25操作状态e1aep Rb =C aM -8.52924 1 兀R25i25ea eMPab = AAt + M 2= -0.219152轴向425K 兀 R 2 5eCcc应力M-7 40933计算b= =T1兀 R 25a eMPaMrr-0.190473T 4K 冗R 25水压试验状态2aeb =哄 + 却=109.845T 225兀R 25ea eMPabpRM 102一622b TT 325a丄 2K 兀R 250.0945_ 0 000846A eR根据圆筒材料查GB150图4-34-12MPa许用压缩应力R = 111.313lb mint】,bL 111.313

27、MPa应力b min(0.9R , B) 111 313校核Q , Q =23189 合格L |,| b 1 = 111.313 合格14acMPa| b |,| b|lb 111.313 合格T1T 4acb , b m 时(a 时，不适用）T 3 11和封头的24R 5 (L + 4h /3丿Ra ei圆筒中：t= KtFR 5=20.786切应A W ma eMPa力2时封头中：t KF-9.47417h R 5ahe应力校核封头椭圆形封头，g - KPcDi 150.663 h26he碟形封头，G MP严h h2 6he半球形封头，G PD h 46MPa圆筒 封头t = 0.8 g

28、t = 151.2t - 1.25 g t - g - 85.5866hMPa圆筒，t T = 151.2 MPa合格封头， t b + 1.56 Jr 6；鞍座垫板包角 9 + 12 0a n横截面最低点 处的周向应力kK F、MPaG5 = -(6etTTre 2鞍座边角处 的周向应力L/R 28时，m-/ F A/ KFMPa646 + 6 )b26 2 + 6 2 丿L/R8 时，m,F 、12 K FR、MPaG 6 =- H6 +6 % 一 L匕2+62丿-cCc鞍座垫板边 缘处圆筒中 的周向应力L/R 28时，m,F3 KFG - -一 6-646 b26 2rMPae2eL/R

29、8 时，m,F12KFRG 6m 646 bL6 2MPa应力校核| g | g t = 189合格5|g | 1.25g t= 236.25合格6|gJ 1.25g t= 236.25合格MPa有 加 强 圈 圆 筒加强圈参数加强圈材料，e =mmd =mm加强圈数量，n =个组合总截面积，A =0mm2组合截面总惯性矩，I =0mm4设计温度下许用应力b r =MPa加强圈位于 鞍座平面上在鞍座边角处圆筒的周向应力：C K FR e KFb = 47m 8=7IA0 0MPa在鞍座边角处，加强圈内缘或外缘表面的周向应力：C K R dF K Fb =57 m8=8IA0 0MPa有 加 强

30、 圈 圆 筒加强圈靠近鞍座横截面最低点的周向应力无垫板时，（或垫板不起加强作用）kK Fb 5 = 5 b=e 2采用垫板时，（垫板起加强作用）,kK F、 b（空g 55+8 尽e re 2MPa在横截上靠近水平中心线的周向应力：C K FR e K Fb 47m 87IA0 0MPa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：C K R dF K Fb 57m 8 8IA0 0MPa加 强 圈 靠 近 鞍 座鞍座边角处点 处的周向应力无垫板或垫板不起加强作用F3 K FL/R 28 时，b _ 氓二 m648 b28 2MPa无垫板或垫板不起加强作用L/R 8

31、 时，b F 12 K冬朋 m m648 bL 8 2e2eMPa采用垫板时，（垫板起加强作用）L/R28时，b r F f3K6f m6418 +8 丿b 2抵2 +82）MPa采用垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm8时，b - 46 : ） WRm）-64 8 + 8 巾L 比 2 + 8 2 丿MPa应力校核|c | ct =合格5I c | 1.25ct =合格6I c | 1.25ct =7I c | 1.25ct =JRMPa鞍座应力计算水平分力F K F 735768S9N腹板水 平应力计算高度H mins3Ra，H 卜 250mm鞍座腹板厚度b 10omm鞍座垫板实际宽度b40mm鞍座垫板有效宽度b min1rb ,b 丿-042mm腹板水平应力无垫板或垫板不起加强作用，C - 29.43079 H bS 0垫板起加强作用，FC s -9 H b + b oS 0r re