氯气缓冲罐设计

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1、化工设备机械基础课程设计氯气缓冲罐设计系 部：化学工程系专 业: 石油化工生产技术姓 名：学 号：指导教师：薛风时间：2011年11.2212.12新疆工业高等专科学校课程设计评定意见设计题目： 氯气缓冲罐设计 学生姓名： 评定意见：评定成绩： 指导教师（签名）： 年 月 日 化学工程系课程设计任务书 2011-2012学年第 1 学期 12 月专业石油化工生产技术班级石化094（1）班课程名称化工机械设备基础设计题目氯气缓冲罐设计指导教师薛风起止时间11.221212周数两周设计地点南昌路校区指导思想和目的：以已知设计资料，选定提升系统各部件，对其主要参数进行计算及选定，对有关部件进行安全性

2、校验，对提升系统的运动学及动力力学进行计算，达到对提升系统进行合理的选型，并达到对所学知识的应用和实践能力得到了提高，增强工程意识和素养，培养独立分析和解决问题能力的目的设计参数计算压力：=1.20MPa计算温度：t=265.00C 内径 ： =800.00mm材料 ： 16MnR板材 试验温度许用应力=170.00mm设计温度许用应力=165.00MPa试验温度下屈服点=330.00MPa钢板负偏差=0.00mm腐蚀裕量 =4.00mm焊接接头系数k=1.0 设计要求1. 课题介绍2. 布置强度计算3. 强度计算和考虑结构设计4. 检查强度计算结果5. 完成CAD图6. 完成设计说明书7.

3、交设计说明书8. 设计答辩教研室主任（签名） 系（部）主任（签名） 年 月 日 目录摘要1设备主要技术指标21 绪论32 缓冲罐的特点43 结构设计53.1 圆筒的设计53.2 封头设计53.3支腿的设计73.4容器法兰设计83.5接管设计84强度校核114.1筒体计算114.1.1计算条件114.1.2厚度及重量计算114.1.3压力试验时应力校核114.1.4 压力及应力计算124.2开孔补强计算124.2.1 计算条件124.2.2 开孔补强计算134.3 法兰的强度计算134.3.1 筒体法兰13参考文献16设备总图17结束语19 17摘要本文扼要介绍了氯气缓冲管的特点及在工业中的应用

4、和发展，详细的阐述了氯气缓冲管的结构及强度设计计算及校核。参照课本及压力容器设计手册，综合考虑各种因素，结构设计需要选择适用合理、经济的结构形式，同时满足制造、检修、装配、运输和维修等技术要求；而强度计算的内容包括筒体材料，确定主要结构尺寸，满足强度、应力等技术要求，根据设计压力确定壁厚，是氯气缓冲罐有足够的腐蚀裕度，从而使设计结果达到最优化组合。设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求均合格。关键词：氯气缓冲管、结构设计、强度设计、补强计算设备主要技术指标筒壁设计压力MPa设计温度最高工作压力工作温度介质名称氯气设备主要材质设备容积管口表符号公称压力公称尺寸法兰形式角封面形式用途伸出长

5、度 氯气入口氯气出口排污口1 绪论缓冲罐被广泛应用于中央空调、锅炉、热水器、变频、恒压供水设备中，其缓冲系统压力波动，消除水锤起到稳压卸荷的作用，在系统内水压轻微变化时，缓冲罐气囊的自动膨胀收缩会对水压的变化有一定缓冲作用，能保证系统的水压稳定，水泵不会因压力的改变而频繁的开启。缓冲水箱在工程中应用非常广泛，而且不同的场合有不同的名称，比如中间存储容器、滞留罐、平衡罐、储液器、混合罐、中和容器等等。其实基于以上的说法，我们可以下一个通用的定义。缓冲罐就是这样一种装置，它能够使得运行更平稳。它的介质可以是液体，也可是气相或固相的物质。名义上，可以将它分为两类：I)扰动衰减类；II）独立运行类。本

6、文介绍的应用在空调闭式水系统中冷冻水缓冲水箱，它的介质是水，属于II 类。本次课程设计的内容是氯气缓冲罐，其设计分析包括圆筒的设计、封头设计、支腿的设计、容器法兰的设计、接管设计。其中以结构设计最为重要，氯气缓冲罐为内压容器（PN=1.45MPa），综合各种因素得出结论：本罐设计三个接管，分别为：进料管a、出料管b、排事故接管c。根据罐内气体氯气的腐蚀性及其它特性来选择材料，根据材料的加工性能、检修清洗的要求等因素决定采用哪种类型的压力容器。由于我们水平和能力有限，设计时间仓促，存在不妥之处在所难免，恳请老师给予批评指正。2 缓冲罐的特点缓冲罐按结构可分为隔膜式和气囊式两种，对隔膜式缓冲罐来讲

7、，其罐体和隔膜之间预充有一定压力的氮气，气囊式缓冲罐是罐体可气囊之间预充有一定压力的氮气。缓冲罐的工作原理：由上面其结构可知：当缓冲罐用于系统中时，由于系统压力比预充气体的压力，所以会有一部分工作介质进入气囊内（对隔膜式来讲是进入罐体内），直到达到新的平衡，当系统压力再度升高，系统压力再次大于预充气体的压力，又会有一部分介质进入囊内，压缩囊和罐体间的气体，气体被压缩压力升高，当升高到跟系统压力一致时，介质停止进入，反之，当系统压力下降，系统内介质压力低于囊和罐体间的气体压力，气囊内的水会被气体挤出补充到系统内，使系统压力升高，直到系统工作介质压力跟囊和罐体间的气体压力相等，囊内的水不再外系统补

8、给，维持动态的平衡。 缓冲罐的作用：缓冲罐主要用于各种系统中缓冲系统的压力波动，使系统工作更平稳，其原理是通过压缩罐内压缩气来实现，被广泛应用于供水设备和中央空调系统等，结构有隔膜式缓冲罐和气囊式两种，前者由于罐体容易生锈已逐步淡出市场，气囊式缓冲罐主要为意大利品牌，如意大利第一品牌Aquasystem缓冲罐。A3 结构设计3.1 圆筒的设计a.材料：由于工作介质为氯气（剧毒）以及容器的使用条件，综合经济等选材料为16MnRb.壁厚根据式（125）计算设计温度T=100,设计压力，, , (双面焊接对接接头，100%无损检测，表128)取,于是根据，由表129查得，又该值大于名义厚度的6%，所

9、以钢板厚度负偏差不可忽略圆整后取确定选用厚的16MnR钢板制作罐体3.2 封头设计（一）若采用标准椭圆形封头（1）计算封头厚度厚度按式（1221）计算于是故圆整后取确定选用厚的16MnR钢板制作封头（2）校核罐体一封头水压试验强度根据式（1218）式中 则而应为所以水压实验强度足度（二）若采用标准蝶形封头（1） 计算封头厚度其厚度按式（1224）计算 据由表129查得则圆整后采用厚的钢板（2） 校核罐体与封头水压试验强度根据式（1218）式中则应为所以水压试验强度足够两种型式封头计算结果比较封头型式厚度/mm伸度/mm理论面积/质量/Kg制造难易程度椭圆形82250.756647.1较易蝶形9

10、2050.74449.4较易由表可见，本罐宜采用标准椭圆形封头3.3支腿的设计首先粗略计算负荷贮罐总质量式中：罐体质量 ：封头质量 ：氯气质量 附件质量（1） 罐体质量 L=1300mm的筒节 (2)封头质量 应为封头公称直径所以去直边高度的标准椭圆形封头 其质量 (JB/T 47462002)所以(3) (4)附件质量取所有接管质量总和按300Kg计 于是贮罐总质量 每个支腿只承受1475N负荷，根据压力容器设计手册表3320A.AN型腿式支座系列参数表 可以选用带加强板的角钢作支腿即JB/T 47131992 A3 3.4容器法兰设计a.法兰的形式：根据本设计使用的介质，设计压力，设计温度

11、，公称直径确定，法兰的结构形式为衬环榫密封面乙型平焊法兰中的榫面法兰法兰CT 8001.6 JB/T 47022000若采用Q345R板材应按公称压力为1.6MPa来查取它的尺寸由于操作压力不高，由表141，采用榫面密封面，垫片材料选用石棉橡胶板，从表143查得垫片宽度为14mm榫面法兰的各部件尺寸可以从附表102中查得 连接螺栓为M24共24个，材料由表146查得为螺柱材料为40MB，螺母材料为40Mn3.5接管设计本缓冲罐设有以下接管a. 氯气进料管采用无缝钢管 管的一端切成45 ，伸入贮罐内少许。配用带颈对焊法兰HG 20595 法兰 WN501.6 WFW 16MnR因为该接管为，厚度

12、小于5mm，故该接管开孔需要补强。根据该缓冲罐的工艺条件,温度,压力,介质确定采用带颈对焊法兰，在根据工作温度，设计压力从表144可知，所要选用的带颈对焊法兰若采用Q345R板材，应按公称压力1.6MPa，来查取它的尺寸。由于操作压力不高，由表141可采用平面型密封面，垫片材料选用聚四氯乙烯，从表143中科查得垫片宽度为22mm。 带颈对焊法兰的各部可以冲压力容器的设计手册表3213 带颈对焊 ，带颈平焊和螺纹法兰尺寸与质量中查表得, 由附表116查得连接螺栓为M24，共24个，材料由表146查得螺柱材料为40MB，螺母材料为40Mnb氯气出料管 采用无缝钢管 管的一端切成45 ，伸入贮罐内少

13、许。配用带颈对焊法兰HG 20595 法兰 WN501.6 WFW 16MnR应为该接管为，厚度小于5mm，故该接管开孔需要补强。根据该缓冲罐的工艺条件,温度,压力,介质确定采用带颈对焊法兰，在根基工作温度，设计压力从表144可知，所要选用的带颈对焊法兰若采用Q345R板材，应按公称压力1.6MPa，来查取它的尺寸。由于操作压力不高，由表141可采用平面型密封面，垫片材料选用聚四氯乙烯，从表143中可查得垫片宽度为22mm。 带颈对焊法兰的各部可以从压力容器的设计手册表3213 带颈对焊 ，带颈平焊和螺纹法兰尺寸与质量中查表得 , , 由附表116查得连接螺栓为M24，共24个，材料由表146

14、查得螺柱材料为40MB，螺母材料为40Mnc. 事故接管采用无缝钢管 管的一端切成45 ，伸入贮罐内少许。配用带颈对焊法兰HG 20595 法兰 WN501.6 WFW 16MnR因为该接管为，厚度小于5mm，故该接管开孔需要补强。根据该缓冲罐的工艺条件,温度,压力,介质确定采用带颈对焊法兰，在根基工作温度，设计压力从表144可知，所要选用的带颈对焊法兰若采用Q345R板材，应按公称压力1.6MPa，来查取它的尺寸。由于操作压力不高，由表141可采用平面型密封面，垫片材料选用聚四氯乙烯，从表143中科查得垫片宽度为22mm。 带颈对焊法兰的各部可以从压力容器的设计手册表3213 带颈对焊 ，带

15、颈平焊和螺纹法兰尺寸与质量中查表得, , 由附表116查得连接螺栓为M24，共24个，材料由表146查得螺柱材料为40MB，螺母材料为40Mn4强度校核4.1筒体计算4.1.1 计算条件计算压力：计算温度：内径 ： 材料 ： 16MR板材试验温度许用应力设计温度许用应力试验温度下屈服点钢板负偏差腐蚀裕量 焊接接头系数k=1.04.1.2 厚度及重量计算计算厚度：有效厚度：名义厚度：重量为： 207.2Kg4.1.3 压力试验时应力校核压力试验类型;气压试验试验压力值：压力试验允许通过的应力水平：试验压力下圆筒的应力:应为，所以校核结果合格4.1.4 压力及应力计算最大允许工作压力： 设计温度下

16、计算应力：应为所以结论：筒体名义厚度大于或等于GB15中规定的最小厚度11.00mm，合格4.2 开孔补强计算4.2.1 计算条件 计算压力：t=100C筒体材料名称及类型：16MR板材筒体开孔处焊接头系数：筒体内直径：筒体开孔处名义厚度：筒体及厚度负偏差：筒体腐蚀裕量： 筒体材料许用应力：接管实际外伸长度：150mm接管实际内伸长度：1接管腐蚀裕量：3mm接管厚度负偏差： 查表1210接管材料许用应力：4.2.2 开孔补强计算壳体计算厚度： 接管计算厚度： 接管材料强度消弱系数： 开孔直径：d=207.2mm补强区有效宽度：接管有效外伸长度：接管有效内伸长度：开孔消弱所需的补强面积：接管多余

17、面积：补强区内的焊缝面积：由于大于A所以补强不需要另加补结论：补强满足要求，不需要加补强4.3 法兰的强度计算4.3.1 筒体法兰材料名称：16MnR铜体法兰厚度：法兰外径：法兰宽度：比值比值系数：按，查得GB1511999图25得0.00系数：按，查得GB1511999图26得0.0001463旋转刚度： 4.3.2 系数计算法兰外径与内径之比：壳体法兰应力系数：按K查GB1501998表95得16.73法兰力矩折减系数 法兰力矩变化系数：参考文献 1.董大勤。化工设备机械基础。北京：中央广播电视大学出版社，1993 2.张康达，洪起超。压力容器手册。北京：劳动人事出版社，2002 3.余国

18、宗。化工机械手册。天津：天津大学出版社，1991 4.吴泽烩。化工容器设计。北京：北京化学工业出版社，1983 5.刁玉玮，王立业，喻健良。化工设备机械基础。6版。大连：大连理工大学出版社，2006 6.化工部设备设计中心站。化工设备结构图册。上海：上海科学技术出版社，1979 7.匡国柱，史启才。化工单元过程及设备课程设计。北京：化学工业出版社，2002设备总图 结束语这次设计是在大学完成三年全部课程的基础上，查阅了相关资料的基础上进行的，是一次理论较强的训练练。两个星期以来，我们在指导教师的热心指导下，经过团队的努力，顺利完成了本次设计任务。本次设计大致分四个步骤，首先进行的是工艺部分的计算，确定筒体的壁厚、封头结构、支腿结构、接管结构、容器法兰等，然后进行结构设计，通过已知条件及工艺计算的结果选定氯气缓冲罐，其中涉及到一系列零部件的设计和选择，这步工作需要参照压力容器设计手册进行设计；接着进行各部件的强度校核，用以保证各零部件的强度，这也是设计的难点和重点。这三步工作完成以后，最后就是绘图与打印。设计是一个从无到有的过程，其中有很多因素都必须考虑到，因此需要一定的耐心和细心才能够完成。在这次设计过程中，使我们学到了很多知识，并把理论知识进行了进一步的了解与探索，但是，由于时间和自己掌握的知识有限，在设计的过程中难免有错误，衷心希望老师指正。