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1、 中北大学信息商务学院课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 王米雪 学 号： 12020341X07 系 别： 机械工程系 专 业： 过程装备与控制工程 题 目： （35）M3液氯储罐设计 指导教师： 陆辉山 职称: 副教授 2015年06月29日 中北大学信息商务学院课程设计任务书 2014/2015 学年 第 二 学期系 别： 机械工程 专 业： 过程装备与控制工程 学 生 姓 名： 王米雪 学 号： 12020341X07 课程设计题目： （35）M3液氯储罐设计 起 迄 日 期： 06 月 29日07月 10日 课程设计地点： 校内 指 导 教 师： 陆辉山 系 主 任： 暴建刚 下达
2、任务书日期: 2015年06月29日课 程 设 计 任 务 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最高工作压力MPa由介质温度确定4工作温度-20455公称容积（Vg）10/16
3、/20/25M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)0.98工作介质液氯（高度危害）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 A1 DN50 HG20595-1997 FM液位计接口 A2 DN50 HG20595-1997 FM空气进口管 A3 DN50 HG20595-1997 FM空气出口管 A4 DN450 FM液氯进口管 A5 DN32 HG20595-1997 FM液氯出口管 A6 DN32 HG20595-1997 FM安全阀接口 A7 DN25 HG20595-1997 FM压力表接口 A8 DN20 HG2059
4、5-1997 FM人 孔课 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
5、 国家质量技术监督局，GB150-2011钢制压力容器，中国标准出版社，20112 国家质量技术监督局，压力容器安全技术监察规程，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，20105 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）总装配图一张 (A1图纸一张
6、)； 6工作计划及进度：2015年06月29日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤 06月3007月01、02、03日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制07月04日07月07日：设计图纸绘制（草图和装配图）07月08日07月09日：撰写设计说明书07月10日：答辩及成绩评定系主任审查意见： 签字： 年 月 日 目 录一 工艺设计 1. 存储量 2. 设备的选型及轮廓尺寸二 机械设计 1. 材料选择 2. 设计压力 3. 厚度设计 4. 接管及接管法兰、人孔设计 5. 鞍座的设计 6. 焊接 7. 校核 8. 内压圆筒校核 9. 内压椭圆形封头校核 10. 法兰的校核 11. 开
7、孔补强计算 12. 卧式容器（双鞍座）三 参考文献四 结束语一 工艺设计1. 存储量盛装液化气体的压力容器设计存储量 式中：W储存量，t； 装载系数； 设计温度下的饱和溶液的密度，； 根据设计条件=0.9351.314=41.391t2. 设备选型及轮廓尺寸 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 ： L35 L/D=4 得Di=2233mm,圆整得Di=2200mm. 可选用标准椭圆封头的公称直径DN2200mm，总深度H590mm，内表面积 55.229，容积V1.5459
8、此时封头此时封头体积为，筒体所占容积为 L=8394mm 可取L=8400mm L/D=3.83 符合要求 则储罐实际体积为V35.023m 误差分析5% 符合要求所以可确定筒体公称直径为DN2200 mm，筒体长度为L=8400mm；二 机械设计 1. 材料选择根据液氯的特性，选择16MnR。16MnR是压力容器专用钢。2. 设计压力t=50时,根据压力容器介质手册可得液氯的密度是1.314，饱和蒸汽压Pv=1.4327Mpa,大气压Pa=0.1Mpa.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
9、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，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。设计压力液柱静压力因为所以液柱静压力可以不考虑，计算压力与设计压力相等水压试验 3. 厚度设计 由中径公式可得筒体的计算厚为10.86mm，钢板厚度负偏差，腐蚀余量，故筒体的名义厚度为。 由椭圆厚度计算公式可得 腐蚀裕度，钢板负偏差，取名义厚度 4. 接管及接管法兰、人孔设计螺栓法兰连接是一
10、种应用最广泛的密封装置，它的作用是通过螺栓连接，并通过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。由于工艺要求和检修的需要，在筒体上直接开孔安装接管，分别有液面计接口、人孔、压力表孔、空气进口、安全阀接孔、空气出口、液体进口、液体出口。根据各接口的大小选择相对应的法兰及垫片。 接管代号公称尺寸公称压力连接尺寸标准连接面形式用途或名称aDN80PN1.6MPaHG20595-1997TG液氯进口管bDN40PN1.6MPaHG21524-2005TG空气进口cDN500PN1.6MPaTG人孔dDN40PN1.6MPaHG20595-1997TG管空气出口eDN25PN1.6MPaHG20595-1997
11、TG管压力表接口fDN80PN1.6MPaHG20595-1997TG安全阀接口gDN25PN1.6MPaHG20595-1997TG液位计接口hDN80PN1.6MPaHG20595-1997TG液氯出口管 接管及接管补强详细数据见强度校核书。跟据管口公称直径选择相应的法兰，1.6MPa时选用带颈对焊榫槽法兰，主要参数如下：公称通径钢管外径连接尺寸法兰厚度C法兰颈法兰高度HB法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺纹ThNSHRB253010575144M1216402.364404045150110184M1618642.675458089200160188M16201103
12、.210650 人孔的设计本次设计的储罐设计压力为1.466MPa，根据钢制人孔和手孔【3】，采用回转盖带颈对焊法兰人孔 。该人孔标记为：人孔 人孔结构示意图 人孔结构尺寸密封面型式公称压力PN公称直径DNdwSdDD1H1H2bMFM2.54504801245667060025012142b1b2ABLd0螺柱螺母螺柱总质量数量直径长度4146375175250242040M3321652455 鞍座的设计 查得16MnR单位面积的质量为7.81 筒体总质量M=m1+m2+m3+m4 m1:筒体质量=7703kg m2:封头质量=2235kg m3:液氯质量=5380kg m4:附件质量：0
13、 kg G=572.378KN 每个鞍座承受的压力F=G/2=572/2=286KN选鞍座B/T4712-1992，标准尺寸为：DN=2300,许用载荷408KN,包角120， 带垫板，A型，鞍座间距6900mm。详细数据见鞍座强度校核书。6 焊接 焊接是两件或两件以上零件，在加热或（和）加压的状态下，通过原子或分子之间的结合和扩散，形成永久性连接的工艺过程。 筒体、封头之间的焊接结构：根据筒体及封头的厚度以及设计压力和液化石油气的特性，焊缝采用对接接头，A型坡口。焊接接头的检验采用100%无损检验。接管和筒体之间的焊接形式采用带补强圈插入式接管T型接头形式，坡口形式为D形。7 校核 参考资料
14、 1、中华人民共和国行业标准钢制管法兰、垫片、紧固件 ； 2、压力容器与化工设备实用手册董大秦，袁凤隐，化学工业出版社，2000 3、HGT 21523-2005 水平吊盖带颈平焊法兰人孔，中国天辰化学工程公司，20058内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.466MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2300.00mm材料 16MnR(热轧) ( 板材 )试验温度许用应力 s 170.00MPa设计温度许用应力 st 170.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 4.00mm焊接接头系数 f 0.90厚度及
15、重量计算计算厚度 d = = 10.86mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 11.00mm名义厚度 dn = 16.00mm重量 5899.36Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 1.83230 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 147.74 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.52239MPa设计温度下计算应力 st = = 150.43MPastf 153.00MPa校核条件stf s
16、t结论 合格9内压椭圆封头校核计算单位 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.466MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2300.00mm曲面高度 hi 615.00mm材料 16MnR(热轧) (板材)试验温度许用应力 s 170.00MPa设计温度许用应力 st 170.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 4.00mm焊接接头系数 f 0.90厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 15.56mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 11.00mm最小厚度 dmin = 3.30mm名义厚度 dn = 16.00mm结论
17、满足最小厚度要求重量 639.79 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.52618MPa结论 合格10封头计算计算单位 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.466MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2300.00mm曲面高度 hi 615.00mm材料 16MnR(热轧) (板材)试验温度许用应力 s 170.00MPa设计温度许用应力 st 170.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 4.00mm焊接接头系数 f 0.90厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 15.56mm有效厚度 de =dn - C1- C
18、2= 11.00mm最小厚度 dmin = 3.30mm名义厚度 dn = 16.00mm结论 满足最小厚度要求重量 639.79 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.52618MPa结论 合格11开孔补强计算计算单位接 管: A1, 53010计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.4659MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C24mm壳体材料许
19、用应力t170MPa 接管实际外伸长度300mm接管实际内伸长度0mm接管材料16MnR(热轧)接管焊接接头系数1名称及类型板材接管腐蚀裕量4mm补强圈材料名称16MnR(热轧)凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径840mm补强圈厚度20mm接管厚度负偏差 C1t 0mm补强圈厚度负偏差 C1r 0mm接管材料许用应力t170MPa补强圈许用应力t170MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 10.81mm接管计算厚度t2.078 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d478mm补强区有效宽度 B956 mm接管有效外伸长度 h184.68mm接管
20、有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 5169mm2壳体多余金属面积 A188.81 mm2接管多余金属面积 A21511mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=1664 mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A43900mm2A-(A1+A2+A3)3505mm2结论: 补强满足要求。开孔补强计算计算单位接 管: A2, 256计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.4659MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直
21、径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C24mm壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外伸长度100mm接管实际内伸长度10mm接管材料16MnR(热轧)接管焊接接头系数0.9名称及类型板材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称16MnR(热轧)凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径50mm补强圈厚度6mm接管厚度负偏差 C1t 0mm补强圈厚度负偏差 C1r 0mm接管材料许用应力t170MPa补强圈许用应力t170MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 10.81mm接管计算厚度t0.064 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强
22、度削弱系数 fr1开孔直径 d17mm补强区有效宽度 B59 mm接管有效外伸长度 h110.1mm接管有效内伸长度 h28 mm开孔削弱所需的补强面积A 183.8mm2壳体多余金属面积 A17.803 mm2接管多余金属面积 A2111.5mm2补强区内的焊缝面积 A344 mm2A1+A2+A3=163.3 mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A4150mm2A-(A1+A2+A3)20.53mm2结论: 补强满足要求。开孔补强计算计算单位接 管: A3, 8910计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.465
23、9MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C24mm壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度1900mm接管材料16MnR(热轧)接管焊接接头系数0.9名称及类型板材接管腐蚀裕量4mm补强圈材料名称16MnR(热轧)凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径180mm补强圈厚度6mm接管厚度负偏差 C1t 0mm补强圈厚度负偏差 C1r 0mm接管材料许用应力t170MPa补强圈许用应力t170MPa
24、开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 10.81mm接管计算厚度t0.339 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d77mm补强区有效宽度 B154 mm接管有效外伸长度 h127.75mm接管有效内伸长度 h227.75 mm开孔削弱所需的补强面积A 832.7mm2壳体多余金属面积 A114.31 mm2接管多余金属面积 A2425.2mm2补强区内的焊缝面积 A380 mm2A1+A2+A3=519.5 mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A4390mm2A-(A1+A2+A3)313.2mm2结论: 补强满足要求。开孔补强计算计算单位接 管: A4
25、, 253计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.4659MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C24mm壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外伸长度100mm接管实际内伸长度10mm接管材料16MnR(热轧)接管焊接接头系数0.9名称及类型板材接管腐蚀裕量3mm补强圈材料名称16MnR(热轧)凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径50mm补强圈厚度6m
26、m接管厚度负偏差 C1t 0mm补强圈厚度负偏差 C1r 0mm接管材料许用应力t170MPa补强圈许用应力t170MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 10.81mm接管计算厚度t0.064 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d19mm补强区有效宽度 B61 mm接管有效外伸长度 h110.68mm接管有效内伸长度 h27 mm开孔削弱所需的补强面积A 205.5mm2壳体多余金属面积 A17.803 mm2接管多余金属面积 A262.7mm2补强区内的焊缝面积 A342 mm2A1+A2+A3=112.5 mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A
27、4150mm2A-(A1+A2+A3)92.97mm2结论: 补强满足要求。开孔补强计算计算单位接 管: A5, 458计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.4659MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C24mm壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外伸长度100mm接管实际内伸长度10mm接管材料16MnR(热轧)接管焊接接头系数0.9名称及类型板材接管腐蚀
28、裕量4mm补强圈材料名称16MnR(热轧)凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径90mm补强圈厚度6mm接管厚度负偏差 C1t 0mm补强圈厚度负偏差 C1r 0mm接管材料许用应力t170MPa补强圈许用应力t170MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 10.81mm接管计算厚度t0.143 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d37mm补强区有效宽度 B83 mm接管有效外伸长度 h117.2mm接管有效内伸长度 h26 mm开孔削弱所需的补强面积A 400.1mm2壳体多余金属面积 A18.547 mm2接管多余金属面积 A2132.7mm2
29、补强区内的焊缝面积 A380 mm2A1+A2+A3=221.3 mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A4228mm2A-(A1+A2+A3)178.8mm2结论: 补强满足要求。开孔补强计算计算单位接 管: A6, 253计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.4659MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C24mm壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外
30、伸长度100mm接管实际内伸长度10mm接管材料16MnR(热轧)接管焊接接头系数0.9名称及类型板材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称16MnR(热轧)凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径50mm补强圈厚度8mm接管厚度负偏差 C1t 0mm补强圈厚度负偏差 C1r 0mm接管材料许用应力t170MPa补强圈许用应力t170MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 10.81mm接管计算厚度t0.064 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d17mm补强区有效宽度 B59 mm接管有效外伸长度 h110.1mm接管有效内伸长度 h28 mm开孔削弱所
31、需的补强面积A 183.8mm2壳体多余金属面积 A17.803 mm2接管多余金属面积 A2111.5mm2补强区内的焊缝面积 A344 mm2A1+A2+A3=163.3 mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A4200mm2A-(A1+A2+A3)20.53mm2结论: 补强满足要求。钢制卧式容器计算单位计 算 条 件 简 图设计压力 p1.4659MPa设计温度 t50筒体材料名称16MnR(热轧)封头材料名称16MnR(热轧)封头型式椭圆形筒体内直径Di2300mm筒体长度 L7900mm筒体名义厚度 dn15mm支座垫板名义厚度 drn0mm筒体厚度附加量 C4mm腐蚀裕量 C
32、14mm筒体焊接接头系数 F0.9封头名义厚度 dhn15mm封头厚度附加量 Ch4mm鞍座材料名称Q235-A鞍座宽度 b0mm鞍座包角 120支座形心至封头切线距离 A1480mm鞍座高度 H250mm地震烈度 低于7度12卧式容器（双鞍座）计算单位计 算 条 件 简 图 计算压力 pC1.4659MPa 设计温度 t50 圆筒材料16MnR(热轧) 鞍座材料Q235-A 圆筒材料常温许用应力 s170MPa 圆筒材料设计温度下许用应力st170MPa 圆筒材料常温屈服点 ss345MPa 鞍座材料许用应力 ssa140MPa 工作时物料密度 1314kg/m3 液压试验介质密度 1000kg/m3 圆筒内直径Di2300mm 圆筒名义
