?化工設備機械根底?課程設計氯氣罐的設計專業：應用化工技術姓名：王亞會陳東指導教師：20新疆工業高等專科學校課程設計評定意見設計題目：氯氣儲罐設計學生姓名：王亞會陳東評定意見：評定成績：指導教師〔簽名〕：年月日新疆工業高等專科學校課程設計任務書3學年1學期2011年12專業應用化工技術班級應化09—4〔2〕班課程名稱儲罐設計設計題目氯氣儲罐設計指導教師薛風起止時間2011/1周數1設計地點教學樓設計目的：1著重加深學生對于化工原理理論知識的掌握。2積極引導學生去思考，培養他們靈活運用所學知識去解決問題的能力，以及查閱資料、處理數據的能力。設計任務或主要技術指標：設計進度與要求：1擬訂題目和課程設計指導書〔包括課程設計目的、內容、要求、進度、成績評定等〕，制定具體考核形式〔一般應采用平常情況和辯論相結合方式〕并于課程設計開始時向學生公布。2完整的課程設計應由設計草稿書和任務書組成。草稿書不上交系里，是備指導老師檢查之用，以催促學生按時完成設計及防止學生間抄襲。任務書應上交按照指定格式編排好的電子版及打印版。參考文獻：[1]化工設備設計手冊.上海：科學技術出版社；1982[2]鋼制壓力容器:GB150-1998.中國標準出版社出版[3]中華人民共和國行業標準JB/T4700～4707-2000.壓力容器法蘭，2000[4]壓力容器與化工設備使用手冊.北京：化學工業出版社2000[5]化工原理.天津天津大學出版社1999[6]化工設備機械根底.大連大連理工大學出版社2002摘要本文扼要介紹了氯氣儲罐的特點及在工業中的應用和開展前景，詳細的闡述了氯氣儲罐的結構及強度設計計算。參照化工設備機械根底的化工容器設計，綜合考慮各種因素，結構設計需要選擇適用合理、經濟的結構形式，同時滿足制造、檢修、裝配、等要求；而強度計算的內容包括氯氣儲罐的材料，確定主要結構尺寸，滿足強度、剛度和穩定性等要求，根據設計壓力確定壁厚，使氯氣儲罐有足夠的腐蝕裕度，該設計分析包括內壓薄壁圓筒與封頭的強度設計、容器零部件的設計，包括法蘭連接、容器支座、容器開口及補強、容器附件的設計。最終確定氯氣儲罐的標準。從而使設計結果到達最優化組合。關鍵詞：氯氣儲罐、應用、結構設計、強度設計 目錄摘要 1.緒論 1任務說明 1液氯〔Cl2〕的性質 12.材料及結構的選擇與論證 2材料選擇 2遵循標準： 2結構選擇與論證 3封頭的選擇 3人孔的選擇 3容器支座的選擇 3法蘭型式的選擇 3液面計的選擇 3保溫層的選擇 4視鏡的選擇 4壓力表的選擇 4焊接結構設計及焊條的選擇 43.計算及結構設計 53．1罐體設計 53．1．1罐體圓筒高度h 53．1．2罐體壁厚設計 53．2封頭厚度設計 6鞍座設計 7罐體質量 8封頭質量 8液氯質量 83.3.4附件質量 8人孔并核算開孔補強 9密封面的選擇 9人孔的設計 9核算開孔補強 9液面計的設計 12接口管的設計 12液氯進口管 13液氯出口管 13平安閥接口 13壓力表接口 13空氣進口管 13空氣出口管 13液面計接口 134.符號說明 14參考資料 15結束語 161.緒論任務說明，工作壓力為1.4MPa,設計壓力為1.6MPa的氯氣儲罐，采用常規設計方法，綜合考慮環境條件、液體性質等因素并參考相關標準，按工藝設計、設備結構設計、設備強度計算的設計順序，分別對儲罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管進行設計，然后采用SW6-1998對其進行強度校核，最后形成合理的設計方案。因為設計要求儲罐的工作壓力為1.4MPa,工作地點為烏魯木齊市，工作溫度為，氯氣在50時的飽和蒸汽壓為〔由?液化氣飽和蒸汽壓及飽和液密度表?查的〕，工作壓力。所以氯氣在儲罐中是以液體的形式存在.設計任務一覽表設計壓力1．6設計溫度100最高工作壓力1．4工作溫度介質名稱氯氣〔劇毒〕設備主要材質設備容積11．5液氯〔Cl2〕的性質分子量70.91黃綠色有刺激性氣味的氣體。密度：相對密度(水=1)1.47；相對密度(空氣=1)2.48；穩定性：穩定；危險標記：6(有毒氣體)；在工業上，液氯是一種很有用的化學物質。氯可用于造紙、紡織工業的漂白；用作水和廢水的消毒、殺菌劑；且可用于制造無機、有機氯化物，如：金屬氯化物、氯溶劑、染料中間體、殺蟲劑、合成橡膠、塑料等。但由于液氯屬高毒性，是一種強烈的刺激性氣體。它對人體、環境都有很強的危害，因此液氯的存儲、運輸都是一個值得深思的問題。設計儲存設備，首先必須滿足各種給定的工藝要求，考慮存儲介質的性質、容量、鋼材的消耗量等等。而且液化氣體必須考慮它的膨脹性和壓縮性，液化氣體的體積會因溫度的改變而變化，所以必須嚴格控制儲罐的充裝量〔指裝量系數與儲罐實際容積和設計溫度下介質的飽和液體密度的乘積〕。目前我國普遍采用常溫壓力貯罐一般有兩種形式：球形貯罐和圓筒形貯罐。因為圓筒形貯罐加工制造安裝簡單，安裝費用少，但金屬耗量大占地面積大，所以在總貯量小于500，單罐容積小于100時選用臥式貯罐比擬經濟。2.材料及結構的選擇與論證材料選擇2遵循標準：GB150-1998?鋼制壓力容器??壓力容器平安技術監察規程?HGJ15-89?鋼制化工容器材料選用規定?(1)當壓力容器使用普通低碳鋼制造時，常用Q235B、Q235C(2)考慮經濟性(3)其它指導準那么a碳素鋼用于介質腐蝕性不強的常、低壓容器或壁厚不大的中壓容器；b低合金鋼，用于介質腐蝕性不強的中、高壓容器；c不銹鋼用于介質腐蝕性較強的場合；d耐熱鋼用于高溫場合e奧氏體不銹鋼不能用于易發生晶間腐蝕的場合；(4)標準零部件〔如法蘭、人孔、手孔等〕的材料選擇符合國家標準或行業標準。(5)鋼材使用溫度純液氯是高危害性的介質，但其腐蝕性小,貯罐可選用一般鋼材,又因為使用溫度為，根據?化工設備機械根底?附錄中鋼板的使用條件，應選用Q245R或Q345R。常用的有20R和16MnR兩種。如果純粹從技術角度看，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，同等重量設備的計價，16MnR鋼板為比擬經濟。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。2.2結構選擇與論證2封頭的選擇從受力與制造方面分析來看，球形封頭是最理想的結構形式。但缺點是深度大，沖壓較為困難；橢圓封頭濃度比半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應用較多的封頭之一。平板封頭因直徑各厚度都較大，加工與焊接方面都要遇到不少困難。從鋼材耗用量來年：球形封頭用材最少，比橢圓開封頭節約，平板封頭用材最多。因此，從強度、結構和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。2人孔的選擇壓力容器人孔是為了檢查設備的內部空間以及安裝和拆卸設備的內部構件。人孔主要由筒節、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。本次設計在綜合考慮公稱壓力、公稱直徑工作溫度以及人孔的結構和材料等諸方面因素的情況下，選用回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔。2容器支座的選擇容器支座有鞍式支座、腿式支座、支撐式支座、耳式支座、裙式支座等，用來支撐容器的重量。鞍式支座是應用最廣泛的一種臥式支座。因為本次設計的容器直徑在以上，所以選用輕型鞍座，又因為容器有熱脹冷縮的位移要求，所以應選兩個輕型鞍座分別為固定式和滑動式。2法蘭型式的選擇法蘭連接主要優點是密封可靠、強度足夠及應用廣泛。壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。法蘭設計優化原那么：法蘭設計應使各項應力分別接近材料許用應力值，即結構材料在各個方向的強度都得到較充分的發揮。在考慮到本次儲存的介質為高度毒性介質，所以應選用帶頸對焊法蘭。2.2.5液面計是用以指示容器內物料液面的裝置，其類型很多，大體上可分為：玻璃管液面計、透光式玻璃板液面計、反射式玻璃板式玻璃板液面計、浮標式玻璃板液面計、防霜液面計、磁性液位計等。應為本次設計要成裝毒性為高度介質的容器，所以不能選用玻璃管液面計。又因為要儲存的介質稍有色澤，所以不能選用透光式玻璃板液面計。本次設計的設計高度小于，因而不能選用浮標式玻璃板液面計。本次設計的工作溫度為，所以不能用防霜液面計。綜合上述的內容，結合經濟效益，本次設計選用反射式玻璃板式玻璃板液面計。2保溫層的選擇本次設計中液氯的操作溫度小于，工藝也沒有要求限制熱損失，保溫層的價格比擬貴，保溫層巖棉還有致癌作用，再從經濟效益方面綜合考慮，本次設計決定不涉及保溫層。2視鏡的選擇視鏡用來觀察設備內部物料的工作情況，本次設計選用不帶頸視鏡，因為其結構簡單，不易粘料，有比擬寬的視察范圍。2壓力表的選擇壓力容器上的壓力表的最大量程應與設備的工作壓力相適應。壓力表的量程一般為設備工作壓力的倍，壓力表的使用壓力范圍，應不超過刻度極限的又考慮到液氯是高毒性的介質，所以綜合考慮應選用鉭材料的壓力表，測量范圍為。圖1X型焊接頭2焊接結構設計及焊條的選擇綜合考慮各種因素，針對本次設計儲存的介質是高毒性介質，所以本次設計的殼體A、B類焊接接頭應為X型的如圖1。對應的焊條選用E5016.而對于法蘭與殼體、接管連接的接頭，應采用全焊透接頭，如圖2.對應的焊條選用E5016.對于人孔、補強圈與殼體的接頭選用D類接頭形式，如圖3.對應的焊條選用E5016. 圖2全焊透接頭圖3D類接頭3.計算及結構設計3．1罐體設計3．1．1罐體圓筒高度h因為罐體的設計壓力為1.6MPa，容積為11.6m3，故根據壓力容器的公稱直徑標準GB/9019-2001,預選罐體公稱直徑DN=2000mm封頭容積V1=罐體圓筒體積為V2=V-V1=11.5-2.09=3設罐體圓筒高度為h3．1．2罐體壁厚設計〔1〕厚度計算壁厚根據公式本儲罐最高工作壓力為1.4MPa，儲罐上需要安裝平安閥，故取，；因設備主要材質為，其標號為。預估出壁厚度，根據課本附錄6查得時的；〔雙面焊對接頭，100無損檢測，課本表12-8〕取C2=2mm，于是：設計厚度根據，由?化工設備機械根底?中表12-9查得名義厚度圓整量=13.8+0.25+圓整量圓整后，取名義厚度為復驗：所以鋼板厚度負偏差可以忽略不計。該塔體用15mm厚的鋼板制作。校核水壓試驗強度根據液體試壓公式：式中那么而可見所以水壓試驗強度足夠3．2封頭厚度設計采用標準橢圓形封頭計算封頭厚度厚度計算公式〔整板沖壓成型〕于是同前故圓整后取確定選用厚的鋼板制作封頭〔2〕校核罐體與封頭水壓試驗強度根據公式式中：而因為，所以水壓試驗強度足夠。3.3鞍座設計首先粗略計算鞍座負荷儲罐質量式中：——罐體質量——封頭質量——液氯質量——附件質量罐體質量;;的筒節封頭質量;直邊高度的標準封頭，其質量液氯質量其中，裝量系數取0.9〔?容規?規定：介質為液化氣體的固定式壓力容器，裝量系數一般取0.91。由?某些無機物重要物理性質表?查得，液氯的密度為。附件質量人孔質量由?回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔尺寸表?查得，本次設計所用人孔的總質量為，其他接管等質量總和按計，于是，。儲罐總質量每個鞍座只承受93.2KN負荷，根據附錄12可以選用輕型帶墊板，包角為的鞍座，即鞍座鞍座3.4人孔并核算開孔補強密封面的選擇由于本次設計的介質是高度危害的，所以密封面應選擇墊片容易裝正，而且緊固螺栓時也不會向外擠出，密封性能還要好的密封面。又考慮到榫槽密封面的結構較為復雜，加工較為困難，更換墊片時要從榫槽中取出舊墊片比擬費時，密封面上的榫頭容易破壞，而且本錢較高，所以本次設計采用凹凸法蘭密封面〔MFM〕.人孔的設計由前面的設計局部可知，本次設計的儲罐其最高工作壓力為，考慮到人孔蓋的直徑較大、較重，結合本次設計的具體實際，并且根據現行的人孔設計標準?鋼制人孔和手孔?，本次設計采用回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔。該人孔標記為：3核算開孔補強〔1〕判斷是否需要開孔補強按GB150規定，殼體開孔接管公稱直徑小于或等于可不另行補強，但本次設計人孔的公稱外徑為，所以進行補強圈補強。〔2〕判斷本次設計是否符合?補強圈?本次設計：a)容器設計壓力b)容器設計溫度c)容器鋼材的標準抗拉強度下限d)殼體開孔處的名義厚度e)補強圈厚度所以補強圈的設計標準可用?補強圈?〔3〕開孔補強計算由于人孔的筒節不是采用無縫鋼管，故不能直接選用補強圈標準。本次設計所選用的人孔筒節的公稱直徑為，查?回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔尺寸表?得為，。1〕圓通開孔所需的補強面積a)強度消弱系數由?鋼板許用應力表?可知厚度為厚度的低合金鋼在時的。由?鋼管許用應力表?可知厚度為厚度的低合金鋼在時的。代入強度消弱系數計算公式得b)接管的有效厚度由接管壁厚附加量公式式中：鋼管厚度負偏差腐蝕裕量厚度將以上數據代入公式得將以上數據代入接管有效厚度計算公式得c)開孔直徑根據開孔直徑計算公式，代入具體數據的d)圓柱開孔所需補強面積根據圓柱開孔所需補強面積計算公式：式中：開孔直徑圓筒計算厚度接管有效厚度強度消弱系數將以上數據代入公式得：2〕有效補強范圍內的補強面積a)有效補強范圍內的寬度有效不強范圍內的寬應取和二者中的較大值，其中、，顯然，所以。b)有效補強范圍的外側高度有效補強范圍的外側高度應取和接管實際外伸高度二者中的較小值，其中，接管實際外伸高度為。顯然小于接管實際外伸高度，所以。c)有效補強范圍的內側高度有效補強范圍的內側高度應取和接管實際內伸高度二者中的較小值，其中，接管實際內伸高度本次設計為，顯然接管實際內伸高度小于，所以接管實際內伸高度，及。d)殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積根據公式式中：有效補強范圍內的寬度殼體有效厚度圓筒計算厚度接管有效厚度強度消弱系數將以上數據代入公式得e)接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積根據公式式中：有效補強范圍的外側高度有效補強范圍的內側高度接管有效厚度接管計算厚度強度消弱系數將以上數據代入公式得f)焊縫金屬面積由于本次設計的儲罐是存放有毒介質的，所以選用D類接頭形式進行焊接，因此對應的，所以。g)有效補強范圍內的補強面積根據公式代入具體數值的3〕補強圈的選取因為，所以需要另加補強，其補強面積，代入具體數據得由于本次設計的儲罐是存放有毒介質的，所以選用D類接頭形式進行焊接，因而，查表?規定的補強圈尺寸系列?應選用的補強圈厚度為，再根據補強材料一般與殼材料相同，確定補強圈為：液面計的設計由本設計書結構選擇與論證局部的內容可知，本次設計選用反射式玻璃板式玻璃板液面計。標準選用，長度為接口管的設計本次設計的液氯儲罐設有以下管接口。液氯進口管采用無縫熱軋鋼管〔管壁加厚，具有補強作用〕，為方便液氯進入，管的一端伸入罐中并切成，接管外伸高度為，內伸高度為，由于儲存的介質為高毒性介質，所以法蘭應為：法蘭液氯出口管采用無縫熱軋鋼管〔管壁加厚，具有補強作用〕，接管外伸高度為，內伸高度為，由于儲存的介質為高毒性介質，所以法蘭應為：法蘭平安閥接口采用無縫熱軋鋼管〔管壁加厚，具有補強作用〕，接管外伸高度為，內伸高度為，由于儲存的介質為高毒性介質，所以法蘭應為：法蘭壓力表接口采用無縫熱軋鋼管〔管壁加厚，具有補強作用〕，接管外伸高度為，內伸高度為，由于儲存的介質為高毒性介質，所以法蘭應為：法蘭空氣進口管采用無縫熱軋鋼管〔管壁加厚，具有補強作用〕，接管外伸高度為，內伸高度為，由于儲存的介質為高毒性介質，所以法蘭應為：法蘭空氣出口管采用無縫熱軋鋼管〔管壁加厚，具有補強作用〕，接管外伸高度為，內伸高度為，由于儲存的介質為高毒性介質，所以法蘭應為：法蘭液面計接口采用無縫熱軋鋼管〔管壁加厚，具有補強作用〕，接管外伸高度為，內伸高度為，由于儲存的介質為高毒性介質，所以法蘭應為：法蘭各接管相鄰開孔中心的間距為4.符號說明符號