16M³液氯储罐课程设计.doc
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1、摘要 化学名称:液态氯 氯气的分子量为 70.91 ,黄绿色有刺激性气味的气体,并且为有毒气体。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,是一种强烈的刺激性气体。它对人体、环境都有很强的危害,因此液氯的存储、运输都是一个值得深思的问题。设计储存设备,首先必须满足各种给定的工艺要求,考虑存储介质的性质、容量、钢材的耗费量等等。而且液化气体必须考虑它的膨胀性和压缩性,液化气体的体积会因温度的改变而变化,所以必须严格控制储罐的充装量(指
2、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)。目前我国普遍采用常温压力贮罐一般有两种形式:球形贮罐和圆筒形贮罐。因为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。最后,根据本地地理位置和气候特征,用我们所学的过程设备设计课本上的知识,设计一个16m3的液氯卧式储罐。 第一章 设备的工艺设计1.1 存储量盛装液化气体的压力容器设计存储量式中:W储存量,t; 装量系数; V压力容器容积; 设计温度下的饱和溶液的密度,;根据设计条件=1.2 设备的选型及轮廓尺寸因为圆筒形贮罐加工制造安装简单,安装
3、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。假设筒体的公称直径DN=1700mm则筒体长度6.436m6.436/1.7=3.785(在3-6范围内)圆整得: 6.5/1.7=3.834m2所以,筒体的公称直径,长度第二章 设备的机械设计2.1 设计条件的确定2.1.1 设计压力的确定 液氯储罐的工作温度-2050,故由压力容器介质手册查的,在50温度下的绝对饱和蒸汽压为1.430MPa。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1.051.10倍,所以设计压力P=1.1(1.430-0.1)=1.463MPa,水
4、压试验时的压力P=1.25P=1.251.463=1.829MPa,根据过程设备设计,在容器设计选用零部件时,应选用设计压力相近且稍高一级的公称压力,故公称压力2.1.2 设计温度的确定 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况下,设定元件的金属温度。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。所以设计温度选择为50。液化气体饱和蒸汽压及饱和液密度温度-15103050饱和蒸汽压MPa(绝压)氯0.2170.48608431.430饱和液密Kg/m3氯15111441137713072.1
5、.3设计条件表项目内容备注工作介质液氯工作压力 MPa1.430设计压力 MPa1.463工作温度 -2045设计温度 50公称容积()m316计算容积()m316.146工作容积()m314.53装量系数f0.9介质密度()t/m31.307保温要求无保温设施其它要求2.2 设备的结构设计2.2.1 筒体和封头的结构设计1. 筒体筒体的公称直径,长度2.封头封头的公称直径必须与筒体的公称直径相一致,且中低压容器经常采用的封头型式是标准椭圆形封头。故根据GBT251982010,可选用标准椭圆封头的公称直径DN1700mm,总深度H450mm,容积V0.6999。 椭圆形封头2.2.2 接管的
6、设计由化工工艺设计手册查得常用介质流速推荐值:液氯流速为0.8m/s,压缩空气的流速为12m/s,根据该数据设计个各接管尺寸:(1)液氯进口管与法兰设计取液氯进口管与筒体环焊缝距离为500mm,入筒体的长度为1500mm。要求DN=50,取管伸出筒外长度150mm。选材20钢。(2)液氯出口管与法兰设计按照无补强要求:两管口中心线间距不得小于两孔直径之和的两倍,取间距为250mm。要求DN=50,取管伸出筒外长度150mm。距筒体底部的长度为200mm。液氨出口接管的PN为2.5MPa选用的材料为20钢。(3)空气进口与空气出口设计由实际要求得:空气进口的DN为50mm,空气出口的DN为50m
7、m空气进口与空气出口间的距离为250 mm,外伸高度为150mm,内伸高度为0;同理可取等级压力为2.5MPa,空气进口的材料选用20钢。(4)安全阀接口管设计安全阀接口管设计要求的公称通径为80mm, 接口管伸出筒体外均为150mm,取等级压力2.5MPa,选用材料20钢。 (5)压力表接管设计根据设计要求得:选用的公称通经为DN20mm压力表接管伸出筒体长度为158mm压力表接管的等级压力为2.5MPa选用的材料(6)液位计接口的设计根据设计要求得:选用的公称通经为DN20mm压力表接管伸出筒体长度为150mm压力表接管的等级压力为2.5MPa选用的材料(7)排污口接管设计排污管入筒体的长
8、度为0mm。要求DN=50,取管伸出筒外长度100mm。选材20钢。(8) 接管尺寸表用途公称直径DN外径壁厚伸出筒体长度伸入筒体长度理论质量液氯进口管50578.515015001.6液氯出口管空气进口管50571115001.2空气出口管液位计2025515001.2安全阀20251115001.2压力表2025515801.2排污口50571110001.6 管口表符号ITEM公称尺寸N.SIZE公称压力PN连接标准CONNECT.STD法兰型式TYPE密封面形式FACING用途或名称SERVICE设备中心线至法栏面距离/mmh202.5HG20592WNFM液位计接口见图d502.5H
9、G20592WNFM液氯进口管1198a502.5HG20592WNFM液氯出口管1198e502.5HG20592WNFM空气进口管1198b502.5HG20592WNFM空气出口管1198g502.5HG20592WNFM安全阀接口1198c252.5HG20592WNFM压力表接口1198f5002.5人孔i502.5HG20592WNFM排污口11982.2.3接管法兰设计压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类HG-20660-2000得:液氯的毒性为高等危害,故采用带颈对焊法兰,密封面为凹凸面,带加强环的缠绕式垫片和专用级紧固件结合。,查得最大允许工作压力为2.25MPa,查
10、得20钢(50) 由HGT 20592-2009钢制法兰垫片紧固件表PN2,5带颈对焊钢制管法兰设计:(1)液氯进出口法兰设计选用带颈对焊法兰(WN),凹面密封面(),设计压力为2MPa,取公称压力2.5MPa,选材16MnR。(2)空气进出口法兰设计选用带径对焊法兰(WN),凹面密封面(),公称压力2.5MPa,选材16MnR。(3)压力表接口法兰设计选用带径对焊法兰(WN),凹面密封面(),等级压力2.5MPa,选材16MnR。(4)安全阀接管法兰设计选用带径对焊法兰(WN),凹面密封面(),等级压力2.5MPa,选材16MnR。(5)液面计接管法兰设计法兰的密封面形式凹面(FM)法兰垫片
11、采用柔性石星垫片采用16个螺栓16个垫圈,采用16MnR。各接管法兰尺寸查表HG/T 2059220635-2009得: 法兰尺寸示意接管法兰尺寸序号接管法兰公称直径DN焊接外径A1连接尺寸法兰厚度C法兰颈法兰高度H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(个)螺栓ThNSH1Ra液氯出口管5057165125184M1620758.58652b空气出口管5057165125184M162075118652c压力表接口202510575144M12184056440d液氯进口管5057165125184M1620758.58652e空气进口管5057165125184M162075
12、118652g安全阀接口5057165125184M162075118652h液面计接口202510575144M12204056440i排污口50571651252.2.4 人孔的结构设计1.密封面的选择由于本次设计的介质是高度危害的,所以本次设计采用凹凸法兰密封面(MFM)。2.人孔的设计本次设计的储罐设计压力为1.463MPa,根据钢制人孔和手孔,采用回转盖带颈对焊法兰人孔。该人孔标记为:人孔(W.D-2222) A 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DNdwSdDD1H1H2bMFM2.55005301250673066028012344b1b2ABLd0螺柱螺母
13、螺柱总质量数量直径长度4348405200300302040M3321703022.2.5 支座设计 1.支座的选择该卧式容器采用双鞍式支座,材料选用Q235-A。当头体内为液氯时估算鞍座的负荷: 储罐总质量筒质量量单个封头的质量: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:,附件质量:人孔质量为604kg,其他接管和法兰质量总和估=5.23.48+1.61.63=5.76kg=35+13=18kg=604+5.76+18=627.76kg综上所述, kg每个鞍座承受的重量为m=251.94kN由此查JB4712.1-2007容器支座,选
14、取轻型,焊制为A,包角为120,有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表 鞍式支座结构尺寸 单位:mm公称直径DN允许载荷Q /kN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1l3b2b3170027525012002001282751702408垫板螺栓配置鞍座质量kg增加100mm高度增加的质量/kg弧长b4e间距l2螺孔d螺纹孔长l1990390870104020M1640122122.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=0.2(L+2h),A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标
15、准椭圆封头,有故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。若支座靠近封头,则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还规定当满足A0.2L时,最好使A0.5R m ,取A=425mm综上有:A=425鞍座标记为: 2.2.6 焊接结构设计综合考虑各种因素,针对本次设计储存的介质是高毒性介质,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 V型焊接接头图8.2 接管与筒体的接头补强圈接头形式2.2.6 附件设计1.垫片的选择 因为使用压
16、力PN=2.5MP,而且工作温度不是太高,液氯的腐蚀性可以忽略,而且该密封属于静密封,所以垫片选用石棉橡胶垫片即可满足要求,查HG/T 20606-1997钢制管法兰用非金属平垫片,得: 金属包覆垫片凹凸面法兰用MFM型垫片尺寸表符号管口名称垫片厚度公称直径内径D1外径D2d液氯进口1.5506187g安全阀口1.5506187e空气进口1.5506187b空气出口1.5506187c压力表口1.5202750h液位计口1.5202750a液氯出口1.5506187I排污口1.55061872.连接件的选择查HG 20613-97 钢制管法兰用紧固件得螺柱的长度和平垫圈尺寸:管法兰紧固件尺寸符
17、号公称直径螺纹螺柱长紧固件用平垫圈 mmhd50M169017303g50M169017303e50M168517303b50M168517303c20M127013242.5h20M127013242.5a50M169017303i50M1685173033.液位计于此储罐介质温度在太原地区随四季温度的变化而变化,最低-20,最高48,密度黏度也随之变化,又根据需要满足筒体内径DN=1700,公称压力PN=2.5其他的液位计均不符合要求,所以本次设计采用磁性液位计,普通型,压力等级为2.5 MPa。根据实际要求,选用液位计的长度为600mm HG/T 21584-95 UZ 2.5M-200
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