液氯储罐课程设计.docx

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液氯储罐课程设计

西南科技大学城市学院

课程设计说明书

设计题目：

压力容器课程设计

（40m3）液氯储罐的设计

学院、系：

机电工程系

专业班级：

过控0901

学号：

200940258

学生姓名：

秦勇

指导教师：

王忠

成绩：

2011年10月15日

目录

第一章．《过程设备课程设计》指导书2

一．课程设计的性质、目的与任务2

二．程设计的主要内容与要求2

三、课程设计教学的基本要求2

四、课程设计进度与时间安排3

五、课程设计考核4

第二章、课程设计任务书5

第三章、设计计算说明书正文6

3.1.储存物料性质6

3.1.1物料的物理及化学特性6

3.1.2物料储存方式6

3.2.压力容器类别的确定6

3.3.液氯储罐构形的设计计算6

3.3.1储罐筒体公称直径和筒体长度的设计6

3.3.2封头结构型式尺寸的确定7

3.3.3物料进出口管及人孔等各种管口的布置7

3.4.壳体厚度设计及其校核8

3.4.1设计温度T和设计压力P的确定8

3.4.2壳体材料的选择8

3.4.3壳体A/B类焊接接头的设计8

3.4.4壳体厚度设计及其校核8

3.4.5封头厚度设计及其校核9

3.4.6压力试验种类和试验压力的确定9

3.4.7压力试验校核10

3.4.8卧式容器的应力校核10

3.4.8.1液氯储罐的质量计算10

3.4.8.2正常操作和液压试验时跨中截面处的弯矩12

3.4.8.3液氯储罐的应力校核12

3.5零部件设计13

3.5.1支座的设计13

3.5.2人孔的设计及补强圈的计算14

3.5.2.1人孔设计14

3.5.2.2补强圈计算14

3.5.3接口管的设计16

3.5.4.液位计的设计17

3.5.4.1液位计选型17

3.5.4.2液位计接口设计17

3.5.5法兰选择18

3.5.5.C/D类焊接接头设计19

第四章、参考文献20

第五章、结束语21

第一章．《过程设备课程设计》指导书

适用专业：

过程装备与控制工程

教学周数：

2周分数：

2分

一．课程设计的性质、目的与任务

按过程装备与控制工程专业教学计划要求，在学完专业核心课《过程设备设计》后，进行《过程设备课程设计》教学环节，其主要目的是使学生在学习过程设备设计的基础上，进行一次工程设计训练，培养学生解决工程实际问题的能力。

本课程设计的先修课程为：

《过程装备力学基础》，《过程装备制造技术》，《工程材料》

二．程设计的主要内容与要求

本课程设计以化工生产中的单元过程设备为主，包括：

塔、换热器、反应器、储罐等设备的设计。

设计条件由工艺人员提供工艺条件、设备的初步选型及轮廓尺寸。

1.课程设计的主要内容

1.1设备的机械设计

1.1.1设备的结构设计

1.1.2设备的强度计算

1.2.技术条件的编制

1.2.1总装配图技术条件

1.2.2零部件技术条件

1.3绘制设备总装配图及零部件图

1.4编制设计说明书

2.课程设计要求

学生应交出的设计文件

2.1设计说明书一份

2.2总装配图一张（1号图纸）

三、课程设计教学的基本要求

（一）教学的基本要求

1．课程设计是一次综合应用所学知识的实际训练环节，要求学生独立完成

2．课程设计实行指导教师负责制，指导教师根据本教学大纲制定课程设计任务书、指导书；准备设计所需要的有关设计资料；安排设计进度及其答疑时间；指导学生完成设计任务。

学生在教师指导下应独立、按时完成课程设计任务书所规定的全部内容和工作量；

（二）课程设计的能力培养要求

1．巩固、灵活运用本课程基础理论知识

2．通过课程设计，培养学生

（1）国家、专业标准及规范熟悉、使用能力；

（2）分析、综合解决实际工程问题能力；

（3）计算机综合应用能力；

（4）对过程装备工程概念的理解能力；

（5）综合素质、创新意识及创新能力。

（三）课程设计的规范性要求

课程设计报告由设计说明书和设计图纸组成。

1．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。

2．设计说明书内容完整，言简意赅，书面整洁，字迹工整。

设计计算说明书文体包括：

课程设计任务书、目录、摘要、正文、参考文献、附录等

说明书一般以前言开始，以下为正文，正文要分章、节。

每一章要另起一页。

章用1位数表示，节用2位数表示，小节用3位数，序数可用加括弧或半括弧的数字，也可用外文字母表示，两位以上的节号数字间要加点号，章节居中，序数后退2格开始。

四、课程设计进度与时间安排

序号

内容

天数

备注

1

布置任务、讲课和查阅有关资料

1

2

工艺设计/机械设计（结构设计）

1.5

可安排参观

3

机械设计（强度计算）

及技术条件编制

1.5

4

设计图纸绘制

4

包括草图绘制

5

撰写设计说明书

1

6

质疑及成绩评定

1

五、课程设计考核

（一）每个学生交一份课程设计报告，内容包括：

设计图纸（折合A1图纸）1张、设计说明书一份。

（二）对学生设计内容质疑。

质疑时间，每人10分钟左右。

（三）成绩评定，依据学生在课程设计阶段的基本能力、工作能力、工作态度、设计进度；完成设计任务的独立性、创新性；设计说明书与图纸（论文）的质量及答辩情况。

其中平时表现（出勤率、工作态度、完成设计任务的独立性）占10%、设计说明书占30%、图纸占40%、质疑成绩占20%四部分组成。

课程设计成绩按优、良、中、及格、不及格五级划分。

（四）学生应严格遵守纪律，设计期间一般不准请假，确因特殊情况，必须请假；凡随机抽查三次不到，评定成绩降低一级；累计缺勤时间达到或超过全过程的1/5者，取消质疑资格，按“不及格”处理，不记该实践环节的学分。

第二章、课程设计任务书

题目：

40液氯储罐设计

设计条件表

序号

项目

数值

单位

备注

1

最高工作压力

1.5

MPa

由介质温度确定

2

工作温度

-10-50

℃

3

公称容积（）

40

4

装量系数（）

0.9

5

工作介质

液氯

6

使用地点

室外

第三章、设计计算说明书正文

3.1.储存物料性质

3.1.1物料的物理及化学特性

液氯的主要组成是，在主要温度下，其液化气饱和蒸汽压和饱和密度见表3-1：

表3-1

温度℃

-20

20

40

50

饱和蒸汽压MPa

0.082

0.565

1.027

1.303

饱和液密度kg/

1528

1406

1342

1307

液氨是有毒液体，属高度危害介质。

3.1.2物料储存方式

本储罐的使用条件在室外，介质在储存过程中对温度没有严格要求，故本次设计可选用液氯的常温常压的储存形式。

3.2.压力容器类别的确定

液氯是有毒液体，属于高度危害介质，结合后面，其工作压力为1.303MPa，故液氯储罐属中压容器，根据《压力容器安全技术监察规程》，该液氯储罐为第三类容器。

3.3.液氯储罐构形的设计计算

3.3.1储罐筒体公称直径和筒体长度的设计

由设计要求知公称容积＝40，

假使筒体公称直径与筒体长之比为＝3.则由L＝40计算得=2571mm.可向上圆整至=2600mm.

查表3-1，可知封头的公称直径为DN=2600mm,此时封头体积为＝2×2.5131＝5.0262

则筒体所占容积为＝40-5.0262=34.9738

计算得L=6591mm,可取L=6600mm

则储罐实际体积为V＝＝2×2.5131+××6.6=40.04976

误差分析×100％﹦0.13％

所以可确定筒体公称直径为DN＝2600mm，筒体长度为L=6600mm；

3.3.2封头结构型式尺寸的确定

由上边计算知筒体公称直径DN＝2600mm，而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JB／T4746－2002，可选用标准椭圆封头的公称直径DN＝2600mm，总深度H＝690mm，内表面积＝7.6545，容积V＝2.5131，结合后面的计算。

其标记为：

EHA2600×14—Q345JB/T4746—2002

图3-1椭圆形封头

3.3.3物料进出口管及人孔等各种管口的布置

结合设计要求知

所需管口有：

液氯进口管、液氯出口管、安全阀接口、液位计接口2个、空气进口管、空气出口管、人孔。

根据实际，除液位计接口外可将管口布置在筒体上方，从左到右依次为：

液氯进口管、液氯出口管、安全阀接口、压力表接管口、空气进口管、空气出口管；液位计接口设在左侧封头上

3.4.壳体厚度设计及其校核

3.4.1设计温度T和设计压力P的确定

设计温度不得低于远近金属在工作状态可能达到的最高温度，由于液氯储罐常置于室外，罐内液氯温度和压力直接受大气温度的影响，通过查阅绵阳地区一些气象资料知，该地区夏季最高气温不超过45℃，冬天最低气温一般不超过-10℃，则取其工作温度为-10~50℃

压力为=1.303MPa,考虑到有安全故取储罐设计温度为50℃，在50℃下，液氯的饱和蒸汽压为=1.303MPa,所以其工作阀，取安全阀开启压力=1.1=1.1×1.303=1.433MPa.设计压力P不低于安全阀的开启压力，故取设计压力为P=1.5MPa

3.4.2壳体材料的选择

由于纯液氯的腐蚀性小，壳体材料可选用一般钢材，但由于压力较大，使用温度又在50℃以下.根据《过程装备基础》中附录2钢板许用应力表的使用条件，应可以考虑Q245、Q345这两种钢种，如果纯粹从技术角度看，建议选用Q245的低碳钢板，Q345的钢材价格虽比Q245贵，但在制造方面，可以显著减小设备重量、降低制造成本，同时给设备的运输和安装也有很大的方便，两者相比，Q345钢板较为经济，所以在此选择Q345钢板作为制造筒体和封头材料。

3.4.3壳体A/B类焊接接头的设计

封头与圆筒连接属A类焊缝，采用双面对接焊焊接接头形式。

接头坡口设计形式为X形，100％无损检测。

3.4.4壳体厚度设计及其校核

计算压力包括设计压力和液柱静压力，但对于卧式容器，液柱静压力一般小于5%设计压力，故可不予考虑液柱静压力，可取计算压力＝P＝1.5MPa。

假设筒体设计选用6～16mm厚度的Q345。

查《过程装备基础》附录2知，在50℃下其许用应力＝170MPa。

计算厚度

式中，――计算压力，MPa；

――圆筒内直径，mm；

――壳体材料在设计温度下的许用应力，MPa；

――圆筒的焊接接头系数，＝1.0。

故设计壳体的计算厚度＝=11.52mm,上述假设成立

根据GB3531，负偏差＝0.3mm,腐蚀裕量＝1.5mm,厚度附加量＝1.8mm，故名义厚度取14mm，有效厚度＝＝12.2mm

3.4.5封头厚度设计及其校核

本设计选用标准椭圆形封头，其计算厚度公式为

式中，――计算压力，MPa；

――封头公称直径，mm；

――封头材料在设计温度下的许用应力，MPa；

――封头的焊接接头系数，＝1.0。

故设计封头的计算厚度＝=11.50mm,上述假设成立

根据GB3531，负偏差＝0.3mm,腐蚀裕量＝1.5mm,厚度附加量＝1.8mm，故名义厚度取16mm，有