中北大学课程设计说明书学生姓名：学号：学院：机械与动力工程学院专业：题目：（50）M3液氯储罐设计指导教师：职称:2014年06月16日中北大学课程设计任务书2013/2014 学年第二学期学院：机械与动力工程学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：（50）M3液氯储罐设计起迄日期：课程设计地点：校内指导教师：基层教学组织负责人：下达任务书日期: 2014年06月16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 1.466 MPa 由介质温度确定4 工作温度-20～45 ℃5 公称容积（V g）50 M36 工作压力波动情况可不考虑7 装量系数(υV) 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a DN65 HG20595-1997FM液氯进口管b DN50 HG20595-1997FM安全阀接口c DN500 HG/T21523-2005FM人孔d DN50 HG20595-1997FM空气进口管e DN50 HG20595-1997FM空气出口管f DN25 HG20595-1997FM压力表接口g DN20 HG20595-1997FM液位计接口h DN65 HG20595-1997FM液氯出口管课程设计任务书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] 国家质量技术监督局，GB150-1998《钢制压力容器》，中国标准出版社，1998[2] 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，1999[3] 全国化工设备设计技术中心站，《化工设备图样技术要求》，2000，11[4] 郑津洋、董其伍、桑芝富，《过程设备设计》，化学工业出版社，2001[5] 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，2002[6] 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，1996[7] 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）草图一张（A1图纸一张）3）总装配图一张 (A1图纸一张)；6．工作计划及进度：2014年06月16日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤06月17、18、19、20日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制06月21日～06月24日：设计图纸绘制（草图和装配图）06月25日～06月26日：撰写设计说明书06月27日：答辩及成绩评定基层教学负责人审查意见：签字：年月日目录第一章工艺设计1.1存储量 (1)1.2设备的选型及轮廓尺寸 (1)第二章机械设计2.1结构设计2.1.1筒体及封头设计材料的选择 (2)壁厚的设计计算 (4)2.1.2接管及接管法兰设计接管法兰的选择 (4)垫片的选择 (6)螺栓的选择 (6)人孔的选择 (7)视镜的选用 (9)液面计的选用 (9)安全阀的选用 (9)支座结构设计及位置的确定 (9)焊接接头的设计 (12)2.1.3核算开孔补强 (13)2.1.4总体布局 (15)2.1.5焊接结构设计及焊条的选择 (15)2.2强度校核 (17)参考文献 (29)第一章 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t V W ρφ=式中：W ——储存量，t ； φ——装载系数； V ——压力容器容积；t ρ——设计温度下的饱和溶液的密度，3m t；将数据代入得到W=υV ρt =0.9*50*1.314=59.13t1.2 设备的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 π/4*D i 2L=Vg （1+5％）； 其中V g =50m 3 ， 取 L/D i =4 得D i =2556.6mm,圆整得D i =2600mm.查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1 EHA 椭圆形封头内表面积、容积，如下表： EHA 椭圆形封头内表面积、容积序 号 公称直径 DN （mm ） 总深度 H （mm ） 内表面积 A （m 2） 容积 V （m 3） 3126006907.65452.5131由Vg=V封头+V筒体则：50*1.05=π/4*D i2*L+2V封计算得L=8941.6mm，取L=9000mm在3＜3.46＜6，设计合理计算容积V计=π/4*D i2*L+2V封=52.81m3工作容积V g=υV计=0.9×52.81=47.529m3直边段高度为690-2600/4=40mm第二章机械设计2.1 结构设计2.1.1筒体及封头设计.材料的选择设计温度系指容器在正常操作情况下，在相应设计压力下，设定受压元件的金属温度，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度，对于0°C以下的金属温度，则设计温度不高于元件金属可能达到的最低金属温度，容器的设计温度是指壳体的设计温度，可知器设计温度选取的依据：其值不得低于最高金属温度或不得高于最低金属温度（0°C以下），最高工作温度为45°C，则设计温度取50°C。
根据液氯的物性选择罐体材料，碳钢对液氯有良好的耐蚀性腐蚀率，且又属于中压储罐，根据GB150-2011，选用筒体和封头材料为Q345R（钢材标准为GB713）。
假设厚度范围在3~16mm之间，50℃时的许用应力[σ]t=189Mpa 。
Q345R适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性,壁厚较大（≥8mm）的压力容器。
根据GB713-2008中规定，厚度负偏差C1取0.25mm，.壁厚设计计算I.设计压力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1.05——1.10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。
T=50℃时，根据《压力容器介质手册》可得液氯的密度是1314kg/m³，饱和蒸汽压Pv=1.414MPa，大气压Pa=0.1Mpa 。
液氯在50℃是的饱和蒸汽压为1.414 Mpa，由于按《压力容器安全技术监察规程》规定，盛装液化气体无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气50℃时的饱和蒸汽压力Pv=1.414Mpa，大气压Pa=0.1Mpa。
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1.05——1.1倍，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可取液氯容器的设计压力为最大工作压力的1.1倍。
即：设计压力：P设=1.1*Pv=1.1*(1.414-0.1) =1.466 Mpa公称压力选1.6MPa。
液柱静压：P设 =ρgD i=1314*9.8*2.7=0.035＜5%*P设所以忽略液柱静压力计算压力：Pc=P设=1.466MpaⅡ.焊接接头系数φ本次液氯储罐的设计采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头，100%无损检测，所以 1.0φ=。
Ⅲ.内压容器的计算厚度1）筒体厚度根据GB150-2011可知Q345R的许用应力[σt]=189Mpa圆筒厚度：δ=P c D i/(2[σt] υ-P c) = 10.1228mm液氯有强的腐蚀性，所以取腐蚀余量C2=4mm，厚度负偏差C1=0.25mm 设计厚度：δd=δ+ C2=14.1228mm名义厚度：δn=δd+0.25=14.3728mm 圆整至16mm有效厚度：δe=δn-C1-C2=11.75mm2）封头厚度封头厚度：δ=KP c D i/(2[σt] υ-0.5P c)=10.103mm K=1设计厚度：δd =δ+C2=14.103mm名义厚度：δn =δd +0.25=14.353mm 圆整至16mm有效厚度：δe =δn–C1-C2=11.75mm2.1.2接管及接管法兰设计1）接管和法兰的选择法兰简图如图所查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表8.2 3-1 PN10带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。
查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-3PN10法兰的质量,得各法兰的质量。
查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM （凹凸面密封）。
接管和法兰尺寸序号名称公称直径DN钢管外径法兰焊端外径法兰外径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Th法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量N S H1Ra 液氯进口管65 76B185145184M1620 92 2.9106483.74b 安全阀接口50 57B 165 125 18 4 M16 20 74 2.9 8 5 48 3.11c 人孔500 530B 715 650 33 20 M30*2 34 546 11 16 12 90 70.7d 空气进口管50 57B 165 125 18 4 M16 20 74 2.9 8 5 48 3.11e 空气出口管50 57B 165 125 18 4 M16 20 74 2.9 8 5 48 3.11f 压力表接口25 32B 115 85 14 4 M12 16 46 2.6 6 4 40 1.26g 液位计接口20 25B 105 75 14 4 M12 16 40 2.3 6 4 40 1.05h 液氯出口管65 76B185145184M1620 92 2.9106483.742）垫片的选择查HG/T 20609-2009《钢制管法兰用金属包覆垫片》得：垫片尺寸表符号管口名称公称直径内径D1 外径D2a 液氯进口管65 97.5 127b 安全阀接口50 77.5 107c 人孔500 561 624d 空气进口管50 77.5 107e 空气出口管50 77.5 107f 压力表接口25 54 71g 液位计接口20 45.5 61h 液氯出口管65 97.5 127注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T 3880，代号为L3。