DN1200液氯卸車緩沖罐設計【壓力密閉容器】,壓力密閉容器,DN1200液氯卸車緩沖罐設計【壓力密閉容器】,dn1200,卸車,緩沖,設計,壓力,密閉,容器 分 類 號 密 級 寧 DN1200 液氯卸車緩沖罐設計 所 在 學 院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指 導 老 師 2014 年 03 月 20 誠 信 承 諾 我謹在此承諾：本人所寫的DN1200 液氯卸車緩沖罐設計均系本 人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋， 若有不實，后果由本人承擔。 承諾人（簽名）： 2014 年 03 月 20 日 摘 要 壓力容器是是指在承受一定壓力的密閉容器，DN1200 液氯卸車緩沖罐作為 壓力容器的一種，主要用于在液氯槽車裝卸液氯時，在裝置與槽車間起緩沖和 平衡壓力的中間設備。本文扼要介紹了液氯緩沖罐的特點及在工業(yè)中的應用和 發(fā)展，詳細的闡述了液氯緩沖管的結構及強度設計計算及校核。 本文主要依據(jù)課題任務書及壓力容器設計手冊，并應用了相關設計軟件校 核參數(shù)，對容器進行強度的校核計算，大大提高了設計效率。設計時綜合考慮 結構設計需要，選用經(jīng)濟的結構形式，同時滿足制造、檢修、裝配、運輸和維 修等技術要求；強度計算的內容包括筒體材料，確定主要結構尺寸，滿足強度、 應力等技術要求，根據(jù)設計壓力確定壁厚，是液氯緩沖罐有足夠的腐蝕裕度， 從而使設計結果達到最優(yōu)化組合。 關鍵詞：液氯緩沖管，結構設計，強度設計，補強計算 Abstract Pressure vessel is refers to under certain pressure airtight container, DN1200 liquid chlorine unloading buffer tank as a kind of pressure vessel, it is mainly used for the liquid chlorine tank lorry loading liquid chlorine, buffer and a balance between the device and tank pressure in the middle of the equipment. This paper briefly introduces the features of liquid chlorine buffer tank and the application in the industry and the development, detailed elaborated the liquid chlorine buffer tube structure and strength design calculation and checking. In this paper, according to the project specification and the pressure vessel design manual, checking parameters, and application of the relevant design software to strength check calculation of containers, greatly improve the design efficiency. Design considering structural design needs, choose the structure of the economy, at the same time meet the manufacture, maintenance, assembly, transportation and maintenance and other technical requirements; Strength calculation including the content of the cylinder material, determine the main structure size, satisfy the strength, stress and other technical requirements, according to the design pressure to determine the wall thickness, is the corrosion of liquid chlorine buffer tank has enough margin, so that the design results of optimizing combination. Key Words: Liquid chlorine buffer tube, structure design, strength design , reinforcement calculation 目 錄 第一章 緒 論 .1 1.1 氯氣的特性及影響設計因數(shù) .1 第二章 緩沖罐在液氯卸車中的作用 .2 2.1 液氯的應用和運輸 .2 2.1.1 液氯消毒的應用 .2 2.1.2 液氯槽車的充裝 .2 2.1.3 液氯運輸?shù)娘L險 .3 2.2 緩沖罐的作用和特點 .3 第三章 緩沖罐結構設計 .5 3.1 圓筒的設計 .5 3.2 封頭設計 .6 3.2.1 若采用標準橢圓形封頭 .6 3.2.2 若采用標準蝶形封頭 .7 3.3 支腿的設計 .8 3.4 支承式支座強度校核（標準支座 JB/T4712.4-2007） .9 3.5 容器法蘭設計 .10 3.6 接管設計 .11 第四章 強度校核 .15 4.1 內筒上封頭內壓計算 .15 4.2 內筒下封頭內壓計算 .16 4.3 窄面整體(或帶頸松式)法蘭計算 .17 結束語 .19 參考文獻 .20 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 0 第一章 緒 論 1.1 氯氣的特性及影響設計因數(shù) 氯是一種非?；顫姷姆墙饘僭兀泻軓姷穆然?，氯氣和水反應生成生成次氯酸和鹽酸。次 氯酸、鹽酸對鋼最容易產(chǎn)生電化學腐蝕，因此直接影響到容器的使用壽命，這就是我們使用普通碳 鋼制作液氯鋼瓶，罐車、儲罐、緩沖罐時要嚴格控制其含水量的原因。在盛裝氯的容器中，同時存 在著氣態(tài)和液態(tài)的兩相并存。容器內部壓力就是氯的飽和蒸汽壓，這就要求在氯氣容器的設計壓力 上要考慮在操作溫度下氯氣的飽和蒸汽，根據(jù)規(guī)定再確定出設計壓力。在設計中要充分考慮氯氣毒 性的高度危害，設計的容器不能有一點泄露隱患。在容器的結構設計，焊縫的焊接技術要求，焊縫 的探傷檢查，設計壓力的選取等，都要在設計上給予安全保證。 本畢業(yè)設計論文的內容是液氯緩沖罐，其設計分析包括圓筒的設計、封頭設計、支腿的設計、 容器法蘭的設計、接管設計。其中以結構設計最為重要，液氯緩沖罐為內壓容器（PN=0.5MPa） ，綜 合各種因素得出結論：本罐設計三個接管，分別為：進料管 a、出料管 b、排事故接管 c。根據(jù)罐內 氣體液氯的腐蝕性及其它特性來選擇材料，根據(jù)材料的加工性能、檢修清洗的要求等因素決定采用 哪種類型的壓力容器。 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 1 第二章 緩沖罐在液氯卸車中的作用 2.1 液氯的應用和運輸 2.1.1 液氯消毒的應用 液氯是由氯氣進行液化而成的，而氯氣本身具有毒害性，在操作時要特別注意。另外，從化學 角度看液氯是一種純凈物，而漂白粉則是一種化合物。人體中存留太多氯會使細胞癌變，因此，漂 白粉與液氯更多用于工業(yè)廢水消毒。 液氯消毒特點是： (1)處理水量較大時，單位水體的處理費用較低; (2)水體氯消毒后能長時間地保持一定數(shù)量的余氯，從而具有持續(xù)消毒能力; (3)由于加氯法消毒一般要求不少于 30 min 的接觸時間,接觸池容積較大，占地面積大; (4)氯氣是劇毒危險品，存儲氯氣的鋼瓶屬高壓容器，有潛在威脅，需要按安全規(guī)定建氯庫和加 氯間。并且定期清洗接口、連接管等，確保無泄漏和堵塞。 2.1.2 液氯槽車的充裝 （1）液氯槽車充裝前的檢查 a.檢查槽車駕駛員、押運員的有關證件，查看液氯充裝計劃單； b.查看液氯槽車的最大充裝量及槽車罐內的壓力； c.檢查充裝槽車的管道、閥門是否暢通、好用，槽車本身的閥門、壓力表、安全附件是否靈活 好用。 （2）液氯槽車充裝前的準備 a.對接好充裝槽車的氣相、液相管道。 b.槽車內壓力過高，需進行卸壓處理，以免充裝時引起氯氣系統(tǒng)壓力波動：通知氯氫處理、氯 氣液化崗位；槽車內氯氣純度較高時，緩慢打開平衡閥，將氯氣排至原氯系統(tǒng)；槽車內氯氣純 度較低時（用壓縮空氣進行卸車的） ，緩慢打開去廢氯處理的排壓閥門，排至原氯壓力后，關閉 排壓閥。 （3）液氯槽車的充裝 a.緩慢打開平衡閥、液相閥。 b.在充裝的過程中，必須由專人監(jiān)護，及時檢查有無異?，F(xiàn)象及泄漏發(fā)生，觀察槽車內壓力是 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 2 否升高。發(fā)現(xiàn)異常情況，及時處理并匯報。 c.根據(jù)地磅顯示達到計劃充裝量后，關閉充裝閥。 d.打開真空閥，抽掉液氯充裝管及平衡管內剩余的氯氣。 e.拆卸氣相及液相的充裝軟管。 （4）液氯槽車充裝量的檢查及處理 a.液氯槽車的實際充裝量根據(jù)過磅單予以復檢。 b.液氯槽車充裝量不足時，重復 24 進行操作至規(guī)定重量。 c.液氯槽車超裝時按下步驟進行：對接好超裝槽車的液相管道；關閉 1#與 2#鋼瓶充裝磅間的液 氯管道閥門，打開液氯貯槽上的倒氯閥、槽車上的液氯閥；當槽車達到規(guī)定重量后，關閉液氯 貯槽上的倒氯閥、槽車上的液氯閥；打開真空閥，抽掉液氯充裝管及平衡管內剩余的氯氣；拆 卸液相的充裝軟管。 2.1.3 液氯運輸?shù)娘L險 液氯是一種危險化學品,具有急性毒性、腐蝕性、反應性、氧化性和剌激性等特征。在液氯運輸 過程中,誘發(fā)危險事故的因素很多,稍有不慎,極易導致災害,造成人員傷亡和財產(chǎn)損失及生態(tài)環(huán)境的嚴 重破壞。因此,根據(jù)中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標準 HJ / T169 - 2004建設項目環(huán)境風險評價技術 導則的規(guī)定,需要對其運輸過程中存在的環(huán)境風險進行評價。通過分析和預測液氯運輸過程中存在 的潛在危險、有害因素以及可能發(fā)生的突發(fā)性事件或事故引起泄漏所造成的人身安全與環(huán)境影響和 損害程度,提出合理可行的防范、應急與減緩措施以使液氯運輸?shù)氖鹿事?、損失和環(huán)境影響達到可接 受水平。本文從風險識別、風險分析、后果計算、風險管理等幾個方面對液氯運輸過程中可能存在 的風險進行分析與評價。 液氯運輸方式一般分為鐵路運輸和公路運輸。本文以鐵路運輸為例,說明其風險識別因子。鐵路 運輸?shù)闹饕O備為液氯槽車和鐵路設施,槽車易發(fā)液氯泄漏部位主要有槽車的各種閥門(安全閥、截止 閥、角閥、壓力表閥、充裝閥、入孔蓋的墊片、閥門大壓蓋) 和槽車罐體; 鐵路易發(fā)事故的部位有鐵 軌、機車等鐵路運輸設備設施。當液氯槽車和鐵路設施等出現(xiàn)質量缺陷、操作失誤、交通事故、意 外事故和自然災害等情況時,就可能引起液氯泄漏甚至發(fā)生爆炸事故。運輸路線兩側環(huán)境敏感目標如 居民、農(nóng)田等為主要的環(huán)境敏感目標,發(fā)生事故時,將會對其產(chǎn)生影響。 2.2 緩沖罐的作用和特點 由上面其結構可知：當緩沖罐用于系統(tǒng)中時，由于系統(tǒng)壓力比預充氣體的壓力，所以會有一部 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 3 分工作介質進入氣囊內（對隔膜式來講是進入罐體內） ，直到達到新的平衡，當系統(tǒng)壓力再度升高， 系統(tǒng)壓力再次大于預充氣體的壓力，又會有一部分介質進入囊內，壓縮囊和罐體間的氣體，氣體被 壓縮壓力升高，當升高到跟系統(tǒng)壓力一致時，介質停止進入，反之，當系統(tǒng)壓力下降，系統(tǒng)內介質 壓力低于囊和罐體間的氣體壓力，氣囊內的水會被氣體擠出補充到系統(tǒng)內，使系統(tǒng)壓力升高，直到 系統(tǒng)工作介質壓力跟囊和罐體間的氣體壓力相等，囊內的水不再外系統(tǒng)補給，維持動態(tài)的平衡。 緩沖罐按結構可分為隔膜式和氣囊式兩種.。對隔膜式緩沖罐來講，其罐體和隔膜之間預充有一 定壓力的氮氣，氣囊式緩沖罐是罐體可氣囊之間預充有一定壓力的氮氣。 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 4 第三章 緩沖罐結構設計 3.1 圓筒的設計 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 5 a.材料：由于工作介質為液氯（劇毒）以及容器的使用條件，綜合經(jīng)濟等選材料為 16MnR b.壁厚 根據(jù)式（125）計算ctiPD2 設計溫度 T=55 ,設計壓力 0.5MPa， 1200mm， 170 MPa, 345MPa,CMaPc0.1mi80MPat165MPas30 (雙面焊接對接接頭，100%無損檢測，表 128)1.0 于是 1.77mm.280.92165.m 鋼板厚度負偏差 C1 =0.6mm 腐蝕裕量 C2=5mm 根據(jù)有關資料介紹，氯氣緩沖罐車腐蝕率可定為 0.5mm/a,則容器按 10 年考慮使用壽命，腐蝕裕 度確定為 C2=5，一般情況下，容器接管（包括人孔、手孔）的腐蝕裕度應取筒體的腐蝕裕度。 厚度附加量 C1+C2=5.6mm n = + C =7.37mm 圓整后取 mn8 確定選用 厚的 16MnR 鋼板制作罐體 3.2 封頭設計 3.2.1 若采用標準橢圓形封頭 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 6 （1）計算封頭厚度 厚度 按式（1221）計算cticPD5.020.1 于是 1.77m .280.91651.m 5=5.6mm1.4iC 故 7.37mm297. 圓整后取 10mmmn8 確定選用 10mm 厚的 16MnR 鋼板制作封頭 （2）校核罐體一封頭水壓試驗強度 根據(jù)式（1218） ()0.92.5TieStPDc 式中 0.5=0.625MPaMPaPT 1.15 10-0.6-5=4.4mm mCine 4.36081 340MPaMas30 則 170MPaMPaT 2.174.235 而 310.50.9109s 應為 所以水壓實驗強度足度sT. 3.2.2 若采用標準蝶形封頭 （1）計算封頭厚度其厚度按式（1224）計算 2.12mm mPDctiC 49.3215.0165285.02 2.12+5=7.12mm3497.di m 據(jù) 7.12mm7. 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 7 由表 129 查得 mC6.01 則 7.12+0.6=7.72d 98471 圓整后采用 10 厚的鋼板 mn0. （2）校核罐體與封頭水壓試驗強度 根據(jù)式（1218） ()0.92TieSPD 式中 0.5=0.625MPaMPaPT 515.12 4.4mm mCine 4.6091 Mas340 則 PaT170.245. 10MPa0.9.039s 應為 所以水壓試驗強度足夠sT. 兩種型式封頭計算結果比較 封頭型式 厚度/mm 伸度/mm 理論面積/ 2m質量/Kg 制造難易程度 橢圓形 8 228 1.3 115.6 較易 蝶形 10 325 1.66 128.3 較易 表 3.1 由表 3.1 可見，本罐宜采用標準橢圓形封頭 3.3 支腿的設計 首先粗略計算負荷 貯罐總質量 4321mm 式中 ：罐體質量 ：封頭質量 ：液氯質量 附件質量1 34m 罐體質量 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 8 1200mm L=1400mm 的筒節(jié)mDN80mn10 3.14x(1200+10)x10 x1400 x7850=417.6kg13.4(8)378502.iL Kg (2)封頭質量 2 mDN0n10 應為封頭公稱直徑 mDN20 所以去直邊高度 的標準橢圓形封頭 h250 其質量 (JB/T 4746 2002)Kg4.132 所以 kg8.264.m (3) 03 (4)附件質量 4 取所有接管質量總和按 300Kg 計 于是 Kgm304 貯罐總質量 4321m .98208.6.47 982.4x9.81/4=2409.4Ng60.9F=5N 每個支腿只承受 2409.3N 負荷，根據(jù)壓力容器設計手冊表 3320 支撐式支座系列參數(shù)表 可 以選用帶墊板的鋼板式支座 即 JB/T 47241992 mH320 3.4 支承式支座強度校核（標準支座 JB/T4712.4-2007） 一、輸入數(shù)據(jù) 符號意義及計算公式 單位 數(shù)值 p設計壓力 MPa 0.5 t設計溫度 55 DN公稱直徑（標準規(guī)定 DN800mmDN4000mm） mm 1200 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 9 L圓筒長度（上下封頭切線間距離） mm 1400 Do殼體外徑（有保溫層時取保溫層外徑） mm 1220 n封頭名義厚度 mm 10 min成形封頭最小厚度 mm 10 JB/T4746-2002 C2封頭腐蝕裕量 mm 5 設計條件給定 e封頭有效厚度 (e = minC2) mm 5 GB1501998 g重力加速度 m/s2 9.8 JB/T4712.4-2007 m0設備總質量 kg 982 設計條件給定 H0 容器總高度 (標準規(guī)定 H0 10m) mm 2568 設計條件給定 2S2 或 Dr（S2 或 Dr支座底板中心線至容器中心 線距離） mm 1050 JB/T4712.4-2007 Q支座的許用載荷 kN 450 JB/T4712.4-2007 n支座數(shù)量 個 4 設計條件給定 k不均勻系數(shù)（安裝 3 個支座時取 k=1，3 個支座以上時取 k=0.83） 0.83 JB/T4712.4-2007 地面粗糙度類型（A、B、C、D 共四類） B 設計條件給定 H 水平力作用點至底板的距離(本程序限定 H10m) mm 3568 設計條件給定 fi風壓高度變化系數(shù)（按設備質心所處高度?。?mm 1.00 JB/T4712.4-2007 q0設置地區(qū) 10 米高度處的基本風壓值 N/m2 550 設計條件給定 地震設防烈度(7 度、8 度、9 度) 度 7 設計條件給定 設計基本地震加速度0.10(0.15)、0.20(0.30) 、 0.40 g 0.15 設計條件給定 地震影響系數(shù) 0.08(0.12)、0.16(0.24) 、0.32 0.12 JB/T4712.4-2007 F橢圓形封頭的允許垂直載荷 （對于 A 型，F(xiàn)=0；對于 B 型，F(xiàn)值查表 B-1B- kN 225.2 JB/T4712.4-2007 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 10 4） t封頭材料設計溫度下的許用應力 MPa 170 GB1501998 Ge偏心載荷 kg 10000 設計條件給定 Se偏心距 mm 2000 設計條件給定 二、計算 圓筒長度 L 與公稱直徑 DN 之比（L/DN5） 1.17 JB/T4712.4- 2007 安裝尺寸 D(對 A 型， D=2S2; 對 B 型， D=Dr）： mm 1050 JB/T4712.4-2007 地震載荷 Pe（Pe=m0g ）： N 1155 JB/T4712.4-2007 風載荷 Pw（Pw=1.2fiq0DoH0 10-6）： N 2068 JB/T4712.4-2007 Pe+0.25Pw N 1672 JB/T4712.4-2007 P 水平力（取 Pw 和 Pe+0.25Pw 的較大值） N 2068 JB/T4712.4-2007 kN 31.98 JB/T4712.4-2007 支座處封頭允許垂直載荷： F kN 225.20 JB/T4712.4-2007 三、結論 符合標準范圍 Ho10m，本支座可用。 符合標準范圍 800DN4000，本支座可用。 符合標準范圍 L/DN5，本支座可用。 Q Q 滿足支座本體允許載荷要求 Q 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D 外 - 2b 螺 栓 受 力 計 算 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 19 預緊狀態(tài)下需要的最 小螺栓載荷 Wa Wa= bD G y = 1407549.8 N 操作狀態(tài)下需要的最 小螺栓載荷 Wp Wp = Fp + F = 776971.9 N 所需螺栓總截面積 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 6639.4 mm2 實際使用螺栓總截面 積 Ab Ab = 214dn = 13529.1 mm2 力 矩 計 算 FD =0.785 i2 pc=565200.0 N LD= L A+ 0.5 = 44.5 mm MD= FD LD = 25151400.0 N.mm操 作 FG = Fp = 136145.5 N LG= 0.5 ( Db - DG ) = 18.8 mm MG= FG LG =2561512.2 N.mm FT = F-FD =75233.1 N LT=0.5(LA + 1 + LG ) = 38.2 mm MT= FT LT = 2870687.2 N.mmM p 外壓: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 內壓: Mp = MD+MG+MT Mp = 30583600.0 N.mm 預緊 Ma W=213781.2 N LG = 18.8 mm Ma=WLG=40222 824.0 N.mm 計算力矩 Mo= Mp 與 Maft/f中大者 Mo = 40222824.0 N.mm 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 20 結束語 這次設計是在大學完成全部課程的基礎上，查閱了相關資料的基礎上進行的，是一次理論較強 的訓練練。在指導教師的熱心指導下，經(jīng)過團隊的努力，順利完成了本次設計任務。 本次設計大致分四個步驟，首先進行的是工藝部分的計算，確定筒體的壁厚、封頭結構、支腿 結構、接管結構、容器法蘭等，然后進行結構設計，通過已知條件及工藝計算的結果選定液氯緩沖 罐，其中涉及到一系列零部件的設計和選擇，這步工作需要參照壓力容器設計手冊進行設計；接 著進行各部件的強度校核，用以保證各零部件的強度，這也是設計的難點和重點。這三步工作完成 以后，最后就是繪圖與打印。 設計是一個從無到有的過程，其中有很多因素都必須考慮到，因此需要一定的耐心和細心才能 夠完成。 在這次設計過程中，使我們學到了很多知識，并把理論知識進行了進一步的了解與探索，但是， 由于時間和自己掌握的知識有限，在設計的過程中難免有錯誤，衷心希望老師指正。 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計 21 參考文獻 1.董大勤。化工設備機械基礎。北京：中央廣播電視大學出版社，1993 2.張康達，洪起超。壓力容器手冊。北京：勞動人事出版社，2002 3.余國宗?；C械手冊。天津：天津大學出版社，1991 4.吳澤燴。化工容器設計。北京：北京化學工業(yè)出版社，1983 5.刁玉瑋，王立業(yè)，喻健良。化工設備機械基礎。6 版。大連：大連理工大學出版社，2006 6.化工部設備設計中心站。化工設備結構圖冊。上海：上?？茖W技術出版社，1979 7.匡國柱，史啟才?；卧^程及設備課程設計。北京：化學工業(yè)出版社，2002 8 機械設計 ，濮良貴，高等教育出版社 9 機械設計手冊 10 孫恒，陳作模.機械原理M.北京：高等教育出版社，1999. 11 諸文俊.機械設計基礎M.西安：西安交通大學出版社，1998. 12 孫恒，傅則紹.機械原理M.北京:高等教育出版社，1989.