液氯卧式储罐设计

目录

第1章绪论 (1)

第2章工艺设计 (3)

2.1 储罐存储量 (3)

2.2 储罐设备的选型 (3)

第3章结构设计 (5)

3.1 筒体及封头设计 (5)

3.1.1材料的选择 (5)

3.1.2 筒体壁厚设计 (5)

3.1.3 封头壁厚设计 (6)

3.2 接管的选取 (6)

3.3 法兰的选取 (7)

3.4 垫片的选取 (8)

3.5 螺栓的选取 (8)

3.6 人孔的选取 (9)

3.6.1 人孔的结构设计 (9)

3.6.2 核算开孔补强 (10)

3.7 安全阀、液位计和压力表的选取 (12)

3.8 容器支座的设计 (14)

3.8.1 支座的选择 (14)

3.8.2 鞍座位置的确定 (15)

3.9 总体布局 (16)

第4章强度计算 (17)

4.1 弯矩和剪力的计算 (17)

4.2 圆筒轴向应力计算及校核 (19)

4.2.1 圆筒轴向应力计算 (19)

4.2.2 圆筒轴向应力校核 (19)

4.3 圆筒和封头切应力计算及校核 (19)

4.4 鞍座截面处圆筒的周向应力计算及校核 (20)

第5章焊接结构设计 (22)

5.1 焊接接头设计 (22)

5.2 焊条的选择 (24)

设计心得 (24)

参考文献 (25)

第1章绪论

在固定位置使用、以介质储存为目的的容器称为储罐，如加氢站用高压氢气储罐、液化石油气储罐、战略石油储罐、天然气接收站用液化天然气储罐等；

储罐有多种分类方法，按几何形状分为卧式圆柱形储罐、立式平底筒形储罐、球形储罐；按温度划分为低温储罐(或称为低温储槽)、常温储罐(＜90℃) 和高温储罐(90～250℃ )；按材料可划分为非金属储罐、金属储罐和复合材料储罐；按所处的位置又可分为地面储罐、地下储罐、半地下储罐和海上储罐等。单罐容积大于1000m3 的可称为大型储罐。金属制焊接式储罐是应用最多的一种储存设备，目前国际上最大的金属储罐的容量已达到2×105m3。

储罐通常是由板、壳组合而成的焊接结构。圆柱形筒体、球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头、锥形封头和膨胀节所对应的壳分别是圆柱壳、球壳、椭球壳、球冠+环壳、球冠、锥壳和环形板+环壳，而平盖（或平封头）、环形板、法兰、管板等受压元件分别对应于圆平板、环形板(外半径与内半径之差大10倍的板厚)、环(外半径与内半径之差小于10倍的板厚）以及弹性基础圆平板。上述7种壳和板可以组合成各种储罐结构形式，再加上密封元件、支座、安全附件等就构成了一台完整的储罐。图1.1为一台卧式储罐的总体结构图，下面结合该图对储罐的基本组成作简单介绍。

图1.1储罐总体结构

(1) 筒体

筒体的作用是提供工艺所需的承压空间，是储罐最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需由工艺计算确定。圆柱形筒体(即圆筒) 和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。圆筒按其结构可分为单层式和组合式两大类。

(2) 封头

根据几何形状的不同，封头可以分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种，其中球形、椭圆形、碟形和球冠形封头又统称为凸形封头。

(3) 法兰

储罐上需要有许多密封装置，如封头和筒体间的可拆式连接、容器接管与外管道间的可拆连接以及人孔、手孔盖的连接等，储罐能否正常、安全地运行在很大程度上取决于密封装置的可靠性。

(4) 开孔与接管

由于工艺要求和检修的需要，常在储罐的筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。

筒体或封头上开孔后，开孔部位的强度被削弱，并使该处的应力增大。这种削弱程度随开孔直径的增大而加大，因而容器上应尽量减少开孔的数量，尤其要避免开大孔。对容器上已开设的孔，还应进行开孔补强设计，以确保所需的强度。

(5) 支座

储罐靠支座支承并固定在基础上。圆筒形容器和球形容器的支座各不相同，圆筒形容器支座分立式容器支座和卧式容器支座两类，其中立式容器支座又有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四种；而球形容器多采用柱式或裙式支座。

(6) 安全附件

由于储罐的使用特点及其内部介质的化学工艺特性，往往需要在容器上设置一些安全装置和测量、控制仪表来监控工作介质的参数，以保证储罐的使用安全和工艺过程的正常进行。储罐的安全附件主要有安全阀、爆破片装置、紧急切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测温仪表等。

上述六大部件(筒体、封头、法兰、开孔接管、支座及安全附件) 即构成了一台储罐的外壳。对于储存用的容器，这一外壳即为容器本身；对于用于化学反应、传热、分离等工艺过程的容器，则须在外壳内装入工艺所要求的内件，才能构成一个完整的产品。

第2章 工艺设计

2.1 储罐存储量

盛装液氯的储罐设计存储量

t V ρW ϕ=

式中：W ----存储量，t ； φ----装量系数； V -----储罐容积，m 3；

ρt ----设计温度下的饱和溶液的密度，t/m 3。

由《某些无机物重要物理性质表》查得，液氯的密度为1314kg/m³。 根据设计条件t 282631412580...V ρW t =⨯⨯==ϕ

2.2 储罐设备的选型

目前我国普遍采用常温压力储罐一般有两种形式，球形储罐和圆筒型储罐。因为圆筒形储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，所以在总储量小于500m 3，单罐容积小于100m 3时，选用卧式储罐比较经济。

粗略计算储罐的内径：L D π

i 24

=25m 3

一般D L =3～6，取D

L

=4，

得1997=i D mm ，圆整为2000mm 。

就力学性能而言，半球形封头效果较好，但是冲压工艺较难，不易成型。

根据GB/T25198-2010《储罐封头》选用EHA 椭圆形封头，公称直径N D =2000mm ，总深度H=525mm ，内表面积A =4.493m 2，容积V =1.1257m³。

图2.1 椭圆形封头

储罐体积V =

32m 2524

=+封头V L D i π