氯气缓冲罐设计说明

.........《化工设备机械基础》课程设计氯气缓冲罐设计系部：化学工程系专业:石油化工生产技术姓名：学号：指导教师：薛风时间：2011年11.22～12.12.........工业高等专科学校课程设计评定意见设计题目：氯气缓冲罐设计学生：评定意见：评定成绩：指导教师（签名）：年月日.........化学工程系课程设计任务书2011-2012学年第1学期12月专业石油化工生产技术班级石化09—4（1）班课程名称化工机械设备基础设计题目氯气缓冲罐设计指导教师薛风起止时间11.22—12．12周数两周设计地点路校区指导思想和目的：以已知设计资料，选定提升系统各部件，对其主要参数进行计算及选定，对有关部件进行安全性校验，对提升系统的运动学及动力力学进行计算，达到对提升系统进行合理的选型，并达到对所学知识的应用和实践能力得到了提高，增强工程意识和素养，培养独立分析和解决问题能力的目的设计参数计算压力：CP=1.20MPa计算温度：t=265.00C径：iD=800.00mm材料：16MnR板材试验温度许用应力=170.00mm设计温度许用应力t=165.00MPa试验温度下屈服点S=330.00MPa钢板负偏差1C=0.00mm腐蚀裕量iC=4.00mm焊接接头系数k=1.0设计要求1.课题介绍2.布置强度计算3.强度计算和考虑结构设计4.检查强度计算结果5.完成CAD图6.完成设计说明书7.交设计说明书8.设计答辩教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日.........目录摘要.......................................................................1设备主要技术指标...........................................................21绪论.....................................................................32缓冲罐的特点.............................................................43结构设计.................................................................53.1圆筒的设计...........................................................53.2封头设计.............................................................53.3支腿的设计...........................................................73.4容器法兰设计.........................................................83.5接管设计.............................................................84强度校核.................................................................104.1筒体计算............................................................104.1.1计算条件104.1.2厚度及重量计算114.1.3压力试验时应力校核114.1.4压力及应力计算................................................114.2开孔补强计算......................................................124.2.1计算条件.....................................................124.2.2开孔补强计算..................................................124.3法兰的强度计算......................................................134.3.1筒体法兰......................................................13参考文献..................................................................15设备总图..................................................................16结束语....................................................................17.........摘要本文扼要介绍了氯气缓冲管的特点及在工业中的应用和发展，详细的阐述了氯气缓冲管的结构及强度设计计算及校核。参照课本及«压力容器设计手册»，综合考虑各种因素，结构设计需要选择适用合理、经济的结构形式，同时满足制造、检修、装配、运输和维修等技术要求；而强度计算的容包括筒体材料，确定主要结构尺寸，满足强度、应力等技术要求，根据设计压力确定壁厚，是氯气缓冲罐有足够的腐蚀裕度，从而使设计结果达到最优化组合。设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求均合格。关键词：氯气缓冲管、结构设计、强度设计、补强计算.........设备主要技术指标筒壁设计压力MPa1.0设计温度℃100最高工作压力0.85工作温度℃介质名称氯气设备主要材质16MnR设备容积30.85m管口表符号公称压力公称尺寸法兰形式角封面形式用途伸出长度a1.6PN50DNWNMFM氯气入口150b1.6PN50DNWNMFM氯气出口150c1.6PN50DNWNMFM排污口150.........1绪论缓冲罐被广泛应用于中央空调、锅炉、热水器、变频、恒压供水设备中，其缓冲系统压力波动，消除水锤起到稳压卸荷的作用，在系统水压轻微变化时，缓冲罐气囊的自动膨胀收缩会对水压的变化有一定缓冲作用，能保证系统的水压稳定，水泵不会因压力的改变而频繁的开启。缓冲水箱在工程中应用非常广泛，而且不同的场合有不同的名称，比如中间存储容器、滞留罐、平衡罐、储液器、混合罐、中和容器等等。其实基于以上的说法，我们可以下一个通用的定义。缓冲罐就是这样一种装置，它能够使得运行更平稳。它的介质可以是液体，也可是气相或固相的物质。名义上，可以将它分为两类：I)扰动衰减类；II）独立运行类。本文介绍的应用在空调闭式水系统中冷冻水缓冲水箱，它的介质是水，属于II类。本次课程设计的容是氯气缓冲罐，其设计分析包括圆筒的设计、封头设计、支腿的设计、容器法兰的设计、接管设计。其中以结构设计最为重要，氯气缓冲罐为压容器（PN=1.45MPa），综合各种因素得出结论：本罐设计三个接管，分别为：进料管a、出料管b、排事故接管c。根据罐气体氯气的腐蚀性及其它特性来选择材料，根据材料的加工性能、检修清洗的要求等因素决定采用哪种类型的压力容器。由于我们水平和能力有限，设计时间仓促，存在不妥之处在所难免，恳请老师给予批评指正。.........2缓冲罐的特点缓冲罐按结构可分为隔膜式和气囊式两种，对隔膜式缓冲罐来讲，其罐体和隔膜之间预充有一定压力的氮气，气囊式缓冲罐是罐体可气囊之间预充有一定压力的氮气。缓冲罐的工作原理：由上面其结构可知：当缓冲罐用于系统中时，由于系统压力比预充气体的压力，所以会有一部分工作介质进入气囊（对隔膜式来讲是进入罐体），直到达到新的平衡，当系统压力再度升高，系统压力再次大于预充气体的压力，又会有一部分介质进入囊，压缩囊和罐体间的气体，气体被压缩压力升高，当升高到跟系统压力一致时，介质停止进入，反之，当系统压力下降，系统介质压力低于囊和罐体间的气体压力，气囊的水会被气体挤出补充到系统，使系统压力升高，直到系统工作介质压力跟囊和罐体间的气体压力相等，囊的水不再外系统补给，维持动态的平衡。缓冲罐的作用：缓冲罐主要用于各种系统中缓冲系统的压力波动，使系统工作更平稳，其原理是通过压缩罐压缩气来实现，被广泛应用于供水设备和中央空调系统等，结构有隔膜式缓冲罐和气囊式两种，前者由于罐体容易生锈已逐步淡出市场，气囊式缓冲罐主要为意大利品牌，如意大利第一品牌Aquasystem缓冲罐。A.........3结构设计3.1圆筒的设计a.材料：由于工作介质为氯气（剧毒）以及容器的使用条件，综合经济等选材料为16MnRb.壁厚根据式（12—5）计算cticPDP2设计温度T=100C,设计压力MPaPc20.1，mmDi800，MPat165,MPas330,1.0(双面焊接对接接头，100%无损检测，表12—8)取mmCi4,于是1.208002.9221651.20mm92.6492.2idC根据92.6d，由表12—9查得10.6Cmm，又该值大于名义厚度的6%，所以钢板厚度负偏差不可忽略16.920.67.52dSCmm圆整后取mmn8确定选用mmn8厚的16MnR钢板制作罐体3.2封头设计（一）若采用标准椭圆形封头（1）计算封头厚度厚度按式（12—21）计算cticPDP5.020.1于是1.208002.9121651.00.51.20mm10.644.6iCCCmm.........故2.914.67.51Cmm圆整后取mmn8确定选用mmn8厚的16MnR钢板制作封头（2）校核罐体一封头水压试验强度根据式（12—18）()0.920.5TieTStPDPc式中MPaPPT50.120.125.125.1mmCCine4.346.081MPas330则MPaT2.1774.324.38005.1而0.90.91.0330297sMPa应为sT9.0所以水压实验强度足度（二）若采用标准蝶形封头（1）计算封头厚度其厚度按式（12—24）计算mmPDPctiC49.32.15.00.116528002.12.15.022.13.494.07.49diCmm据7.49dmm由表12—9查得mmC6.01则mmCd09.86.049.71圆整后采用mmn09.8厚的钢板（2）校核罐体与封头水压试验强度根据式（12—18）()0.92TieTSePD.........式中MPaPPT5.12.125.125.1mmCCine4.446.091MPas330则MPaT11.1374.424.48005.10.90.91.0330297sMPa应为sT9.0所以水压试验强度足够两种型式封头计算结果比较封头型式厚度/mm伸度/mm理论面积/2m质量/Kg制造难易程度椭圆形82250.756647.1较易蝶形92050.74449.4较易由表可见，本罐宜采用标准椭圆形封头3.3支腿的设计首先粗略计算负荷贮罐总质量4321mmmmm式中1m：罐体质量2m：封头质量3m：氯气质量4m附件质量（1）罐体质量1mmmDN800mmn8L=1300mm的筒节13.14(8008)813007850207.2iDLKgm(2)封头质量2mmmDN800mmn8应为封头公称直径mmmmDN2000800