液氯的物理性質(zhì) 密度和飽和蒸汽壓

1、溫度 飽和液密度kg/m3-201528201406401342501307圖1 液氯密度隨溫度變化圖圖2 液氯溫度與飽和蒸汽壓圖1atm=1.0133*105Pa表1-1 全國(guó)各地區(qū)重力加速度表序號(hào)地區(qū)重力加速度序號(hào)地區(qū)重力加速度序號(hào)地區(qū)重力加速度1包頭9.798612?？?.7863 23沈陽9.8035 2北京9.801513合肥9.7947 24石家莊9.7997 3長(zhǎng)春9.804814吉林9.8048 25太原9.7970 4長(zhǎng)沙9.791515濟(jì)南9.7988 26天津9.8011 5成都9.791316昆明9.7830 27烏魯木齊9.8015 6重慶9.791417拉薩9.77

2、99 28西安9.7944 7大連9.801118南昌9.7920 29西寧9.7911 8廣州9.783319南京9.7949 30張家口9.8000 9貴陽9.7968 20南寧9.7877 31鄭州9.7966 10哈爾濱9.806621青島9.7985 11杭州9.7936 22上海9.7964 地球各點(diǎn)重力加速度近似計(jì)算公式: g=g0(1-0.00265cos&)/1+(2h/R) g0:地球標(biāo)準(zhǔn)重力加速度9.80665(m/平方秒) &:測(cè)量點(diǎn)的地球緯度 h:測(cè)量點(diǎn)的海拔高度 R:地球的平均半徑(R=6370km)30m3的液氯儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)2011133152目錄1

3、 引言12設(shè)計(jì)任務(wù)書23設(shè)計(jì)參數(shù)及材料的選擇23.1 設(shè)備的選型與輪廓尺寸23.2 設(shè)計(jì)壓力23.2 筒體及封頭材料的選擇53.3 許用應(yīng)力54結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)54.1筒體壁厚計(jì)算54.2 封頭設(shè)計(jì)64.2.1 半球形封頭64.2.2 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭74.2.3 標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭74.2.4 圓形平板封頭84.2.5 不同形狀封頭比較94.3 壓力試驗(yàn)94.4鞍座104.4.1鞍座的選擇104.4.2 鞍座的位置115 結(jié) 果13參考文獻(xiàn)151 引言轉(zhuǎn)發(fā)刪除重新發(fā)送液氯化學(xué)名稱液態(tài)氯，為黃綠色液體，沸點(diǎn)-34.6，溶點(diǎn)-103，在常壓下即氣化成氣體，吸入人體能嚴(yán)重中毒，有劇烈刺激作用和腐蝕性，在日光下與其

4、它易燃?xì)怏w混合時(shí)發(fā)生燃燒和爆炸，氯是很活潑的元素，可以和大多數(shù)元素（或化合物）起反應(yīng)。分子式：Cl2， 相對(duì)分子量：70.906，性能：液氯為黃綠色的油狀液體，有毒，在15時(shí)比重為1.4256，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，沸點(diǎn)為-34.6，凝固點(diǎn)為-101.5。在水分存在下對(duì)鋼鐵有強(qiáng)烈腐蝕性。液氯為基本化工原料，可用于冶金、紡織、造紙等工業(yè)，并且是合成鹽酸、聚氯乙烯、塑料、農(nóng)藥的原料。危害特性：液氯不會(huì)燃燒，但可助燃。一般可燃物大都能在氯氣中燃燒，一般易燃?xì)怏w或蒸汽也都能與氯氣形成爆炸性混合物。氯氣能與許多化學(xué)品如乙炔、松節(jié)油、乙醚、氯、燃料氣、烴類、氫氣、金屬粉末等猛烈反應(yīng)發(fā)生爆炸或生成爆炸性物質(zhì)。它幾乎

5、對(duì)金屬和非金屬都有腐蝕作用。健康危害：對(duì)眼、呼吸系統(tǒng)粘膜有刺激作用。可引起迷走神經(jīng)興奮、反射性心跳驟停。急性中毒：輕度者出現(xiàn)粘膜刺激癥狀：眼紅、流淚、咳嗽，肺部無特殊所見；中度者出現(xiàn)支氣管炎和支氣管肺炎表現(xiàn)，病人胸痛，頭痛、惡心、較重干咳、呼吸及脈搏增快，可有輕度紫紺等；重度者出現(xiàn)肺水腫，可發(fā)生昏迷和休克。有時(shí)發(fā)生喉頭痙攣和水腫。造成窒息。還可引起反射性呼吸抑制，發(fā)生呼吸驟停死亡。慢性中毒：長(zhǎng)期低濃度接觸，可引起慢性支氣管炎、支氣管哮喘和肺水腫；可引起職業(yè)性痤瘡及牙齒酸蝕癥。泄漏處置 迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風(fēng)處，并隔離直至氣體散盡，建議應(yīng)急處理人員戴正壓自給式呼吸器，穿廠商特別推薦的化學(xué)防

6、護(hù)服(完全隔離)。避免與乙炔、松節(jié)油、乙醚、氯等物質(zhì)接觸。切斷氣源，噴霧狀水稀釋、溶解，然后抽排(室內(nèi))或強(qiáng)力通風(fēng)(室外)。如有可能，用管道將泄漏物導(dǎo)至還原劑(酸式硫酸鈉或酸式碳酸鈉)溶液。漏氣容器不能再用，且要經(jīng)過技術(shù)處理以清除可能剩下的氣體。設(shè)計(jì)基本思路：本設(shè)計(jì)綜合考慮環(huán)境條件、介質(zhì)的理化性質(zhì)等因素，結(jié)合給定的工藝參數(shù)，機(jī)械按容器的選材、壁厚計(jì)算、強(qiáng)度核算、附件選擇、焊縫標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)順序，分別對(duì)儲(chǔ)罐的筒體、封頭、鞍座、焊接形式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選擇。設(shè)備的選擇大都有相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可以直接選用符合設(shè)計(jì)條件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備零部件，也有一些設(shè)備沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，則選擇合適的非標(biāo)設(shè)備。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考

7、了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。2設(shè)計(jì)任務(wù)書請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一30m3的液氯儲(chǔ)罐，具體要求：1) 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)及材料的選定2) 壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3) 壓力試驗(yàn)及強(qiáng)度校核4) 使用地點(diǎn)：成都5) 編寫儲(chǔ)罐說明書3設(shè)計(jì)參數(shù)及材料的選擇3.1 設(shè)備的選型與輪廓尺寸筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓筒形。因?yàn)樽鳛槿萜髦黧w的圓柱形筒體，制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，這類容器應(yīng)用最廣。筒體直徑一般由工藝條件決定，但是要符合壓力容器的公稱直徑。粗略計(jì)算內(nèi)徑：，一般，得：，所以：，圓整至，則。3.2 設(shè)計(jì)壓力 本儲(chǔ)罐在成都使用，夏季最高溫度為38oC，冬季最低溫度為-5

8、oC，工作溫度在-538 oC，取最高工作溫度為38oC。由圖1-1可得，38oC時(shí)，液氯密度為kg/m3。圖1-1 液氯密度溫度圖表1-1 全國(guó)各地區(qū)重力加速度表序號(hào)地區(qū)重力加速度序號(hào)地區(qū)重力加速度序號(hào)地區(qū)重力加速度1包頭9.798612?？?.7863 23沈陽9.8035 2北京9.801513合肥9.7947 24石家莊9.7997 3長(zhǎng)春9.804814吉林9.8048 25太原9.7970 4長(zhǎng)沙9.791515濟(jì)南9.7988 26天津9.8011 5成都9.791316昆明9.7830 27烏魯木齊9.8015 6重慶9.791417拉薩9.7799 28西安9.7944 7大

9、連9.801118南昌9.7920 29西寧9.7911 8廣州9.783319南京9.7949 30張家口9.8000 9貴陽9.7968 20南寧9.7877 31鄭州9.7966 10哈爾濱9.806621青島9.7985 11杭州9.7936 22上海9.7964 地球各點(diǎn)重力加速度近似計(jì)算公式: g=g0(1-0.00265cos&)/1+(2h/R)g0:地球標(biāo)準(zhǔn)重力加速度9.80665(m/平方秒)&:測(cè)量點(diǎn)的地球緯度h:測(cè)量點(diǎn)的海拔高度R:地球的平均半徑(R=6370km)由表1-1，查得成都地區(qū)的重力加速度m/s2，則液柱靜壓為：MPa。圖1-2 液氯溫度與飽

10、和蒸汽壓圖根據(jù)圖1-1，查得38oC蒸汽壓為kPa，可以判斷設(shè)計(jì)的容器為內(nèi)壓容器，按壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定，盛裝液化氣體無保冷設(shè)施的壓力容器，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于液化氣38oC時(shí)的飽和蒸汽壓力1.11 MPa。當(dāng)容器上裝有安全閥時(shí)，取1.051.1倍的最高工作壓力作為設(shè)計(jì)壓力，液氯儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力p為1.22MPa。則：，所以可忽略靜壓強(qiáng)，即。由于，故該儲(chǔ)罐屬于中壓容器。3.2 筒體及封頭材料的選擇根據(jù)液氯的物性選擇罐體材料，液氯對(duì)碳鋼腐蝕率是0.5mm/a，且又屬于中壓儲(chǔ)罐，可以考慮20R和16MnR這兩種鋼材。如果純粹從技術(shù)角度看，建議選用20R類的低碳鋼板， 16MnR鋼板的價(jià)格雖比2

11、0R貴，但在制造費(fèi)用方面，同等重量設(shè)備的計(jì)價(jià)，16MnR鋼板為比較經(jīng)濟(jì)。所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB6654-1996。3.3 許用應(yīng)力設(shè)計(jì)溫度為38ºC，屬于常溫容器。查閱文獻(xiàn)1，當(dāng)16MnR鋼板厚度616mm時(shí)，16MnR鋼板的強(qiáng)度極限b=510 MPa，屈服極限s=345MPa。常溫下，當(dāng)取強(qiáng)度極限作為16MnR 鋼板的極限應(yīng)力時(shí)，許用應(yīng)力，查閱文獻(xiàn)2得；，取，那么MPa；當(dāng)取屈服極限作為16MnR 鋼板的極限應(yīng)力時(shí)，許用應(yīng)力，取，MPa。則許用應(yīng)力取兩者這間的較小值，則t=170MPa。4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1筒體壁厚計(jì)算計(jì)算壁厚按照（4-1）式

12、計(jì)算。 （4-1）式中：pc計(jì)算壓力，MPa；Di筒體內(nèi)徑，mm；t設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；焊接接頭系數(shù)容器筒體的縱向焊接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)=1.00，全部無損探傷。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（4-1）式，得到圓柱形筒體的計(jì)算壁厚。mm查材料腐蝕手冊(cè)，38下液氯對(duì)鋼板的腐蝕速率0.5mm/年，計(jì)劃用10年，取腐蝕裕量C2=5 mm。所以，筒體的設(shè)計(jì)壁厚d=+ C2=12.92mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，鋼板厚度在8.025mm范圍內(nèi)，負(fù)偏差C1=0.8 mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=14mm。在mm之間，故假設(shè)是成立的。查GB9019-

13、2001，得到圓柱形筒體的規(guī)格尺寸見表4-1。表4-1 筒體標(biāo)準(zhǔn)公稱直徑DN/mm1m高的容積V1/m31m高的內(nèi)表面積F1/m21m高筒節(jié)質(zhì)量/kg22003.8016.817144.2 封頭設(shè)計(jì)4.2.1 半球形封頭球形封頭的計(jì)算壁厚按照（4-2）式計(jì)算。 （4-2）式中：pc計(jì)算壓力，MPa；Di半球形封頭的內(nèi)徑，mm；t設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；焊接接頭系數(shù)封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)=1.00，全部無損探傷。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（4-2）式，得到半球形封頭的計(jì)算壁厚。mm查材料腐蝕手冊(cè)，38ºC下液氯對(duì)鋼板的腐蝕速率為0.5mm/年

14、，取腐蝕裕量C2=5 mm。所以，筒體的設(shè)計(jì)壁厚d=+ C2=8.95mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，鋼板厚度在8.025mm范圍內(nèi)，負(fù)偏差C1=0.8 mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=10mm。4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算壁厚按照（4-3）式計(jì)算。 （4-3）式中：pc計(jì)算壓力，MPa；Di橢圓形封頭的內(nèi)徑，mm；t設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；焊接接頭系數(shù)封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)=1.00，全部無損探傷。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（4-3）式，得到標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算壁厚。mm查材料腐蝕手冊(cè)，38ºC下液氯對(duì)鋼板

15、的腐蝕速率為0.5mm/年，取腐蝕裕量C2=5mm。所以，筒體的設(shè)計(jì)壁厚d=+ C2=12.91mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，鋼板厚度在8.025mm范圍內(nèi)，負(fù)偏差C1=0.8 mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=14mm。4.2.3 標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭的計(jì)算壁厚按照（4-4）式計(jì)算。 （4-4）式中：pc計(jì)算壓力，MPa；Di標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭的內(nèi)徑，mm；t設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；焊接接頭系數(shù)封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)=1.00，全部無損探傷。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（4-4）式，得到標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭的計(jì)算壁厚。查材料腐蝕手冊(cè)，38

16、6;C下液氯對(duì)鋼板的腐蝕速率為0.5mm/年，取腐蝕裕量C2=5 mm。所以，筒體的設(shè)計(jì)壁厚d=+ C2=14.49mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，鋼板厚度在8.025mm范圍內(nèi)，負(fù)偏差C1=0.8 mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=16mm。4.2.4 圓形平板封頭圓形平板封頭的計(jì)算壁厚按照（4-5）式計(jì)算。 （4-5）式中：pc計(jì)算壓力，MPa；Di標(biāo)準(zhǔn)蝶形封頭的內(nèi)徑，mm；t設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；焊接接頭系數(shù)圓形平板封頭的計(jì)算直徑Dc 等于壓力容器內(nèi)徑Di ,則Dc =2200mm。封頭的拼接接頭采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透的焊接接頭，取焊接接頭系數(shù)=1.00，全

17、部無損探傷。對(duì)于圓形平板封頭，取K值等于0.25。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（4-5）式，得到圓形平板封頭的計(jì)算壁厚。查材料腐蝕手冊(cè)，38ºC下液氯對(duì)鋼板的腐蝕速率為0.5mm/年，取腐蝕裕量C2=5mm。所以，筒體的設(shè)計(jì)壁厚d=+ C2=98.18mm。查閱鋼板厚度負(fù)偏差表，負(fù)偏差C1=2 .2mm。所以，筒體的名義壁厚n=d+ C1+圓整量=102mm。4.2.5 不同形狀封頭比較不同形狀封頭壁厚見表4-21。從表4-2可以看出，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭1的壁厚與筒體的壁厚相同。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時(shí)，可以達(dá)到與筒體等強(qiáng)度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優(yōu)點(diǎn)，用沖壓法易于成形，制造比球形封頭容

18、易，所以，選擇橢圓形封頭，結(jié)構(gòu)由半個(gè)橢球面和一圓柱直邊段組成。因?yàn)榉忸^壁厚20mm則標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度h0=40mm。表4-2 不同形狀封頭的壁厚封頭半球形標(biāo)準(zhǔn)橢圓形標(biāo)準(zhǔn)蝶形圓形平板名義壁厚/mm101416102查橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)（JB/T4737-95），得到橢圓形封頭規(guī)格尺寸見表3-3。表4-3 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭公稱直DN/mm曲面高度h1/mm直邊高度h0/mm內(nèi)表面積Fi/m2容積V/m32200550405.501.544.3 壓力試驗(yàn)水壓試驗(yàn)，液體的溫度不得低于5；試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時(shí)容器頂部應(yīng)設(shè)排氣口，充液時(shí)應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗(yàn)過程中，應(yīng)保持容器外表面的干燥。試驗(yàn)時(shí)壓力應(yīng)緩慢

19、上升，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)壓力后，保壓時(shí)間一般不少于30min。然后將壓力降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80%，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以便對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行檢查。如有滲漏，修補(bǔ)后重新試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力： (4-6)筒體的有效壁厚e=n-(C1+C2)=14-(0.8+5)=8.2mms=345MPa水壓試驗(yàn)時(shí)的計(jì)算應(yīng)力： (4-7)水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力為 ，故筒體滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度要求。4.4鞍座4.4.1鞍座的選擇儲(chǔ)罐總質(zhì)量m按照（4-8）式計(jì)算。 （4-8）式中：m1罐體質(zhì)量，kg；m2封頭質(zhì)量，kg；m3充液質(zhì)量，kg1) 罐體質(zhì)量根據(jù)DN=2200mm，n=14mm的筒節(jié)，每米質(zhì)量為q1=71

20、4kg/m，則 （4-9）2) 封頭質(zhì)量根據(jù)DN=2200mm，n=14mm，直邊高度h0=40mm的橢圓形封頭，其質(zhì)量為q2=705kg，則 （4-10）3) 充液質(zhì)量?jī)?chǔ)罐容積V按照（4-11式）計(jì)算： （4-11）式中：V儲(chǔ)罐容積，m3；V11m高的筒體容積，m3；V2封頭容積，m3根據(jù)DN=2200mm，1米高的筒體容積m3。根據(jù)DN=2200mm，直邊高度h0=40mm的橢圓形封頭的容積m3。把相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式（4-11），得：m3充液質(zhì)量按照（3-12）式計(jì)算。 （3-12）式中：m3充液質(zhì)量，kg；V儲(chǔ)罐容積，m3；液氯在-5oC時(shí)的的密度，kg/ m3kg設(shè)備總質(zhì)量為：t每個(gè)支座需承受640kN的負(fù)荷。根據(jù)筒體DN=2200mm，支座負(fù)荷320kN,鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)JB/T4712選取輕型帶墊板、包角120°的鞍座, 即JB/T4712-92 鞍座A2600-F，JB/T4712-92 鞍座A2600-S。4.4.2 鞍座的位置臥式容器可以簡(jiǎn)化成受均布載荷的外伸梁。圖4-1表示受均布載荷q作用的筒體總長(zhǎng)L=8800mm。qaalLRARBCD圖4-1 臥式容器簡(jiǎn)化圖1) 求支反力根據(jù)：； （4-8）； （4-9）得到2) 寫彎矩方程截面1-1處的彎矩方程： （4-10）當(dāng)x1=a時(shí)，彎矩最大值為截面2-2處的彎矩方程： （4-1