过程设备设计课程设计-45m液氨储罐设计

课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 专 题 院： 业： 目： 化工学 号：过程装备与控制工程45M3 液氨储罐设计指导教师：职称:2012 年 01 月 3 日课程设计任务书

学 专院： 业：化工过程装备与控制工程学 号： 45M3 液氨储罐设计学 生 姓 名： 课程设计题目：起 迄 日 期： 课程设计地点： 指 导 教 师： 系 主 任： 校内课 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 项 名 用 称 途 -10-40 10/16/20/25 0.85 液氯（高度危害） 室外 目 数 值 单 位 液氯储罐 液氯储存站 MPa ℃ M3备注最高工作压力 工作温度 公称容积（Vg） 工作压力波动情况 装量系数(φ V) 工作介质 使用地点 安装与地基要求 其它要求由介质温度确定可不考虑课 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。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， 19995．设计成果形式及要求：1）完成课程设计说明书一份； 2）电子图一张（A1 图纸一张） 3）总装配图一张 (A1 图纸一张)；

日前言压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等 国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。 压力容器一般由筒体、 封头、 法兰、 密封元件、 开孔和接管、 支座等六大部分构成容器本体。 此外， 还配有安全装置、 表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因， 容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目 前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规 定的法规和标准实施监督检查和技术检验。 本次课程设计目的主要是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； 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；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；掌握工程图纸的 计算机绘图。目录1 工艺设计 …………………………………………………………11.1 存储量…………………………………………………………1 1.2 设备的选型及轮廓尺寸………………………………………12 筒体及封头设计 …………………………………………………22.1 材料的选择……………………………………………………2 2.2 筒体壁厚设计计算……………………………………………2 2.3 封头壁厚的设计计算…………………………………………33 接管及接管法兰设计 ……………………………………………43.1 接管尺寸选择…………………………………………………4 3.2 管口表及连接标准……………………………………………4 3.3 接管法兰的选择………………………………………………5 3.4 垫片的选择……………………………………………………6 3.5 紧固件的选择…………………………………………………74 人孔的结构设计 …………………………………………………84.1 密封面的选择…………………………………………………8 4.2 人孔的设计……………………………………………………8 4.3 核算开孔补强…………………………………………………95 支座的设计 ………………………………………………………125.1 支座的选择……………………………………………………12

5.2 支座的位置……………………………………………………136 液面计及安全阀选择……………………………………………14 7 总体布局……………………………………………………………14 8 焊接结构设计及焊条的选择……………………………………14 9 强度校核……………………………………………………………17 10 参考文献 …………………………………………………………351 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W  V  t式中：W——储存量，t； ——装载系数；V——压力容器容积；t——设计温度下的饱和溶液的密度， tm3；根据设计条件 W   V  t = 0.9  45  1.314 t  53.22 t1.2 设备的选型及轮廓尺寸

粗略计算内径： 一般 LD  2π 4D i L  45 m23，取 LD 4得 D i  2 4 2 9 m m ，圆整得： D i  2500 mm 选用 EHA 椭圆封头，查《EHA 椭圆形封头内表面积及容积表》可得：深度B  665 mm，内表面积 A  7 . 0861 m 2 ，容积 V 封  2 . 2417 m 34 D i L  2V 封  45 m2 3根据 V g  V 筒  2V 封 L  V g  2V 封4Di2 8254 mm，圆整得: L  8300 mm4V 计  V 筒  2V 封 4D i L  2V 封 2 2 . 5  8 . 3  2  2 . 2417  45 . 23 m23误差V计  V g Vg 1 0 0 %  0 .5 1 %V 工   V 计  0 . 9  45 . 23  40 . 70 m3所以，筒体的公称直径 D i  2500 mm ,长度 L  8300 mm2 筒体及封头设计2.1 材料的选择液氯属于高危害性的介质， 但其腐蚀性小,使用温度为  20 ～ 40 。C ， 《压 根据 力容器设计手册》 中钢板的使用条件， 选择 16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。2.2 筒体壁厚设计计算2.2.1 设计压力液氯储罐的工作温度-20℃——40℃，故选取设计温度 t=50℃，由《压力容【1】 器介质手册》 查的， 该温度下的绝对饱和蒸汽压为 1.432MPa。 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，所以 设计压力 p  1 .1  1 .4 3 2  0 .1   1 .4 6 6 M P a 。2.2.2 液柱静压力【1】 由《某些无机物重要物理性质表》 查的，液氯的密度为 1 3 1 4 kg / m 3 ，内径

Di  2500 m m由《各地区重力加速度表》查的太原地区的 g  9 .7 9 6 8 4 m / s 2 ，则根据公式 p 静   g D i 可得 p 静  0 .0 3 2 M P a2.2.3 计算压力 p因 为p静 p 1 0 0  %c2＜ 2 % ， 5 %以 . 所可 忽略 静 压 力 的 影 响。 即p c  p  1 .4 6 6 M P a2.2.4 设计温度下材料的许用应力  tt为  20 ～ 40 。C ，假设筒体厚度为 6～16 mm ，由《钢板许用应力表》可得 的    170 MPat16 MnR2.2.5 焊接接头系数 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 .0 。2.2.6 内压容器的计算厚度 根据内压容器的计算厚度公式【2】 ： pc Di 2  1 .4 6 6  2 5 0 0 2  1 7 0  1 .0  1 .4 6 6t  pcm m  1 0 .8 2 6 m m11.489 m m在 6～16 mm 之间，故假设是成立的。取腐蚀裕量 C 2  2 m m ，  d    C 2  1 2 .8 2 6 m m 。 由《常用钢板厚度负偏差表》可查的，在 GB 6654 的钢板标准下 16 MnR 的 负偏差 C 1  0 . 25 mm 。  d  C 1  1 3 .0 7 6 m m 查《钢板厚度的常用规格表》 ，将其圆整为 1 4 m m ，即名义厚度  n  14 m m 的16 MnR钢板。2.3 封头壁厚的设计计算2.3.1 标准椭圆形封头的计算厚度根据标准椭圆形封头的计算厚度公式【2】 ：

 pc Di 2 t  0 .5 p c1 .4 6 6  2 5 0 0 2  1 7 0  1 .0  0 .5  1 .4 6 6 1 0 .8 0 3 m m取腐蚀裕量 C 2  2 m m ，  d    C 2  1 0 .8 0 3  2  1 2 .8 0 3 m m 由《常用钢板厚度负偏差表》可查的，在 GB 6654 的钢板标准下 16 MnR 的 负偏差 C 1  0 . 25 mm 。  d  C 1  1 3 .0 5 3 m m 查《钢板厚度的常用规格表》 ，将其圆整为 1 4 m m ，即名义厚度  n  14 m m 的16 MnR钢板，可见标准椭圆形封头与筒体等厚。3 接管及接管法兰设计3.1 接管尺寸选择3.1.1 液氯进、出口接管和空气进、出口接管选用补强管。查《化工容器 【3】 及设备简明设计手册》 得： 图 3.1 补强管用途公称直径 dN表 3.1 补强管的尺寸表【3】 外径  壁厚 补强管外伸或 内伸最小高度d o   nt h m in理论质量kg / 1 0 0 m m液氯进口管 液氯出口管 安全阀 空气进口管 空气出口管 3.1.2 表 3.2 用途80 89  8251.665 79  7221.2液位计接口、压力计接口、人孔接管尺寸表 公称直径 外径  壁厚 理论质量 dNd o   ntkg / m液位计 压力计20 2525  3.5 32  3.52.21 2.46

3.2 管口表及连接标准

表3.3 管口表

3.3 接管法兰的选择

图3.2 接管法兰结构

【3】

表3.5 接管法兰标记

3.4 垫片的选择

垫片选用石棉橡胶垫片，查HG/T 20606-1997《钢制管法兰用非金属平垫片》，

得：

表3.6 垫片尺寸表

【3】

3.5 紧固件的选择

查HG 20613-97 《钢制管法兰用紧固件》得螺柱的长度和平垫圈尺寸：

表4 螺栓及垫片【3】

4 人孔的结构设计

4.1 密封面的选择

由于本次设计的介质是高度危害的，所以本次设计采用凹凸法兰密封面（MFM）。

4.2 人孔的设计

本次设计的储罐设计压力为1.466MPa，根据HG/T21514～215352005《钢

【3】制人孔和手孔》，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。

该人孔标记为：人孔MFMⅢS35CM B 5002.5 HG/T215182005

【3】

4.3 核算开孔补强

本次设计人孔的公称外径为500mm＞89mm，所以进行补强圈补强。

4.3.1 圆柱开孔所需补强面积A

由《钢板许用应力表》可知厚度为厚度14m的低合金钢16MnR在20～45。C时的170MPa。由《钢管许用应力表》可知厚度为厚度12mm的低合金钢

16MnR

在20～45。C时的t163MPa。

由强度消弱系数计算公式得：

fr

[]t[]

163170

0.9588

钢管厚度负偏差C10.25mm，腐蚀裕量厚度C21mm 接管有效厚度etnC1C21210.2510.75mm 开孔直径ddw2S2C530212210.25508.5mm 圆柱开孔所需补强面积：

Ad2et1f

508.510.826210.82610.7510.95885514.61mm2

4.3.2 有效补强范围内的补强面积A

e

1) 有效补强范围内的宽度B

有效不强范围内的宽应B

2d1017mm

2d

取d2nnt

二者中的较大值，其中

,d2nnt560.5mm，显然2d＞d2nnt，所以

。

B2d1017mm

2) 有效补强范围的外侧高度h1

有效补强范围的外侧高度h

1应取接管实际外伸高度

二者中的较小值，

其中

伸高度为



78.115mm

，接管实际外

H1H2280123mm403mm

。

dnt小于接管实际外伸高度，所

以

h1

78.115mm。

3) 有效补强范围的内侧高度h2

有效补强范围的内侧高度h

2应取接管实际内伸高度

二者中的较小值，

其中



78.115mm，接管实际内伸高度设计为0mm，接管实际

内伸高度小于dnt，所以h20mm。

4) 壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A1

圆筒计算厚度10.584mm，接管有效厚度

etnC1C210.75mmA1Bde2ete

1

f



1017508.511.7510.826210.7511.7510.82610.9588 469.036mm

2

5) 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A

2

接管计算厚度t根据公式

pcDi

2



t

pc



1.46650021631.01.466

2.259mm

A22h1ett2h2etCf

278.11510.752.2592010.751.250.9588 1326.549mm

2

6)

焊缝金属面积A

3

由于本次设计的储罐是存放有毒介质的，所以选用D类接头形式进行焊接， 因此，A3

12

2636mm

2

2

7) 有效补强范围内的补强面积Ae

根据公式AeA1A2A3469.0361326.549361831.585mm2

8) 补强圈的选取

因为Ae＜A，所以需要另加补强，其补强面积为：

A4AAe5514.611811.5853683.025mm

2

。

c

A4D2D1



3683.025840536

12.1mm

，查表《JB/T 47362002规定的补强圈尺

寸系列》应选用的补强圈厚度为14mm，补强材料一般与壳材料相同，可确定补强圈为：dN50014D16MnRJB/T 47362002。

。

5 支座的设计

5.1 支座的选择

5.1.1容器的自重及附件的质量m

1

筒体的质量m筒DiLn2.58.30.0147850kg7164.2kg 由《EHA椭圆形封头质量》可知DN2500mm封头质量m封764.1kg 由《回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表》得人孔的总质量为m人302kg。 液氯进口管、液氯出口管、安全阀接管质量：171.627.2kg 空气进口管、空气出口管质量：21.22.4kg 由《热轧钢管品种表》得所用钢管的理论质量 压力表接管、液位计接管：0.152.460.4kg

接管的总质量m接27.230.42kg58.4kg 法兰的总质量m法兰22.2kg

由《JB/T 4736-2002规定的补强圈尺寸系列表》得，DN500mm补强圈的质量为m补强36.3kg。

其他的质量m其他100kg

则容器的自重为m1m筒2m封m人m接m补强m其他9211.3kg

5.1.2 试验充满水的质量m

2

由《水的重要物理性质表》得30。C时水的密度为995.7kg/m3，m2V计45.23995.k7g

45035.k5g1。

1 5.1.3 充满液氯的质量m

3

正常操作时的液氯质量m3V计45.231314kg59432.22kg

m1m3

59432.22

2



9211.32

kg34321.8kg343.2kN

。

查《JB/T4712.1-2007 容器支座》得：

图4.1 鞍座的结构

所以

【4】鞍座标记为：JB/T 4712.12007,支座 A2600F

JB/T

4712.12007,支座 A2600S

5.2 支座的位置

因为鞍座位置的要求为A0.2L1.66m，并尽量使A0.5Ro0.63m，综合考虑选择A0.6m。

6 液面计及安全阀选择

本次设计采用磁性液位计，普通型，压力等级为1.6 Mpa。根据实际要求，选用液位计的中心距为2000 mm。标记 HG/T 21584-95 UZ 1.6M-2000-1.314 BF 321C。

根据公称压力PN=1.6和适用介质，选择型号为A41H-16C的安全阀。

7 总体布局

各种接管总体布局如图7.1。

图7.1 接管布局图

接管中心线间距500mm，接管与封头间距740mm,与人孔间距1500mm，与焊缝距离不小于150mm,鞍座距封头600mm。

8 焊接结构设计及焊条的选择

综合考虑各种因素，针对本次设计储存的介质是高毒性介质，所以本次设计的壳体A、B类焊接接头应为X型的如图。而对于法兰与壳体、接管连接的接头，应采用全焊透接头。

对于人孔、补强圈与壳体的接头选用，如图

图8.1 V型焊接接头

图8.2 接管与筒体的接头

图8.3 补强圈接头形式

9 强度校核

注：带#的材料数据是设计者给定的

10 参考文献

[1] 《压力容器介质手册》，化学工业出版社，2005年3月

[2] 郑津洋等编，《过程设备设计》（第二版），化学工业出版社，2005年7月 {3} 贺匡国主编，《化工容器及设备简明设计手册》第二版，北京，化学工业出版社，2002年8月

[4] 董大勤等编，《压力容器与化工设备使用手册》，北京，化学工业出版社，2000年3月

[5] 国家质量技术监督局，《压力容器安全技术检查规程》，中国劳动社会保障出版社，1999年

[6] GB150-98《钢制压力容器》，中国标准出版社，1998年5月

[7] 蔡纪宁主编，《化工设备机械基础课程指导书》，化学工业出版社，2003年 [8] 国家质量技术监督局，《压力容器安全技术检查规程》，中国劳动社会保障出版社，1999年

[9] 匡国柱主编，《化工单元过程及设备课程设计》，化学工业出版社，2002年

结束语

压力容器是涉及人民生命安全和财产安全的特种设备。为了确保压力容器的质量和安全，设计是一个重要环节。压力容器设计是综合专业知识的应用，例如：材料性能、容器的结构、元件的受力分析、防腐蚀措施、容器制造与检验等。

通过此次课程设计，增强了知识运用到实际的能力，加深了对课本知识的理解。使用国家压力容器标准、规范进行设计，掌握了液氯储罐设计的全过程；并且锻炼了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。

课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 专 题 院： 业： 目： 化工学 号：过程装备与控制工程45M3 液氨储罐设计指导教师：职称:2012 年 01 月 3 日课程设计任务书

学 专院： 业：化工过程装备与控制工程学 号： 45M3 液氨储罐设计学 生 姓 名： 课程设计题目：起 迄 日 期： 课程设计地点： 指 导 教 师： 系 主 任： 校内课 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 项 名 用 称 途 -10-40 10/16/20/25 0.85 液氯（高度危害） 室外 目 数 值 单 位 液氯储罐 液氯储存站 MPa ℃ M3备注最高工作压力 工作温度 公称容积（Vg） 工作压力波动情况 装量系数(φ V) 工作介质 使用地点 安装与地基要求 其它要求由介质温度确定可不考虑课 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。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， 19995．设计成果形式及要求：1）完成课程设计说明书一份； 2）电子图一张（A1 图纸一张） 3）总装配图一张 (A1 图纸一张)；

日前言压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等 国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。 压力容器一般由筒体、 封头、 法兰、 密封元件、 开孔和接管、 支座等六大部分构成容器本体。 此外， 还配有安全装置、 表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因， 容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目 前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规 定的法规和标准实施监督检查和技术检验。 本次课程设计目的主要是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； 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；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；掌握工程图纸的 计算机绘图。目录1 工艺设计 …………………………………………………………11.1 存储量…………………………………………………………1 1.2 设备的选型及轮廓尺寸………………………………………12 筒体及封头设计 …………………………………………………22.1 材料的选择……………………………………………………2 2.2 筒体壁厚设计计算……………………………………………2 2.3 封头壁厚的设计计算…………………………………………33 接管及接管法兰设计 ……………………………………………43.1 接管尺寸选择…………………………………………………4 3.2 管口表及连接标准……………………………………………4 3.3 接管法兰的选择………………………………………………5 3.4 垫片的选择……………………………………………………6 3.5 紧固件的选择…………………………………………………74 人孔的结构设计 …………………………………………………84.1 密封面的选择…………………………………………………8 4.2 人孔的设计……………………………………………………8 4.3 核算开孔补强…………………………………………………95 支座的设计 ………………………………………………………125.1 支座的选择……………………………………………………12

5.2 支座的位置……………………………………………………136 液面计及安全阀选择……………………………………………14 7 总体布局……………………………………………………………14 8 焊接结构设计及焊条的选择……………………………………14 9 强度校核……………………………………………………………17 10 参考文献 …………………………………………………………351 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W  V  t式中：W——储存量，t； ——装载系数；V——压力容器容积；t——设计温度下的饱和溶液的密度， tm3；根据设计条件 W   V  t = 0.9  45  1.314 t  53.22 t1.2 设备的选型及轮廓尺寸

粗略计算内径： 一般 LD  2π 4D i L  45 m23，取 LD 4得 D i  2 4 2 9 m m ，圆整得： D i  2500 mm 选用 EHA 椭圆封头，查《EHA 椭圆形封头内表面积及容积表》可得：深度B  665 mm，内表面积 A  7 . 0861 m 2 ，容积 V 封  2 . 2417 m 34 D i L  2V 封  45 m2 3根据 V g  V 筒  2V 封 L  V g  2V 封4Di2 8254 mm，圆整得: L  8300 mm4V 计  V 筒  2V 封 4D i L  2V 封 2 2 . 5  8 . 3  2  2 . 2417  45 . 23 m23误差V计  V g Vg 1 0 0 %  0 .5 1 %V 工   V 计  0 . 9  45 . 23  40 . 70 m3所以，筒体的公称直径 D i  2500 mm ,长度 L  8300 mm2 筒体及封头设计2.1 材料的选择液氯属于高危害性的介质， 但其腐蚀性小,使用温度为  20 ～ 40 。C ， 《压 根据 力容器设计手册》 中钢板的使用条件， 选择 16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。2.2 筒体壁厚设计计算2.2.1 设计压力液氯储罐的工作温度-20℃——40℃，故选取设计温度 t=50℃，由《压力容【1】 器介质手册》 查的， 该温度下的绝对饱和蒸汽压为 1.432MPa。 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，所以 设计压力 p  1 .1  1 .4 3 2  0 .1   1 .4 6 6 M P a 。2.2.2 液柱静压力【1】 由《某些无机物重要物理性质表》 查的，液氯的密度为 1 3 1 4 kg / m 3 ，内径

Di  2500 m m由《各地区重力加速度表》查的太原地区的 g  9 .7 9 6 8 4 m / s 2 ，则根据公式 p 静   g D i 可得 p 静  0 .0 3 2 M P a2.2.3 计算压力 p因 为p静 p 1 0 0  %c2＜ 2 % ， 5 %以 . 所可 忽略 静 压 力 的 影 响。 即p c  p  1 .4 6 6 M P a2.2.4 设计温度下材料的许用应力  tt为  20 ～ 40 。C ，假设筒体厚度为 6～16 mm ，由《钢板许用应力表》可得 的    170 MPat16 MnR2.2.5 焊接接头系数 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 .0 。2.2.6 内压容器的计算厚度 根据内压容器的计算厚度公式【2】 ： pc Di 2  1 .4 6 6  2 5 0 0 2  1 7 0  1 .0  1 .4 6 6t  pcm m  1 0 .8 2 6 m m11.489 m m在 6～16 mm 之间，故假设是成立的。取腐蚀裕量 C 2  2 m m ，  d    C 2  1 2 .8 2 6 m m 。 由《常用钢板厚度负偏差表》可查的，在 GB 6654 的钢板标准下 16 MnR 的 负偏差 C 1  0 . 25 mm 。  d  C 1  1 3 .0 7 6 m m 查《钢板厚度的常用规格表》 ，将其圆整为 1 4 m m ，即名义厚度  n  14 m m 的16 MnR钢板。2.3 封头壁厚的设计计算2.3.1 标准椭圆形封头的计算厚度根据标准椭圆形封头的计算厚度公式【2】 ：

 pc Di 2 t  0 .5 p c1 .4 6 6  2 5 0 0 2  1 7 0  1 .0  0 .5  1 .4 6 6 1 0 .8 0 3 m m取腐蚀裕量 C 2  2 m m ，  d    C 2  1 0 .8 0 3  2  1 2 .8 0 3 m m 由《常用钢板厚度负偏差表》可查的，在 GB 6654 的钢板标准下 16 MnR 的 负偏差 C 1  0 . 25 mm 。  d  C 1  1 3 .0 5 3 m m 查《钢板厚度的常用规格表》 ，将其圆整为 1 4 m m ，即名义厚度  n  14 m m 的16 MnR钢板，可见标准椭圆形封头与筒体等厚。3 接管及接管法兰设计3.1 接管尺寸选择3.1.1 液氯进、出口接管和空气进、出口接管选用补强管。查《化工容器 【3】 及设备简明设计手册》 得： 图 3.1 补强管用途公称直径 dN表 3.1 补强管的尺寸表【3】 外径  壁厚 补强管外伸或 内伸最小高度d o   nt h m in理论质量kg / 1 0 0 m m液氯进口管 液氯出口管 安全阀 空气进口管 空气出口管 3.1.2 表 3.2 用途80 89  8251.665 79  7221.2液位计接口、压力计接口、人孔接管尺寸表 公称直径 外径  壁厚 理论质量 dNd o   ntkg / m液位计 压力计20 2525  3.5 32  3.52.21 2.46

3.2 管口表及连接标准

表3.3 管口表

3.3 接管法兰的选择

图3.2 接管法兰结构

【3】

表3.5 接管法兰标记

3.4 垫片的选择

垫片选用石棉橡胶垫片，查HG/T 20606-1997《钢制管法兰用非金属平垫片》，

得：

表3.6 垫片尺寸表

【3】

3.5 紧固件的选择

查HG 20613-97 《钢制管法兰用紧固件》得螺柱的长度和平垫圈尺寸：

表4 螺栓及垫片【3】

4 人孔的结构设计

4.1 密封面的选择

由于本次设计的介质是高度危害的，所以本次设计采用凹凸法兰密封面（MFM）。

4.2 人孔的设计

本次设计的储罐设计压力为1.466MPa，根据HG/T21514～215352005《钢

【3】制人孔和手孔》，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。

该人孔标记为：人孔MFMⅢS35CM B 5002.5 HG/T215182005

【3】

4.3 核算开孔补强

本次设计人孔的公称外径为500mm＞89mm，所以进行补强圈补强。

4.3.1 圆柱开孔所需补强面积A

由《钢板许用应力表》可知厚度为厚度14m的低合金钢16MnR在20～45。C时的170MPa。由《钢管许用应力表》可知厚度为厚度12mm的低合金钢

16MnR

在20～45。C时的t163MPa。

由强度消弱系数计算公式得：

fr

[]t[]

163170

0.9588

钢管厚度负偏差C10.25mm，腐蚀裕量厚度C21mm 接管有效厚度etnC1C21210.2510.75mm 开孔直径ddw2S2C530212210.25508.5mm 圆柱开孔所需补强面积：

Ad2et1f

508.510.826210.82610.7510.95885514.61mm2

4.3.2 有效补强范围内的补强面积A

e

1) 有效补强范围内的宽度B

有效不强范围内的宽应B

2d1017mm

2d

取d2nnt

二者中的较大值，其中

,d2nnt560.5mm，显然2d＞d2nnt，所以

。

B2d1017mm

2) 有效补强范围的外侧高度h1

有效补强范围的外侧高度h

1应取接管实际外伸高度

二者中的较小值，

其中

伸高度为



78.115mm

，接管实际外

H1H2280123mm403mm

。

dnt小于接管实际外伸高度，所

以

h1

78.115mm。

3) 有效补强范围的内侧高度h2

有效补强范围的内侧高度h

2应取接管实际内伸高度

二者中的较小值，

其中



78.115mm，接管实际内伸高度设计为0mm，接管实际

内伸高度小于dnt，所以h20mm。

4) 壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A1

圆筒计算厚度10.584mm，接管有效厚度

etnC1C210.75mmA1Bde2ete

1

f



1017508.511.7510.826210.7511.7510.82610.9588 469.036mm

2

5) 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A

2

接管计算厚度t根据公式

pcDi

2



t

pc



1.46650021631.01.466

2.259mm

A22h1ett2h2etCf

278.11510.752.2592010.751.250.9588 1326.549mm

2

6)

焊缝金属面积A

3

由于本次设计的储罐是存放有毒介质的，所以选用D类接头形式进行焊接， 因此，A3

12

2636mm

2

2

7) 有效补强范围内的补强面积Ae

根据公式AeA1A2A3469.0361326.549361831.585mm2

8) 补强圈的选取

因为Ae＜A，所以需要另加补强，其补强面积为：

A4AAe5514.611811.5853683.025mm

2

。

c

A4D2D1



3683.025840536

12.1mm

，查表《JB/T 47362002规定的补强圈尺

寸系列》应选用的补强圈厚度为14mm，补强材料一般与壳材料相同，可确定补强圈为：dN50014D16MnRJB/T 47362002。

。

5 支座的设计

5.1 支座的选择

5.1.1容器的自重及附件的质量m

1

筒体的质量m筒DiLn2.58.30.0147850kg7164.2kg 由《EHA椭圆形封头质量》可知DN2500mm封头质量m封764.1kg 由《回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表》得人孔的总质量为m人302kg。 液氯进口管、液氯出口管、安全阀接管质量：171.627.2kg 空气进口管、空气出口管质量：21.22.4kg 由《热轧钢管品种表》得所用钢管的理论质量 压力表接管、液位计接管：0.152.460.4kg

接管的总质量m接27.230.42kg58.4kg 法兰的总质量m法兰22.2kg

由《JB/T 4736-2002规定的补强圈尺寸系列表》得，DN500mm补强圈的质量为m补强36.3kg。

其他的质量m其他100kg

则容器的自重为m1m筒2m封m人m接m补强m其他9211.3kg

5.1.2 试验充满水的质量m

2

由《水的重要物理性质表》得30。C时水的密度为995.7kg/m3，m2V计45.23995.k7g

45035.k5g1。

1 5.1.3 充满液氯的质量m

3

正常操作时的液氯质量m3V计45.231314kg59432.22kg

m1m3

59432.22

2



9211.32

kg34321.8kg343.2kN

。

查《JB/T4712.1-2007 容器支座》得：

图4.1 鞍座的结构

所以

【4】鞍座标记为：JB/T 4712.12007,支座 A2600F

JB/T

4712.12007,支座 A2600S

5.2 支座的位置

因为鞍座位置的要求为A0.2L1.66m，并尽量使A0.5Ro0.63m，综合考虑选择A0.6m。

6 液面计及安全阀选择

本次设计采用磁性液位计，普通型，压力等级为1.6 Mpa。根据实际要求，选用液位计的中心距为2000 mm。标记 HG/T 21584-95 UZ 1.6M-2000-1.314 BF 321C。

根据公称压力PN=1.6和适用介质，选择型号为A41H-16C的安全阀。

7 总体布局

各种接管总体布局如图7.1。

图7.1 接管布局图

接管中心线间距500mm，接管与封头间距740mm,与人孔间距1500mm，与焊缝距离不小于150mm,鞍座距封头600mm。

8 焊接结构设计及焊条的选择

综合考虑各种因素，针对本次设计储存的介质是高毒性介质，所以本次设计的壳体A、B类焊接接头应为X型的如图。而对于法兰与壳体、接管连接的接头，应采用全焊透接头。

对于人孔、补强圈与壳体的接头选用，如图

图8.1 V型焊接接头

图8.2 接管与筒体的接头

图8.3 补强圈接头形式

9 强度校核

注：带#的材料数据是设计者给定的

10 参考文献

[1] 《压力容器介质手册》，化学工业出版社，2005年3月

[2] 郑津洋等编，《过程设备设计》（第二版），化学工业出版社，2005年7月 {3} 贺匡国主编，《化工容器及设备简明设计手册》第二版，北京，化学工业出版社，2002年8月

[4] 董大勤等编，《压力容器与化工设备使用手册》，北京，化学工业出版社，2000年3月

[5] 国家质量技术监督局，《压力容器安全技术检查规程》，中国劳动社会保障出版社，1999年

[6] GB150-98《钢制压力容器》，中国标准出版社，1998年5月

[7] 蔡纪宁主编，《化工设备机械基础课程指导书》，化学工业出版社，2003年 [8] 国家质量技术监督局，《压力容器安全技术检查规程》，中国劳动社会保障出版社，1999年

[9] 匡国柱主编，《化工单元过程及设备课程设计》，化学工业出版社，2002年

结束语

压力容器是涉及人民生命安全和财产安全的特种设备。为了确保压力容器的质量和安全，设计是一个重要环节。压力容器设计是综合专业知识的应用，例如：材料性能、容器的结构、元件的受力分析、防腐蚀措施、容器制造与检验等。

通过此次课程设计，增强了知识运用到实际的能力，加深了对课本知识的理解。使用国家压力容器标准、规范进行设计，掌握了液氯储罐设计的全过程；并且锻炼了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。