1、目 录一、绪论1.任务说明2.液氯的性质二、设计参数的确定1.设计压力2.设计温度3.主要元件材料的选择4.焊接结构系数5液化气体储罐的设计储存量三、压力容器结构设计1.筒体和封头2.压力的确定计算3.接管的选择4.法兰的选择5.人孔的选择6.液氯进出口管7.液面计及安全阀选择8.垫片的选择9.螺栓的选择10.鞍座选型11.焊接接头四、补强圈设计1.补强圈设计方法判别2.补强的确定3.开孔所需补强面积4.有效补强范围5.有效高度的确定6.有效补强面积7.补强面积五、校核.六、总结七、参考文献一、绪论1任务说明 设计一个容积 40m的液氯储罐，采用常规设计方法，综合考虑液氯性质、所在环境等条件并
2、参考相关标准，分别对储罐进行工艺设计、结构设计、设备强度计算，得出储罐的筒体、封头、鞍座、人孔和接管的尺寸，然后用 SW6-2011 校核软件对其进行强度校核，最终形成合理的设计方案。设计储存设备，首先必须满足各种给定的工艺要求，考虑存储介质的性质、容量、钢材的耗费量等等。而且液化气体必须考虑它的膨胀性和压缩性，液化气体的体积会因温度的改变而变化，所以必须严格控制储罐的充装量（指装量系数与储罐实际容积和设计温度下介质的饱和液体密度的乘积） 。在总贮量小于 500 ，单罐容积小于 100 时选用卧式贮罐比较经济。3m3m2液氯性质 液氯化学名称液态氯，沸点-34.6，溶点-103 ，分子量 70
3、.91 黄绿色有刺激性气味的气体。密度：相对密度(水=1)1.47 ；相对密度( 空气 =1)2.48；稳定性：稳定：危险标记：6(有毒气体) ；在常压下即气化成气体，吸入人体能严重中毒， 有剧烈刺激作用和腐蚀性，在日光下与其它易燃气体混合时发生燃烧和爆炸，氯是很活泼的元素，可 以和大多数元素（或化合物）起反应。危害特性：液氯不会燃烧，但可助燃。一般可燃物大都能在氯气中燃烧，一般易燃气体或蒸汽也都能与氯气形成爆炸性混合物。氯气能与许多化学品如乙炔、松节油、乙醚、氨、燃料气、烃类、氢气、金属粉末等猛烈反应发生爆炸或生成爆炸性物质。它几乎对金属和非金属都有腐蚀作用在工业上，液氯是一种很有用的化学物
4、质。氯可用于造纸、纺织工业的漂白；用作水和废水的消毒、杀菌剂；且可用于制造无机、有机氯化物，如：金属氯化物、氯溶剂、染料中间体、杀虫剂、合成橡胶、塑料等。但由于液氯属高毒性，是一种强烈的刺激性气体。它对人体、环境都有很强的危害，因此液氯的存储、运输都是一个值得深思的问题。二、设计参数的确定设计参数的确定设计参数表序号项 目 数 值 单 位备 注1 名 称 液氯储罐2 用 途 液氯储存站3 设计压力 1.466 MPa4 工作温度 -20 45 5 公称容积（V g） 40 M36 工称直径 2400 MM7 装量系数( V) 0.98 工作介质 液氯（高度危害）9 使用地点 室内10 工作介质
5、 液氯11 其它要求 100%无损检测12 设计温度 50 13 介质密度 1.314 g/c1设计压力设计压力系指设定的容器顶部的最高压力与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。而工作压力系指容器在正常工作中顶部产生的最高压力。设计压力应视内压或外压容器分别取值。当内压容器上装有安全泄放装置时，其设计压力应根据不同形式的安全泄放装置确定。装设安全阀的容器，考虑安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不应低于安全阀的整定压力，通常可取最高工作压力的 1.051.10 倍；装设爆破片时，设计压力不得低于爆破片的设计爆破片压力。对于盛装液化气体的容器，由于容器内介质压力
6、液化气体的饱和蒸气压，在规定的装量系数范围内，与体积无关，仅取决于温度的变化，故设计压力与周围的大气环境温度密切相关。此外，还要考虑容器外壁是否有保冷设施，可靠的保冷设施能有效地保证容器内温度不受大气环境温度的影响，即设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。计算压力是指在相应的设计温度下，用以确定元件最危险截面厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力加上液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于 5%设计压力时，可忽略不计。(锅炉压力容器安全) t=50时,根据压力容器介质手册可得液氯的密度是 1.314g/cm3饱和蒸汽压 Pv=1.4327 MPa大气压
7、Pa=0.1 MPa 设计压力 P=1.1Pv=1.1（1.4327-0.1）=1.466 MPa 液柱静压力= gDi=1.3149.82.4=0.0315%Pd，所以忽略液柱静压力。 计算压力 Pc=Pd=1.466 MPa2设计温度设计温度也为压力容器的设计载荷条件之一，它是指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值） 。当元件金属温度不低于 0时，设计温度不得低于元件金属可能达到的最高温度；当元件金属温度低于 0时，其值不得高于元件金属可能达到的最低温度。GB150.3 规定设计温度低于-20的碳素钢和低合金钢制容器，以及设计温度低于-196的奥氏体型钢材
8、制容器属于低温容器。3主要元件材料的选择a 筒体材料的选择：b 压力容器的选择：根据液氯的特性，查 GB150-1998 选择 16MnR。16MnR 是压力容器专用钢，适用范围：用于介质具有一定腐蚀性,壁厚较大（）的压力容器。50时的许用应力 ,钢板标准8m 170tMpaGB6645。C 钢管材料的选择：根据 JB/T4731,钢管的材料选用 20 钢，其许用应力 13saP4焊接结构系数 氯气是一种极度危害的戒指，对人的皮肤，呼吸道有害，甚至心力衰竭而死亡，液氯属于高度危害介质，必须采用双面对接接头并采用 100%无损检测，焊接接头系数取 =1。5液化气体储罐的设计储存量t30.471.
9、09.t VW三、压力容器结构设计1.筒体和封头筒体的公称直径 有标准选择，而它的长度 L 可以根据容积要iD求来决定。根据公式 取 32im40L.5iL将 代入得： 。 圆整后， 3.5iD1iDm240iD采用标准椭圆封头，查标准 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头由JBT4746-2002-钢制压力容器用封头查得，总深 H=640mm，封头容积 V=1.9905m3 内表面积=6.5453 A/ 2m根据 总封筒 V解得 取m7965筒Lm80筒L在 36 之间 。3.208D3i1728.64筒筒 LV计算容积= 3m5.40V筒工作容积 计工 （1）筒体的厚度计算：由中径
10、公式 可得2citpDa.计算厚度： ，m39.1046.1702.（钢板厚度负偏差 ，腐蚀余量 ， ）C24Cb.名义厚度： 。mnc.有效厚度： 12e（2）椭圆的厚度计算：由封头厚度 可得0.5citcPDa.计算厚度： m379.146.1702.（钢板厚度负偏差 ，腐蚀余量 ， ）C24Cb.名义厚度： 。m6nc.有效厚度： 12e2、压力的确定计算a .计算压力 ： cPa46.1)01. MPV（b.液柱静压力: .03929.83gh,%5021.46.139cP故液柱静压力可以忽略，即 a46.1dcMPPc.水压试验： PtT832.25.1d其中： 为元件在常温下的许用
11、应力； 为元件在t设计温度下的许用应力。3、接管的选择液氯储罐要开设液氯进口管、安全阀口、人孔、空气进口管、空气出口管、压力表接口、液位计接口、液氯出口管，并根据各接口的大小选择相对应的法兰及垫片。管口表接管代号 公称尺寸 公称压力 连接尺寸标准 连接面形式 用途或名称a DN80 PN1.6MPa HG20595-1997 MFM 液氯进口管b DN80 PN1.6MPa HG20592-1997 MFM 安全阀接口c DN500 PN1.6MPa HG/T21523-2005 MFM 人孔d DN65 PN1.6MPa HG20595-1997 MFM 空气进口管e DN65 PN1.6M
12、Pa HG20595-1997 MFM 空气出口管f DN25 PN1.6MPa HG20595-1997 MFM 压力表接口g DN25 PN1.6MPa HG20595-1997 MFM 液位计接口h DN80 PN1.6MPa HG20595-1997 MFM 液氯出口管j DN80 PN1.6MPa HG20595-1997 MFM 排污管4、法兰的选择跟据管口公称直径选择相应的法兰，1.6MPa 时选用带颈对焊钢法兰，主要参数如下：5、人孔的选择：本次设计的储罐设计压力为 1.466MPa，根据20052153521514/THG钢制人孔和手孔选用水平吊盖带颈平焊法兰人孔（HGT 2
13、1523-2005） ，密封形式： 凹凸面（MFM ） ，（见图 3-3）公称直径 500mm。人孔质量： 232kg。其型号为：人孔MFM b-8.8（NM-XB350）500-1.6 HGT 21523-2005 6、液氯进出口管 进口管管端成 45角可使液流集中，避免成滴水，对卧式容凹凸面器插入深度为全高的 2/3，插入液体中对减少液面形成泡沫及稳定液面等都有利。 7、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。压力
14、表 ：由于盛装液氯，混入的少量水分会导致介质的腐蚀性，故选用适用于测量具有一定腐蚀性，非凝固或非结晶的各种流体介质的压力或负压的膜片压力表。选择型号为 YPF-150-B-F 。安全阀：选用 A42Y-16P，适用于腐蚀性介质，公称压力 1.6MPa，公称直径 DN100注意：液位计接管、安全阀、空气进出口管、压力表接管高度均为 120mm8、垫片的选择 参照 HG/T 2059220635-2009 钢制管法兰、垫片和紧固件，当压力等级1.6MPa 且有剧毒介质时，选择缠绕垫片。垫片选聚四氟乙烯包覆垫,折包型（PMT）,公称通径 DN500。其型号为：HG20607 四氟包覆垫 PMT 50
15、0-1.6 9、螺栓的选择 参照 HG/T 2059220635-2009 钢制管法兰、垫片和紧固件标准为 HG20613-1997 钢制管法兰紧固件10、鞍座选型a.鞍座结构该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用 Q235-A。估算鞍座的负荷： Q235 钢的密度为 3m/kg1085.7筒体的质量 2m1储存液氯的质量 9.43单个封头质量 kg803由查标准 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.2 EHA 椭圆形封头质量 附件质量 kg40m总重 G= 559.776KN 单个鞍座承受的重量 G=279.89KN由此查 JB4712.1-2007 容器支座，选取轻型，焊制为
16、A,包角为 120 ，有垫板的鞍座。查 JB4712.1-2007 得鞍座结构尺寸如下表鞍式支座结构尺寸（mm ）底板公称直径 DN允许载荷Q KN鞍座高度 h 1l 1b 1腹板 22400 435 250 1720 240 14 10筋板 垫板3l 2b 3b 3弧长 4b 4e265 208 290 8 2800 500 10100螺栓配置间距 2l螺孔 d螺纹孔长l鞍座质量 kg每增高100mm增加的质量 kg1520 24 M20 40 234 23b.鞍座位置的确定通常取尺寸 A 不超过 0.2L 值，中国现行标准 JB 4731钢制卧式容器规定 A0.2L=0.2（L+2h ）
17、，A 最大不超过 0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头 有 h=40mm2hi）（ HD故 A=1616mm由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB 4731 还规定当满足A0.2L 时，最好使 A0.5R m（ ）,即 2Rinm1208R取 A=604mm综上有：A=604mm。11、焊接接头容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝、融合线和热影响区的总称，焊缝是焊接接头的主要部分。焊接接头的形式和坡口形式的设计直接影响到焊接的
18、质量与容器的安全。回转壳体与封头的焊接接头采用对接接头接管与筒体的焊接接头坡口为 50人孔处接管、补强圈的焊接采用角焊，坡口为 .502A.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。而对于法兰与壳体、接管连接的接头，应采用全焊透接头。B.人孔处接管、补强圈的焊接结构焊条型号及牌号(JB/T 4709-2007)接头母材 焊条型号 焊条牌号筒体与封头 E5016 J506筒体与接管 E309-16 A307筒体与补强圈 E309-16 A307四、补强圈设计1、补强设计方法判别根据 GB150，可不另行补强的
19、条件：1）设计压力小于或等于 2.5Mpa。2）在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的2.5 倍。3）接管公称外径不大于 89mm 时。接管厚度满足下列要求：2、补强的确定由于该储罐中有 DN=500mm 的 人孔需要补强。按 HG/T21523-2005,人孔为水平吊盖带颈平焊焊法兰人孔，凹凸面 MFM 型。开孔直径 25048idCm1402iD采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用 20r 钢，其许用应力 t13MPa根据 GB150-1998， A=d2()etrf其中：壳体开孔处的计算厚度 10.393mm 接管的有效厚度 6410强度削弱系数3.782tnrrf3
20、、开孔所需补强面积为 m832.506f12dret）（A4、有效补强范围有效宽度 B 的确定，按 GB150 中式 8-7，得：m106582d1Bm56012nt2 12ax(,)5、有效高度的确定(1）外侧有效高度 的确定1h根据 GB150，得： m27.1058dhnt 31接 管 实 际 外 伸 高 度.h,mi1）（(2）内侧有效高度 的确定2根据 GB150-1998，得： 27.1h0（实际内伸高度）22min(,)06、有效补强面积根据 GB150，分别计算如下： 123eA1）筒体多余面积 1Am15.827.0139.239.025806fd( rete ） （） （
21、） （） （ BA2）接管的多余面积接管厚度：mPDcta 7.246.13250.2it m36.082.76.1fhfhr2etrtet1 ）（）（）（ CA3）焊缝金属截面积焊角取 6.0mm223163Am7、补强面积 19.2085.136.0e A因为 ，所以开孔需另行补强m所需另行补强面积： 4098.64mm补强圈设计：根据 DN500 取补强圈外径 。因为 ，840DmBD所以在有效补强范围。补强圈内径 d=534mm补强圈厚度： ，圆整取名义厚度为39.154806.9 14mm。五、校核附页六、总结通过本次课程设计，我完成了容积为 40 的液氯储罐的设计，3m并采用 SW
22、6-2011 对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。在此次课程设计，我从毫无头绪，到一点一点查阅，理清设计思路，然后计算校核，如此反复，最终完成了课程设计。虽然在这个过程中，我不断的出错，不断的校核计算，但通过改正错误，更加增强了我把知识运用到实际的能力，加深了对课本知识的理解。同时，通过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。另外，在这次的设计中，培养了我设计的严谨性和团队合作的态度。相信会给以后的学习和工作带来很大的帮助。七、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，19982 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，19993 全国化工设备设计技术中心站， 化工设备图样技术要求 ，2000，114 郑津洋、董其伍、桑芝富， 过程设备设计 ，化学工业出版社，20015 黄振仁、魏新利， 过程装备成套技术设计指南 ，化学工业出版社，20026 国家医药管理局上海医药设计院， 化工工艺设计手册 ，化学工业出版社，19967 蔡纪宁主编， 化工设备机械基础课程设计指导书 ，化学工业出版社，2003 年
