第一章 课程设计任务书设计条件表液氯进口管DN50；液氯出口管DN50；空气进口管DN50；空气出口管DN50；安全阀接口DN50；压力表接口DN25. 液位计接口人孔按需设置。

第二章 绪论（一）设计任务：综合运用所学的专业课知识，设计一个第一类压力容器中的高度危险性内压容器——液氯储罐。

（二）设计思想：综合运用所学的专业课知识，以《课程设计指导书》为根，以《过程装备基础》为本，结合所学的专业课知识，对储罐进行设计。

在设计过程中综合考虑了经济效益，适用性，安全可靠性。

各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准。

第三章 材料及结构的选择与论证(一)材料选择纯液氯是高危害性的介质，但其腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,有因为使用温度为C 。

～4520 ，根据《课程设计指导书》中钢板的使用条件，应选用Q245R 或Q345R 。

常用的有20R 和16MnR 两种。

如果纯粹从技术角度看，建议选用20R 类的低碳钢板， 16MnR 钢板的价格虽比20R 贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR 钢板为比较经济。

所以在此选择16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。

（二）结构选择与论证 （1）封头的选择从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。

但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。

平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。

从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。

因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。

（2）人孔的选择压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。

人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。

一般人孔有两个手柄。

本次设计在综合考虑公称压力、公称直径工作温度以及人孔的结构和材料等诸方面因素的情况下，选用回转盖带颈对焊法兰人孔。

（3）容器支座的选择容器支座有鞍式支座、腿式支座、支撑式支座、耳式支座、裙式支座等，用来支撑容器的重量。

鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。

因为本次设计的容器直径在mm 1000以上，所以选用轻型鞍座，又因为容器有热胀冷缩的位移要求，所以应选两个轻型鞍座分别为固定式和滑动式。

（4）法兰型式的选择法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。

压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。

平焊法兰又分为甲型与乙型两种。

法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。

在考虑到本次储存的介质为高度毒性介质，所以应选用带颈对焊法兰。

（5）液面计的选择液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为：玻璃管液面计、透光式玻璃板液面计、反射式玻璃板式玻璃板液面计、浮标式玻璃板液面计、防霜液面计、磁性液位计等。

应为本次设计要成装毒性为高度介质的容器，所以不能选用玻璃管液面计。

又因为要储存的介质稍有色泽，所以不能选用透光式玻璃板液面计。

本次设计的设计高度小于m 3，因而不能选用浮标式玻璃板液面计。

本次设计的工作温度为C 。

～4520 ，所以不能用防霜液面计。

综合上述的内容，结合经济效益，本次设计选用反射式玻璃板式玻璃板液面计。

（6）保温层的选择本次设计中液氯的操作温度小于C 。

50，工艺也没有要求限制热损失，保温层的价格比较贵，保温层岩棉还有致癌作用，再从经济效益方面综合考虑，本次设计决定不涉及保温层。

（7）视镜的选择视镜用来观察设备内部物料的工作情况，本次设计选用不带颈视镜，因为其结构简单，不易粘料，有比较宽的视察范围。

（8）压力表的选择压力容器上的压力表的最大量程应与设备的工作压力相适应。

压力表的量程一般为设备工作压力的35.1～倍，压力表的使用压力范围，应不超过刻度极限的%7060～又考虑到液氯是高毒性的介质，所以综合考虑应选用钽材料的压力表，测量范围为MPa 5.10～。

（9）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1。

对应的焊条选用E5016.而对于法兰与壳体、接管连接的接头，应采用全焊透接头，如图2. 对应的焊条选用E5016.对于人孔、补强圈与壳体的接头选用D 类接头形式，如图3. 对应的焊条选用E5016.。

50212 图12 2123。

45图2图361210122。

35。

5022第四章 设计计算及结构设计（一）筒体厚度设计1. 303M 液氯储罐的工作压力（1p ）所成装液氯的临界温度为144C 。

＞50C 。

，因为无保冷设施，所以该储的最高工作压力不得低于液氯在50C 。

时的饱和蒸汽压，即Mpa Bar p 303.103.131=≥。

（由《液化气饱和蒸汽压及饱和液密度表》查的）2．设计压力（2p ）液氯储罐的最高温度可达到45C 。

由《液化气饱和蒸汽压及饱和液密度表》查的，该温度下的饱和蒸汽压为Bar 65.11。

在本次设计中的液氯储罐上装有安全阀，通常认为安全阀的开启压力为1.1倍的Bar 65.11，所以MPa Bar p 2815.1815.121.165.112==⨯=。

3.液柱静压力（3p ）由《某些无机物重要物理性质表》查的，液氯的密度为3/1468m kg ，取内径mm D i 2500=由《各地区重力加速度表》查的太原地区的2/79684.9s m g =，则根据公式i gD p ρ=3可得MPa p 03595.03=。

4.计算压力(c p ) 因为%5%8.223＜=p p ，所以可忽略静压力的影响。

即MPa p p c 2815.12== 5.设计温度下材料的许用应力[]tσt 为C 。

～4520-，假设厚度为mm 166～，由《钢板许用应力表》可得MnR 16的[]MPa t170=σ6.焊接接头系数（Φ）因为φ的取值是根据焊接接头的形式，及无损检测的长度比例来确定的。

本次液氯储罐的设计采用双面对接接头和相当于双面对接焊的全焊透对接接头，100%无损检测，所以0.1=Φ。

7.内压容器的计算厚度()δ 内压容器的计算厚度公式为：[]ctic p D p -Φ=σδ2式中：计算压力Mpa p c 2815.1= 筒体内径mm D i 2500=设计温度下材料的许用应力[]Ma t170=σ焊缝系数0.1=Φ 将以上数据代入公式得[]mm mm p D p ctic 458.92815.10.1170225002815.12=-⨯⨯⨯=-Φ=σδmm 458.9在mm 166～之间，所以第5步的假设是成立的。

8.内压圆筒的设计厚度()d δ取腐蚀裕量mm C 5.12=，根据内压圆筒的设计厚度计算公式[]22C p D p ctic d +-Φ=σδ的mm d 958.10=δ。

9.通体名义厚度()n δ由《常用钢板厚度负偏差表》可查的，在6654GB 的钢板标准下MnR 16的负偏差mm C 25.01=。

计算厚度n δ加上负偏差1C 为mm 208.11，查《钢板厚度的常用规格表》，将其圆整为mm 12，即名义厚度mm n 12=δ的MnR 16钢板.(二)封头壁厚的设计采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同。

1. 标准椭圆形封头的计算厚度()δ 标准椭圆形封头的计算厚度公式为[]ctic p D p 5.02-Φ=σδ式中：计算压力MPa p c 2815.1= 筒体内径mm D i 2500=设计温度下材料的许用应力[]Ma t170=σ焊缝系数0.1=Φ 将以上数据代入公式得[]mm p D p ctic 44.95.02=-Φ=σδ2. 标准椭圆形封头的名义厚度()n δ由公式2C d +=δδ代入具体数据得mm C d 94.105.144.92=+=+=δδ 查《钢板厚度的常用规格表》，将其圆整为mm 12，即名义厚度mm n 12=δ，可见标准椭圆形封头与筒体等厚。

（三）厚度的校核计算1.筒体的长度()L 及鞍座的位置()a由《EHA 椭圆形封头内表面积及容积表》可得公称直径mm DN 2500=的椭圆形封头容积312417.2m V =。

本次设计的液氯储罐的公称容积330m V g =，所以代入公式21412DN V V L g π-=的m L 2.5=。

因为鞍座位置的要求为m L a 04.12.0=≤，并尽量使m R a i 25.15.0=≤，综合考虑选择mm a 04.1=。

2．容器的质量（1）容器的自重及附件的质量()1m a)EHA 的质量()2m由《EHA 椭圆形封头内表面积及容积表》可知本次设计的EHA 内表面积26545.7m A =，所以其质量kg A m n 76.12012=⨯⨯=ρδb ）筒体的质量()3m根据公式ρδ⨯⨯⨯=i n D L m 3，代入具体数据得kg m 5.10203= c)人孔的质量()4m由《回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表》得本次设计所用人孔的总质量为kg 245。

d)接管的质量()5m由《热轧钢管品种表》得本次设计所用钢管的理论质量： 液氯进口管：kg 835.1255.77.1=⨯ 液氯出口管：kg 459.1655.718.2=⨯ 空气进口管：kg 51.155.72.0=⨯ 空气出口管：kg 51.155.72.0=⨯ 安全阀接口：kg 51.155.72.0=⨯ 压力表接口.：kg 492.046.22.0=⨯ 液位计接口：kg 492.046.22.0=⨯ 所以kg m 808.345= e)补强圈质量()6m由《JB/T 4736-2002规定的补强圈尺寸系列表》得，本次设计所用补强圈的质量为kg 9.16。

f)预焊件、梯子平台、防腐层等的质量()7m 本次设计假定kg m 807=则容器的自重为kg m m m m m m m 268.26037654321=+++++= 2）充满试验液体（水）的质量()8m由《EHA 椭圆形封头内表面积及容积表》得本次设计的EHA 容积为32417.2m ，又因为筒体的容积为330m ，由《水的重要物理性质表》得C 。

30时水的密度为3/7.995m kg ，所以()12.343357.995302417.228=⨯+⨯=m 。

3）正常操作时的液氯质量()9m由《某些无机物重要物理性质表》查的，液氯的密度为3/1468m kg ，由《EHA 椭圆形封头内表面积及容积表》得本次设计的EHA 容积为31257.1m ，又因为筒体的容积为330m ，所以()kg m 6.506211468302417.229=⨯+⨯=3.正常操作和液压试验时跨中截面处的弯矩 建立力学模型，把上述计算所得的质量产生 的重力，简化为沿容器轴线作用的分布载荷， 即图4.先求出A 、B 两点的支反力()a l qaql F F B A 2222--==由次可画出对应的剪力图和弯矩图，即图5由弯矩图可知最大弯矩402max ql M =（1）正常操作时跨中截面处的弯矩正常操作时()Lg m m q 81+=由《各地区重力加速度表》查的太原地区的2/79684.9s m g =，代入具体数值得MPa q 1.0=，再代入求出的跨中截面处弯矩方程得MPa M 068.0=。