中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 过程装备与控制工程 题 目： 〔〕M 3液氯储罐设计指导教师：职称:2021年06月08日陆辉山 闫宏伟 高 强魏秀业 刘 波 崔宝珍中北大学课程设计任务书2021/2021 学年第二学期学院：机械工程与自动化学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：〔45〕M3液氯储罐设计起迄日期：06 月08 日～06月22日课程设计地点：校内指导教师：陆辉山闫宏伟高强系主任：姚竹亭下达任务书日期: 2021年06月08日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、支座等六大局部构成容器本体。

此外，还配有平安装置、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、设备和财产的平安及污染环境的事故。

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、标准进行设计，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。

1 工艺设计 (1) (1) (1)2筒体及封头设计 (2) (2) (2) (3)3接管及接管法兰设计 (4) (4) (4) (5) (6) (7)4人孔的结构设计 (8) (8) (8) (9)5支座的设计 (12) (12) (13)6液面计及平安阀选择 (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 (35)1 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t V W ρφ=式中：W ——储存量,t ； φ——装载系数； V ——压力容器容积；t ρ——设计温度下的饱和溶液的密度，3m t ；根据设计条件t V W ρφ==0.945 1.31453.22t t ⨯⨯=1.2 设备的选型及轮廓尺寸粗略计算内径： 32454m L D i =π一般2=DL，取4=DL得2429i D mm =，圆整得：mm D i 2500=选用EHA 椭圆封头，查?EHA 椭圆形封头内外表积及容积表?可得：深度mm B 665=，内外表积20861.7m A =，容积32417.2m V =封根据32g 45242m V L D V V V i =+=+=封封筒πm m D V V L i g 8254422=-=π封，圆整得:mm L 8300=32223.452417.223.85.24242m V L D V V V i =⨯+⨯⨯=+=+=ππ封封筒计误差100%0.51%ggV V V -⨯=计3m 70.4023.459.0=⨯==计工V V φ所以，筒体的公称直径mm D i 2500=,长度mm L 8300=2 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C 。

～4020-，根据?压力容器设计手册?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℃，应选取设计温度t=50℃，由?压力容器介质手册?【1】——1.1倍，所以设计压力()1.1 1.4320.1 1.466p MPa =⨯-=。

2.2.2 液柱静压力由?某些无机物重要物理性质表?【1】查的，液氯的密度为31314/kg m ，内径2500i D mm =由?各地区重力加速度表?查的太原地区的29.79684/g m s =，那么根据公式i p gD ρ=静可得0.032p MPa =静2.2.3 计算压力c p因为100% 2.2%5%p p⨯=静＜，所以可忽略静压力的影响。

即1.466c p p MPa ==2.2.4 设计温度下材料的许用应力[]tσt 为C 。

～4020-，假设筒体厚度为mm 166～，由?钢板许用应力表?可得MnR 16的[]MPa t 170=σ2.2.5 焊接接头系数φ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 1.0φ=。

2.2.6 内压容器的计算厚度δ根据内压容器的计算厚度公式【2】：[] 1.466250010.8262170 1.0 1.4662c i tcp D mm mm p δσ⨯===⨯⨯-Φ-11.489mm 在mm 166～之间，故假设是成立的。

取腐蚀裕量22C mm =， 212.826d C mm δδ=+=。

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=。

113.076d C mm δ+=查?钢板厚度的常用规格表?，将其圆整为14mm ，即名义厚度14n mm δ=的MnR 16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】：[] 1.466250010.8032170 1.00.5 1.46620.5c itcp D mm p δσφ⨯===⨯⨯-⨯-取腐蚀裕量22C mm =，210.803212.803d C mm δδ=+=+=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=。

113.053d C mm δ+=查?钢板厚度的常用规格表?，将其圆整为14mm ，即名义厚度14n mm δ=的MnR 16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?化工容器及设备简明设计手册?【3】得：图3.1 补强管【3】3.1.23.2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2005THG?钢～2151421535/制人孔和手孔?【3】，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。

该人孔标记为：人孔CM MFM S 35-Ⅲ B 500 2.5- 200521518/-T HG【3】4.3 核算开孔补强本次设计人孔的公称外径为50089mm mm ＞，所以进行补强圈补强。

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MnR 16在C 。

～4520-时的[]MPa 170=σ。

由?钢管许用应力表?可知厚度为厚度mm 12的低合金钢MnR 16在C 。

～4520-时的[]163t MPa σ=。

由强度消弱系数计算公式得：[]1630.9588[]170t r f σσ=== 钢管厚度负偏差mm C 25.01=，腐蚀裕量厚度mm C 12= 接管有效厚度121210.2510.75et n C C mm δδ=--=--= 开孔直径()22530212210.25508.5w d d S C mm =-+=-⨯-⨯+= 圆柱开孔所需补强面积：()()221508.510.826210.82610.7510.95885514.61et A d f mm τδδδ=+-=⨯+⨯⨯⨯-=4.3.2 有效补强范围内的补强面积e A1) 有效补强范围内的宽度B有效不强范围内的宽应B 取()22n nt dd δδ⎧⎪⎨++⎪⎩二者中的较大值，其中21017d mm =,()2560.5n nt d mm δδ++=，显然()nt n d d δδ++22＞，所以21017B d mm ==。

2) 有效补强范围的外侧高度1h有效补强范围的外侧高度1h应取⎪⎩接管实际外伸高度二者中的较小值，其中78.115mm ==，接管实际外伸高度为12280123403H H mm mm +=+=。

nt d δ小于接管实际外伸高度，所以178.115h mm ==。

3) 有效补强范围的内侧高度2h有效补强范围的内侧高度2h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mm 0，接管实际内伸高度小于nt d δ，所以mm h 02=。

4) 壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积1A圆筒计算厚度10.584mm δ=，接管有效厚度1210.75et n C C mmδδ=--=()()()()()()()()12211017508.511.7510.826210.7511.7510.82610.9588469.036e et e A B d f mm τδδδδδ=-----=---⨯⨯--= 5) 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积2A接管计算厚度[] 1.4665002.2592163 1.0 1.4662c i t tcp D mm p δσφ⨯===⨯⨯--根据公式()()()()212222278.11510.75 2.2592010.75 1.250.95881326.549et t et A h h C f mm τδδδ=---=⨯⨯--⨯⨯-⨯= 6)焊缝金属面积3A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，223126362A mm =⨯⨯=7) 有效补强范围内的补强面积e A根据公式2123469.0361326.549361831.585e A A A A mm =++=++=8) 补强圈的选取因为A A e ＜，所以需要另加补强，其补强面积为：e A A A -=425514.611811.5853683.025mm =-=。

4213683.02512.1840536c A mm D D δ-===-，查表?T JB / 20024736-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：5001416N d D MnR ⨯--/JB T 47362002-。