1 前言随着我国石油化工业的迅速发展，各类事故也不断发生。

化工业接触的都是危险品，因此对这些危险品的控制相当重要。

以环氧乙烷为例，它就是易燃、高危物质，储存的时候也要确保安全。

因此对于环氧乙烷储罐有一定的设计要求。

环氧乙烷有杀菌作用，对金属不腐蚀，无残留气味，因此可用材料的气体杀菌剂。

通常采用环氧乙烷-二氧化碳（两者之比为90：10）或环氧乙烷-二氯二氟甲烷的混合物，主要用于医院和精密仪器的消毒。

环氧乙烷用熏蒸剂常用于粮食、食物的保藏。

但其也有很大的健康危害性。

它是一种中枢神经抑制剂、刺激剂和原浆毒物。

急性中毒：患者有剧烈的搏动性头痛、头晕、恶心和呕吐、流泪、呛咳、胸闷、呼吸困难；重者全身肌肉颤动、言语障碍、共济失调、出汗、神志不清，以致昏迷。

还可见心肌损害和肝功能异常。

抢救恢复后可有短暂精神失常，迟发性功能性失音或中枢性偏瘫。

皮肤接触迅速发生红肿，数小时后起泡，反复接触可致敏。

液体溅入眼内，可致角膜灼伤。

慢性影响：长期少量接触，可见有神经衰弱综合征和植物神经功能紊乱。

本设计完成了10m3立式环氧乙烷储罐的设计，并对环氧乙烷储罐在设计、制造安装、使用、维护与定期检验提出了相应的安全技术要求。

设计的环氧乙烷公称直径为1800mm，壁厚为12mm，对筒体与封头做了水压试验强度校核；对人孔的补强做了计算，计算补强圈的厚度为8mm ；选择了支座类型为A4型耳式支座。

本次设计各项参数均按照相关标准决定，主要有GB150-98《钢制压力容器》，《压力容器安全技术监察规程》99版，JB/T 4736-2002《补强圈》，HG 20592~20614-97《钢制管法兰、垫片、紧固件》，JB/T 4725-1992《耳式支座》，HG 21520-1995《垂直吊盖带颈平焊法兰人孔》等。

本次设计流程为：首先进行结构设计，确定为立式筒体储罐；然后进行材料选择，为0Cr18Ni9；再进行设计计算、强度校核与及零部件选型；最后进行开孔补强计算、安全阀的选型与校核。

2 结构设计2.1 结构设计2.1.1 立式、卧式储罐的选择 本次设计的环氧乙烷储罐为立式储罐，设计压力为 1.2MPa ，设计温度为 50℃。

2.1.2 筒体形状的选择筒体按其形状可分为，方形容器，矩形容器、球形容器、圆筒型容器（立式、卧式）。

由于在本次设计中设计体积相对较小，且工作压力为1.1MPa 。

方形矩形容器大多在很小设计体积时才采用，但因其承受压力较小且使用材料较多；而球形容器虽然承受能力很强且节省材料，但是制造工艺较难且安装不方便；立式圆筒形容器承受自然原因引起的盈利破坏的能力较弱。

故此，本次设计选用圆筒形容器作为储罐。

2.1.3接管法兰、密封面型式及其支座接管法兰为带颈对焊法兰，密封面形式有突面。

各接管具体尺寸见表2.1。

表2.1 管口表公称直径 公称压力 法兰形式密封面形式用途 伸出长度 DN50 PN1.6 WN RF 进料口 150 DN25 PN1.6 WN RF 出料口 150 DN20 PN1.6 WN RF 氮气进口 150 DN25 PN1.6 WN RF 放空口 150 DN40 PN1.6 WN RF 排污口 120 DN25 PN1.6 WN RF 安全阀 150 DN15 PN1.6 WN RF 压力表 150 DN15 PN1.6 WN RF 液位计 150 DN450PN1.6WNRF人孔200支座选用耳式支座，耳式支座结构简单轻便、适应性好、使用时间长、价格低廉。

2.2 筒体长度与直径的确定选取9.1/ i D L ，根据体积公式：LD V i 24π=（2-1）式中： i D ——筒体内径 mmL——筒体长度 mm解出Di=1800 mm ；L=3400mm 校核所得半径计算的容积与设计容积的误差是否在范围内：33059.102m V V V =⨯+=封头筒体 %059.310103059.10=-=误差通过计算校核得出该假设直径符合要求，因此以此直径作为设计使用的直径。

所以本设计的筒体直径1800mm ，长度3400mm 。

3 强度计算3.1 筒体壁厚设计与强度校核3.1.1 筒体壁厚计算（1）设计压力：本设计的设计压力MPa P 2.1= （2）设计温度：℃50=t（3）材料选择：根据GB150《钢制压力容器》，在此选用0Cr18Ni9。

（4）焊缝系数：焊接系数取0.85。

（5）钢板厚度负偏差：0.5C 1=mm 。

（6）0Cr18Ni9材料耐腐蚀，故取0C 2=mm 。

（7）许用应力：查附表得114][50=℃σMPa 。

筒体壁厚按式（3-1）设计： []212D C C p p cti c ++-=φσδ （3-1）式中：δ——筒体的计算厚度，mm ； c P ——计算压力，MPa ； ϕ——焊接接头系数； i D ——筒体的内直径，mm ；[]t σ——设计温度下筒体材料的许用应力，MPa ； 将上述数据带入式（3-1），得到： []mm C C p p cti c 71.115.02.11114218002.12D 21=+-⨯⨯⨯=++-=φσδ将计算结果圆整到标准取为12mm 。

3.1.2 筒体水压试验强度校核水压试验是指按规定的压力和保持时间对锅炉受压元件、受压部件或整台锅炉机组用水进行的压力试验，以检查其有无泄漏和残余变形。

通常规定，承压部件在水压试验压力下的薄膜应力不得超过材料在试验温度下屈服极限的90%。

压力容器水压试验后，无渗漏、无可见的异常变形，试验过程中无异常的响声，则认为水压试验合格对0Cr18Ni9材料，许用应力MPa 114][=σ，屈服点MPa y 205=σ。

试验压力MPa p p t T 5.12.125.1]/[][25.1=⨯==σσϕσe e i L T T t t D p p 2/))((++= （3-2） 式中：T P ——试验压力，a MP ；P——试验压力，a MP ；[]σ——容器元件材料在试验温度下的许用应力，M Pa ； []t σ——容器元件材料在设计温度下的许用应力，M Pa ；其他相同符号意义同上节 代入数据得：15.112/)5.111800(75.2⨯⨯+⨯=T σ MPa MPa y 5.1849.099.138=〈=σ 所以该水压试验满足要求。

3.2 封头壁厚计算与强度校核（1）设计压力：本设计的设计压力MPa P 2.1= （2）设计温度：℃50=t（3）材料选择：根据GB150《钢制压力容器》，在此选用0Cr18Ni9。

（4）焊缝系数：焊接系数取0.85。

（5）钢板厚度负偏差：0.5C 1=mm（6）0Cr18Ni9材料耐腐蚀，故取0C 2=mm 。

（7）许用应力：查附表得114][50=℃σMPa 。

（8）标准椭圆形封头K=1。

封头壁厚计算公式： []215.02D C C p p ctic ++-=φσδ （3-3）式中：C P ——试验压力，a MP ； 其他符号意义同上节代入数据得： mm 68.115.02.15.01114218002.1=+⨯-⨯⨯⨯=δ圆整到标准取为12mm 。

3.3 开孔补强容器开孔接管后会上使开孔或开孔接管部位的引力比壳体中的膜应力大，统称为开孔或接管部位的应力集中。

开孔部分的应力集中将引起壳体局部的强度削弱，因此若开孔较大，就要采取适当的补强措施。

人孔结构示意图见图3-1。

图3-1 储罐主体及人孔示意图筒体厚度附加量为：mm C C C 5.005.021=+=+= 接管厚度附加量为：mm C C C nt t t 101.021=+=+=δ材料的强度削弱系数为： 1}1,][][{==t tt r f σσ开孔直径为：mm C d d t i 452124502=⨯+=+= 筒体计算厚度为： []mm p p cti c 215.112.11114218002.12D =-⨯⨯⨯=-=φσδ筒体有效厚度为：mm C n e 5.115.012=-=-=δδ 接管计算厚度为： []mm p p ctt i c 82.22.1111424522.12D =-⨯⨯⨯=-=φσδ接管有效厚度为：mm C t nt et 9110=-=-=δδ 开孔补强面积为：218.50690215.11452)1(2mm f d A r et =+⨯=-+=δδδ 有效补强范围确定如下: 有效补强宽度为：mm d d B nt n 904}102122452,4522max{}22,2max{=⨯+⨯+⨯=++=δδ 外侧有效补强高度为： mm d h nt 23.67}200,10452min{}200,min{1=⨯==δ内侧有效补强高度为： 0}0,min{2==nt d h δ在有效补强范围以内，壳体的多余补强面积为：)1)((2))((1r e et e f d B A -----=δδδδδ （3-4） 代入数据得：0)215.115.11)(452904(1---=A282.128mm =在有效补强范围内，接管的多余补强面积为r t et r t et f C h f h A )(2)(22212-+-=δδδ （3-5） 代入数据得：2237.1277)5.010(23.672mm A =-⨯⨯= 在有效补强范围内，焊缝面积为：222310010mm A ==∆= 在有效补强范围内，总有效补强面积为：232119.150610037.127782.128mm A A A A e =++=++= 由于 218.506919.1506mm A A e =<= 所以开孔需要补强。

补强圈的计算过程如下：补强圈的材料选用0Cr18Ni9，应增加的补强面积：2499.356219.150618.5069mm A A A e =-=-= 根据JB/T 4736-2002标准中的规定，补强圈所需要厚度： mmd D A o36.746294699.356224'=-=-=δmm C C 86.75.036.721'=+=++=δδ 取名义厚度为8mm4 零部件选型4.1 支座4.1.1 耳式支座本设计采用耳式支座。

耳式支座已有标准JB/T4725-92 《耳式支座》，设计时可根据容器的公称直径和容器的重量选用标准中的规格。

耳式支座分为A 型（1-8）、AN 型（1-3）、B 型（1-8）和BN 型（1-3）四类。

4.1.2 载荷计算 人孔质量251kg一米高筒节钢板质量536kg ，则容器筒体质量为： kg 18224.3536=⨯ 封头的质量： kg 6762338=⨯环氧乙烷的密度比水小所以按水压试验时水的密度计算质量： kg 10000100010=⨯ 容器的总质量为12853kg此时不考虑风载荷和偏心载荷等，设定支座为A 型，支座数目为3个，则每个支座承受的载荷为：98.412/8.9128533/=⨯==mg F kN根据 JB/T4712-92 选择支座为：A4型耳式支座,允许载荷60KN 。