一、绪论1、任务说明设计一个容积为153m的液氯储罐，采用常规设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管进行设计，然后采用SW6-2011对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。

Cl）的性质2、液氯（2分子量 70.91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)；在工业上，液氯是一种很有用的化学物质。

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。

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）。

目前我国普遍采用常温压力贮罐一般有两种形式：球形贮罐和圆筒形贮罐。

因为圆筒形贮罐加工制造安装简单，安装费用少，但金属耗量大占地面积大，所以在总贮量小于5003m，单罐容积小于1003m时选用卧式贮罐比较经济。

二、 设计参数的确定1、设计压力为压力容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力，通常可取最高工作压力的1.05~1.1倍。

经过查表我们取设计压力为1.62Mpa 。

2、设计温度设计温度也是压力容器的设计载荷条件之一，指容器在正常工作情况下，设定元件的金属温度。

当元件金属温度不低于0℃时，设计温度不得低于元件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高温度。

所以设计温度选择为50℃。

3、主要元件材料的选择筒体材料的选择：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（8mm ≥）的压力容器。

50℃时的许用应力Mpa t170][=σ,钢板标准GB6645。

钢管材料的选择：根据JB/T4731,钢管的材料选用20号钢，其许用应力[]137sa MPa σ=三、 压力容器结构设计1、 筒体和封头筒体的公称直径Di 有标准选择，而它的长度L 可以根据容积要求来决定。

根据公式23154Di L m =π(1+5%) 取 L/D=4 将L/D=4代入得： 1.69Di =m 。

圆整后，1700mm Di ≈采用标准椭圆封头，查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径i DN=D =1700mm ，封头深度H=450mm ，容积为0.6999 3m 。

根据g 1.05V VV +=⨯筒封20.6999215 1.054Di L +⨯=⨯π得6.3m L=筒,圆整得6300L =筒mm 63003.7061700gLD== 在3~6之间 2314.30m 4gV D Lπ==筒筒 3215.6998m V V +=筒封所以计算容积为15.69983m ，工作容积为15.6998⨯0.9=14.133m 计算压力c P ：液柱静压力: 1P =14709.81 1.70.0245M gh Pa ρ=⨯⨯= 1/0.0245/1.62 1.5%5%P P ==<,故液柱静压力可以忽略，即c P 1.62P MPa ==该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为 1.0φ=。

由中径公式2[]c itcp D p δσ=-可得筒体的计算厚度7.925mm ，钢板厚度负偏差10C =，腐蚀余量22C mm =，故筒体的名义厚度为10n mm δ=。

由椭圆厚度计算公式可得7.8652[]0.5t PcDimm Pcδδφ==-腐蚀裕度22C mm =，钢板负偏差10C =，圆整后取名义厚度1210c n C C mm δδ=++= 有效厚度e n 12C -C 1028mm δδ=-=-=2、 接管、法兰、垫片和螺栓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。

表2：接管法兰数据表跟据管口公称直径选择相应的法兰，2.5MPa 时选用带颈对焊法兰，主要参数如下：表3：法兰数据表根据GB150，当设计压力小于或等于2.5Mpa 时，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，且接管公称外径不大于89mm 时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中有DN=400mm 的 人孔和DN=100的安全阀孔需要补强。

补强设计方法判别按HG/T 21518-2005,选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔。

开孔直径2240022404i d d C mm =+=+⨯=i D 1700850mm 22d <== 采用等面积法进行开孔补强计算。

接管材料选用20号钢，其许用应力[]t137MPa σ= 根据GB150-1998，A=d 2(1)r et f δδδ+- 其中：壳体开孔处的计算厚度7.865mm δ= 接管的有效厚度et nt 12C C 13211mm δδ=--=-=强度削弱系数[]1370.806[]170t n r rf σσ=== 所以开孔所需补强面积为()2A=d 2(1)40410+2101110.8064082.68r et f mm δδδ+-=⨯⨯⨯⨯-=有效补强范围 有效宽度B 的确定按GB150中式8-7，得：122404808B d mm ==⨯=222404*********n nt B d mm δδ=++=+⨯+⨯= 12max(,)808B B B mm ==有效高度的确定(1）外侧有效高度1h 的确定根据GB150，得：1'72.47h mm ===11''H 240h mm ===接管实际外伸高度111min(','')72.47h h h mm ==(2）内侧有效高度2h 的确定根据GB150-1998，得：2'72.47h mm = 2''0h =222min(','')0h h h ==有效补强面积根据GB150，分别计算如下：123e A A A A =++筒体多余面积1A1n n 2()()2()(1)(808404)(107.965)211(107.965)(10.806)813et r A B d f mm δδδδδ=-----=---⨯⨯--=接管的多余面积 接管厚度：1.624001.912[]0.5217010.5 1.62t t PcDi mm Pc δσϕ⨯===-⨯⨯-⨯21n 2222()2()272.47(13 1.91)0.80601607.3846t t r et rA h f h C f mmδδδ=-+-=⨯⨯-⨯+=焊缝金属截面积 焊角取6.0mm223162362A mm =⨯⨯=补强面积21238131607.3846362456.3846e A A A A mm =++=++=因为26885e A A mm <=，所以开孔需另行补强所需另行补强面积：2468852456.38464428.6e A A A mm =-=-=补强圈设计：根据DN400取补强圈外径D’=680mm 。

因为B>D’，所以在有效补强范围。

补强圈内径d’=428mm 补强圈厚度：44428.6'17.57''680428A mm D d δ===--圆整取名义厚度为18mm同理可得安全阀的补强圈厚度6mm ，外径190mm4、鞍座选型鞍座结构该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-B 。

估算鞍座的负荷： 储罐总质量12342m m m m m =+++1m ——筒体质量：331×3.14 1.7 6.310107.85102905.37m DL kg πδρ-==⨯⨯⨯⨯⨯⨯= 2m ——单个封头的质量：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，可知，2251.6m kg =3m ——充液质量：<ρρ水液氯，故2314701000 1.7 6.320.699923078.33k 4m V V g πρ⎛⎫=•=⨯=⨯⨯⨯+⨯= ⎪⎝⎭液氯4m ——附件质量：人孔质量为300kg ，其他接管质量总和估100kg ，即4400kg m =综上所述，1234226888.8kg m m m m m =+++= G=mg=263.51kN,每个鞍座承受的重量为131.75N由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为BI,包角为120。

，有垫板的鞍座。

查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表4：表4：鞍式支座结构尺寸 单位：mm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A ≤0.2L=0.2（L+2h ），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2,252()4i iD D mm H h ==-有h=H-故0.2(2)0.2(6300225)1272A L h mm ≤+=+⨯=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A ≤0.2L 时，最好使A ≤0.5R m （2R i nm R δ+=）,即 170085522nm R mm δ=+= 0.50.5855427.5m A R mm ≤=⨯= ，取A=420mm综上有：A=420mm 。

5、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质量与容器的安全。

a) 回转壳体与封头的焊接接头采用对接接头b) 接管与筒体的焊接接头坡口为505︒±︒c) 人孔处接管、补强圈的焊接采用角焊，坡口为502︒±︒四、压力容器校核计算条件筒体简图计算压力P c 1.64 MPa设计温度t50.00 ︒ C内径D i1700.00 mm材料16MnR(正火) ( 板材)试验温度许用应力[σ]170.00 MPa设计温度许用应力[σ]t170.00 MPa试验温度下屈服点σs345.00 MPa钢板负偏差C10.00 mm腐蚀裕量C2 2.00 mm焊接接头系数φ 1.00厚度及重量计算计算厚度δ =P DPc itc2[]σφ-= 8.26mm有效厚度δe =δn - C1- C2=8.00mm 名义厚度δn =10.00mm 重量2656.70 Kg压力试验时应力校核压力试验类型气压试验试验压力值P T = 1.15P [][]σσt= 2.0250 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平[σ]T[σ]T≤ 0.80 σs =276.00MPa 试验压力下圆筒的应力σT =p DT i ee.().+δδφ2= 216.17MPa校核条件σT≤[σ]T校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力[P w]= 2δσφδeti e[]()D+= 1.59251MPa设计温度下计算应力σt = P Dc i ee()+δδ2= 165.55MPa[σ]tφ170.00 MPa 校核条件[σ]tφ≥σt结论合格内压椭圆封头校核计算单位全国化工设备设计技术中心站计算条件椭圆封头简图计算压力P c 1.62 MPa设计温度t50.00 ︒ C内径D i1700.00 mm曲面高度h i425.00 mm材料16MnR(正火) (板材)试验温度许用应力[σ]163.00 MPa设计温度许用应力[σ]t163.00 MPa钢板负偏差C10.00 mm腐蚀裕量C2 2.00 mm焊接接头系数φ 1.00厚度及重量计算形状系数K = 16222+⎛⎝⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥Dhii= 1.0000计算厚度δ =KP DPc itc205[].σφ-= 16.52mm有效厚度δe =δn - C1- C2=17.00mm 最小厚度δmin = 3.60mm 名义厚度δn =19.00mm 结论满足最小厚度要求重量462.88Kg压力计算最大允许工作压力[P w]=205[].σφδδtei eKD+= 2.30102MPa结论合格右封头计算计算单位全国化工设备设计技术中心站计算条件椭圆封头简图计算压力P c 1.64 MPa设计温度t50.00 ︒ C内径D i1700.00 mm曲面高度h i425.00 mm材料16MnR(正火) (板材)试验温度许用应力[σ]170.00 MPa设计温度许用应力[σ]t170.00 MPa钢板负偏差C10.00 mm腐蚀裕量C2 2.00 mm焊接接头系数φ 1.00厚度及重量计算形状系数K = 16222+⎛⎝⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥Dhii= 1.0000计算厚度δ =KP DPc itc205[].σφ-= 7.84mm有效厚度δe =δn - C1- C2=8.00mm 最小厚度δmin = 2.55mm 名义厚度δn =10.00mm 结论满足最小厚度要求重量251.62Kg压力计算最大允许工作压力[P w]=205[].σφδδtei eKD+= 1.59624MPa结论合格卧式容器（双鞍座）计算单位全国化工设备设计技术中心站计算条件简图计算压力p C 1.62 MPa设计温度t50 ℃圆筒材料16MnR(正火)鞍座材料16MnR圆筒材料常温许用应力 [σ] 170 MPa圆筒材料设计温度下许用应力[σ]t 170 MPa圆筒材料常温屈服点σσ345MPa鞍座材料许用应力 [σ]sa170MPa 工作时物料密度Oγ1470kg/m3液压试验介质密度γT1000kg/m3圆筒内直径D i1700mm圆筒名义厚度δn10mm圆筒厚度附加量C2mm 圆筒焊接接头系数φ1封头名义厚度hnδ10mm 封头厚度附加量 C h2mm 两封头切线间距离L6350 mm鞍座垫板名义厚度δrn12mm鞍座垫板有效厚度δre12mm鞍座轴向宽度 b200mm 鞍座包角θ120°鞍座底板中心至封头切线距离A445mm封头曲面高度hi425mm试验压力p T 2.025MPa 鞍座高度H250mm腹板与筋板(小端)组合截面积Asa44672mm2腹板与筋板(小端)组合截面断面系数Zr1.14417e+06mm3地震烈度0配管轴向分力pF0N开孔补强计算壳体计算厚度δ8.262mm 接管计算厚度δt 2.258mm 补强圈强度削弱系数f rr0.959接管材料强度削弱系数f r0.806开孔直径d377.2mm 补强区有效宽度B754.5mm 接管有效外伸长度h170.03mm 接管有效内伸长度h20mm 开孔削弱所需的补强面积A3154mm2壳体多余金属面积A1647.8mm2接管多余金属面积A21029mm2补强区内的焊缝面积A364mm2 A1+A2+A3=1741 mm2 ，小于A，需另加补强。