齐齐哈尔大学综合实践题目：液氯储罐设计.学院：机电工程学院.专业班级：过控 142 班.学生姓名：李福洋.指导教师：王雪飞.成绩：.2017 年 6月 15 日目录1综合实践任务书 (1)2设计参数及材料的选择 02.1 设备的选型与轮廓尺寸 02.2 设计压力 02.3 筒体及封头材料的选择 (2)2.4 许用应力 (3)3结构设计 (4)3.1筒体壁厚计算 (4)3.2 封头设计 (4)3.2.1 半球形封头 (4)3.2.2 标准椭圆形封头 (5)3.2.3 标准蝶形封头 (6)3.2.4 圆形平板封头 (6)3.2.5 不同形状封头比较 (7)3.3 压力试验 (8)3.4鞍座 (8)3.4.1鞍座的选择 (8)3.4.2 鞍座的位置 (10)4 结果 (12)5总结 (14)学习资料收集于网络，仅供参考综合实践任务书学院：机电学院专业：过程装备及控制工程专业班级：过控142班姓名：李泽锟学号： 2014111101 设计组别：A 指导教师：王雪飞设计日期：2017年5月26日至2017年6月14日一、设计题目液氯储罐设计设计条件：二、设计任务：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、接管进行设计最后形成合理的设计方案。

1. 设计方案简介2. 主要结构尺寸设计；3. 绘制储罐总装配图一张，零件图一张（折合成一张A1图纸）三、设计说明书内容1. 封皮2.目录3. 设计题目及原始数据4. 论述储罐总体结构的选择；5主体设备设计计算及说明；6 总结7参考文献。

2设计参数及材料的选择2.1 设备的选型与轮廓尺寸筒体结构设计为圆筒形。

因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广。

筒体直径一般由工艺条件决定，但是要符合压力容器的公称直径。

粗略计算内径：()23015%4i D L =⨯+π，一般36L D =，得：4L D =，所以：mm Di 215705.1303=⨯=π，圆整至2200i D mm =，则8800L mm =。

2.2 设计压力本储罐在成都使用，夏季最高温度为38oC ，冬季最低温度为-5 oC ，工作温度在-5~38 oC ，取最高工作温度为38oC 。

由图2-1可得，，38oC 时，液氯密度为08.13474.1466381400.3-=+⨯=ρkg/m3。

图2-1 液氯密度温度图表2-1 全国各地区重力加速度表序号 地区 重力加速度 序号 地区 重力加速度 序号 地区 重力加速度 1 包头 9.7986 12 海口 9.7863 23 沈阳 9.8035 2北京9.801513合肥9.794724石家庄9.79973长春 9.804814吉林9.804825太原9.79704长沙 9.7915 15济南 9.7988 26天津9.80115成都 9.7913 16昆明 9.7830 27乌鲁木齐 9.80156 重庆 9.7914 17 拉萨 9.7799 28 西安 9.7944 7 大连 9.8011 18 南昌 9.7920 29 西宁 9.7911 8 广州 9.7833 19 南京 9.7949 30 张家口 9.8000 9 贵阳 9.7968 20 南宁 9.7877 31 郑州 9.7966 10 哈尔滨 9.8066 21 青岛 9.7985 11杭州9.793622上海9.7964地球各点重力加速度近似计算公式: g=g0(1-0.00265cos&)/1+(2h/R)g0:地球标准重力加速度9.80665(m/平方秒) &:测量点的地球纬度 h:测量点的海拔高度 R:地球的平均半径(R=6370km)由表2-1，查得成都地区的重力加速度7913.9=g m/s2，则液柱静压为：1347.089.7913 2.229017.260.029t i p gD Pa ρ==⨯⨯==静MPa 。

图2-2 液氯温度与饱和蒸汽压图根据图2-1，查得38oC 蒸汽压为63.111410013.111115=⨯⨯==atm P kPa ，可以判断设计的容器为内压容器，按《压力容器安全技术监察规程》规定，盛装液化气体无保冷设施的压力容器，其设计压力应不低于液化气38oC 时的饱和蒸汽压力1.11 MPa 。

当容器上装有安全阀时，取1.05～1.1倍的最高工作压力作为设计压力，液氯储罐的设计压力p 为1.22MPa 。

则：0.029100%100% 2.38%5%1.22p p⨯=⨯=<静，所以可忽略静压强，即1.22c p p MPa==。

由于0.6 1.2210MPa p MPa MPa <=<，故该储罐属于中压容器。

2.3 筒体及封头材料的选择根据液氯的物性选择罐体材料，液氯对碳钢腐蚀率是0.5mm/a ，且又属于中压储罐，可以考虑20R 和16MnR 这两种钢材。

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。

钢板标准号为GB6654-1996。

2.4 许用应力设计温度为38ºC ，属于常温容器。

查阅文献[1]，当16MnR 钢板厚度δ＞6~16mm 时，16MnR 钢板的强度极限σb=510 MPa ，屈服极限σs=345MPa 。

常温下，当取强度极限作为16MnR 钢板的极限应力时，许用应力[]bb n σσ=，查阅文献[2]得5.32-=b n ；0.25.1-=s n ，取3=b n ，那么[]510=1703σ=MPa ；当取屈服极限作为16MnR 钢板的极限应力时，许用应力[]ss n σσ=，取6.1=s n ，[]345=2151.6σ=MPa 。

则许用应力[σ]取两者这间的较小值，则[σ]t=170MPa 。

3结构设计3.1筒体壁厚计算计算壁厚δ按照（4-1）式计算。

[]2c i tcp D p δσϕ=- （3-1）式中：pc ————计算压力，MPa ； Di ————筒体内径，mm ；[σ]t ————设计温度下的许用应力，MPa ； φ————焊接接头系数容器筒体的纵向焊接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数φ=1.00，全部无损探伤。

把相关数据带入（3-1）式，得到圆柱形筒体的计算壁厚δ。

1.2222007.9221701 1.22δ⨯==⨯⨯-mm查材料腐蚀手册，38℃下液氯对钢板的腐蚀速率0.5mm/年，计划用10年，取腐蚀裕量C2=5 mm 。

所以，筒体的设计壁厚δd=δ+ C2=12.92mm 。

查阅钢板厚度负偏差表，钢板厚度在8.0~25mm 范围内，负偏差C1=0.8 mm 。

所以，筒体的名义壁厚δn=δd+ C1+圆整量=14mm 。

在616～mm 之间，故假设是成立的。

查GB9019-2001，得到圆柱形筒体的规格尺寸见表3-1。

表3-1 筒体标准公称直径DN /mm1m 高的容积V 1/m 31m 高的内表面积F 1/m 21m 高筒节质量/kg22003.8016.817143.2 封头设计3.2.1 半球形封头球形封头的计算壁厚δ按照（3-2）式计算。

[]4c i tcp D p δσϕ=- （3-2）式中：pc ————计算压力，MPa ； Di ————半球形封头的内径，mm ；[σ]t ————设计温度下的许用应力，MPa ； φ————焊接接头系数封头的拼接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数φ=1.00，全部无损探伤。

把相关数据带入（3-2）式，得到半球形封头的计算壁厚δ。

1.222200=3.9541701 1.22δ⨯=⨯⨯-mm查材料腐蚀手册，38ºC 下液氯对钢板的腐蚀速率为0.5mm/年，取腐蚀裕量C2=5 mm 。

所以，筒体的设计壁厚δd=δ+ C2=8.95mm 。

查阅钢板厚度负偏差表，钢板厚度在8.0~25mm 范围内，负偏差C1=0.8 mm 。

所以，筒体的名义壁厚δn=δd+ C1+圆整量=10mm 。

3.2.2 标准椭圆形封头标准椭圆形封头的计算壁厚δ按照（3-3）式计算。

[]20.5c itcp D p δσϕ=- （3-3）式中：pc ————计算压力，MPa ； Di ————椭圆形封头的内径，mm ；[σ]t ————设计温度下的许用应力，MPa ； φ————焊接接头系数封头的拼接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数φ=1.00，全部无损探伤。

把相关数据带入（3-3）式，得到标准椭圆形封头的计算壁厚δ。

1.222200=7.91217010.5 1.22δ⨯=⨯⨯-⨯mm查材料腐蚀手册，38ºC 下液氯对钢板的腐蚀速率为0.5mm/年，取腐蚀裕量C2=5mm 。

所以，筒体的设计壁厚δd=δ+ C2=12.91mm 。

查阅钢板厚度负偏差表，钢板厚度在8.0~25mm 范围内，负偏差C1=0.8 mm 。

所以，筒体的名义壁厚δn=δd+ C1+圆整量=14mm 。

3.2.3 标准蝶形封头标准蝶形封头的计算壁厚δ按照（3-4）式计算。

[]1.220.5c i tcp D p δσϕ=- （3-4）式中：pc ————计算压力，MPa ；Di ————标准蝶形封头的内径，mm ； [σ]t ————设计温度下的许用应力，MPa ； φ————焊接接头系数封头的拼接接头采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数φ=1.00，全部无损探伤。

把相关数据带入（3-4）式，得到标准蝶形封头的计算壁厚δ。

1.2 1.222200=9.49217010.5 1.22mmδ⨯⨯=⨯⨯-⨯查材料腐蚀手册，38ºC 下液氯对钢板的腐蚀速率为0.5mm/年，取腐蚀裕量C2=5 mm 。

所以，筒体的设计壁厚δd=δ+ C2=14.49mm 。

查阅钢板厚度负偏差表，钢板厚度在8.0~25mm 范围内，负偏差C1=0.8 mm 。

所以，筒体的名义壁厚δn=δd+ C1+圆整量=16mm 。

3.2.4 圆形平板封头圆形平板封头的计算壁厚δ按照（3-5）式计算。

D δ= （3-5）式中：pc————计算压力，MPa；Di————标准蝶形封头的内径，mm；[σ]t————设计温度下的许用应力，MPa；φ————焊接接头系数圆形平板封头的计算直径Dc 等于压力容器内径Di ,则Dc =2200mm。