摘要本设计是根据《过程装备基础》这门课程所学知识进行的一次课程设计，运用这门课程的相关知识及查阅相关资料完成液氯储罐的设计要求。

本次设计的是12m³的液氯储罐。

液氯，化学名称液态氯。

，黄绿色液体。

沸点-34.6℃，熔点-103℃，在15℃时比重为1.4256，在常压下即气化成气体，吸入人体能严重中毒，有剧烈刺激作用和腐蚀性，在日光下与其它易燃气体混合时发生燃烧和爆炸，氯是很活泼的元素，可以和大多数元素（或化合物）起反应。

液氯用高压钢瓶包装，贮于阴凉干燥通风出，防火，防晒，放热。

设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，对液氯储罐的工艺条件，结构条件进行设计。

首先进行工艺设计，通过计算液氯的存储量，对液氯储罐的轮廓进行计算。

然后进行结构设计，分别对储罐的筒体，封头，人孔，人孔补强，接管，管法兰，液面计，鞍座焊接形式进行了选材、计算、设计、设备的选择大都根据相应的执行标准。

各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样是设计合理进行。

1工艺设计1.1存储量工艺设计的内容是根据设计任务提供的原始数据和生产工艺要求，通过计算和选型确定装备的轮廓尺寸。

其中设计存储量W=fVρt式中，W——储存量tf ——装备系数V ——压力容器容积，m3ρt——设计温度下饱和液体密度，t/m3W=0.9×12.01×1.511=16.332t1.2设计压力和设计温度的确定设计压力应根据最高工作压力来确定。

通常设计压力可取最高工作压力的1.05～1.10倍。

即氯的饱和蒸汽压力的1.05～1.10倍。

因而选取设计压力为1.4MPa。

设计温度是指容器在正常工作下，设定元件的金属温度。

当元件的金属温度不低于0℃时，设计温度不得低于元件可能达到的最低温度；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50℃。

2结构设计2.1设计条件管口表2.2结构设计化工设备的结构设计包括设备的吧承压壳体（一般为筒体和封头的）及其零部件的设计。

设计零部件包括支座、接管和法兰、人孔、液面计、视镜等。

2.2.1液氯储罐整体设计计算(储罐公称直径的选取，同体长度计算以及椭圆形封头选取)储罐的工程容积V g=12m³，同时需要满足筒体长度与筒径的比值，即长径比L=（3～6）D的要求，取封头公称直径为1600mm，查表得D i=1600mm,封头容积为V1=0.5864m³，计算筒体容积为V2=π4D i2L=12-0.5864×2=10.8272m³，得L1=5385mm，圆整得L1=5390mm得液氯储罐实际容积为V=V1+V2=12.01m³，及公称直径DN=1600mm,筒体长度L=5390mm：误差为x=V实−V逻V逻=0.08%2.2.2压力容器类别的判定由于液氯的工作温度为-20～50℃之间，因而取50℃下液氯的饱和蒸汽压为工作压力，查表得，液氯50℃时的饱和蒸汽压为13.386Bar（绝压），则p w=（13.386-1）Bar=1.2386 MPa ≈1.24 MPa ,ρ =1307kg/ m3因而在有安全阀的情况下：p c=(1.05～1.10)Pw=（1.3503～1.41456）MPa,，因而取p c=1.4MPa。

此容器处于低压容器，但由于介质为高度危害，该压力容器处于第二类容器。

从此确定工程压力为PN25。

2.2.3液氯储罐壳体的厚度设计和材料选择选择材料应综合考虑设备结构、制造工艺、际工作条件以及材料的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能、价格与供应等诸多因素。

一般可采用Q345R（16MnR）或Q245R（20R）做壳体材料。

内压圆筒的计算厚度由下式，即中径公式确定：δ=p c D i2[σ]tφ−p c =1.4×16002×170−1.4=6.6155mm式中δ为计算厚度，p c 为设计压力，D i 为壳体内径，[σ]t为设计温度下的需用应力，φ为焊接接头系数。

若采用Q245R ，δ=p c D i 2[σ]tφ−p c=1.4×16002×133−1.4=8.4656由于腐蚀余量C 2为2mm ，最大负偏差C 1为0.3mm ，则其在圆整后应选用名义厚度δn 为12mm 的钢板。

对于Q345R ，δ=p c D i2[σ]tφ−p c=1.4×16002×170−1.4=6.6155mm选用名义厚度δn 为10mm 的钢板。

有效厚度为δe =δn -C 1-C 2=7.7mm 因为使用钢板在8～10mm 以下时，尽量选用碳素钢，反之尽量选用低合金钢。

综上，选用壳体材料为Q345R 。

2.2.4厚度的校核本容器采用常温下的水压试验校核压力。

水压试验压力p t =1.25p[σ][σ]t=1.25×1.4=1.75MPa水压试验时的应力 σT =p t （D i +δe ）2δe=1.4×[1600+7.7]2×7.7=146.15MPa水压试验许用应力为0.9φσs =0.9×1×345=310.5MPa σT < 0.9φσs ，故筒体满足水压试验时强度要求。

2.2.5封头厚度的选择本容器采用标准椭圆形封头，即a:b=2:1封头壁厚为δ=p c D i2[σ]tφ−0.5p c=6.6018mm可见封头壁厚与筒体近似相等，取同样厚度，即名义厚度为10mm 的封头，查表得所选用封头的质量为223.7kg 。

2.3附件的选择2.3.1人孔的选择人孔和手孔统称为检查孔。

压力容器开设检查孔的目的是检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹，变形，腐蚀等缺陷以及拆装设备的内部零部件。

压力容器公称直径大于等于1000mm且筒体与封头为焊接连接时，容器应至少设置一个人孔。

人孔是组合件，包括承压零件筒节，法兰，法兰盖，密封垫片以及紧固件，以及与人手孔启闭有关的非承压零件。

本次液氯储罐的人孔设计遵照的标准为HG/21514～215—2005《钢制人孔和手孔》。

该标准包括了碳钢，低合金钢及不锈钢为材料制造的所有人孔的结构类型，技术条件及尺寸系列等。

设计时直接选取。

人孔类型如下：从是否承压来看有常压人孔和承压人孔。

从法兰类型来看，承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔和带颈对焊法兰人孔，在人孔法兰密封面，根据人孔承压的高低、介质的性质，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或环连接面。

从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖的所处位置看，人孔又可分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔三种。

综合考虑密封面，材料，紧固件，垫片，人孔盖，公称压力，公称直径等因素后，选用公称压力PN25，公称直径DN450，H1=250，B型盖轴耳，MFM型密封面，Ⅲ类材料，其中等长双头螺柱采用35CrMoA,垫片材料采用金属包覆垫片的回转盖带颈对焊法兰人孔，其标记为：人孔 MFM Ⅲ s-35CM (CM) B 450-25 HG/T 21518-2005尺寸表见下密封面型式PN/MpaDN dw×s d D D1 H1 H2总质量kg凹凸面 2.5 450 480×12 456 670 600 250 121 245 2.3.2人孔补强的计算压力容器不可避免的会在开孔处长生下列影响：a，开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中；吧，接管处容器壳体与接管形成不连续赢利；才，壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。

根据GB150壳体开孔满足下列全部要求时可不另行补强：（1）设计压力小于或等于2.5MPa；（2）两相邻开孔中心的间距不小于两孔直径之和的两倍。

（3）接管工程外径小于或等于89mm；（4）接管最小壁厚满足下列要求补强计算：利用等面积补强原理，根据下式A=δD 1=δc (D 2-D 1’)其中δ为壳体计算厚度，D 1为人孔内径，D 2为补强圈外径，δc 为补强圈壁厚，D 1’为人孔外径。

根据JB/t 4736-2002(《补强圈》)，公称直径为DN450的人孔采用的补强圈外径D 2为760mm 。

D 1=d w −2s由于选择D 型焊接坡口形式，则D 1’=d o +（6~12）计算得δc=11.132mm2.3.3 接管及其法兰的选取接管的材料一般选用Q245（即20号钢），一般采用无缝钢管。

尺寸与不同的接管用途有关。

由于接管的开孔满足不需另行补强的条件，因此所接冠军不需要补强。

法兰设计均按照管法兰标准HG/T 20592-2009《钢制管法兰》进行设计。

（一） 出气孔出气孔距人孔750mm ，伸出长度为150mm安全阀距出气孔450mm，伸出长度为150mm测压口距安全阀450mm，伸出长度为150mm（四）备用口备用口距测压口450mm，伸出长度为150mm测温口距备用口450mm，伸出长度为150mm（六）物料出口物料出口距测温口500mm，伸出长度为150mm，如筒体长度1500mm进料口距物料出口500mm，伸出长度为150mm，如筒体长度1250mm排污口位于筒体底部距焊缝3600mm，伸出长度为150mm，如筒体长度1250mm2.3.4 液面计的设计液面计的形式很多，有玻璃罐液面计，透光式玻璃管液面计，浮标液面计，防霜液面计，磁性液面计。

根据液面计的适用范围和本次设计液氯储罐的设计要求，选用磁性液面计。

根据选用表，选用PN2.5MPa，测量范围为1700，接口法兰为凸面，带上下限报警器，本体材质为0Cr18Ni10Ti的翻板式普通磁性液面计，所测介质密度为1.511g/cm³，标记为：HG/T 21584-95 UZ 2.5M—1700—1.511 AF321C液面计管口位于距进料口1085mm处，管长885mm，其中水平管长835mm，上下对称各有两根。

2.3.5 总重的计算壳体重量m壳=π4（D2-d2）lρ=2126.469kg封头重量m封=223.7×2=447.4kg人孔重量m人=245kg补强圈重量m补=25.4kgm扁=4×2.99=11.98kg物料重量对于水压试验m水=Vρ=12.010t液氯重量m氯= fVρt=0.9×12.01×1.511=16.332tm水<m氯，因而用液氯重量作为计算标准。

除鞍座外壳体的空重m空=m壳+m封+m人+m补+∑m管+∑m法++m扁=2908kg除鞍座外装氯总重m总=m空+m氯=19.240t2.3.6 鞍座的选取容器支座有鞍式支座，腿式支座，支承式支座，耳式支座和裙式支座。

本次设计采用鞍式支座，按照JB/T 4712 1—2007《容器支座》进行设计。