目录
前言 (3)
1 方案确定 (4)
1.1选择容器类型式 (4)
1.1.1 压力容器分类 (4)
1.1.2、封头形式的确定 (5)
1.2 材料的确定 (6)
2 设计计算 (8)
2．1 确定设计参数 (8)
2.1.1 工作压力、设计压力、计算压力 (8)
2.1.2 设计温度 (9)
2.1.3 厚度计算 (9)
2.1.4设计温度下的需用应力 (10)
2.1.5 焊接接头系数 (10)
2.2 容器相关量的确定 (11)
2.2.1 计算过程 (11)
2.2.2 筒体尺寸确定 (12)
2.3 容器强度校核 (13)
2.4 确定各工艺接管的公称通径及位置 (14)
3 结构设计 (17)
3．1 人孔选择 (17)
3.2人孔补强 (17)
3.3 支座的选择及校核 (20)
3.3.1支座的设计要求 (20)
3.3.2支座的选择及校核 (20)
4 总结与体会 (24)
5 谢辞 (25)
6 参考文献 (26)
前言
随着我国石油化工业的迅速发展，国家对清洁环保型能源越发的重视。

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。

以氢气为例，它就是易燃物质，储存的时候也要确保安全。

因此对于氢气储罐有一定的设计要求。

氢气密度低，比容大，只有高压储运才能有效。

氢气性质稳定，不容易跟其他物质发生化学反应，所以氢气的腐蚀性较小。

但氢气在点燃加热等情况下易发生爆炸燃烧等现象，所以在储运的时候要格外小心对环境条件的控制。

本设计完成了6m3立式氢气储罐的设计，并对氢气储罐在设计、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。

设计的氢气公称直径为1400mm，壁厚为6mm，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6mm ；选择了支座类型为A2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》，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Q345R；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。

1 方案确定
1.1选择容器类型式
1.1.1 压力容器分类
压力容器的结构式很多，相应的分类方法也有很多种，为了便于压力容器的设计与分析，常见的分类方法主要有如下两种。

（1）、根据承载压力方式分类：压力容器分为内压容器和外压容器两类，当压力容器内部介质压力大于外部压力是称为内压容器，反之称为外压容器。

内压容器按其设计压力p的大小，又可分为四种。

低压容器（代号L） 0.1MPA≤P<1.6MPA
中压容器（代号M） 1.6MPA≤P<10MPA
高压容器（代号H） 10MPA≤P<100MPA
超高压容器（代号U） P≥100MPA
外压容器中，当容器的内压力小于一个绝对大气压（0.1MPA）时又称为真空容器。

（2）、根据在生产过程中所起的的作用分类，压力容器可分为四种：
反压力容器主要用于完成介质物理、化学反应的压力容器。

如各种反应器、反应釜、合成塔和煤气发生炉等。

换热压力容器主要用于完成介质热量交换的压力容器。

如各种热交换器、冷却器、冷凝器和蒸发器等。

分离压力容器主要用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器。

如各种分离器、过滤器、洗涤塔和吸收塔等。

储存压力容器主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质压力容器。

如各种类型的储罐、缓冲罐、烘缸和蒸锅等。

m），压力容器形状有圆筒形（容积大于等于53
m）和球形（容积大于等于503
其中筒形有立式和卧式。

本次设计中，3
V 储存氢气的压力容器，由于氢气内压大于外压，由于
6m
设计压力Pc=0.88MPA(Pc=1.1Pw)，所以为低压容器，按照生产过程中所起的作用可选储存压力容器。

对于外型，由于所需设计的容器体积过小，远远小于503
m，球形压力容器是多块瓶装焊接，在制造中焊接工艺要求严格，制造工艺复杂。

所以选用筒形压力容器。

氢气的密度比空气大，会上升。

因为瓶中的氢气对瓶口有
压强，直立放置时瓶口小于倒立放置时的瓶身。

氢气与接触面积大的瓶身接触后可能会使整个瓶子漂浮在空中。

而直立放置就不会，因为他的接触面积小，有一定的压强，所以选择立式圆筒储罐。

（如图1-1）。

球形圆筒 圆筒形筒体
图1-1
1.1.2、封头形式的确定 封头也是压力容器的重要组成部分之一，常见的形状有：凸形（包括半球形、椭球形、蝶形和球冠形）、锥形和平盖。

（1）半球封头：半球形封头是半个球壳组成的，直径不大和厚度较小时，半球形封头通常采用整体冲压成型；直径较大（i D >2500mm ）时，半球形封头则采用先分瓣冲压成型后拼装焊接的方法制作。

由于半球封头的深度较大，故冲压成型较椭圆形封头和蝶形封头困难，多用于大型高压容器和压力较高的储罐上。

（2）椭球形封头：是有半个椭球壳和高度为0h 的短圆筒（常称为直边段）组成。

直边段的作用是为了使封头和筒体的连接环焊缝不出现在经向曲面半径突变处，以改善焊缝的受力情况，其高度一般为25mm 或者40mm 。

由于封头曲面深度i h 比半球形封头浅（半球形封头：5.0/=i i D h ；标注椭球形封头：25.0/=i i D h ；），故冲压成型较为方便，是目前中低压容器中最常用的一种封头形式。

（3）蝶式封头 ：由三部分组成：第一部分是以i i D R ≤的球面部分，第二部分是r ≥10%i D 且r nh δ3≥的固定环壳部分，第三部分是高度为0h =25mm 或者
40mm 短圆筒。

对于蝶形封头，i R =0.9i D ,r=0.17i D 。

由于蝶形封头在相同直径和深度的条件下的应力分布不如椭球圆形封头均匀，因此，仅在加工椭球形封头有困难或者直径较大、压力较低的情况下才选用蝶形封头。

（4）除了上面三种封头之外，还有球冠形封头（连接处的封头和筒体上都存在着相当大的不连续应力，其应力分布很不合理。

一般只用于低压和直径不大的压力容器上。

）、锥形封头（锥形封头制作较为方便，但受压稍大时，其大小端可能需要局部加强，其结构就较为复杂了。

就其强度而言，其与锥形封头和半球形封头、椭球形封头等封头相比较较差，但高于平盖。

）、平盖（厚度要求最大，常用于常需要拆卸的入孔和手孔的盖板、某些换热设备的端盖等地方）。

从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。

但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。

平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。

从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。

因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。

1.2 材料的确定
压力容器用钢根据GB150《压力容器》所引用的钢材标准，主要为碳素钢、低合金钢和高合金钢三大类。

由于压力容器作为过程工业生产中重要的过程设备，虽然在实际生产过程中的安全运行与很多因素有关，但其中材料性能是最重要的因素之一，为了确保压力容器的使用安全，压力容器在制造技术要求上非常严格，其承压元件应采用压力容器专用钢板。

这类钢板要求质地均匀，对硫，磷
等有害元素的控制更加严格），（025%.0 015%.0p s ≤≤ωω，且需要进行某些力
学性能方面特殊项目的检验。

压力容器专用钢板有：Q245R,Q345R,Q370R,10MnMoNbR,13MnNiMoR,15CrMoR, 14Cr1MoR,12Cr2Mo1R ，12Cr1MoVR 。

纯氢气腐蚀性很小，可以考虑Q345R 这种钢种，Q345R 是制造压力容器专用的低合金高强度钢板，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性，其力学性能见表1-1。

Q345R 钢板是目前
我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板，主要用于制造-20℃～400℃的中低压压力容器，多层高压容器及其承压结构件。

所以在此选择Q345R钢板作为制造筒体和封头材料。

表1-1 Q345R的力学性能及冷弯性能（摘自GB713）。