荆楚理工学院课程设计成果学院:_____化工与药学院____________ 班级: 12级过程装备与控制工程2班学生姓名: 吴小天学号: 2012402020207设计地点（单位）___荆楚理工学院___________ ____________设计题目:__________15m³乙醇储罐设计_____________________________ 完成日期：2015 年12 月25 日指导教师评语: ______________ _____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ _________________________________________________ __________ _成绩(五级记分制):_____ _ __________教师签名:__________ _______________目录一、设计任务书二、总体结构设计三、机械强度设计3.1筒体的强度计算3.2 封头的强度计算3.3 开孔补强验算3.4 法兰的选型或设计3.5 鞍座的设计3.6 水压试验校核计算四、设备装配图五、参考文献六、设计心得体会七、附录1．荆楚理工学院课程设计任务书设计题目：m3液氨储罐设计教研室主任：指导教师：张伟军2014年 11 月 2日2.总体结构设计2.1介质说明化学名称：乙醇，别名：乙基醇、酒精乙醇的分子式为C2H6O （结构简式为CH3CH2OH 或C2H5OH ），俗称酒精，在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略带刺激性，沸点：78.4 °C。

乙醇的用途很广，可用乙醇来制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。

医疗上也常用体积分数为70%-75%的乙醇作消毒剂等。

2.2结构尺寸2.2.1筒体基本尺寸筒体的公称直径Di 有标准选择，而它的长度L 可以根据容积要求来决定。

由公式:()5%130432+=m L D i π(1-1)一般6~3=DL, 取4=D L得mm D i 1711=，圆整至：mm D i 1700=采用标准椭圆封头，查《EHA 椭圆形封头内表面积及容积表》[]1得：深度mm H 450=，内表面积2 3.2662m A =，容积30.6999m V =封由:32g 15242m V L D V V V i =+=+=封封筒π(1-2)得mm D V V L i g 5992422=-=π封，圆整至:mm L 6000=计算容积:32215.0190.6999261.74242m V L D V V V i =⨯+⨯⨯=+=+=ππ封封筒计误差12%.0%100=⨯-ggV V V 计工作容积313.517m 15.0199.0=⨯==计工V V φ 所以，筒体的公称直径mm D i1700=,长度mm L 0060=2.2.2筒体的结构及选材球形容器虽然省材，压能力强，但制造、安装都较困难，焊缝长，工作量大；矩形容器多用于小体积，承压能力较小；立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱。

而圆筒形容器，安装内件方便，制造容易，而且承压能力较好。

因此综合各方面因素考虑，乙醇储罐选用卧式圆筒形。

由于液氯具有腐蚀性，罐体又为低压容器、常温容器，可考虑Q235R 、Q345R 这两种钢种。

从技术角度看，选用Q235R类的低碳钢板更好，而Q345R钢板制造费经济，综合力学性好，工艺、焊接性能及低温冲击韧性好，为常用的低合金钢。

因此这里选用Q345R钢板。

2.2.3封头的结构及选材对于封头的选择，球形封头是最理想的结构形式，但缺点突出深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大；而碟形封头受力状态不佳，平板封头厚度大，耗材多且笨重。

椭圆形封头吸取了球形封头受力好和蝶形封头深度浅的优点，其封头壁厚近似等于筒体壁厚,这样筒体和封头就可采用同样厚度的钢板来制造。

这不仅可以给选材带来方便,也便于筒体和封头的焊接。

封头的材料选用和筒体一样的Q345R钢板。

选取的椭圆形封头为：表2-1 椭圆形封头参数3.设计计算3.1筒体壁厚的计算正常工作：P 乙醇=ρ乙醇gh=0.79⨯10³⨯9.8⨯1.7=13.16Kpa 水压试验：P 水=ρ水gh=1.0⨯10³⨯9.8⨯1.7=16.66Kpa因为P 水> P 乙醇，所以用P 水进行比较又因为P 水<5%⨯1.6⨯10³Kpa=80Kpa,所以卧式容器液柱静压力的影响可不予考虑，故计算压力1.60==P P c MPa 。

查 《压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢》[]2许用应力[]tσ列于下表：表3-1 Q345R 许用应力钢号板厚/㎜在下列温度（℃）下的许用应力/ Mpa≤20100 150 200 250 300 Q345R3～16 189 189 189 183 167 153 16～36185 185 183 170 157 143 36～60 181181173160147133>60～100181 181 167 150 137 123假设厚度范围在6～16 mm ，则Q345R 在50℃下其许用应力[]tσ＝189MPa容器筒体采用双面对接焊缝，100%无损探伤,所以焊接接头系数为φ=1.00。

筒体计算厚度公式[]7.231.6-1189217001.6-2=⨯⨯⨯==cti c p D p φσδmm （2-1） mm 7.23在mm 166～之间，故假设是成立的。

式中 c P ――容器计算压力，MPa ；i D ――圆筒内直径，mm ；[]t σ――容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa ；φ――圆筒的焊接接头系数考虑介质腐蚀，计算厚度δ的基础上，增加腐蚀裕度2C 。

乙醇属轻度腐蚀，取2C =1.0所以筒体的设计厚度为[]2-2C p D p ctic d+=φσδ=7.23+1=8.23mm 因压力容器常用钢板的负偏差均为-0.3，即 取1C =0.3。

所以， 9.431=+=C d nδδmm将壁厚圆整到钢板规格系列，圆整后取名义厚度10mm ，因此罐体可以采用 10 mm 的Q345R 制作。

3.2封头壁厚的计算[]ct i c p D p 0.5-2 k φσδ=，因封头为标准椭圆形封头，取k=1故封头的设计厚度为：[]7.2111.60.5-1189217001.60.5-2 2=+⨯⨯⨯⨯=+=C p D p cti c d φσδ 8.211=+=C d n δδmm将壁厚圆整到钢板规格系列，圆整后取名义厚度10mm ，因此封头可以采用 10 mm 的Q345R 制作。

3.3压力试验采用水压试验，液压试验时水温不低于5℃，外壳应保持干燥。

设备充满水后，待壁温大致相等时，缓慢升压到规定试验压力，稳压30min ，然后将压力降低到设计压力，保持30min 以检查有无损坏，有无宏观变形，有无泄漏及微量渗透。

水压试验后及时排水，用压缩空气及其它惰性气体，将容器内表面吹干。

3.3.1确定水压试验的压力试验值根据GB150标准的规定，液压试验时tT PP ][][25.1σσ= （2-5）其中T P ——试验压力，MPa ； P ——设计压力，MPa ；[]σ、[]tσ——分别为液压试验温度和设计温度下壳壁材料的许用应力，MPa 。

所以 2189/1891.61.25=⨯⨯=T P MPa3.3.2计算水压试验时器壁应力值试验时筒体的应力为：ee i T T D P δδσ2)(+=(2-6)有效厚度mm C C n e 8.713.00121=--=--=δδ，所以MPa D P e e i T T 196.408.72)8.70017(22)(=⨯+⨯=+=δδσ3.3.3强度校核在GB 150《钢制压力容器》[]3中，Q345R 的许用应力见表2-3。

表3-2压力容器用16MnR 钢板的许用应力钢号钢板标准使用状态厚度mm常温强度指标在下列温度(℃)下的需用应力/MPaσb MPaσs MPa ≤20100150Q345RGB713热轧，正火3～16510 345 189 189 189 ＞16～36 500 325 185 185 183 ＞36～60490315181181173查表2-1可知10mm的Q345钢板的常温强度指标345=s σMPa 。

所以M P a l 5.31015439..0Re 9.0=⨯⨯=，则l T Re 9.0≤σ，筒体应力小于水压试验校核应力，所以水压试验满足试验要求。

4.支座设计4.1支座的选取卧式容器支座有圈座、支承式支座和鞍式支座三种。

支承式支座结构简单，但其反力给壳体造成很大的局部应力，故只适应于小型设备；圈座不尽对圆筒壳具有加强作用，且当支座多于两个时较鞍座受力好，真空容器或壁厚的容器可以采用圈座；对于换热器、卧式容器等，则大多采用鞍式支座，鞍座的结构和尺寸，除特殊情况需另外设计外，一般可根据设备的公称直径和重量选用标准鞍座。

我国标准为JB/T 4712.1—2007《容器支座 第一部分：鞍式支座》[]5。

鞍式支座分为轻型(A)和重型(B)，每种形式又分为固定式（F ）和滑动式（S ），直径1000 mm 以上的，轻型鞍座就即可，为保证容器的热胀冷缩的位移要求，F 型和S 型应总是配对使用。

所以本设计选择轻型鞍座，固定式和滑动式各一个。

4.2 鞍座的计算为确定鞍座的型号，需粗略计算鞍座的负荷。

贮罐总质量：43212m m m m m +++=4.2.1筒体质量根据mm mm D i 01,1700n ==δ的筒节，kg L D m n i 22514.1085.710106.01.714.333-1=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=ρδπ4.2.2 封头质量根据mm mm D i 01,1700n ==δ，查标准JB/T25198-2010《压力容器封头》表C-2EHA 椭圆形封头质量，可知，kg m 251.62=4.2.3 充液质量因为ρρ>水乙醇，所以充液质量为水质量ρϕV m =3 （3-2）于是13500kg15101.09.03-3=⨯⨯⨯==ρϕV m4.2.4 附件质量人孔质量约300kg ，其他接口管总重约100kg,则4m =400kg设备总质量：kg m m m m m 16917.440013500251.622.51424321=++⨯+=+++=每个鞍座的负荷2mg Q ==83KN 82895.26N 28.916917.4≈=⨯ 由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型鞍式支座，焊制为A,包角为120，有垫板的鞍座。