1、绪论1.1 任务说明设计一个容积为50m³的丙烯储罐，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SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。

1.2 丙烯的性质常温为气体，不易溶于水，易溶于非极性或弱性有机溶剂苯、乙醚。

2、设计参数的确定表1 设计参数表2.1 筒体材料的选择根据丙烯的特性，查GB150-1998选择Q345R。

Q345R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（16mm）的压力容器。

钢板标准GB6645和“关于《固定式压力容器安全技术监察规程》的实施意见”。

根据GB713-2008中规定，厚度允许偏差按GB/T709的B 类偏差取0.3mm 。

2.2 钢管材料的选择根据JB/T4731,钢管的材料选用20号钢，根据GB8163，其许用应力Mpa t 1.150][=σ3、压力容器结构设计3.1筒体公称直径计算筒体的公称直径i D 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 23i 50m 4D L π= 取 L/D=4将L/D=4代入得：i 2520D mm = 圆整后，i 2600mm D =3.2 封头结构设计查GB/T 25198-2010《压力容器封头》得：封头型号采用EHA 型，即标准椭圆封头，并以内径为标准。

表2 封头参数查JB/T 4746-2002《钢制压力容器用封头》，由表B 、2 EHA 椭圆形封头质量得：m=1064.2kg 。

3.3筒体长度计算根据 g 2?/0.9V V V +=筒封2i 2.512100/0.94D L +⨯=π得：9.4m L=筒圆整后取9.5mi9500 3.62600LD=≈ 在3-6之间 2349.96m 4gV D L π=≈筒筒 3254.98m V V +≈筒封故计算容积为54.98m ³3.4 计算压力cp查《压力容器介质手册》可得丙烯在50℃下的密度为457.63gm则：液柱静压力: 1P =457.69.81 2.60.0116596M gh Pa ρ=⨯⨯=1/0.015696/2.160.73%5%P P ==<, 故液柱静压力可以忽略，设计压力可取计算压力 即：c P P 2.16MPa ==3.5 筒体壁厚计算该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为 1.0φ=。

腐蚀余量21C mm =，钢板厚度负偏差10.3C =。

假设圆筒厚度在6-16mm 之间，查GB150-1998中表4-1，可得 50°C 下Q345R 的许用应力为189MP 。

由中径公式2[]c it cp D p δσφ=-可得筒体的计算厚度为：=14.942528mm 2[]c it cp D p δσφ=-筒体的设计厚度为：d 2=15.94mm C δδ=+ 筒体的名义厚度为：12+16.24n C C mm δδ=+=。

由于工程上一般用厚度为偶数的板材， 所以圆整后取名义厚度 ：n 18mm δ= 筒体的有效厚度为：e 1216.7n C C mm δδ=--=。

设计温度下允许最大工作压力：[][]()te w i e 2 2.17+P MPa D δσφδ=≈ 3.6 封头壁厚计算由于采用的标准椭圆封头，所以4i i D H =即，封头形状系数212162i i D K h ⎡⎤⎛⎫⎢⎥=+= ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦， 由椭圆厚度计算公式可得：封头的计算厚度为：14.92[]0.5c itcKP D mm P δδφ=≈- 封头的设计厚度为：d 215.9mm C δδ=+≈封头的名义厚度为：12+16.2n C C mm δδ=+≈圆整后取名义厚度n 18mm δ=封头的有效厚度为：e 1216.7n C C mm δδ=--=设计温度下允许最大工作压力：[][]te w 2 2.38570.5i iP MPa KD δσφδ=≈+3.7 人孔选择查HG/T 21518-2005《水平盖带劲对焊法兰人孔》，表3-3，选择公称压力为2.5MPa 的MFM 型人孔，其尺寸如下：3.8 安全附件选择储罐上配有压力表、温度计、安全阀、液面计，参考公司设计图纸可知，其配置选择如下：3.9 管口的设计3.9.1储罐要开设排污口、出液口、温度计口、压力表口、液位计口、人孔、安全阀口、排空口、进液口、气相口，其分布如下图：3.9.2查HG/T 20592-2009 《钢制管法兰》, 可选择其相对应的法兰如下：表5 管口表3.9.3根据各接口的大小查HG/T 20592-2009 《钢制管法兰》和HG/T20610-2009 《钢制管法兰用缠绕式垫片》，可选择其相对应的垫片及法兰尺寸。

表6 接管法兰数据表3.9.4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7 法兰数据表3.9.5查HG/T 20613-2009 《钢制管法兰用紧固件》，2.5MPa 时，螺柱的主要参数如下：表8 螺柱数据表3.10 鞍座选型和结构设计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：31× 3.140.016 2.69.47.85109639m DL kgπδρ==⨯⨯⨯⨯⨯=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，21064.2m kg =3m ——充液质量：ρρ>水丙烯，故3100054.9854980k m V g ρ=∙=⨯=水4m ——附件质量：人孔质量为245kg ，其他接管质量总和估300kg ，即4545kg m =综上所述，1234266228.2kg m m m m m =+++= 每个鞍座承受的重量为 q=mg/2=331.141KN, 由此查JB4712.1-2007容器支座中表1，选取 DN 2100mm-4000mm 、120°包角轻型带垫板鞍座。

查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下：表9 DN2600mm轻型带垫板包角120°的鞍座尺寸单位：mm鞍座的安装位置：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2,402()4i iD D mm H h ==-有h=H-。

故0.2(2)0.2(9400240)1896A 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 n m R δ+=）,即260018130922m R mm =+=0.50.51309654.5m A R mm ≤=⨯= ，取A=654.5mm综上有：A=654.5mm 。

4、 开孔补强设计根据GB150，当设计压力小于或等于2.5MPa ，腐蚀余量为1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。

故储罐中所有接管开孔处只有人孔和安全阀口需要补强计算。

4.1 人孔开孔补强设计根据HG/T 21518-2005，选用水平吊盖带颈对焊法兰人孔 4.1.1 补强设计方法判别开孔直径22452i d d C mm =+=i D 32001600mm 22d <== 采用等面积法进行开孔补强计算4.1.2 所需补强面积接管材料选用20号钢，其许用应力[]t150.1MPa σ= 根据GB150-1998，A=d 2(1)et r f δδδ+- 其中：壳体开孔处的计算厚度14.94mm δ= 接管的有效厚度et nt 12C C 1210.310.7mm δδ=--=--=强度削弱系数[]150.10.81135[]185t n r r f σσ=== 所以开孔所需补强面积为：2A=d 2(1)4514.9426752.88r et f mm δδδ+-=⨯=4.1.3 有效补强范围 有效宽度B 的确定按GB150中式8-7，得：122452904B d mm ==⨯=222452222212520n nt B d mm δδ=++=+⨯+⨯=12max(,)904B 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：1'73.65h mm ==11''H 220h mm ===接管实际外伸高度（人孔外伸长度为220mm ） 111min(','')73.65h h h mm ==2）内侧有效高度2h 的确定 根据GB150-1998，得：2'73.65h mm ==2''3202202278mm h =--= 222min(','')73.65mm h h h ==4.1.4 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)(904452)(16.714.94)795.52et r A B d f mmδδδδδ=-----=-⨯-=接管的多余面积 接管厚度：2.164582.6822[]0.5218510.5 2.16t tPcDi mm Pc δσϕ⨯===-⨯⨯-⨯ ()21n 2222()2()273.65(12 2.682)0.81135273.6510.710.811352272t t r et rA h f h C f mmδδδ=-+-=⨯⨯-⨯+⨯⨯-⨯=焊缝金属截面积（焊脚为6mm ）：2320.56636A mm =⨯⨯⨯=4.1.5 补强圈的厚度：21233103.52e A A A A mm =++=因为26752.88e A A mm <=，所以开孔需另行补强，所需另行补强面积：246752.883103.523649.36e A A A mm =-=-= 补强圈设计：查标准JB/T 4736根据DN450取补强圈外径D’=760mm，补强圈内径d’=485mm 。