液氯储罐计算说明书

课程设计任务书题目12立方米液氯储罐设计 ..................................... 1

设计条件表 ............................................................................................................................... 1

一、设备总体尺寸的确定 ...................................................................... 2

1、储罐筒体公称直径，筒体长度以及椭圆封头结构型式尺寸的确定 ............................. 2

2、物料的物理特性及化学特性，物料的储存方式 ............................................................. 2 3．压力容器类别确定 ............................................................................................................. 3

二．设备的设计计算 ............................................................................. 3

1．壳体的材料选择，受压壳体的厚度设计及其校核 ......................................................... 3

（1）壳体的材料选择 ..................................................................................................... 3 （2）受压壳体的厚度设计 ............................................................................................. 3 （3）厚度校核 ................................................................................................................. 4 2、封头的厚度设计 ................................................................................................................. 4 3、卧式容器应力校核 ............................................................................................................. 4

（１）、长度折算 ........................................................................................................... 4 （２）、载荷ｑ的确定 ................................................................................................... 4 （3）、支座位置确定 ..................................................................................................... 5 (４)、应力校核 ................................................................................................................ 5 3、人孔的补强计算 ................................................................................................................. 6

（1） 圆筒开孔所需补强面积 ..................................................................................... 6 （2）有效补强范围内的补强面积 ................................................................................. 6 （3）补强面积 ................................................................................................................. 7 （4）、补强圈的厚度 ..................................................................................................... 7 三、零部件设计 ....................................................................................................................... 7 1、开孔接管位置及法兰设计 ................................................................................................. 7

（1）液氯进口管与法兰设计 ......................................................................................... 7 (2)液氯出口管与法兰设计 .............................................................................................. 7 (3)空气出口与进口,安全阀接口管及其法兰设计 ........................................................ 8 (4)压力表接管及其法兰设计 ......................................................................................... 8 2、人孔其法兰设计 ................................................................................................................. 8 3、液位计及其法兰的选择 ..................................................................................................... 8 4、支座设计 ............................................................................................................................. 9

四、焊接接头设计 ................................................................................. 9

1、壳体A，B类焊接接头的设计 .......................................................................................... 9 2、壳体C，D类焊接接头的设计 .......................................................................................... 9 3、焊接接头坡口设计 ........................................................................................................... 10 4、常用焊接方法与焊条的选择 ........................................................................................... 10

五、参考文献： ................................................................................... 10

课程设计任务书题目12立方米液氯储罐设计

设计条件表

序号 1 2 3 4 5 项目 最高工作压力 工作温度 公称容积（Vs） 装量系数（） 工作介质 数值 1.2 ≤50 12 0.9 单位 Mpa ℃ m3 液氯 备注 由介质温度确定 6 使用地点 太原市，室外 管口条件： 液氯进口管DN50；液氯出口管DN50；空气进口管DN50；空气出口管DN50；安全阀接口DN50；压力表接口DN25. 液位计接口人孔按需设置。

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12ｍ液氯储罐设计计算说明书

一、设备总体尺寸的确定

1、储罐筒体公称直径，筒体长度以及椭圆封头结构型式尺寸的确定

储罐公称容积Vg＝12m3，设：L=3D

2则由 DiL＝12 得 Di＝1721mm，查表3-1后得Di＝1700mm，得封头容

4积V1＝2×0.6999＝1.3998， 计算筒体容积V2 ＝圆整后得L1＝4680mm

得容器的实际体积为V＝V1V2＝10.62+1.3998＝12.0198m3≈12.02m3即公称直径DN＝Di＝1700 mm，筒体长度L=4680mm；

误差为：x4Di2L1＝12-1.3998＝10.6002m3，得L1＝ 4672 mm，

V实V逻V逻0.002%

选取的椭圆形封头为： 公称直径DN/mm 总深度H/mm 1700 450 内表面积A/m2 3.2662 容积Ｖ封头/m3 0.6999 2、物料的物理特性及化学特性，物料的储存方式

常温压力储存 温度 ℃ 饱和蒸汽压Bar 饱和液密度 -20 0.82 1.528 20 40 5.65 10.27 1.406 1.342 表2—液氯物理性质 50 13.03 1.307

2

3．压力容器类别确定

由于常温压力容器其容器内的物料温度随季节温度变化，工作压力为相应温度下的饱和蒸汽压，工作压力Pw取液氯t=50℃时的饱和蒸汽压（表压），查表得：液氯50℃时的饱和蒸汽压为13.03Bar（绝压），则Pw=（13.03-0.10）Bar=1.203 MPa ≈1.2 MPa , =1307kg/ m3

在有安全阀的情况下:Pc=(1.05～1.10)Pw=（1.26～1.32）MPa,开启压力取1.3 MPa，设计压力不低于开启压力，则取Pc=P=1.4MPa 由于0.1MPaPc1.6MPa，所以此容器属于低压容器，又由于介质为高度危害，根据压力容器分类图—第一组介质查得此类容器属于第二类容器。

二．设备的设计计算

1．壳体的材料选择，受压壳体的厚度设计及其校核 （1）壳体的材料选择

采用Q345R 钢板钢号 使用厚度常用强度指标 标准 状态 /mm 在下列温度（℃）的许用应力 bMPa s/MPa GB713 Q345R 热轧6～510 正火 16 16-3490 6 345 325 〈20 170 163 100 170 163 150 170 163 200 170 159 250 156 147 300 144 134 （2）受压壳体的厚度设计

设6δ16mm，焊接接头采用双面对接焊，100%无损检测，即φ=1.00 查表得：[σ]t=170MPa

dPcDi1.41700C29.1mm 2217011.42[]tPc查表得负偏差C1=0.3mm，δd+ C1==9.4mm

圆整得δn=10mm，则δe=δn- C2 -C1=10-2-0.3=7.7mm，

3

（3）厚度校核

压力试验采用水压试验：

PT=1.25Pσ/[σ]t=1.25P=1.25×1.4=1.75MPa，

TPT(Die)1.75(17007.7)194.1MPa

2e27.70.9σsφ=0.9×1×345=310.5MPa

σT<0.9σsφ则选用10mm厚度的钢板符合要求。

2、封头的厚度设计

材料采用Q345R，设16δ6mm，，即φ=1.00，查表得：[σ]t=170MPa 由标准椭圆计算公式得 PcDi1.417007.1mm t2[]0.5Pc217010.51.4腐蚀裕量C22mm，钢板负偏差C1=0.3mm，圆整后取名义厚度δn=10mm 有效厚度 δe=δn- C2 -C1=10-2-0.3=7.7 mm

3、卧式容器应力校核 （１）、长度折算

将两端封头折算为体积相当的圆筒，则

22V= DiL2，0.6999= 1.7L2，得L2=0.309m 44L=L1＋2×L2=4.680+2×0.309=5.298m

（２）、载荷ｑ的确定

对进行长度折算后的容器可看作受均布载荷作用，查表得钢材密度ρ＝

7850kg/m3,

则2m封头＝2×ρδn A＝2×7850×0.01×3.2662=512.8kg

m筒体＝Vρ＝πDi Lδnρ＝3.14×4.680×1.700×0.01×7850＝1961.1kg m液氯＝0.9Vρ＝0.9×12.02×1.307×1000＝14139.1kg m零件＝312.3

m水＝ρ水Ｖ总＝12.02×1000＝12020kg m总1＝ｍ水＋m封头＋m筒＋m零件＝14806.2kg m总2＝m液氯＋m封头＋m筒＋m零件＝16925.3kg

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用液氯作为介质进行校核 线集度qm总2gL总16925.39.8=31.31KN/m

5.2981000用水作为介质进行校核 线集度qm总1gL总14806.29.8=27.39KN/m

5.2981000（3）、支座位置确定

取a=0.2L总=0.2×5.298=1.0596m

地脚螺栓距直边段距离为a-0.025=1.034m圆整后为1030mm 即两支座的间距为：4680mm-2×1030mm=2620mm

(４)、应力校核

1）在正常操作状态下 最大弯矩：

111MNA1.3q(0.5L)231.315.2981.3131.31(0.55.298)2KNm222 =-1.2KNm

maxPDM4e0.785D2e=

1.41.71.2 100047.70.7851.720.0077106=77.34Mpa

minσ

PDM77.21Mpa 4e0.785D2emax

< []t= 170MPa

2）在液压试验时：

111MTNA1.3q(0.5L)227.395.2981.3127.39(0.55.298)2KNm222 =-1.05KNm TmaxMT1.751.71.05PD=10001000

4e0.785D2e47.70.7851.727.7=96.65Mpa

minMT0.06Mpa0.785D2e

5

σ

max

< 0.9S=0.9345=310.5MPa

3）容器的稳定性校核：

min,Tmin0.06Mpa

A0.0948.42104查表可知A值位于曲线的右方,得B=120Mpa, Roe0.063、人孔的补强计算

（1） 圆筒开孔所需补强面积

d=D+2C=(dw-2S)+2C=(480-24)+22.3=460.6mm δ=7.1mm,δ

et=δ

n-C=12-2.3=9.7mm，ft=1

Ad2（=460.6×7.1+2×7.1×9.7×﹙1-1﹚=3270.26mm2 et1ft）（2）有效补强范围内的补强面积

B取2d=2×460.6=921.2mm

h1=dnt=460.612=74mm ，h2=0

tPcDi1.4(4802401.9mm

2[]tΦPc217011.4（Bd）（e）2（（1ft） A1 ete） =(921.2-460.6)(7.7-7.1)-2×9.7(7.7-7.1)(1-1) =276.36mm2

A22h1(ett)ft2h2(etC2)ft274(9.71.9)101154.4mm2AeA1A2276.361154.41430.76mm2AeA需要补强

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（3）补强面积

A4AAe1839.5mm2

（4）、补强圈的厚度

A41839.56.6mm查表取8mm

Bdw760480三、零部件设计

1、开孔接管位置及法兰设计 （1）液氯进口管与法兰设计

取液氯进口管与筒体环焊缝距离为300mm，入筒体的长度为1405mm。要求 DN=50

其钢管数据如下表： 公称通径 外径 壁厚 重量 50 57mm 6.0mm 9.35kg 选用带颈对焊法兰（WN），凹面密封面（ＦＭ），取等级压力1.6MPa,查表得： 公称通径钢管外径B 连接尺寸D 法兰厚度C 法兰高度H 理论重（kg） DN 50 57 165 18 45 2.5 (2)液氯出口管与法兰设计

按照无补强要求：两管口中心线间距不得小于两孔直径之和的两倍，取间距为300mm。

要求 DN=50,取伸出筒外长度150mm。出口管长度为1770mm。 液氯出口接管的PN为1.6MPa选用的材料为 查表得： 公称通经 外径 壁厚 重量 50 57 6.0 11.78 选用带颈对焊法兰（WN），凹面密封面（ＦＭ），等级压力1.6MPa,查表得： 公称通径钢管外径B 法兰外径D 法兰厚度C 法兰高度H 理论重（kg） DN 50 57 165 18 45 2.5

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(3)空气出口与进口,安全阀接口管及其法兰设计

DN为50可取等级压力为1.6MPa

法兰设计：选用带径对焊法兰（WN）凹面密封面（ＦＭ），PN=1.6MPa,查表得： 公称通径钢管外径B 法兰外径D 法兰厚度C 法兰高度H 理论重（kg） DN 50 57 165 18 45 2.5 (4)压力表接管及其法兰设计

根据设计要求得：选用的公称通经为DN25mm伸出筒体长度为150mm 压力表接管的DN为1.6MPa 公称通径(mm) 外径(mm) 壁厚(mm) 重量(kg) 25 32 4.5 0.31 法兰设计：选用带颈对焊法兰（WN），凹面密封面（ＦＭ），等级压力1.6MPa查表得： 公称通径钢管外径B 法兰外径D 法兰厚度C 法兰高度H 理论重（kg） DN 25 32 115 18 40 1.5 2、人孔其法兰设计

人孔采用带颈对焊法兰法兰密封面形式为凹凸面（MFM）,选择公称压力为2.5MPa查表可得

人孔类型 公称压力MPa 公称通经mm dw×S 2.5 450 带颈对焊 480×12 3、液位计及其法兰的选择

此容器选用磁性液位计，由于此储罐介质温度在太原地区随四季温度的变化

而变化，最低-20℃，最高50℃，密度黏度也随之变化，其他的液位计均不符合要求，所以选用此液位计。

液位计必须安装在最高液面以上,计算可得最高液面距离筒体中心线585mm处 液位计选用的PN=1.6MPa液位计安装在距离筒体中心线700mm处 查表得：液位计接管数据 公称通径 钢管外径B 厚度 20 25 4.5 法兰查表得 公称通径 法兰外径 法兰厚度 法兰高度 法兰重量

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20 105 18 40 1.0 4、支座设计

选择鞍式支座，支座中心与焊缝的距离为1030mm。 筒体的公称直径DN＝1700mm 查表可得， 底座（mm） 筋板(ｍｍ) 公称直鞍座高度腹板径DNh（mm） 11 b1 δ1 δ2 l3 b2 b3 3 （mm） 2717241700 250 1200 200 12 8 8 5 0 0 垫板（ｍｍ） 螺栓间距 鞍座质量ｌ２ （kg） 弧长 ｂ４ δ4 ｅ 1990 390 8 70 40 122 一个为Ｓ型一个为Ｆ型。 四、焊接接头设计

1、壳体A，B类焊接接头的设计

该容器上的A,B类接头必须采用对接焊，不允许采用搭接焊。对接焊易于 焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。

该容器上的接管与壳体以及补强圈之间的焊接一般只能采用角接和搭接。

2、壳体C，D类焊接接头的设计

平盖，管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体，接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头，但已规定为A，B类的焊接接头除外。

接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头均属于D类焊接接头，但已规定为A，B类的除外。

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3、焊接接头坡口设计

容器筒体，封头与接管法兰的厚度均在δ=3~26mm的范围，为了减小焊接变形和残余应力，δ=10因此可取接头坡口形式为V形。

4、常用焊接方法与焊条的选择

采用手工电弧焊，该方法设备简单，便于操作，使用于各种焊接，在压力容器制造中应用十分广泛，钢板对接，接管与筒体、封头的连接等都可以采用。

考虑母材力学性能与化学材料，构件的结构与刚性和经济性，该容器所用焊条使用型号如下表：

接头母材 Q345R 16Mn+16MnⅡ Q235-A+Q345R 焊条型号 E5003 E5016 E4315 焊条牌号 J502 J506 J427 五、参考文献：

１、 GB150-1998钢制压力容器。北京：中国标准出版社，1998

２、 TSG R0004-2009 固定式容器安全技术监察规程。国家质量监督检验检疫

总局颁发，2009.8.31

３、 国家医药管理局上海医药设计院。化工工艺设计手册（第二版）。北京：

化学工业出版社，1996

４、 吴粤焱主编。压力容器安全技术手册。北京：机械工业出版社，1999 ５、 HG/T20668-2000化工设备设计文件编制规定。国家石油和化学工业局发

布，2001.06实施

６、 全国化工设备设计技术中心站。化工设备图样技术要求。2000年11月 ７、 JB/T4712-2007 容器支座。北京：新华出版社，2007 ８、 HG 20592~20637-2009 钢制管法兰、垫片、紧固件。

９、 JB 4700~4707-2000。压力容器法兰。昆明：云南科技出版社，2000 １０、 HG/T21584-95 磁性液位计

１１、 JB/T4736-2002，JB/T4746-2002。补强圈 钢制压力容器用封头 １２、 HG/T20580~20585钢制化工容器设计基础规定等六项标准 １３、 JB/T4730-2005承压设备无损检测。北京：新华出版社，2005

１４、 JB/T4709-2000钢制压力容器焊接规程。昆明：云南科技出版社，2000

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１５、 HG/T21514~21535-2005钢制人孔和手孔。北京：中国计划出版社，2005 １６、 李世玉主编。压力容器设计—工程师培训教程。北京：新华出版社，2005

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