12m3液氯储罐课程设计

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t

f ——装备系数

V ——压力容器容积，m3

ρt——设计温度下饱和液体密度，t/m3

W=0.9×12.01×1.511=16.332t

1.2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=π

4

D 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 i

2[σ]t

φ−p c =

1.4×1600

2×170−1.4

=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]t

φ−p c

=1.4×1600

2×133−1.4=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 i

2[σ]t

φ−p c

=1.4×1600

2×170−1.4=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 i

2[σ]t

φ−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 。