30M液氯储罐设计

（二）结构选择与论证
（1）封头的选择
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。
f)预焊件、梯子平台、防腐层等的质量
本次设计假定
则容器的自重为
2）充满试验液体（水）的质量
由《EHA椭圆形封头内表面积及容积表》得本次设计的EHA容积为 ，又因为筒体的容积为 ，由《水的重要物理性质表》得 时水的密度为 ，所以 。
3）正常操作时的液氯质量
由《某些无机物重要物理性质表》查的，液氯的密度为 ，由《EHA椭圆形封头内表面积及容积表》得本次设计的EHA容积为 ，又因为筒体的容积为 ，所以
（2）液压试验时跨中截面处的弯矩
液压试验时 由《各地区重力加速度表》查的太原地区的 ，代入具体数值得 ，再代入求出的跨中截面处弯矩方程得 。
4．计算圆筒跨中截面的最大拉应力和最大压应力
（1）正常操作状态下
最大拉应力由介质压力及弯矩引起，位于截面的最低点，其计算公式为：
式中：计算压力
有效厚度
圆筒跨中截面的最大弯矩
7.内压容器的计算厚度
内压容器的计算厚度公式为：
式中：计算压力
筒体内径
设计温度下材料的许用应力
焊缝系数
将以上数据代入公式得
在 之间，所以第5步的假设是成立的。
8.内压圆筒的设计厚度
取腐蚀裕量 ，根据内压圆筒的设计厚度计算公式 的 。
9.通体名义厚度
由《常用钢板厚度负偏差表》可查的，在 的钢板标准下 的负偏差 。计算厚度 加上负偏差 为 ，查《钢板厚度的常用规格表》，将其圆整为 ，即名义厚度 的 钢板.
（三）厚度的校核计算
1.筒体的长度 及鞍座的位置
由《EHA椭圆形封头内表面积及容积表》可得公称直径 的椭圆形封头容积 。本次设计的液氯储罐的公称容积 ，所以代入公式 的 。
因为鞍座位置的要求为 ，并尽量使 ，综合考虑选择 。
2．容器的质量
（1）容器的自重及附件的质量
a)EHA的质量
由《EHA椭圆形封头内表面积及容积表》可知本次设计的EHA内表面积 ，所以其质量
液位计接口人孔按需设置。
第二章绪论
（一）设计任务：
综合运用所学的专业课知识，设计一个第一类压力容器中的高度危险性内压容器——液氯储罐。
（二）设计思想：
综合运用所学的专业课知识，以《课程设计指导书》为根，以《过程装备基础》为本，结合所学的专业课知识，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济效益，适用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准。
b）筒体的质量
根据公式 ，代入具体数据得
c)人孔的质量
由《回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表》得本次设计所用人孔的总质量为 。
d)接管的质量
由《热轧钢管品种表》得本次设计所用钢管的理论质量：
液氯进口管：
液氯出口管：
空气进口管：
空气出口管：
安全阀接口：
压力表接口.：
液位计接口：
所以
e)补强圈质量
由《JB/T 4736-2002规定的补强圈尺寸系列表》得，本次设计所用补强圈的质量为 。
(二)封头壁厚的设计
采用标准椭圆形封头，各参数与筒体相同。
1.标准椭圆形封头的计算厚度
标准椭圆形封头的计算厚度公式为
式中：计算压力
筒体内径
设计温度下材料的许用应力
焊缝系数
将以上数据代入公式得
2.标准椭圆形封头的名义厚度
由公式 代入具体数据得
查《钢板厚度的常用规格表》，将其圆整为 ，即名义厚度 ，可见标准椭圆形封头与筒体等厚。
因为稳定许用压缩应力 ,所以很明显 ，即
圆筒符合强度条件。
综合上面的强度条件和稳定性条件圆筒都符合，因此这个储罐可以安全使用。
（四）人孔并核算开孔补强
1.密封面的选择
由于本次设计的介质是高度危害的，所以密封面应选择垫片容易装正，而且紧固螺栓时也不会向外挤出，密封性能还要好的密封面。又考虑到榫槽密封面的结构较为复杂，加工较为困难，更换垫片时要从榫槽中取出旧垫片比较费时，密封面上的榫头容易破坏，而且成本较高，所以本次设计采用凹凸法兰密封面（MFM）.
3.正常操作和液压试验时跨中截面处的弯矩
建立力学模型，把上述计算所得的质量产生
的重力，简化为沿容器轴线作用的分布载荷，
即图4.
先求出A、B两点的支反力
由次可画出对应的剪力图和弯矩图，即图5
由弯矩图可知最大弯矩
（1）正常操作时跨中截面处的弯矩
正常操作时 由《各地区重力加速度表》查的太原地区的 ，代入具体数值得 ，再代入求出的跨中截面处弯矩方程得 。
d)壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积
根据公式
式中：有效补强范围内的宽度
壳体有效厚度
圆筒计算厚度
接管有效厚度
强度消弱系数
将以上数据代入公式得
e)接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积
（2）判断本次设计是否符合 《补强圈》
本次设计：a)容器设计压力
b)容器设计温度
c)容器钢材的标准抗拉强度下限
d)壳体开孔处的名义厚度
e)补强圈厚度
所以补强圈的设计标准可用 《补强圈》
（3）开孔补强计算
由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准。本次设计所选用的人孔筒节的公称直径为 ，查《回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表》得 为 ， 。
（由《液化气饱和蒸汽压及饱和液密度表》查的）
2．设计压力（ ）
液氯储罐的最高温度可达到45 由《液化气饱和蒸汽压及饱和液密度表》查的，该温度下的饱和蒸汽压为 。在本次设计中的液氯储罐上装有安全阀，通常认为安全阀的开启压力为 倍的 ，所以 。
3.液柱静压力（ ）
由《某些无机物重要物理性质表》查的，液氯的密度为 ，取内径 由《各地区重力加速度表》查的太原地区的 ，则根据公式 可得 。
（2）人孔的选择
压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。本次设计在综合考虑公称压力、公称直径工作温度以及人孔的结构和材料等诸方面因素的情况下，选用回转盖带颈对焊法兰人孔。
（3）容器支座的选择
容器支座有鞍式支座、腿式支座、支撑式支座、耳式支座、裙式支座等，用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。因为本次设计的容器直径在 以上，所以选用轻型鞍座，又因为容器有热胀冷缩的位移要求，所以应选两个轻型鞍座分别为固定式和滑动式。
（6）保温层的选择
本次设计中液氯的操作温度小于 ，工艺也没有要求限制热损失，保温层的价格比较贵，保温层岩棉还有致癌作用，再从经济效益方面综合考虑，本次设计决定不涉及保温层。
（7）视镜的选择
视镜用来观察设备内部物料的工作情况，本次设计选用不带颈视镜，因为其结构简单，不易粘料，有比较宽的视察范围。
（8）压力表的选择
4.计算压力( )
因为 ，所以可忽略静压力的影响。即
5.设计温度下材料的许用应力
为 ，假设厚度为 ，由《钢板许用应力表》可得 的
6.焊接接头系数（ ）
因为 的取值是根据焊接接头的形式，及无损检测的长度比例来确定的。本次液氯储罐的设计采用双面对接接头和相当于双面对接焊的全焊透对接接头，100%无损检测，所以 。
第一章课程设计任务书
设计条件表
序号
项目
数值
单位
备注
1
最高工作压力
Mpa
由介质温度确定
2
工作温度
-20～45
3
公称容积
30
4
装量系数
0.9
5
工作介质
液氯
6
使用地点
太原市，室内
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.
第三章材料及结构的选择与论证
(一)材料选择
纯液氯是高危害性的介质，但其腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,有因为使用温度为 ，根据《课程设计指导书》中钢板的使用条件，应选用Q245R或Q345R。常用的有20R和16MnR两种。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板， 16MnR钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。
最大压应力在盛满液体而未升压时有最大值，故压力试验时压应力的最大值公式为： 。
很明显 ，所以液压试验也满足强度条件。
（5）稳定性判断
由公式 确定计算系数
式中：圆筒外径
有效厚度
将以上数据代入公式得
根据圆筒的材料选择相应的系数 图， 值位于曲线的左方，则根据公式 ，由《常用材料的弹性模量表》得 ，带入具体数据得 。
1）圆通开孔所需的补强面积
a)强度消弱系数
由《钢板许用应力表》可知厚度为厚度 的低合金钢 在 时的 。由《钢管许用应力表》可知厚度为厚度 的低合金钢 在 时的 。
代入强度消弱系数计算公式得
b)接管的有效厚度
由接管壁厚附加量公式
式中：钢管厚度负偏差
腐蚀裕量厚度
将以上数据代入公式得
将以上数据代入接管有效厚度计算公式得
（4）法兰型式的选择
法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。在考虑到本次储存的介质为高度毒性介质，所以应选用带颈对焊法兰。