过程装备与控制工程课程设书

课程设计任务书课程设计任务书前言压力容器的用途十分广泛。

它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。

压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。

此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的件。

压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。

目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。

本次课程设计目的主要是使用国家最新压力容器标准、规进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程；掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证；掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用；掌握工程图纸的计算机绘图。

目录1 工艺设计 (1)1.1存储量 (1)1.2设备的选型及轮廓尺寸 (1)2筒体及封头设计 (2)2.1材料的选择 (2)2.2筒体壁厚设计计算 (2)2.3封头壁厚的设计计算 (3)3接管及接管法兰设计 (4)3.1接管尺寸选择 (4)3.2管口表及连接标准 (4)3.3接管法兰的选择 (5)3.4垫片的选择 (6)3.5紧固件的选择 (7)4人孔的结构设计 (8)4.1密封面的选择 (8)4.2人孔的设计 (8)4.3核算开孔补强 (9)5支座的设计 (12)5.1支座的选择 (12)5.2支座的位置 (13)6液面计及安全阀选择 (14)7总体布局 (14)8焊接结构设计及焊条的选择 (14)9强度校核 (17)10参考文献 (35)1工艺设计1.1存储量盛装液化气体的压力容器设计存储量t V W ρφ=式中：W ——储存量，t ； φ——装载系数； V ——压力容器容积；t ρ——设计温度下的饱和溶液的密度，3m t ；根据设计条件t V W ρφ==0.945 1.31453.22t t ⨯⨯=1.2 设备的选型及轮廓尺寸粗略计算径： 32454m L D i =π一般63—=DL，取4=D L得2429i D mm =，圆整得：mm D i 2500=选用EHA 椭圆封头，查《EHA 椭圆形封头表面积及容积表》可得：深度mm B 665=，表面积20861.7m A =，容积32417.2m V =封根据32g 45242m V L D V V V i =+=+=封封筒πmm D V V L i g 8254422=-=π封，圆整得:mm L 8300=32223.452417.223.85.24242m V L D V V V i =⨯+⨯⨯=+=+=ππ封封筒计误差100%0.51%ggV V V -⨯=计3m 70.4023.459.0=⨯==计工V V φ所以，筒体的公称直径mm D i 2500=,长度mm L 8300=2 筒体及封头设计2.1 材料的选择液氯属于高危害性的介质，但其腐蚀性小,使用温度为C 。

～4520-，根据《压力容器设计手册》中钢板的使用条件，选择16MnR 钢板作为制造筒体和封头材料。

2.2 筒体壁厚设计计算2.2.1 设计压力液氯储罐的工作温度-20℃——45℃，故选取设计温度t=50℃，由《压力容器介质手册》【1】查的，该温度下的绝对饱和蒸汽压为1.432MPa 。

在本次设计中的液氯储罐上装有安全阀，通常认为设计压力为工作压力的1.05——1.1倍，所以设计压力()1.1 1.4320.1 1.466p MPa =⨯-=。

2.2.2 液柱静压力由《某些无机物重要物理性质表》【1】查的，液氯的密度为31314/kg m ，径2500i D mm =由《各地区重力加速度表》查的地区的29.79684/g m s =，则根据公式i p gD ρ=静可得0.032p MPa =静2.2.3 计算压力c p因为100% 2.2%5%p p⨯=静＜，所以可忽略静压力的影响。

即1.466c p p MPa ==2.2.4 设计温度下材料的许用应力[]tσt 为C 。

～4520-，假设筒体厚度为mm 166～，由《钢板许用应力表》可得MnR 16的[]MPa t170=σ2.2.5 焊接接头系数φ本次液氯储罐的设计采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头，100%无损检测，所以 1.0φ=。

2.2.6 压容器的计算厚度δ根据压容器的计算厚度公式【2】：[] 1.466250010.8262170 1.0 1.4662c i tcp D mm mm p δσ⨯===⨯⨯-Φ-11.489mm 在mm 166～之间，故假设是成立的。

取腐蚀裕量22C mm =， 212.826d C mm δδ=+=。

由《常用钢板厚度负偏差表》可查的，在6654GB 的钢板标准下MnR 16的负偏差mm C 25.01=。

113.076d C mm δ+=查《钢板厚度的常用规格表》，将其圆整为14mm ，即名义厚度14n mm δ=的MnR 16钢板。

2.3 封头壁厚的设计计算2.3.1 标准椭圆形封头的计算厚度根据标准椭圆形封头的计算厚度公式【2】：[] 1.466250010.8032170 1.00.5 1.46620.5c itcp D mm p δσφ⨯===⨯⨯-⨯-取腐蚀裕量22C mm =，210.803212.803d C mm δδ=+=+=由《常用钢板厚度负偏差表》可查的，在6654GB 的钢板标准下MnR 16的负偏差mm C 25.01=。

113.053d C mm δ+=查《钢板厚度的常用规格表》，将其圆整为14mm ，即名义厚度14n mm δ=的MnR 16钢板，可见标准椭圆形封头与筒体等厚。

3 接管及接管法兰设计3.1 接管尺寸选择3.1.1 液氯进、出口接管和空气进、出口接管选用补强管。

查《化工容器及设备简明设计手册》【3】得：图3.1 补强管【3】 用途公称直径 dN 外径⨯壁厚 o nt d δ⨯补强管外伸或伸最小高度min h理论质量/100kg mm液氯进口管 80889⨯φ25 1.6液氯出口管 安全阀 空气进口管 65779⨯φ22 1.2空气出口管3.1.2用途 公称直径 dN外径⨯壁厚 o nt d δ⨯ 理论质量/kg m液位计 20 25⨯3.5 2.21 压力计 25 32⨯3.5 2.46 人 孔500530⨯123.2 管口表及连接标准表3.3 管口表 接管代号 公称尺寸 连接尺寸标准 连接面形式 用途或名称 aDN80 HG20595-1997 FM 液氯进口管 b DN80 HG20595-1997FM 安全阀接口 c1-2DN500FM人 孔d DN65 HG20595-1997 FM 空气进口管e DN65 HG20595-1997 FM 空气出口管f DN25 HG20595-1997 FM 压力表接口g1-2 DN20 HG20595-1997 FM 液位计接口h DN80 HG20595-1997 FM 液氯出口管3.3接管法兰的选择图3.2 接管法兰结构【3】序号名称公称直径DN钢管外径1A法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量NS1HRBBa 液氯进口80 89 200 160 18 8 M16 20 110 3.2 10 6 50 4.22b 安全法接口80 89 200 160 18 8 M16 20 110 3.2 10 6 50 4.22d 空气进口65 76 185 145 18 4 M16 20 92 2.9 10 6 48 3.74e 空气出口65 76 185 145 18 4 M16 20 92 2.9 10 6 48 3.74f 压力表口25 32 115 85 14 4 M12 16 46 2.6 6 4 40 1.26 g1-2液位计口20 25 105 75 14 4 M12 16 40 2.3 6 4 40 1.05 h 液氯出口80 89 200 160 18 8 M16 20 110 3.2 10 6 50 4.22表3.5 接管法兰标记名称法兰标记液氯进口管法兰HG 20595 法兰 WN 80-1.6 FM S=8mm 16MnR 液氯出口管法兰安全阀接口管法兰空气进口管法兰HG 20595 法兰 WN 65-1.6 FM S=7mm 16MnR空气出口管法兰液面计接管法兰HG 20595 法兰 WN 20-1.6 FM S=3.5mm 16MnR压力表接管法兰HG 20595 法兰 WN 25-1.6 FM S=3.5mm 16MnR3.4垫片的选择垫片选用石棉橡胶垫片，查HG/T 20606-1997《钢制管法兰用非金属平垫片》，得：图3.3 金属包覆垫片表3.6 垫片尺寸表【3】公称直径径D1 外径D2 符号管口名称垫片厚度a 液氯进口 1.5 80 89 120b 安全阀口 1.5 80 89 120d 空气进口 1.5 65 77 109e 空气出口 1.5 65 77 109f 压力表口 1.5 25 34 57g1-2 液位计口 1.5 20 27 50h 液氯出口 1.5 80 89 1203.5紧固件的选择查HG 20613-97 《钢制管法兰用紧固件》得螺柱的长度和平垫圈尺寸：表4 螺栓及垫片【3】4人孔的结构设计4.1密封面的选择由于本次设计的介质是高度危害的，所以本次设计采用凹凸法兰密封面（MFM）。

4.2 人孔的设计本次设计的储罐设计压力为1.466MPa ，根据20052153521514/-～T HG 《钢制人孔和手孔》【3】，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。

该人孔标记为：人孔CM MFM S 35-Ⅲ B 500 2.5- 200521518/-T HG图4.1 人孔结构示意图【3】密封面型式 公称压力PN 公称直径DNd w ⨯S d D D 1 H 1H 2 b MFM 2.5 500 530⨯12 506 730 660 280 123 44螺螺螺柱总4.3 核算开孔补强本次设计人孔的公称外径为50089mm mm ＞，所以进行补强圈补强。

4.3.1 圆柱开孔所需补强面积A由《钢板许用应力表》可知厚度为厚度14m 的低合金钢MnR 16在C 。

～4520-时的[]MPa 170=σ。

由《钢管许用应力表》可知厚度为厚度mm 12的低合金钢MnR 16在C 。

～4520-时的[]163t MPa σ=。

由强度消弱系数计算公式得：[]1630.9588[]170t r f σσ=== 钢管厚度负偏差mm C 25.01=，腐蚀裕量厚度mm C 12= 接管有效厚度121210.2510.75et n C C mm δδ=--=--= 开孔直径()22530212210.25508.5w d d S C mm =-+=-⨯-⨯+= 圆柱开孔所需补强面积：()()221508.510.826210.82610.7510.95885514.61et A d f mm τδδδ=+-=⨯+⨯⨯⨯-=4.3.2 有效补强围的补强面积e A1) 有效补强围的宽度B有效不强围的宽应B 取()22n nt dd δδ⎧⎪⎨++⎪⎩二者中的较大值，其中21017d mm =,()2560.5n nt d mm δδ++=，显然()nt n d d δδ++22＞，所以21017B d mm ==。