10立方米乙烯储罐课程设计

荆楚理工学院课程设计成果学院: 化工与药学院班级: 12级过程装备与控制工程一班学生姓名: 刁勇超学号: 2012402020111设计地点（单位）化工实验楼A411设计题目: 10m³乙烯储罐设计完成日期：2015年12 月23 日指导教师评语: ______________ __________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ ______ __________ _成绩(五级记分制):_____ _ __________教师签名:__________ _______________目录前言第一章设计参数的确定1.1任务说明1.2介质特性分析1.3设计题目1.4原始数据第二章设计方案的确定2.1储罐的选型2.2主体材料的选择2.3封头型式的确定第三章结构尺寸的确定3.1筒体尺寸的确定3.2液柱静压力计算第四章设备结构设计4.1筒体厚度的计算4.2封头壁厚的计算4.3 筒体、封头的水压试验第五章法兰、接管及其零部件的确定5.1法兰尺寸型号的选择5.2接管尺寸的确定5.3垫片的选择5.4螺栓的选择5.5液位计的选型5.6人孔的选型第六章开孔补强设计6.1确定需要补强的开孔及接管6.2补强面积的计算6.2.1接管M处补强面积计算6.2.2接管D处补强面积计算6.3补强圈的设计6.3.1接管M处补强圈6.3.2接管D处补强圈第七章鞍座的选型7.1鞍座初步选型7.2估算鞍座负荷7.3鞍座位置的确定第八章焊接结构设计8.1回转壳体的焊接结构设计8.2接管与带补强圈的焊接结构设计8.3焊接方法和焊接材料选择总结附录参考文献前言近年来，我国乙烯工业取得了快速发展，已成为国民经济重要产业，国家在十一五期间提出了乙烯工业“基地化、大型化、一体化、园区化”的发展模式。

乙烯的大型化发展，必然要求乙烯的储存也往大型化发面发展。

然而，随着储罐的大型化，相应的安全要求也将更高，而且乙烯作为一种易燃易爆物质，一旦泄露发生燃烧与爆炸，引起的事故后果难以估量。

因而保证乙烯储存的安全就显得尤为的重要。

乙烯储罐的安全和环保是我国乙烯工业发展的强大的后盾。

本设计对乙烯储罐自身的特点和存在的危险进行分析，在基于危险源辨识的基础上，划分工艺单元，对具体的工艺单元进行分析、设计。

第一章设计参数的确定1.1任务说明本课程任务是设计一个公称容积为10m³的乙烯储罐，采用常规设计方法，综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，机械按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。

设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。

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介质特性分析乙烯是由两个碳原子和四个氢原子组成的化合物。

两个碳原子之间以双键连接。

乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料（聚乙烯及聚氯乙烯）、合成乙醇（酒精）的基本化工原料，也用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸药等外观与性状：无色气体，略具烃类特有的臭味。

少量乙烯具有淡淡的甜味。

pH：水溶液是中性熔点(℃)：-169.4沸点(℃)：-103.9相对密度(水=1)：0.61相对蒸气密度(空气=1)：0.98饱和蒸气压(kPa)：4083.40(0℃)燃烧热(kJ/mol)：1411.0临界温度(℃)：9.2临界压力(MPa)：5.04引燃温度(℃)：425爆炸上限%(V/V)：36.0爆炸下限%(V/V)：2.7溶解性：不溶于水，微溶于乙醇、酮、苯，溶于醚。

溶于四氯化碳等有机溶剂。

其它理化性质：可以和酸性高锰酸钾发生氧化还原反应，乙烯作为还原剂，被氧化成二氧化碳。

酸性高锰酸钾被还原而褪色。

侵入途径：吸入健康危害：具有较强的麻醉作用。

急性中毒：吸入高浓度乙烯可立即引起意识丧失，无明显的兴奋期，但吸入新鲜空气后，可很快苏醒。

对眼及呼吸道粘膜有轻微刺激性。

液态乙烯可致皮肤冻伤。

慢性影响：长期接触，可引起头昏、全身不适、乏力、思维不集中。

个别人有胃肠道功能紊乱。

环境危害：对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染。

燃爆危险：本品易燃。

1.3设计题目：10m³乙烯储罐设计1.4原始数据：设计压力：2.1Mpa 设计温度：50℃公称容积：10m³表1-1原始数据表第二章设计方案的确定2.1储罐的选型首先储罐选用钢制卧式圆筒，筒体由钢板卷制而成。

卧式圆筒受力均匀，对容器的底部压力较小不易泄漏，占地空间较小。

其次选择封头为椭圆形（下文有详细论证说明）。

再计算筒体以及封头的壁厚，对水压及强度进行实验校核，核算开孔补强和承载能力。

最后根据生产工艺，安装检修等需要，在筒体、封头上选择安装人孔、进料管、排污管、压力计等等……2.2主体材料的选择乙烯腐蚀性小,可选用一般钢材,由于压力较大,可以考虑20R、16MnR这两种钢种。

虽然16MnR比20R贵，但综合来看16MnR钢板还是比较经济，且16MnR 机械加工性能、强度和塑性都比较好，所以选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。

2.3封头型式的确定从受力与制造方面分析来看，球形封头较为理想。

但缺点是深度大，冲压困难；椭圆封头深度比半球形封头小得多，易于冲压成型；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，而且耗用量大，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。

第三章 结构尺寸的确定3.1筒体尺寸的确定卧式储罐的容积V 是指筒体包含封头的容积，即:V =V T +2V F式中 V T －－圆柱形筒体容积，m 3 V F －－封头容积，m 3。

将罐体视为圆柱形筒体，初步估算罐体的内径Di ：V ≈π4Di 2L=10m ³(1+5%)(长径比L/Di 的一般取值范围为3-6,初取L/Di=4)将L/Di=4代入得：Di=1.4951m=1495mm考虑到储罐内径应符合压力容器公称直径的标准，且符合国家规定的公称直径，圆整后，取Di=1500mm 。

因为采用的是标准椭圆封头，查标准JB/T4746-2002《化工设备课程设计指导》中表3-3，可知：Di=1500mm 时，封头容积V=0.4860m ³ 总深度H=400mm 内表面积A=2.5568㎡根据 V T +2V F =V ×1.05π4Di 2L+2×0.4860=10×1.05 得L=5.392m=5392mm, 圆整得：L=5400mm则有，L/Di=5400/1500=3.6 在3-6范围内，故长度和直径设计合理。

3.2液柱静压力计算根据设计为卧式储罐，所以储存液体最大高度h max ≤Di =1500mmP 静max =ρg h max =569×9.81×1.5=0.00837MPa因为P 设×5%=2.1×5%=0.105MPa >P 静=0.00837MPa 故P 静可以忽略不计，即P c =P 设=2.1MPa第四章 设备结构设计4.1筒体厚度的计算内压容器的计算厚度由中径公式确定 δ =ct i c ][2P D P -φσ式中 t][σ-----材料许用应力，MPacP -----设计压力，MPaDi -----罐体内径，mmφ-----焊接接头系数（JB4732标准中要求受压元件焊缝必须100%无损检测，取焊接系数Φ=1.0）由于选用材料为16MnR ，假定厚度范围为6~16mm ，查表可得t ][σ=170MPa则 δ=2.1×15002×170−2.1=9.32mm根据GB/T709中的要求取钢板的负偏差C 1=0.3mm ，则有δ n =δ +C 1+C 2式中 δ-----计算厚度，mmC 2 ---厚度负偏差，mmC 2---腐蚀裕量，mm （取C 2=1mm ）代入数据得：δ n =9.32+0.3+1=10.62mm圆整后，取名义厚度 δ n =12mm则有： 有效厚度 δ e =12−1.3=10.7mm设计厚度 δ d =9.32+1=10.32mm 4.2封头壁厚的计算图4-1 标准椭圆封头因为选用的是标准椭圆形封头，其厚度有下式确定：δ h = ct ic 5.0][2P D P -φσ 则代入数据得封头的计算厚度δ = 2.1×15002×170×1−0.5×2.1=9.29mm则，δ n 封= δ +C 1+C 2=9.23+0.3+1=10.59mm 圆整后，取名义厚度 δ n 封=12mm则有： 有效厚度 δe 封=12-1.3=10.7mm设计厚度 δd 封=9.29+1=10.29mm4.3 筒体、封头的水压试验试验压力 ：P T = 1.25P [σ][σ]t=1.25×2.1×170170=2.625MPa由公式 s e e i T T D P σϕδδσ9.02)(≤+=代入数据,得：σT =2.625×(1500+10.7)2×10.7×1.0=185.3<0.9σs =310.5Mpa所以，液压试验满足强度要求第五章 法兰、接管及其零部件的确定5.1法兰尺寸型号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和对焊法兰。

平焊法兰分为甲型和乙型两种。

甲型平焊法兰有PN0.25MPa 、0.6MPa 、1.0MPa 、1.6MPa ，在较小范围内（DN300mm~2000mm ）适用温度范围为-20~300℃。

乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa ～1.6 MPa 压力等级中较大的直径范围，适用的全部直径范围为DN300 mm ～3000 mm ，适用温度范围为-20℃～350℃。

对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性。

用于更高压力的范围（PN0.6 MPa ～6.4MPa ）适用温度范围为-20℃～45℃。

根据设计压操作温度和法兰材料决定法兰的公称压力PN 。