化工機械基礎課程設計10m3液氯儲罐設計專業名稱：化學工程與工藝班級：學號：學生姓名：指導教師：完成時間：目錄TOC\o"1-3"\h\u13010第一章概述 3144391.1課程設計目的 3153471.2設計任務與要求 3153251.3設備的基本結構 415701.罐體結構 4195112.封頭 4170193.連接口與閥門 483394.溫控與隔熱 5133905.監測與控制 5238126.底座與支架 5116121.4設計方案 514939第二章設計計算 5166341.1工藝計算 627956（1）儲罐筒體公稱直徑、儲罐長度及封頭結構形式與尺寸的確定 634401.2材料選擇 720082a)殼體材料選擇： 713567b)設計壓力和設計溫度的確定： 76284c)筒體厚度的確定： 8113871.3容器類別的確定 9267161.4設計條件表 9295352.結構設計 10259362.1結構設計 10106852.2接管及接口法蘭設計 10215442.3人孔、液位計設計 13231662.4支座結構設計 16124592.5焊縫接頭結構設計 17176082.6焊接材料選擇 1835733.強度計算 1914233.1容器筒體壁厚設計 19149283.2容器封頭壁厚設計 20190883.3開孔補強計算 2119125a)可不另行補強的條件 2116972c)人孔的確定、補強： 2149623.4壓力試驗 2322721a)壓力試驗種類的確定： 2332305b)液壓實驗的實驗壓力為： 233818c)臥式容器的應力校核: 24第三章設計總結29842參考文獻 27第一章概述1.1課程設計目的本課程設計是化工機械基礎課程的重要實踐環節，旨在讓學生將所學理論知識應用于實際設計，培養綜合運用機械原理、機械零件、工程力學、材料學等知識解決化工設備設計問題的能力，熟悉化工機械設計的一般流程與規范，提高工程繪圖、計算分析、資料查閱及團隊協作等技能，為今后從事化工機械相關工作奠定基礎。儲罐是最基本的化工容器，用于儲存各種化學品，包括液態、氣態和固態物質。為化工生產過程中的物料提供了必要的存放空間。它通過儲存一定量的原料或產品，儲罐可以確保生產線的連續運作，即使在物料供應中斷或生產需求波動時也能保持生產的穩定性，當化工生產中原料的供應和產品的需求存在不平衡時，儲罐還可以作為緩沖器，調節不平衡，確保生產效率。合理的儲罐設計可以防止化學品泄漏，減少對環境的污染。1.2設計任務與要求1.

任務：通常給定某一典型化工設備，如換熱器、反應釜、儲存罐等，要求學生完成該設備的總體設計，包括結構選型、工藝參數計算、零部件設計、強度校核及裝配圖、零件圖繪制等內容。2.

要求：設計方案要滿足化工工藝需求，確保設備運行可靠、操作維護方便；遵循國家及行業相關標準規范，合理選取材料；計算過程準確、詳細，圖紙繪制規范、清晰，標注完整；按規定格式撰寫設計說明書，完整闡述設計思路、依據、步驟及結果。1.3設備的基本結構一個容量為10立方米的臥式液氯儲罐，主要用于存放和轉運液氯，其設計須遵循嚴格的安全和工程標準。下面詳細闡述此類儲罐的基本組成及各部分的功能：1.罐體結構罐身：一般采用優質不銹鋼材質（如316L），具有良好的耐腐蝕性，能夠抵抗液氯的侵蝕。尺寸：長度和直徑的比例按照特定計算得出，以平衡體積和穩定性，同時便于安裝和運輸。壁厚：根據不同設計壓力確定，保證足夠的機械強度，以防內部高壓下的損壞。2.封頭臥式儲罐兩端的封頭采用橢圓形或蝶形設計，優化受力分布，提高整體承載能力。部分高端設計可能配備人孔，方便檢修和清洗。3.連接口與閥門進出口：配有專用管道，用于液氯的灌裝和輸出，通常設有截止閥控制流體進出。安全閥：安裝于頂部，用于保護儲罐免受超壓損害，一旦壓力超過預設值即自動開啟。排空口：位于底部，用于緊急排空或維修前清空儲罐。取樣口：便于抽取樣本進行質量檢驗。4.溫控與隔熱夾套或盤管：內置或環繞罐體的冷卻系統，通過循環冷媒保持儲罐內溫度穩定，防止液氯揮發。絕熱層：罐體內外層之間填充隔熱材料，減少外界環境對儲罐的影響，維持恒溫狀態。5.監測與控制液位計：顯示罐內液氯的實際高度，常見類型有浮子式、磁翻板式等。壓力表：實時反映儲罐內部壓力，便于監控。溫度計：測量內部溫度，輔助調控冷卻系統的工作效率。6.底座與支架底架：堅固的鋼結構或混凝土底座，提供穩定的支撐。防震設施：部分地區需要考慮地震防護，設置減震支腳或加固框架。1.4設計方案（1）耐腐蝕，設計厚度應留有腐蝕余量。（2）標準化，盡量采用標準封頭和標準配件。（3）設計臥式儲罐時應當考慮經濟效益，投資和維護費用應盡量低。第二章設計計算1.1工藝計算（1）儲罐筒體公稱直徑、儲罐長度及封頭結構形式與尺寸的確定按照設計任務書的要求，本次設計的儲罐容積為V=10為了使設計的臥式儲罐趨于實用和美觀，設長度和筒體內徑之比為L:??????????則V=L×S=L×解得??????????經圓整后選用筒體內徑為1600㎜。為了使設計的儲罐便于應用，本次設計采用標準橢圓形封頭。相應的標準橢圓形封頭的內表面積及容積如下表：公稱直徑DN／㎜總深度Ｈ／㎜內表面積A／㎡容積V／QUOTE16004252.90070.5864筒體長度的確定：??????????則L×π×??????????代入數據得：L=4437㎜;圓整到L=4400㎜；則??????????誤差??????????容積在誤差允許范圍之內，L、QUOTE可以使用。臥式容器總長??????????由于選用的是標準橢圓形封頭，DN>2000mm那么封頭直角邊長度為??????????1.2材料選擇a)殼體材料選擇：本次所設計儲罐的Pw=1.286MPa,屬于低壓容器，所以選用以強度設計為主的普通低合金鋼為宜。鑒于Q345R的屈服極限比碳素鋼高出很多，如果采用的話，可以顯著減少設備重量、降低制造成本，同時給設備的運輸和安裝也帶來很多方便。而且Q345R的使用也較為普遍，市場上可以很方便的買到。本儲罐的使用溫度為≤50℃，在Q345R的使用溫度范圍之內，所以，本次設計筒體和封頭的材料選用Q345R。b)設計壓力和設計溫度的確定：由上文2-（1）中對設計壓力的選擇可得，本次設計的設計壓力為1.415MPa。??????????所以??????????=0.02＜0.05 因此QUOTE可以忽略，??????????=P=1.415MPa。設計溫度采用容器工作的最高溫度50℃。c)筒體厚度的確定：鑒于所設計儲罐為低壓容器，且介質毒性比較強，基于設計安全性的考慮，必須采用雙面焊的形式以及進行全局無損檢測，則設計儲罐選用的焊接接頭系數φ=1.0。鋼板許用應力選擇條件如下表鋼號鋼板標準使使用狀態厚度/㎜常用強度指標在下列溫度(℃)下的許用應力/MPaσMpaσMpa≤20100150200250Q345GB6654熱軋6-1651034517017017017015616-36490325163163163159147假設設計應用的鋼板厚度在δ＜16mm的范圍內，則由上表得??????????δ=鋼板厚度負偏差為0.3㎜，腐蝕余量取4㎜。即C1=0.3㎜，C2=4㎜。那么C=C1+C2=0.3㎜+4㎜=4.3㎜將已有鋼板標準向上圓整到δn=11㎜那么設計儲罐的有效厚度??????????1.3容器類別的確定液氯的物理性質列表：溫度/℃-15103050飽和蒸汽壓/Mpa0.21704860.8431.386飽和液密度kg/m31511144113771307設計任務書注明的最高工作溫度為50℃，則可以根據50℃下液氯的物理性質來確定儲罐的工作壓力。由上表可知，液氯在最高工作溫度下的飽和蒸汽壓為1.286MPa。則可以取工作壓力Pw=1.286MPa。設計壓力P=（1.05—1.10）Pw(有安全閥)選取P=1.415MPa。由于P=1.415MPa，該容器屬于低壓容器。按照《壓力容器安全技術監察規程》的規定，低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質，且pV≥0.2MPa·??????????1.4設計條件表表一:液氯的物理性質表溫度/℃-15103050飽和蒸汽壓/Mpa0.21704860.8431.386飽和液密度kg/m31511144113771307表二:結構設計條件表項目內容備注工作介質液氯工作壓力Mpa1.286項目內容備注設計壓力Mpa1.415工作溫度℃50設計溫度℃50公稱容積（Vg）m310計算容積(V設計)m310.1工作容積（V工）m39裝量系數f0.9介質密度t/m31307材質Q345保溫要求其他要求2.結構設計2.1結構設計參照JB1428-74設計公稱直徑和筒體長度以及封頭的公稱直徑和深度。詳細計算參見1.1工藝計算。2.2接管及接口法蘭設計根據GB150規定，殼體開孔滿足下述要求時，可不另行補強：1)設計壓力小于或者等于2.5MPa；2)兩相臨開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于兩孔直徑之和的兩倍；3)接管公稱直徑小于或者等于89mm；接管最小壁厚滿足下表要求。接管公稱外徑253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0注：1.鋼材標準接頭抗拉強度下限值??????????2.接管的腐蝕余量為1mm。為了方法便制造，接管間距的確定應盡量滿足上述要求。根據設計任務說明書的要求，接管的公稱直徑有50mm、25mm兩種規格。按照不補強的條件3），50mm管的壁厚為6mm，25mm管的壁厚為3.5mm。為了使設備協調美觀，將接管伸出高度加上外接法蘭高度統一定為距設備筒體內壁150mm。安全閥接口、壓力表接口、空氣進口管、空氣出口管均與筒體內壁平齊。液相進口管伸入筒體，向下過中心線425mm。為了減小從該管進入的介質對筒體內壁對應處的沖擊，使筒體內壁所受沖擊趨于均勻，液相進口管底部應做成45°倒角。考慮到為了使進入筒體的液相介質最大可能的排盡，應該使液相出口管的底部與筒體底部盡量靠近，所以，選用液相出口管的底部距筒體內部底部的距離為35mm根據不補強條件，假設第一個管道與焊縫之間的距離為QUOTE則??????????≥2.5??????????從左到右依次為液相進口管、液相出口管、空氣進口管、空氣出口管、安全閥接口、壓力表接口。根據不補強條件2），確定所有管的管距為≥300㎜。所有接管的材料均選用Q345R鋼。接管法蘭的確定：本次設計的儲罐所用接管法蘭均依照有關標準選定。為了確保使用安全，法蘭密封面統一選用凹凸面。法蘭的相關尺寸表公稱通徑鋼管外徑連接尺寸法蘭外徑螺栓孔中心園直徑螺栓孔直徑螺栓孔數量螺紋202510575144M12253211585144M125057165125184M16法蘭厚度法蘭徑法蘭高度法蘭理論重量（kg）NSH1R18403.264401.018463.264401.51874485482.52.3人孔、液位計設計本次設計的儲罐的筒體長度L=4400㎜，由于容積不是太大，故開一個人孔。選取人孔的公稱直徑DN=450㎜。取人孔的中心線到焊縫的距離為800㎜。由于液氯屬于危險介質，所以密封面選擇為MFM，墊片選擇纏繞式墊，其代號為W。為了保障人孔的開啟安全方便選用A型蓋軸耳。出于安全性的考慮，人孔必須補強。補強圈厚度計算流程如下：補強圈的直徑??????????=760㎜；因為接管的材料與殼體相同，所以QUOTE=1，那么圓筒開孔所需補強的面積A=（d=450+2×2.3=454.6㎜；δ富余補強量：????????????????????（B=2×d）??????????QUOTE焊縫金屬面積忽略。??????????所需補強面積??????????則??????????≥回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔尺寸表法蘭面形式凹凸面（MFM）公稱壓力/MPa2.5公稱直徑DN450dw×S480×12d456D670D600H250H121b42b41b46A375B175L250d24螺柱螺母螺柱直徑×長度M33×2×165總質量245數量2040回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔明細表件號標準號名稱數量材料類別代號Ⅲ1筒節1Q345R2HG20613等長雙頭螺柱見尺寸表8.8級35CrMoA3螺母8級35CrMo4HG20595法蘭116MnⅡ5HG20610墊片1纏繞式墊6HG20601法蘭蓋116MnR7把手1Q235-AF8軸銷19GB/T91銷2Q21510GB/T95墊圈2100HV11蓋軸耳（1）1Q235-AF12法蘭軸耳（1）113法蘭軸耳（2）114蓋軸耳（2）12.4支座結構設計本次設計的臥式容器選用比較常見的鞍式支座。由于所設計臥式容器的直徑在1000mm以上，所以選用輕型鞍座就可以滿足要求。為了滿足容器熱脹冷縮的位移要求，鞍座采用固定式和滑動式配對使用。筒體直徑為1600㎜,根據直徑值及《課程設計指南》表3-2，選擇的支座為型號JB/T4712.1-2007,支座A2300-F，支座A2300-S的鞍座。所選支座相關信息公稱直徑DN允許載荷Q鞍座高度h底板腹板lbδδ16002202007201501010筋板墊板lbbδ弧長bδe40017012010940260665螺栓配置鞍座質量/kg增加100mm高度增加的質量/kglD螺紋l53024M204021520鞍座材料參考實際應用經驗選用Q235-A。根據應力校核選取的a值，可知支座中心線距離焊縫為300mm。2.5焊縫接頭結構設計對于殼體和封頭的焊接。常用的對接坡口有V、U、X三種形式。經綜合考慮后決定采用V型坡口形式，具體原因如下：1.板厚較薄采用V型坡口，在清根后再作雙面焊2.為保證焊透，按操作視野、空間位置、焊條運動角度來分析，v型坡口比較好；3.X型坡口加工方便；本次設計儲罐滿足V型坡口的焊接條件，所以予以采用。本儲罐所有接管均無加強圈，分為平齊式a和內伸式b兩種。由于所儲介質危險，所以采用全焊透的形式。選用給定的a、b兩種接頭形式。建議焊接完成后將平齊式接管的內側施焊處磨平磨圓。人孔與筒體的焊接處需加補強圈，其符合D類接頭的適用條件：δnt≥δn/2（δn≤16），低溫儲存有毒介質或腐蝕介質的容器。所以選用D類接頭。2.6焊接材料選擇由于手工電弧焊可以有效地排除周圍空氣對熔化金屬的有害影響，所得焊縫質量較高。而且手工電弧焊設備簡單、便于操作。所以本次設計采用手工電弧焊的形式。焊條的選擇應綜合考慮以下因素，以便得到適用的焊條：a.考慮母材性能與化學成分；b.考慮構件的結構復雜程度和剛性；c.考慮焊件加工工藝的影響；d.考慮操作的工藝和施工條件。該容器所選用的焊條使用型號如下表：接頭母材焊條型號Q345R+Q345RE5015(GB/T5117)Q345R+16MnⅡE4303(GB/T5117)本儲罐在室外使用，出于防氧化的考慮，應該在表面涂以合適的保護性油漆。故本儲罐的外表面涂鐵紅環氧酯底漆（H06-19）2道，灰酚醛防銹面漆（F53-2）一道。3.強度計算3.1容器筒體壁厚設計鑒于所設計儲罐為低壓容器，且介質高度危害，基于設計安全性的考慮，必須采用雙面焊的形式以及進行全局無損檢測，則設計儲罐選用的焊接接頭系數φ=1.0。鋼板許用應力選擇條件如下表鋼號鋼板標準使使用狀態厚度/㎜常用強度指標在下列溫度(℃)下的許用應力/MPaσMpaσMpa≤20100150200250Q345GB6654熱軋6-1651034517017017017015616-36490325163163163159147假設設計應用的鋼板厚度在＜16mm的范圍內，則由上表得QUOTE=170MPa;δ=鋼板厚度負偏差為0.3㎜，腐蝕余量取4㎜。即C1=0.3㎜，C2=4㎜。那么C=C1+C2=0.3㎜+4㎜=4.3㎜將已有鋼板標準向上圓整到δn=11㎜那么設計儲罐的有效厚度??????????3.2容器封頭壁厚設計假設設計應用的鋼板厚度在＜16mm的范圍內，則由上表得QUOTE=170MPa;則封頭壁厚有公式計算有:QUOTE=6.673㎜鋼板厚度負偏差為0.3㎜，腐蝕余量取4㎜。即C1=0.3㎜，C2=4㎜。那么C=C1+C2=0.3㎜+4㎜=4.3㎜δ=10.673將已有鋼板標準向上圓整到δn=11㎜那么設計儲罐封頭的有效厚度??????????與封頭尺寸保持一致.3.3開孔補強計算a)可不另行補強的條件1.設計壓力小于或等于2.5Mpa2.兩相鄰開孔中心間距應不小于兩孔直徑之和的兩倍3.接管工程外徑小于或等于89mm4.接管最小壁厚滿足下表要求的：接管公稱直徑25.3238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0b)根據不補強條件，假設第一個管道與焊縫之間的距離為QUOTE則??????????≥2.5??????????從左到右依次為液相進口管、液相出口管、空氣進口管、空氣出口管、安全閥接口、壓力表接口。根據不補強條件2），確定所有管的管距為330㎜。所有接管的材料均選用Q345R鋼。c)人孔的確定、補強：本次設計的儲罐的筒體長度L=6380㎜，由于容積不是太大，故開一個人孔。選取人孔的公稱直徑DN=450㎜。取人孔的中心線到焊縫的距離為615㎜。由于液氯屬于危險介質，所以密封面選擇為MFM，墊片選擇纏繞式墊，其代號為W。為了保障人孔的開啟安全方便選用A型蓋軸耳。出于安全性的考慮，人孔必須補強。補強圈厚度計算流程如下：補強圈的直徑????????????????????那么圓筒開孔所需補強的面積A=（d=450+2×2.3=454.6㎜；富余補強量：????????????????????（B=2×d）??????????QUOTE焊縫金屬面積忽略。??????????所需補強面積??????????則??????????3.4壓力試驗a)壓力試驗種類的確定：由于所設計儲罐的儲存介質為液態，如果選用液壓試驗的話，可以在進行壓力試驗校核的同時檢查容器是否存在滲漏、明顯的塑性變形以及其他缺陷。而且進行液壓試驗的安全性比氣壓試驗要高，液壓試驗如無特殊要求時使用的介質水的取得也比較經濟方便，同時，并不存在不允許進行液壓試驗的條件。綜上所述，壓力試驗的類型確定為液壓試驗。b)液壓實驗的實驗壓力為：??????????查閱表可知，試驗溫度下筒體材料的屈服極限為345MPa。則筒體的校核用應力：??????????0.9由上述計算可知液壓試驗合格。c)臥式容器的應力校核:要將上文得到的名義厚度作為設計的最終值。必須要滿足在各種載荷共同作用下的強度及穩定性的要求。對于臥式儲罐主要考慮在容器及介質重力作用下的彎曲強度及穩定性問題。臥式容器應力校核應按照JB/T4731《鋼制臥式容器》的規定。本次校核