浓硫酸储罐课程设计.docx
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浓硫酸储罐课程设计
荆楚理工学院
课程设计成果
学院:
_化工与药学院—班级:
13级过程装备与控制工程2班
学生姓名：
黄超学号:
2
设计地点（单位）化工实验楼A411
设计题目:
32t浓硫酸储罐设计
完成日期：
年月日
指导教师评语：
成绩（五级记分制）:
教师签名:
荆楚理工学院课程设计任务书
设计题目：
32t浓硫酸储罐设计
学生姓名
黄超2
课程名称
专业课程设计
专业班级
2013级过程装备与控制工程2班
地点
化实A411
起止时间
2016.12.5—2016.12.16
设计内容及要求
一、设计任务
1、设备工艺、结构设计；
2、设备强度计算与校核；
3、技术条件编制；
4、绘制设备总装配图A1图纸1张；
5、编制设计说明书。
二、设计内容
1、储罐工艺参数计算，包括设计存储量、设计压力、设计温度等的确定。
2、储罐的结构设计。
根据储罐的结构特点，确定筒体、封头、接管、开孔、支座及安全装置等材料的选择及结构设计，焊接接头设计。
3、储罐的强度计算与校核，包括筒体、封头的厚度计算和开孔补强计算等内容。
4、储罐的零部件的选配，包括支座，手、人孔，各种设备接口：
接管与管法兰、补强圈、液体进、出料管等。
5、根据罐内介质的危险特点，对储罐在使用管理过程中应注意的安全问题提出对策措施。
6、编制设计说明书，并绘制装配图A1一张。
设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关结构和材料选
型作出技术上和经济上的论证和评价。
应按设计程序列出计算公式和计算结果；对所选用的公式图表应注明来历。
7、图纸要求
1）按《机械制图》、《化工设备图样技术要求》标准绘图；
2）要有足够的节点图，节点图要注明比例；要在图面正确的前提下，力求清洁，不要颠倒主次要求；
3）标题栏、明细表、设计数据表、管口表等应正确无遗漏，按照标准填写准确；零件编号要齐全；技术要求撰写符合要求。
8、注意事项：
1）写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源；
2）设计说明书要求字数不少于4000字，计算正确，论述清楚，文字精练，插图简明，书写整洁，格式正确。
装订成册上交。
1）技术特性指标:
2）接管口参数:
符号
公称尺寸
公称压力
连接面形式
用途或名称
A
40
凸面
进料口
B
20
凸面
放空口
C
80
凸面
出料口
D
100
凸面
排污口
LG~2
20
凸面
液位计口
LT1~2
40
凸面
自动液位计口
M
450
凸面
人孔
第一天：
根据课程设计任务书查阅相关资料。
进
度
要
求
第二天：
根据设计任务和工艺要求，确定总体设计及计算。
第三天：
进行强度计算。
第四天：
进行零部件设计和选用。
第五天：
绘制草图。
第六天：
绘制绘制底图。
第七天：
加粗、标注尺寸、编件号、管口号、填技术特性表、标题栏、明细表等。
第八、九天：
整理计算说明书。
第十天：
质疑，收说明书，收图。
参考资料
[1]郑津洋等•过程设备设计•北京.化学工业出版社.2010
[2]潘红良•过程设备机械设计•上海.华东理工大学出版社.2006
[3]贺匡国•化工容器及设备简明设计手册•北京：
化学工业出版社，2002
[4]蔡纪宁•化工设备机械基础课程设计指导书北京：
化学工业出版社，2000
[5]董大勤•化工设备机械基础•北京•化学工业出版社，2010
苴
丿、
它
学号
姓名
操作压力MPa
操作温
度C
容积
t
学号
姓名
操作压
力MPa
操作温
度C
容积
t
王晓帆
常压
45
8
20
黄超
常压
45
32
18
陈洋
常压
45
16
21
鲁奇
常压
45
40
19
胡亚辉
常压「
45
24
说明
1、本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份，教研室审批后交学院院备案，一份由负责教师留用。
2、若填写内容较多可另纸附后。
3、一题多名学生共用的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。
教研室主任:
指导教师：
石腊梅
2016年11月18日
第一章介质特性3
第二章设计参数的选择3
2.1筒体材料的选择3
2.2公称直径的确定3
2.3设计压力3
2.4设计温度4
2.5焊接接头系数4
第三章设备的结构设计5
3.1圆筒厚度的设计5
3.2封头的设计5
3.2.1封头厚度的设计5
3.2.2封头的结构尺寸6
3.3鞍座选型和结构设计6
3.3.1鞍座选型6
3.3.2鞍座位置的确定7
3.4卧式储罐的附件及其应用8
3.4.1接管和法兰9
3.4.2垫片的选用10
3.4.3螺栓（螺柱）的选择10
3.5人孔的选择11
3.6液位计的选择11
第四章容器强度的校核11
4.1水压试验应力校核11
4.2.筒体轴向弯矩计算11
4.2.1圆筒中间截面上的轴向弯矩12
4.2.2鞍座平面上的轴向弯矩12
4.3筒体轴向应力计算及校核13
4.4.筒体和封头中的切向剪应力计算与校核14
4.5.封头切向剪应力计算14
4.6.筒体的周向应力计算与校核14
4.7.鞍座应力计算与校核16
4.7.1腹板水平分力及强度校核16
4.8地震引起的地脚螺栓应力18
4.8.1倾覆力矩计算18
4.8.2由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力18
4.8.3由地震引起的地脚螺栓剪应力19
第五章开孔补强设计19
5.1人孔补强19
5.1.1补强设计方法判别19
5.1.2有效补强范围20
5.13有效补强面积20
5.1.4补强面积21
第六章卧式储罐的焊接21
6.1焊缝布置21
6.1.1接头的分类及其选择21
6.1.2焊缝的布置22
6.2焊接方法22
6.3焊接顺序23
6.3.1焊前清理23
6.3.2焊接过程和顺序23
6.3.3焊后处理24
第七章设计心得体会25
第八章参考文献26
第一章介质特性
浓硫酸，俗称坏水，化学分子式为H?
SO?
，是一种具有高腐蚀性的强矿物酸。
坏水指质
量分数大于或等于70%勺硫酸溶液。
浓硫酸在浓度高时具有强氧化性，这是它与普通硫酸或普通浓硫酸最大的区别之一。
同时它还具有脱水性，强氧化性，强腐蚀性，难挥发性，酸性,
吸水性等。
常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为98.3%,其密度为1.83g•cm-3,其物质的量浓度为18.3mol•L-1。
98.3%时，熔点:
10C;沸点:
338C。
硫酸是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。
浓硫酸溶解时放出大量的热，因此浓硫酸稀释时应该"酸入水,
沿器壁，慢慢倒，不断搅”。
第二章设计参数的选择
2.1筒体材料的选择
根据GB150-2011表D.1并结合实际情况，选用筒体材料为碳素钢Q-235C（钢材标准为
GB/T3274-2007）。
Q-235C适用范围规定如下：
（1）容器设计压力pw1.6MPa；
（2）钢板使用温度为0-300°C;
（3）用于壳体时，钢板厚度不大于40mm
2.2公称直径的确定
17.5
0.9
设筒体直径为D,筒体长度为L=2D,选用标准椭圆封头，则其体积可表示为
VV1V2DN2D茗2D
由此可求得D=2197mm所以粗定D=2200mm
2.3设计压力
设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷，其值
不得低于工作压力。
3
液柱静压力：
Pgh「83109.82.20.0395MPa
根据化学化工物性分析手册表3.6.5查饱和蒸汽压：
Pc=0.0118Mpa
工作压力.PwP0Pc0.1010.01180.1128MPa
设计压力：
P1.1Pw1.10.11280.1241MPa
计算压力：
p=0.1241+0.0395=0.1636Mpa
2.4设计温度
设计温度指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。
设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。
设计温度取50C。
2.5焊接接头系数
焊接接头系数是以焊接强度与母材强度之比值表示的。
它与焊缝位置焊接方法以及检
验等因素有关。
JB4732标准中要求受压元件焊缝必须100%无损检测，取焊缝系数1.00。
设计参数总结如下表2.1:
表2.1设计数据
序号
项目
数值
单位
备注
1
名称
32t浓硫酸储罐
2
用途
浓硫酸储存
3
筒体材料
Q-235C
4
设计压力
0.1241
MPa
5
设计温度
50
°C
6
公称直径
2200
mm
6
公称容积
17.5
3m
7
装量系数
0.9
8
工作介质
浓硫酸
9
使用地点
荆门市，室外
10
其他要求
100%无损检测
第三章设备的结构设计
3.1圆筒厚度的设计
查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-1知，钢板厚度负偏差为0.25mm,
而《过程设备设计》（郑津洋）中4.323知，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm且不超
过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取C1°。
查HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-5知,在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量
C2不小于1mm本例取C2=2mm
则筒体的设计厚度i
G
C2
1.4761023.4761mm
圆整后，取名义厚度
n10mm
筒体的有效厚度e
nC1Q
10
028mm
3.2封头的设计
Dn2200mm
3.2.1封头厚度的设计
查JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径D
圆形封头计算中式4-46计算:
同上，取6=2mmC10
圆整后，取封头的名义厚度n
10mm
有效厚度enC1C2
8mm
3.2.2封头的结构尺寸
Di门
2hH
1590
550
40mm
由2Hh，得
4
根据标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1EHAffi圆形封头内表面积、
容积，如下表3.1
表3.1EHA椭圆形圭寸头内表面积、容积
3.3鞍座选型和结构设计
3.3.1鞍座选型
该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用
17.52
Vi2V2DL2
0.94
L=4.2997m
储罐总质量mE2m2讥g
m1――筒体质量:
m）DLe3.142.24.29970.0087.851031865.3kg
m2――单个封头的质量：
查标准JB/T25198-2010《压力容器封头》中表C.2EHA椭圆形封
头质量，可知，m2424.2kg
m3
-充液质量:
m
H2SO4
V1.8310317.532025kg
m4
附件质量:
人孔质量为
175kg，其他接管质量总和估为486.3kg，即m°-661.3kg
综上所述，m
m2m
m35400kg
G
mg
354009
.8
346920N
则每个鞍座承受的重量为173460N由此查JB/T4712.1~4712.4-2007《容器支座》，选取
重型，焊制为BI,包角为120°,有垫板的鞍座。
查JB/T4712.1~4712.4-2007表3设计鞍座结构尺寸如下表3.2:
表3.2鞍式支座结构尺寸单mm
公称直径
允许载荷
DN
2200
腹板
2
10
垫板
b4
500
Q/kN
405
筋板
245
4
10
鞍座咼度
h
250
b2
208
e
100
底板
1580
b3
290
螺栓间距
1380
b
240
3
8
螺孔/孔长/
螺纹
D/l
24/40/
M20
1
14
垫板
弧长
2570
鞍座质量
Kg
205
3.3.2鞍座位置的确定
因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝
对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，而
且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取
尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB/T4731《钢制卧式容器》规定A<0.2L=0.2（L+2h）,A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。
故A0.2L2h）
Di
0.2（4299.7240）875.94mm
鞍座的安装位置如图3.2所示:
图3.2鞍座的安装示意图
此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部
的加强作用。
若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。
因此,
JB/T4731还规定当满足AW0.2L时，最好使AW0.5Ra，即
RaD・110051105mm
a22
A0.5Ra552.5mm,取A=500mm
综上有：
A=500mmA为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头的总长）
3.4卧式储罐的附件及其应用
浓硫酸储罐应设置进料口、放空口、出料口、排污口、液位计口、自动液位计口、人孔。
图3.3储罐接管设置示意图
表3.3接管口参数
符号
公称尺寸
连接面形式
用途或名称
A
40
—凸面
进料口
B
20
凸面
放空口
C
80
凸面
出料口
D
100
凸面
排污口
LG~2
20
凸面
液位计口
LT1~2
40
凸面
自动液位计口
M
450
凸面
人孔
341接管和法兰
查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表828-2PN10平焊环松套钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。
查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-3,得各法兰的质量。
查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表3.2.2，法兰的密封面均采用M（凸面密封）。
各管口法兰尺寸数据见下表3.3:
图3.4平焊环松套钢制管法兰示意图
表3.3接管和法兰尺寸单位mm
管口名称
公称直径
DN
钢管外径（对焊环颈部外径）
A
连接尺寸
法兰
厚度
C
法兰内径
焊环
法兰质量kg
法兰
外径
D
螺栓孔中心园直径K
螺栓孔直径L
螺栓孔数量n
（个）
螺栓
Th
B1
G
外径
d
内径
厚度F
.松套
PJ
平焊
环Rj
进料口
40
45B
150
110
18
4
M16
18
50
5
88
46
14
2.0
0.46
放空口
20
25B
105
75
14
4
M12
16
29
4
58
26
14
1.0
0.23
出料口
80
89B
200
160
18
8
M16
20
94
6
138
91
16
3.5
1.07
排污口
100
108B
220
180
18
8
M16
22
114
6
158
110
18
4.5
1.28
液位计口
20
25B
105
75
14
4
M12
16
29
4
58
26
14
1.0
0.23
自动液位计口
40
45B
150
110
18
4
M16
18
50
5
88
46
14
2.0
0.46
341.1选配工艺接管
（1）进料管
采用热轧无缝钢管？
45x4mm
⑵放空管
采用无缝钢管?
25x4mm
⑶出料管
采用热轧无缝钢管？
89x4mm
⑷排污管
采用热轧无缝钢管？
108x4mm
3.4.2垫片的选用
查HG/T20609-2009《钢制管法兰用非金属平垫片》（PN系列），垫片尺寸如表3.4所示。
表3.4垫片尺寸表单mm
管口名称
公称直径
内径D1
外径D2
厚度T
进料口
40
49
75
1.5
放空口
20
27
50
1.5
出料口
80
89
120
1.5
排污口
100
115
149
1.5
液位计口
20
27
50
1.5
自动液位计口
40
49
75
1.5
人孔
450
480
523
3
注：
选耐酸石棉橡胶板
3.4.3螺栓（螺柱）的选择
查HG/T20613-2009《钢制管法兰用紧固件》（PN系列）中表5.0.7-9和附录中表A.0.1
得螺柱的长度和平垫圈尺寸：
表3.5螺栓及垫片单位mm
管口名称
公称直径
螺柱
紧固件用平垫圈
螺纹
螺柱长
d1
d2
h
进料口
40
M16
85
17
30
3
放空口
20
M12
75
13
24
2.5
出料口
80
M16
90
17
30
3
排污口
100
M16
90
17
30
3
液位计口
20
M12
75
13
24
2.5
自动液位计口
40
M16
85
17
30
3
3.5人孔的选择
根据HG/T21517-2005《回转盖带颈平焊法兰人孔》，查表3-3，选用凹凸面型，其明细尺寸见表3.6。
表3.6人孔尺寸表单位：
mm
密封面型式
公称压力
PN/MPa
公称直径
DN
总质量kg
螺栓尺寸
螺母数量
螺栓数量
凹凸面
1.6
450
175
M27x110
20
20
b1
b2
B
d
D1
D
dws
31
36
175
24
585
640
480x10
H1
H2
A
b
L
240
111
350
34
250
3.6液位计的选择
根据HG/T21584-95选磁性液面计，与液位计相配的接管规格为？
25x4mm与自动液位
计相配的接管规格为
?
45x4mm
第四章容器强度的校核
4.1水压试验应力校核
圆筒的薄膜应力
4.2.筒体轴向弯矩计算
圆筒轴向最大弯矩位于圆筒中间截面或鞍座平面上。
（见图4.1）
图4.1容器载荷、支座反力、剪力及弯矩图
220010
圆筒的平均半径为：
？
？
？
=二?
+£=——+—二1105mm
■-2222
mg346920
鞍座反力为：
F===173460N
22
4.2.1圆筒中间截面上的轴向弯矩
根据JB/T4731-2005中式7-2得：
22
QR2ahi）
“FL
M1
4
1L2
4A
14hi
3L
L
4299.71
2（110525502）
173460
4299.724500
414耳4299.7
34299.7
8.84107Nmm
422鞍座平面上的轴向弯矩
根据JB/T4731-2005中式7-3得:
m2
1
FA1-
22
ARahi
L2AL
3L
1734605001
5.42106Nmm
22
彳5001105550
1
4299.725004299.7
"4550
1
34299.7
4.3筒体轴向应力计算及校核
PCRa
M
0.1241
1061105
8.84107
5.689MP^
12e
R2e
28
3.141.10528
最低点处：
根据
JB/T4731-2005
中式7-5
PCRa
M
0.1241
1061105
8.84107
11.453MP
22e
R2e
28
3.141.10528
（1）圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力
最高点处：
根据JB/T4731-2005中式7-4
（2）支座处圆筒截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力
因鞍座平面上筒体被圭寸头加强，取鞍座包角
120，查JB/T4731-2005表7-1可
得K1=1.0,K2=1.0
最高点处：
根据
JB/T4731-2005中式7-6
PCRa肌
0.12411061105
-5.42106
8.747MF
32e-K1R2
e28-
13.141.1052
8
最低点处：
根据
JB/T4731-2005中式7-7
FCRaM2
0.12411061105
-5.42106
8.394MF
42
2eK2R?
e28
13.141.1052
8
（3）筒体轴向应力校核因轴向许用临界应力由
0.094
0.0948
1105
0.0006805
根据圆筒材料查《过程设备设计》中图4-8可得E2.00105
22
EA21050.000680590.73Mia
33
4.4.筒体和封头中的切向剪应力计算与校核
故有[],故切向剪应力校核合格。
4.5.
封头切向剪应力计算
根据
JB/T4731-2005中式7-10和7-12得:
2200
2
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