筒体和封头壁厚的计算
20立方米液氨储罐设计说明书
目录课程设计任务书 2 20m³液氨储罐设计 2 课程设计内容 3 液氨物化性质及介绍 31. 设备的工艺计算 31.1 设计储存量 31.2 设备的选型的轮廓尺寸的确定 31.3 设计压力的确定 41.4 设计温度的确定 41.5 压力容器类别的确定 42. 设备的机械设计 52.1 设计条件 52.2 结构设计 62.2.1 材料选择 62.2.2 筒体和封头结构设计 62.2.3 法兰的结构设计 6（1）公称压力确定7（2）法兰类型、密封面形式及垫片材料选择7（3）法兰尺寸72.2.4 人孔、液位计结构设计8（1）人孔设计8（2）液位计的选择92.2.5 支座结构设计10（1）筒体和封头壁厚计算10（2）支座结构尺寸确定122.2.6 焊接接头设计及焊接材料的选取14（1）焊接接头的设计14（2）焊接材料的选取162.3 强度校核162.3.1 计算条件162.3.2 内压圆筒校核172.3.3 封头计算182.3.4 鞍座计算202.3.5 开孔补强计算213. 心得体会224. 参考文献22课程设计任务书20m³液氨储罐设计一、课程设计要求：1.按照国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。
2.设计计算采用手算，要求设计思路设计思路清晰，计算数据准确、可靠。
3.工程图纸要求计算机绘图。
4.独立完成。
二、原始数据设计条件表三、课程设计主要内容1.设备工艺设计2.设备结构设计3.设备强度计算4.技术条件编制5.绘制设备总装配图6.编制设计说明书四、学生应交出的设计文件（论文）：1.设计说明书一份；2.总装配图一张(A1图纸一张)课程设计内容液氨物化性质及介绍液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈刺激性气味。
氨作为一种重要的化工原料，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。
液氨在工业上应用广泛，具有腐蚀性且容易挥发，所以其化学事故发生率很高。
筒体内外径与封头高度的比例
EHA型最常用，DN426以下才会用到EHB。
EHA形的高度这么算，封头内深是就是筒体直径D的1/4，封头总高就是1/4XDN+封头壁厚+封头直边段。
封头直边段一般是25mm和40mm，直径2000以下取25mm,2000以上取40mm （2000以下也有用40的，具体要看情况）。
比如DN1000，封头内深250，壁厚假设10mm，直边段取25，那封头总高是285mm
具体去看钢制压力容器用封头JBT4746-2002。
另外还有HG21607-1996异形筒体和封头不经常用到
EHA就是标准的椭圆长半径椭圆/短半径=2的标准封头
以内径为基准，内径1000（即椭圆长半径=500），那短半径就是250（即封头深）
EHB就是以外径为基准，因为小直径的容器，一般用管子作筒体，而管子是以外径为基准，壁厚由内径定的。
夹套反应釜设计
0.95m 3夹套反应釜设计计算说明书一、罐体和夹套设计计算1.1 罐体几何尺寸计算1.1.1 选择筒体和封头的形式 选择圆柱筒体及椭圆形封头。
1.1.2 确定筒体内径已知设备容积要求0.95m 3，按式（4-1）初选筒体内径：式中，V=0.95m 3，根据【2】38页表4-2，常反应物料为液-液类型， i =H 1/D 1=1～1.3，取 i =1.3，代入上式，计算得1D ≅将D 1的估算值圆整到公称直径系列，取D 1=1100mm ，1.1.3 确定封头尺寸标准椭圆形封头尺寸查附表4-2，DN=1100mm ，选取直边高度h 2=25mm 。
1.1.4 确定筒体高度当D 1=1100mm, h 2=25mm 时，由【2】附表D-2查得椭圆形封头的容积V 封=0.1980 m 3，由附表D-1查得筒体1m 高的容积V 1m =0.950 m 3，按式（4-2）:H 1=(V-V 封)/V 1m =（0.950-0.198）/0.95=0.7916m考虑到安装的方便，取H 1=0.9m ，则实际容积为V= V 1m ×H 1+ V 封=0.950×0.9+0.198=1.053 m31.2 夹套几何尺寸计算 1.2.1 选择夹套结构选择【2】39页图4-4 (b)所示结构。
1.2.2 确定夹套直径查【2】表4-3, D 2= D 1+100=1100+100=1200mm 。
套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。
1.2.3 确定夹套高度装料系数η=操作容积/全容积=0.9/0.95=0.85 按式4-4计算夹套高度：H 2≥(ηV- V 封)/ V 1m =(0.85×1.053-0.198)/0.95=0.734 m 取H 2=750mm 。
选取直边高度h 2=25mm 。
1.2.4 校核传热面积查【2】附表D-2，由D 1=1100mm ，得罐体封头表面积F 1封=1.3980 m 2查【2】附表D-1，一米高筒体内表面积F 1m =3.46 m 2314iV D π≅罐体结构示意图校核传热面积：实际总传热面积F=F 筒+ F 1封=F 1m ×H 2 +F 1封=3.46×0.75+1.398=3.99 m 2>3.8 m 2，可用。
任务四 压力容器的强度计算及校核
项目一压力容器任务四压力容器的强度计算及校核容器按厚度可以分为薄壁容器和厚壁容器，通常根据容器外径Do与内径Di 的比值K来判断，K＞1.2为厚壁容器，K≤1.2为薄壁容器。
工程实际中的压力容器大多为薄壁容器。
为判断薄壁容器能否安全工作，需对压力容器各部分进行应力计算与强度校核。
一、圆筒体和球形壳体1.壁厚计算公式圆筒体计算壁厚：圆筒体设计壁厚：球形容器计算壁厚：球形容器设计壁厚：式中δ——圆筒计算厚度，mmδd——圆筒设计厚度，mmpc——计算压力，MPa。
pc=p+p液，当液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略Di——圆筒的内直径，mm[σ]T——设计温度T下，圆筒体材料的许用应力，MPa（可查表）φ——焊接接头系数，φ≤1.0C2——腐蚀裕量，mm2.壁厚校核计算式在工程实际中有不少的情况需要进行校核性计算，如旧容器的重新启用、正在使用的容器改变操作条件等。
这时容器的材料及壁厚都是已知的，可由下式求设计温度下圆筒的最大允许工作压力[pw]。
式中δe——圆筒的有效厚度，mm设计温度下圆筒的计算应力σT：σT值应小于或等于[σ]Tφ。
设计温度下球壳的最大允许工作压力[pw]：设计温度下球壳计算应力σT：σT值应小于或等于[σ]Tφ。
二、封头的强度计算1.封头结构封头是压力容器的重要组成部分，常用的有半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、锥形封头和平封头（即平盖），如图1-4所示。
工程上应用较多的是椭圆形封头、半球形封头和碟形封头，最常用的是标准椭圆形封头。
以下只介绍椭圆形封头的计算，其他形式封头的计算可查阅GB150—2011。
图1-4 封头的结构型式2.椭圆形封头计算椭圆形封头由半个椭球面和高为h的直边部分所组成，如图1-5所示。
直边h的大小根据封头直径和厚度不同有25mm、40mm、50mm三种，直边h的取值可查表1-7。
表1-7 椭圆形封头材料、厚度和直边高度的对应关系单位：mm图1-5 椭圆形封头椭圆形封头的长、短轴之比不同，封头的形状也不同，当其长短轴之比等于2时，称为标准椭圆形封头。
筒体,封头体积重量计算
内径 不锈钢
2350 9563.06
板厚
300
38 2.345
19 0.0021
管子壁厚 所有管总容积
2 2.82
长度 个数
12000 1328
大直径法兰 O C
法兰内径 mm : di
法兰重量：Kg
45.25 3.88 785 445
ASME B16.47-1996 A系列 Y 8.75 X 34.69 mm 碳钢 不锈钢
法兰公称直径
32 A 32 R 36 以上单位为英寸
8.6769961 359.368729 1719.54738
直径单位： mm 壁厚单位： mm 重量单位： Kg
轴计算 轴直径 长度 碳钢 不锈钢 50 2.34 厚度 不锈钢 90弯头 弯头半径 弯头管外径 弯头管壁厚 碳钢 不锈钢 盘管 管子外径 管子壁厚 盘管中径 盘管圈数 碳钢 1224.65 57 4 3728 20 不锈钢 1237.13 重量： 76 57 4 0.62 0.63 16 4992 7.88 7.96 6 2.36 个数 16 126.1 127.3 总长 992
钢(矩形钢）
法兰磅级
螺栓个数n
螺栓孔直径d
300 28 2
3
2500 2973.59
长度 不锈钢
4000 3003.89
筒体壁厚
12
2500 534.41
封头壁厚 不锈钢
10 539.86
封头直边
25
159 5.97 5.97 14 0.09
管子壁厚 不锈钢
63 6.03 6.03
长度 个数
40 1 扁钢(矩形钢）
厚 9466.58
注：蓝格子处为需要输入的数据，浅绿格子处为计算的结果。 筒体 筒体内直径 碳钢 标准椭圆封头 公称直径 碳钢 钢管 外径 碳钢 圆板 直径 碳钢 环板 外径 碳钢 圆锥体 锥体大端外直径 锥体小端外直径 碳钢 矩形板 长度 碳钢 半球内径 Ri= 壁厚= 重量= 换热管 外径 单根管容积m3 9900 2014.37 2330 60 16483.45 宽度 不锈钢 1440 2034.90 板厚 18 2000 1600 1720.24 大端锥角 高度 不锈钢 78.69 999.99 1737.77 锥体壁厚 容积(m )
7-4封头的设计
椭圆形和碟形封头的容积和表面积基本相同，
可以认为近似相等。
37
2、力学方面
半球形封头的应力分布最好 椭圆形封头应力情况第二 碟形封头在力学上的最大缺点在于其具有较小的折 边半径r 平板受力情况最差
3、制造及材料消耗方面
封头愈深，直径和厚度愈大，制造愈困难
38
思考题：
1、常用封头形式有哪些种？各有 什么特点？
第四节 封头的设计
封头又称端盖，其分类
一、椭圆形封头
半椭球和高度为 h的短圆筒(通 称直边)两部分 构成， 直边保证封头制 造质量和避免 边缘应力作用。
㈠受内压的椭圆形封头 计算厚度
KpD 2
i
t
0 .5 p
K-椭圆形封头形状系数，
Di 1 K 2 2h 6 i
碳素钢、普低钢、 不锈钢、耐酸钢 复合钢板 10～ 3～ 10～ ≥20 ≥20 4～8 18 9 18 25 40 50 25 40 50
㈡受外压（凸面受压）椭圆形封头 外压椭圆形封头厚度设计步骤同外 压圆筒。
a.假设n,计算e＝n-C,算出R0/ e 。 椭圆形封头当量球壳外半径 R0=K1 D0。 K1 由长短轴比值决定， 标准椭圆形封头K1 =0.9 0 . 125 B b. 计算系数 A [ p]
平板封头结构简单，制造方便， 在压力不高，直径较小的容器 中采用。承压设备人孔、手孔 以及在操作时需要用盲板封闭 的地方，才用平板盖。 高压容器平板封头用得较为普 遍。
P Dc
Kp
t
平盖系数K查表4-14
例题4-4：确定例题4-2精馏塔封头 型式与尺寸。该塔Di=600mm； 设计压力p＝2.2MPa；工作温度t ＝-3～-20℃，n=7mm。
筒体和封头壁厚的计算
筒体和封头壁厚的计算计算基准：工作压力：6kgf/cm 2（表压）设计压力：10 kgf/cm 2（绝压）温度：常温筒体直径：φ2000；φ3000；φ40001、筒体壁厚的计算：根据公式[]pS t -Φ=σ2pD i 0 mm 式中：S 0——计算壁厚，mmP ——设计压力，kgf/cm 2D i ——圆筒内径，mm[σ]t ——设计温度下圆筒材料的许用应力，kgf/cm 2C ——壁厚的附加量φ——焊缝系数，取选用材质为普通碳钢，《化工设备》（李健主编）第237页查得100℃以下的许用应力为1270 kgf/cm 2，把上述相关数据代入公式，得1085.0127022000100-⨯⨯⨯=S =9.30mm 实际应用壁厚：S=S 0+C C= C 1+C 2+C 3C 1——钢板厚度的负偏差，mmC 2——腐蚀裕度，mmC 3—加工减薄量，mmC 2=1mm, C 3= S 0×10%=0.93mm故 C=＋1＋=2.73mmS=＋=实际取12mm2、标准椭圆封头壁厚的计算：根据公式[]Kp K S t -Φ=σ2pD i 0 mm式中：S 0——计算壁厚，mmP ——设计压力，kgf/cm 2D i ——圆筒内径，mm[σ]t ——设计温度下圆筒材料的许用应力，kgf/cm 2C ——壁厚的附加量φ——焊缝系数，取K ——系数，标准椭圆封头D i /2h i =2，查得K=1选用材质为普通碳钢，《化工设备》（李健主编）第237页查得100℃以下的许用应力为1270 kgf/cm 2，把上述相关数据代入公式， 得10185.01270220001010⨯-⨯⨯⨯⨯=S = 9.30 mm 实际应用壁厚：S=S 0+C C= C 1+C 2+C 3C 1——钢板厚度的负偏差，mmC 2——腐蚀裕度，mmC 3——加工减薄量，mmC2=1mm, C3= S0×10%=0.93mm故C=＋1＋=2.73mmS=＋=实际取12mm按上述方法，计算φ3000，φ4000时相应的筒体壁厚及封头壁厚为17mm,22mm。
封头、筒体设计计算
CHC 封头内径 高度 直边高度 封头厚度 折边半径 半顶角 容积 外容积 内表面积 材料密度 封头重量
Di H h δ r θ V Vw S γ W
mm mm mm mm mm 弧度 m m m
3 3 2 3
0
0 1.0472 0.0000 0.0000 0.0000 7850 0.0
kg/m kg
3
蝶形封头 mm mm mm mm mm 弧度 m m m
3 3 2 3
CHA 封头内径 高度 直边高度 封头厚度 折边半径 半顶角 容积 外容积 内表面积 材料密度 封头重量
Di H h δ r θ V Vw S γ W
DHA 封头内径 0 高度 直边高度 封头厚度 0 0.5236 0.0000 0.0000 0.0000 7850 0.0 转角半径 转角角度 容积 外容积 内表面积 材料密度 封头重量
首页 椭圆封头 EHA 封头内径 高度 直边高度 封头厚度 系数 容积 外容积 内表面积 外表面积 材料密度 封头重量 Di hi h δ C V Vw S Sw γ W m m m m
3 3 2
折边锥形封头 mm mm mm mm 2000 600 25 10 0.82396 1.3352 1.3834 4.8518 4.9626
Di H h δ r θ V Vw S γ W
2
kg/m kg
7930 382.2
kg/m kg
EHB 封头内径 高度 直边高度 封头厚度 系数 容积 外容积 内表面积 外表面积 材料密度 封头重量
Di hi h δ C V Vw S Sw γ W
mm mm mm mm #DIV/0! m m m m
Di H h δ r θ V Vw S γ W
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筒体和封头壁厚的计算
计算基准：
工作压力：6kgf/cm 2（表压）
设计压力：10 kgf/cm 2（绝压）
温度：常温
筒体直径：φ2000；φ3000；φ4000
1、筒体壁厚的计算：
根据公式
[]p
S t -Φ=σ2pD i 0 mm 式中：S 0——计算壁厚，mm
P ——设计压力，kgf/cm 2
D i ——圆筒内径，mm
[σ]t ——设计温度下圆筒材料的许用应力，kgf/cm 2
C ——壁厚的附加量
φ——焊缝系数，取0.85
选用材质为普通碳钢，《化工设备》（李健主编）第237页查得
100℃以下的许用应力为1270 kgf/cm 2，把上述相关数据代入公式，得
10
85.0127022000100-⨯⨯⨯=S =9.30mm 实际应用壁厚：S=S 0+C C= C 1+C 2+C 3
C 1——钢板厚度的负偏差，mm
C 2——腐蚀裕度，mm
C 3—加工减薄量，mm
1C 2=1mm, C 3= S 0×10%=0.93mm
故 C=0.8＋1＋0.93=2.73mm
S=9.30＋2.73=12.03实际取12mm
2、标准椭圆封头壁厚的计算：
根据公式
[]Kp K S t -Φ=σ2pD i 0 mm
式中：S 0——计算壁厚，mm
P ——设计压力，kgf/cm 2
D i ——圆筒内径，mm
[σ]t ——设计温度下圆筒材料的许用应力，kgf/cm 2
C ——壁厚的附加量
φ——焊缝系数，取0.85
K ——系数，标准椭圆封头D i /2h i =2，查得K=1
选用材质为普通碳钢，《化工设备》（李健主编）第237页查得
100℃以下的许用应力为1270 kgf/cm 2，把上述相关数据代入公式， 得
10
185.01270220001010⨯-⨯⨯⨯⨯=S = 9.30 mm 实际应用壁厚：S=S 0+C C= C 1+C 2+C 3
C 1——钢板厚度的负偏差，mm
C 2——腐蚀裕度，mm
C 3——加工减薄量，mm
1
C2=1mm, C3= S0×10%=0.93mm
故C=0.8＋1＋0.93=2.73mm
S=9.30＋2.73=12.03实际取12mm
按上述方法，计算φ3000，φ4000时相应的筒体壁厚及封头壁厚为17mm,22mm。