2．过程设备课程设计计算
过程设备设计包括工艺设计和机械设计两部分。 2．1工艺设计
工艺设计是根据设计任务提供的原始数据和生产工艺要求，通过工艺计算确定：
1． 盛装液化气体的压力容器设计存储量
W??V?t式中，W—储存量，t ； ? —装量系数；
V—压力容器容积，m3 ；
?t—设计温度下饱和液体密度，t/m3；
2． 设备的初步选型及轮廓尺寸，如卧式容器的直径与长度；可参阅《化工工艺设计手册》
2．2 机械设计
机械设计包括结构设计和强度计算两部分。 2.2.1结构设计
1) 设计条件（以结构设计条件表和管口表的形式列出） 2-1 设计条件表
项 目 工作介质 工作压力 MPa 设计压力 MPa 工作温度 ℃ 设计温度 ℃ 3公称容积（Vg） m 3计算容积（V计） m 3工作容积（V工） m 装量系数 (φV) 介质密度（?t） t/m3 材 质 保温要求 其它要求
2-2 管 口 表
公称尺寸
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内 容 备 注 连接尺寸标准 连接面形式 用途或名称
注意：
(1) 设计压力应根据最高工作压力来确定。对于盛装液化气体的压力容器，应按以下几条来确定最高工作压力：
a. 盛装临界温度大于等于50℃的液化气体的压力容器，如设计有可靠的保冷设施，其最高工作压力为所盛装液化气体在可能达到的最高工作温度下的饱和蒸汽压力；如无保冷设施，其最高工作压力不得低于该液化气体在50℃时的饱和蒸汽压力。
b.盛装临界温度低于50℃的液化气体的压力容器，如设计有可靠的保冷设施，并能确保低温储存的，其最高工作压力不得低于试验实测的最高工作温度下的饱和蒸汽压力；没有实测数据或没有保冷设施的压力容器，其最高工作压力不得低于所装液化气体在规定的最大充装量时，温度为50℃的气体压力。
c.固定式液化石油气储罐的最高工作压力应按不低于50℃时混合液化石油气组分的实际饱和蒸汽压来确定。若无实际组分数据或不做组分分析，则如下确定最高工作压力：
当其50℃的饱和蒸汽压力低于异丁烷50℃的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，取50℃异丁烷的饱和蒸汽压力；若有可靠保冷设施，取可能达到的最高工作温度下异丁烷的饱和蒸汽压力；
当其50℃的饱和蒸汽压力高于50℃异丁烷的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，取50℃丙烷的饱和蒸汽压力；若有可靠保冷设施，取可能达到的最高工作温度下丙烷的饱和蒸汽压力；
当其50℃的饱和蒸汽压力高于50℃丙烷的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，取50℃丙烯的饱和蒸汽压力；若有可靠保冷设施，取可能达到的最高工作温度下丙烯的饱和蒸汽压力。
应当注意，饱和蒸汽压力一般指绝压，而设计压力则应是表压。对于设备是否需要保冷，可视设备的下列储存形式来决定：
常温压力储存—容器内物料温度随季节温度变化，工作压力为相应温度下的饱和蒸汽压，因此，此种类型的储存不设保温层；
低温常压储存—容器内物料温度要经常保持为常压（大气压）下的饱和温度，因此，此种类型的储存应设置良好的保温层。如常压下丙烷的饱和温度为-42.7℃，异丁烷的饱和温度为-12.8℃，因此，特别在夏天保温层也要维持这样的低温。
低温压力储存—容器内物料温度要经常保持为在一定压力（高于大气压）下的饱和温度。因此，此种类型的储存也应设置保温层，容器内的温度较低温常压储存高，但压力较常温压力储存为低。
（2）设计温度指容器在正常工作情况下，设定的元件金属温度（沿元件金属截面的平均温度值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。设计温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度。对于0℃以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。
2） 结构设计
a.筒体和封头结构设计
筒体直径一般由工艺条件决定，但要注意符合压力容器的公称直径标准。标准椭圆形封头是中低压容器中经常采用的封头型式。封头的公称直径必须与筒体的公称直径相一致。 b.接管及接管法兰设计
法兰设计一般为根据法兰标准的选型设计。法兰有压力容器法兰和管法兰，二者属于不同的标准体系。
管法兰参照HG20592~20637-97标准，容器法兰参照JB4700~4707-92标准，法兰设计的内容如下：
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（1）根据设计压力、操作温度和法兰材料决定法兰的公称压力PN；
（2）根据公称直径DN、公称压力PN及介质特性决定法兰类型及密封面型式； （3）根据温度、压力及介质腐蚀性选择垫片材料； （4）选择与法兰材料、垫片材料相匹配的螺柱和螺母材料。 选择的标准法兰应按照相应标准中的规定进行标记。
c. 人孔、手孔、视镜、液面计、压力计、温度计及安全阀结构设计
压力容器开设人孔和手孔是为了检查设备内部空间以及装拆设备的内部零部件。一般当设 备的公称直径在900mm以下时可根据需要设置适当数量的手孔，超过900mm时应开设人孔。人也有圆形和长圆形两种。人孔大小的设置原则是方便人的进出。因此，圆形人孔的公称直径规定为400～600mm，可根据容器直径及所处地区的冷暧程度来选择。当人孔经常需要打开时，可选用快开人孔。人手孔已有相应标准，设计时可根据设计条件直接选用。
视镜用来观察设备内部物料的工作情况。用凸缘构成的视镜称为不带颈视镜，其结构简单，不易粘料，有比较宽的视察范围，应优先选用。
液面计种类很多，有玻璃板式液面计，玻璃管式液面计，用于低温设备的防霜液面计以及浮标液面计等，设计时可根据设备操作情况选相应标准的液面计。
液面计一般通过法兰、活接头或螺纹接头与设备联接在一起，设计时应根据所选的液面计配相应的接口。
设备高度不很高（三米以下），物料内没有结晶等易堵塞固体时，可采用玻璃管式或板式液面计。板式液面计较笨重，成本高，但承压也高（适用于压力在1.6MPa以上）。当要求观察的液面变化范围很小时，可采用结构简单，不易堵塞的视镜。
液面计的长度和安装位置应根据最高液面和最低液面的要求来确定，对于直径较大的设备，若一个液面计不能满足要求，就应考虑采用两个或多个液面计来配合使用。
d. 支座结构设计
按照JB/T4712~4725-92 容器支座进行设计 e. 焊接接头设计
容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝、熔合线和热影响区的总称，焊缝是焊接接头的主要部分，通常所称的焊缝与焊接接头具有同样的含义。焊接接头形式和坡口形式的设计直接影响到焊接的质量与容器的安全。焊接接头结构的设计应在设备的总装配图或部件图中以节点图的方式表示出来。
压力容器焊接结构设计的基本原则
(1) 回转壳体的拚接接头必须采用对接接头
壳体上的所有纵向及环向接头、凸形封头上的拚接接头，即A、B类接头，必须采用对接焊，不允许采用搭接焊。对接焊易于焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。
(2) 对接接头应采用等
厚度焊接
当厚度差较大的两部分回转壳体对接时应对厚度较大的一侧进行削薄加工，以使得两
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图2-1 坡口基本尺寸
侧的厚度基本相等。这样可减小刚度差，降低应力集中，并便于焊接。
(3) 焊接接头应便于进行无损检测
对某些无损检测要求较高的容器，应使一些角接接头设计成对接接头，例如，采用嵌入式接管。
容器焊接接头的坡口设计
焊接接头的坡口设计是焊接结构设计的重要内容。坡口形式指被焊两金属件相连接处预先被加工成的结构形式，一般由焊接工艺本身来决定。坡口的基本尺寸为坡口角度α、钝边高度（根高）P和根部间隙（根距）b（图2-1）。设备设计图纸上对重要的焊接接头必须用节点图表明坡口基本尺寸的具体数值。
坡口形式的选择主要考虑以下因素：
? 填充于焊缝部位的金属尽量少。这样既可节省焊接材料，又可减少焊接工作量。 ? 根据需要尽量采用双面焊或单面焊双面成型。
? 便于施焊，改善劳动条件。尽量减少容器内部焊接的工作量，清根尽可能在容器外部
进行。
? 尽量减小焊接变形和残余应力。如较厚板材拚接时宜设计成内外对称的X形坡口。
（1）壳体对接接头的坡口设计
属于壳体的对接接头，当厚度较小时可以进行双面焊的则可不开坡口，厚度较大时则必须开坡口。常用的对接坡口有V形、U形及X形三种。选用参见下表2-3
2-3 手工电弧焊常用对接接头坡口形式及尺寸 名 称 不开坡口 V 形 坡口形式 坡口尺寸 适用范围 薄板的壳体纵环对接焊缝 壳体纵环对接焊缝 δ=3～6 b =0～2.5 δ=3～26 X 形 b =0～3 P=1～4 α=40°～60° 壳体的纵缝(常为内外对δ=12～60 称的X形坡口) b =0～3 壳体的环缝(常为内外不P=1～3 α=40°～对称的X形坡口内侧较小) 60° U 形 δ=20～60 b =0～3 P=1～3 α=1°～8° R=6～8 厚壁筒的单面环焊缝,但需氩弧焊打底 12
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