100M3液化石油气储罐设计

绪论

随着我国化学工业的蓬勃发展，各地建立了大量的液化气储配站。对于储存量小于500m 或单罐容积小于150m时．一般选用卧式圆筒形储罐。液化气储罐是储存易燃易爆介质．直接关系到人民生命财产安全的重要设备。因此属于设计、制造要求高、检验要求严的三类压力容器。本次设计的为100m液化石油气储罐设计即为此种情况。

液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备, 由于该气体具有易燃易爆的特点, 因此在设计这种贮罐时, 要注意与一般气体贮罐的不同点, 尤其要注意安全, 还要注意在制造、安装等方面的特点。

目前我国普遍采用常温压力贮罐, 常温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形贮罐。球形贮罐和圆筒形贮罐相比: 前者具有投资少, 金属耗量少, 占地面积少等优点, 但加工制造及安装复杂, 焊接工作量大, 故安装费用较高。一般贮存总量大于500m或单罐容积大于200m时选用球形贮罐比较经济; 而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单, 安装费用少等优点, 但金属耗量大占地面积大, 所以在总贮量小于500m, 单罐容积小于100m时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形贮罐, 只有某些特殊情况下(站内地方受限制等) 才选用立式。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。

　卧式液化石油气贮罐设计的特点。卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器, 也应按GB150《钢制压力容器》进行制造、试验和验收; 并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》(简称容规) 的监督。液化石油气贮罐, 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。

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第一章 设计参数的选择1、设计题目：100m3液化石油气储罐的设计2、设计数据：如下表1：表1：设计数据序号12345678910项目名称用途最大工作压力工作温度公称直径容积单位容积充装量装量系数工作介质其他要求0.795034001000.420.9液化石油气（易燃）100%无损检测数值3单位100m液化石油气储罐液化石油气储配站MPa。备注Cmmm3t/m33、设计压力：设计压力取最大工作压力的1.1倍，即P1.10.790.869MPa4、设计温度：工作温度为50C，。设计温度取45550。C。5、主要元件材料的选择：5.1 筒体材料的选择：根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为低合金钢16MnR（钢材标准为GB6654）t170MPa。16MnR适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性,壁厚较大（8mm）的压力容器。5.2 鞍座材料的选择：根据JB/T4731,鞍座选用材料为Q235-B，其许用应力sa147MPa5.3 地脚螺栓的材料选择：地脚螺栓选用符合GB/T 700规定的Q235，Q235的许用应力bt147MPa2第二章 设备的结构设计1、圆筒厚度的设计计算压力Pc：液柱静压力: P1=gh5609.813.21.7610Pa 4P1/P1.76104/0.8691062%5%,故液柱静压力可以忽略，即PcP0.869MPa该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为1.0。圆筒的厚度在6~16mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：在设计温度70C下，屈服极限强度s345MPa， 许用应力170MPat。利用中径公式，计算厚度：PDi2-Pct0.869MPa34008.7mm 21.01700.869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，而有GB150-1998中3.5.5.1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0。查标准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=1则筒体的设计厚度nC1C28.7019.7mm圆整后，取名义厚度n10mm筒体的有效厚度enC1C21019mm2、封头厚度的设计查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径DN=Di=3400mm选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，则 计算：Di2，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-12hiPcDi2-0.5Pct0.869MPa34008.7mm21.001700.50.8693同上，取C21mm，C10。封头的设计厚度d8.7mm01mm9.7mm圆整后，取封头的名义厚度n10mm ，有效厚度enC1C21019mm封头型记做 EHA 320022-16MnR JB/T47463、筒体和封头的结构设计3.1 封头的结构尺寸（封头结构如下图1）由DiD34002，得hHi89040mm2Hh44查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表2：表2 ：EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN /mm3400 3.2 筒体的长度计算总深度H /mm890内表面积A/m12.95812容积V封/m5.50803V则：4Di2L2V封 ，而充装系数为0.9V2DiL2V封0.94即1003.42L25.50800.94计算得L=11.025，取L=11m4、鞍座选型和结构设计4.1 鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷： 储罐总质量mm12m2m3m4m1——筒体质量：m1DL×3.143.2101037.851039218.726kgm2——单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.2 EHA椭圆形封头质量，可知，m21592.3kgm3——充液质量：液化石油气<水，故4m3水V1000V10003.421025.5085110.8366103kg4m4——附件质量：人孔质量为302kg，其他接管质量总和估为400kg，即m4702kg综上所述，mm12m2m3m4123.9410kg G=mg=1215.87kN,每个鞍座承受的重量为607.94N由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为BI,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007表6得鞍座结构尺寸如下表3：表3：鞍式支座结构尺寸公称直径允许载荷鞍座高度DNQ/kNh3400835250筋板248038016垫板腹板。32l3b2b312390垫板335430103950螺栓间距螺孔/孔长鞍座质量b473012140220028/605594el1底板l2D/lKgb13弧长14.2 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，面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 4731《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。由标准椭圆封头DiDi2,有h=H-40mm2(Hh)4故A0.2(L2h)0.2(11000240)2216mm鞍座的安装位置如图3所示：5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 4731还规定当满足A≤0.2L时，最好使A≤0.5R m（RmRin2）,即 Rm1700n21705mmA0.5Rm0.51705852.5mm ，取A=85m综上有：A=850mm(A为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头的总长)5、接管，法兰，垫片和螺栓的选择5.1、接管和法兰液化石油气储罐应设置排污口，气相平衡口，气相口，出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。接管和法兰布置如图3所示，法兰简图如图所示：查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表8.2 3-1 PN10带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。6查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。表4：接管和法兰尺寸序号公称钢管外法兰螺栓孔螺栓螺栓孔直径径法兰外径中心圆孔直数量nDN焊端外D直径K径L（个）径89B200160188排污口8089B200160188气相平80衡口89B200160188气相口80出液口进液口人孔808050089B89B38B25B25B108B57B2002001401051052201651601601007575180125181818141418188844484名称螺栓法兰Th厚度CM16M16M16M16M16M12M12M12M16M1620202020201818182018法兰颈N10510510510510540404013174　S3.23.23.23.23.22.32.32.33.62.9法兰法兰高度质量RH666664448550505050504040405245444442114.52.5H11010101010666128abcdef530B　670　620　26　20　M24　28　562　7.1　16　12　90　39.5　g1-2液位计32口h温度计20口m压力表20口n安全阀100口s排空口505.2 垫片查HG/T 20609-2009《钢制管法兰用金属包覆垫片》，得：表5 垫片尺寸表符号ab管口名称排污口气相平衡口公称直径8080内径D1109.5109.5外径D21421427cdefg1-2hmns气相口出液口进液口人孔液位计口温度计口压力表口安全阀口排空口808080109.5109.5109.5142142142322020805061.545.545.5109.577.5826161142107注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T 3880，代号为L3。 2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：垫片厚度均为3mm。5.3 螺栓（螺柱）的选择查HG/T 20613-2009 《钢制管法兰用紧固件》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6 螺栓及垫片紧固件用平垫圈 mm公称直径abcdefg1-2hmns80808080805003220208050螺纹M16M16M16M16M16M24M16M12M12M16M16螺柱长90909090901258575759085d11717171717251713131717d23030303030443024243030h33333432.52.5336 人孔的选择根据HG/T 21518-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》，查表3-1，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：8 表7 人孔尺寸表 单位：mm密封面型式公称压力PN MPa公称直径DN凹凸面MFM10D730b1b243d0螺柱数量30D16604820500H1H2b280A405螺母数量40dwsd5301250612344BL200300螺柱尺寸总质量kgM3321703029第三章：容器强度的校核3.1水压试验应力校核：试验压力：PT1.25P1.250.8691.086MPa圆筒的薄膜应力TpT(Die)1.086(34009)205.96MPa2e290.9s0.91.00345310.5MPaT,合格。3.2.筒体轴向弯矩计算工作时支座反力FG607.94kN,12hiH-h850mm圆筒中间处截面上的弯矩10222FL12Rahi/L4AM14hi4L13L222121.7050.85/11.08607.9411.0840.851038kNm40.85411.081311.08鞍座处横截面弯矩：2hi2ARm1L2ALM2FA14h1i3L0.851.70520.852111.0820.8511.0829.54kNm607.940.85140.851311.083.3.筒体轴向应力计算及校核（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： 1pcRaM101.607103800012.635MPa22eRae20.0123.141.70520.009最低点处： 2pcRmM10.8691.7051103800095.043MPa22eRae20.0093.141.70520.009（2）由压力及轴向弯矩引起的轴向应力因鞍座平面上A0.5Rm，即筒体被封头加强，查JB/T 4731-2005表7-1可得K1=1.0，K2=1.0鞍座横截面最高处点轴向应力： 3pcRmM20.8691.705295482.768MPa22eK1Rme20.00913.141.70520.09鞍座横截面最低点处轴向应力： 4pcRmM20.36MPa22eK2Rme（3）筒体轴向应力校核因轴向许用临界应力由A0.094e0.09490.000805Ra170033根据圆筒材料查图4-8可得B2EA221050.00080598.9MPacrmin,B=98.9MPa，tt11crmin(0.8ReL,B0)98.9MPa2，3170MPa，合格t1,4<cr130MPa，合格T1,T4<cr130MPa，合格t3.4.筒体和封头中的切向剪应力计算与校核 因ARm，带来的加强作用，查JB/T4731-2005表7-2得K3=0.88，K4=0.401，其最大剪23应力位于靠近鞍座边角处K3F0.88607.941034.86MPaRme17059因圆筒 []=0.8 = 0.8170=136 MPa故有  < [] = 136 MPa ， 故切向剪应力校核合格3.5.封头中附加拉伸应力tF'607.94103 h h 合格3.6.筒体的周向应力计算与校核 圆筒的有效宽度b2335mm ，当容器焊在支座上时，取k0.1，查JB/4731-2005表7-3可得K50.76,K60.0132。(1).鞍座在横截面最低点处周向应力5RK5F0.10.7660794015.325MPaeb20.3350.009(2).鞍座角边处的周向应力因为 L110806.58,则Ra1705612K6FRmF607940120.0136079401.705203.17MPa224eb2Le40.0090.33511.080.00912(3).应力校核t515.325170 MPa 6203.171.25 t1.25170212.5 MPa ，3.7.鞍座应力计算与校核1.腹板水平应力及强度校核：由120可得K9=0.204，水平分力FSK9F0.204607.94kN124kN计算高度Hsmin(13Rm,H)min(131705,250)250mm，鞍座腹板厚度bo12mm鞍座有效断面平均应力：9FsH1240000.01241.33MPasb00.252. 鞍座有效断面应力校核[]s—鞍座材料Q235-B的许用应力[]s=235MPa41.33293[]s156.67MPa,合格。3.腹板与筋板组合截面应力计算及校核圆筒中心线至基础表面距离：HvRmh41705250121967mm查表知：地震强度为7度（0.1g）时，水平地震影响系数0.08则轴向力FEG0.081215.87kN84984.56N筋板面积：A1b23335103350mm2腹板面积：A2(l120)2(248020)1229520mm2xl1/21015l332480/2101510390815mmz1x3/281510/2820mmz2z1l38203901210mm则：Asa6A1A2633502952049620mm213形心：ycyc'6A1(b22)/263350(33512)/270.218mmAsa49620b2233512yc70.218103.219mm22b2332(l120)322Iy2[3A1(z1z2)]12123351032[33350(820212102)](248020)32.921010mm31233b2(l120)23'Iz6[A1yc]A2yc1212103353(248020)1226[3350815103.219]2952070.2181.88109mm31212腹板与筋板组合截面断面系数：maxb110380/210180mm,2lZmax1102480/2101230mm2Iy2..921010Zry2.374107mm3Zmax1230ZrzIzmax1.8810910.4106mm2180Zrmin(Zrz,Zry)10.4106mm2取鞍座底板与基础间（水泥）静摩擦系数f0.4因为1f,故FED’，所以在有效补强范围。补强圈内径d’=530+2=532mm补强圈厚度： 'A43542.3911.5mmD'd'840532圆整取名义厚度为12mm18第五章: 液化石油气储罐的焊接

筒体的焊接和封头与筒体的焊接采用X型坡口，因为同厚度下减少焊接量约1/2,焊接变形及产生内应力也小。壳体与钢管的连接为角接接头

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一、参考文献

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设计小结

本次课程设计是结合所学课程的一次综合性设计,最后设计方案的确定接近实际操作,设计过程中我们逐步了解压力容器的设计步骤和只是需求,在逐步摸索中,我们学会如何查阅各种标准以及进行有理有据的选择,但涉及知识体系过于繁杂巨大,虽然大部分数据的由来由表差得,由于经验不足,在估算方面,难免会有较大的出入,而且在实际选择过程中有许多不到之处,在以后的学习中血药进一步向老师和同学请教!在此向耐心指导我们此次设计的徐老师表示衷心的感谢.

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