立方米液化石油氣儲罐設計--化工容器設計課程設計說明書

1、立方米液化石油氣儲罐設計-化工容器設 計課程設計說明書立方米液化石油氣儲罐設計-化工容器設計課程設計說明書.化工容器設計課程設計說明書300m3液化石油氣儲罐設計專業(yè)：過程裝備與控制工程班級：過控一班 學號：姓名：目錄1設計參數的選擇1 1.1設計的題目1 1.2原始數據1 1.3儲存量1 1.4設計壓力2 1.5設計溫度2 2容器的結構設計3 2.1筒體的內徑和長度的確定3 2.2筒體和封頭的厚度設計計算3 2.3人孔設計4 2.4其他零部件的設計4 2.4.1液位計的設計4 2.4.2管口設計5 2.5鞍座選型和結構設計82.5.1質量確定8 2.5.2鞍座的安裝位置9 3開孔補強設計10

2、3.1補強設計方法判別10 3.2補強圈計算10 3.2.1圓筒開孔所需補強面積10 3.2.2殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積10 3.2.3接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積11 3.2.4焊縫金屬面積11 3.2.5另加補強面積11 4強度計算12 4.1液壓試驗12 4.2圓筒軸向彎矩12 4.2.1載荷分布124.2.2筒體彎矩13 4.3圓筒軸向應力計算并校核14 4.3.1筒體應力14 4.3.2筒體軸向應力校核 14 4.4切向剪應力的計算并校核15 4.4.1圓筒切向剪應力的計算15 4.4.2圓筒被封頭加強時，最大剪應力15 4.4.3切向剪應力的校核15 4.5

3、圓筒周向應力的計算并校核16 4.5.1在橫截面的最低點處164.5.2周向應力校核16 5防護及使用管理17 5.1防腐17 5.2 防靜電17 5.3熱處理要求17 5.4焊接17 5.5使用及管理17 300m3液化石油氣儲罐設計1設計參數的選擇 1.1設計的題目300m3液化石油氣儲罐設計1.2原始數據 表1.1設計條件序號項目數值單位備注1名稱液化石油氣儲 罐2用途液化石油氣儲存 3最高工作壓力 1.62 MPa由 介質溫度決定 4工作溫度-2048 C 5公稱容積300 m3 6工作壓力波情況可不考慮7裝量系數 0.9 8工作介質液化石油氣9材料16MnR 10焊接要求 雙面焊，局

4、部無損 探傷11設計壽命20年12腐蝕速率0.1mm/a 13其他要 求1.3儲存量盛裝液化氣體的壓力容器設計存儲量：W電Vp t式中，裝載系數 =0.9壓力容器設計 V=300m3設 計溫度下的飽和液體密度p t =500kg /m3則：存儲量 W=135.00t 1.4設計壓力 設計壓力取飽和蒸氣壓， p=1.8MPa 1.5設計溫度 工作溫度為 -20 C48 c ,則取 設計溫度取50 C 2容器的結構設計 2.1筒體的內徑和長度 的確定由設計任務書可知：V=300m3 L/Di=8 取 L=8Di 貝U有：取內徑為3630mm,由于筒體的內徑較大，所以采用鋼板卷制，公稱直內徑DN37

5、00mm.選用標準橢圓形封頭表2.1EHA橢圓形封頭內表面積及容積公稱直徑（mm）總深度H/mm 內表面積 A/m2 容積 V/m3 3700 965 15.3047 7.0605 則筒體長度：圓整：L =26700mm 則實際體積：則體積相對誤差為：符合設計要求。2.2 筒體和封頭的厚度設計計算（1）設計壓力取：p=1.8MPa液柱壓力（安裝滿時計算）：%<5%所以可以忽略液柱的壓力。雙面焊，局部無損探傷，焊接接頭系數 =0.85筒體厚度：計算壓力：計算厚度：查表2-5得，厚度負偏差 C1=0.8mm。設計壽命 20年，腐蝕速率0.1mm/a,所以腐蝕裕量C2=2mm。設計厚度=24.

6、19+2=26.19mm ; 名義厚度=28mm。標準橢圓形封頭厚度：計算厚度：設計厚度：2.3 人孔設計 設置1個人孔，其公稱直徑取DN450。根據HG/T 21518-2005鋼制人孔和 手孔選取: 人孔 RF ID t-35CM （W D-1232） B 450-2.5 HG/T 21518-2005具體 結構和材料見標準 HG/T 21518-2005鋼 制人孔和手孔。2.4 其他零部件的設計 2.4.1液位計的設計1）液位計類 型由于該儲罐的介質為液化石油氣，工作溫度常溫，所以 選用磁性液位計。2）液位計中心距 可簡化容器為一圓筒，液體達到總體 積的90% （本儲罐的裝量系數為 0.

7、9）,可近似認為截面面積 達到全面積的 90% ,所以下圖所示的陰影面積為全面積的 10%。即：即迭代求解得：9 =46.6所以最高液面到筒體中心線的距離為：所以選用中心距為 2500mm的液位計不對稱安裝裝。R 9圖2.1 3）接管與法蘭 由于介質為液化石油氣，應采用帶頸對焊法蘭（突面）、帶加強環(huán)的纏繞墊片（帶外環(huán)） 和專用級高強度螺栓組合，而且它的腐蝕性不大，所以材料 不需要選太好的。為了有良好焊縫，接管材料選16Mn。同時接管伸由較長，需要支撐結構。綜上所述，具體見表3.2表2.2接管與法蘭 名稱 標記數量 總質量/kg 備注 液位計 HG/T 21584-95 UZ1.6-2500-0

8、.5 AF 304 C 1 30 法蘭 HG/T 20592 法蘭 WN20-2.5 RF S=3.5 2 2 墊片 HG 20610 纏繞墊 D 25-25 1232 2 2 接管 小 25X 3.5_=395mm 1 0.97 接管 小 25X3.5 L=495mm 1 1.22 全螺紋螺柱 M12X2X80 8.8 級 材料 35CrMoA 8 0.48 螺母 M12 8 級 材料 30CrMo 16 0 . 32 筋 板40X3材料Q235A 4現(xiàn)場確定長度 2.4.2管口設計1）管 口中心線位置的確定根據管口的性質可確定其安放位置，排污管在筒體的下方，其它在筒體的上方。根據GB 15

9、0規(guī)定，按殼體開孔不另行補強設計要求設計 法蘭管的位置。要求如下：a.設計壓力小于或等于 2.5MPa。b.兩相鄰開孔中心線的間距應不小于兩孔直徑之和的兩 倍。c.接管公稱外徑小于或等于 89mm。 d.接管最小壁厚滿足下表：表2.3接管最小壁厚 接管公稱外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89最小壁厚 3.5 4.0 5.0 6.0 1.接管的腐蝕余量為 1mm 集 中布管，順序為：放空口、人孔、安全閥接口、溫度計口、壓力表接口、液相 進口管、氣相由口管、排污口在殼體下方、液相由口管在殼 體下方。(具體位置見裝配圖)1.離焊縫最近的人孔， 所以它離焊縫距離應該不小于，則取人

10、孔與焊縫距離為 640mm； 2.兩相鄰開孔中心線的間距應不小于兩孔直徑之和的兩倍，則放空口與人孔距離為1200mm,人孔與安全閥接口距離為2400,安全閥與溫度計口2000mm、溫度計與壓力表的距離為2000mm、壓力表與液相進口距離為2000mm、液相進口與氣相由口距離為 2000mm o(具體位置見裝配圖)2)接管與法蘭選取a.根據殼體開孔不另行補強，條件 d條可確定接管厚度：b.液相進口管，液相由口管，氣相進口管，氣相由口管， 排污管5mm c .安全閥接口接管6.0mm d .壓力表接管，液位計接管3.5mm由于本儲罐裝的是液化石油氣，法蘭采用帶頸對焊法蘭，纏繞墊片(帶外環(huán))。綜上所

11、述：表2.4接管與法蘭標準號名稱材料數量總質量/kg備 注 HG20592 法蘭 WN50(B)-25 FM S=5.0 16Mn n 5 15.55 液相進口管，液相由口管，氣相進口管，氣相由口管，排污 管法蘭 HG20592 法蘭 WN25(B)-25 FM S=3.5 16Mn n 1 1.26壓力表接管法蘭 HG20592 法蘭 WN25(B)-25 RF S=3.5 16Mn n 2 3.0液位計接管法蘭 HG20592 法蘭 WN80(B)-25 FM S=6.0 16Mn 1 5.0 安全閥接管法蘭GB6479接管 小57>< 5.0L=1500,L=12340,L=

12、155 16Mn 5 24.76 其中L=155 取 3 條，其它一條 GB6479 接管 小 32X5.0 L=150 L=495L=395 16Mn 3 2.97 壓力表接管，液位計接管GB6479接管389 X 7.0 L=145 16Mn 1 1.7夜全閥接管 3）焊接結構設計。1 .殼體A, B類焊接接頭的設計 該容器上的A,B類接 頭必須采用對接焊，不允許采用搭接焊。對接焊易于焊透，質量容易保證，易于作無損檢測，可獲 得最好的焊接接頭質量。該容器上的接管與殼體以及補強圈之間的焊接一般只能 采用角接和搭接。2 .殼體C, D類焊接接頭的設計 平蓋，管板與圓筒非對 接連接的接頭，法蘭與

13、殼體，接管連接的接頭，內封頭與圓 筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭，均屬C類焊接接頭，但已規(guī)定為 A, B類的焊接接頭除外。接管、人孔、凸緣、補強圈等與殼體連接的接頭均屬于D類焊接接頭，但已規(guī)定為 A, B類的除外。3 .焊接接頭坡口設計 容器筒體，封頭與接管法蘭的厚 度均在8=3- 28mm的范圍，為了減小焊接變形和殘余應力， 因此可取接頭坡口形式為 X形。4）常用焊接方法與焊條的選擇采用手工電弧焊，該方法設備簡單，便于操作，使用于各種焊接，在壓力容器制造中應用十分廣泛，鋼板對接，接管與筒體、封頭的連接等 都可以米用?？紤]母材力學性能與化學成分，對低碳鋼和低合金鋼構 件，要求等強度

14、原則選擇焊條，即要求焊縫與母材的強度相 等或基本相等，而不要求焊縫的化學成分與木材相同。不同類型的低合金鋼之間進行異種鋼焊接時，應選與其中強度較低的鋼材等強度的焊條進行焊接，再綜合考慮金屬進行熱處理后，對其力學性能的影響構件的結構與剛性和經 濟性，該容器所用焊條使用型號如下表：表2.5焊條型號接頭母材焊條型號焊條牌號Q345R+Q345RE5016(GB/T5117)J506 Q235-A+Q235-AE4316(GB/T5117) J426 Q235-A+Q345R E4303(GB/T5117) J422由于介質為液化石油氣，應采用帶頸對焊法蘭(突面)、帶加強環(huán)的纏繞墊(帶外環(huán))和專用級高

15、強度螺栓組合，而 且它的腐蝕性不大，所以材料不需要選太好的。為了有良好焊縫，接管材料選16Mn。同時接管伸由較長，需要支撐結構。綜上所述，儲罐其它部件確定如(表2.6)。表2.6儲罐其他部件 名稱標記數量總質量/kg備注 液位計 HG/T 21584-95 UZ 2.5-2500-0.5 AF 304 C 1 30 法蘭 HG/T 20592 法蘭 WN20-2.5 RF S=3.5 2 2 墊片 HG 20610 纏繞墊 D 25-25 1232 2 2 接管 小 25X 3.5 L=395mm1 0.97 接 管 3 25X 3.5_=495mm 1 1.22 全螺紋螺柱 M12X 2X8

16、0 8.8 級 材料 35CrMoA 8 0.48 螺母 M12 8 級 材料 30CrMo 160. 32筋板40材料Q235A 4現(xiàn)場確定長度 2.5鞍座選 型和結構設計該臥式容器采用雙鞍式支座，初步選用輕型 鞍座，材料選用 Q235-B o估算鞍座的負荷 2.5.1質量確定 由于接管、人孔、液位 計等質量相對于筒體和封頭的質量較小，所以這里主要考慮筒體和封頭質量容器質量：正常操作狀態(tài)下最大質量：水壓試驗時最大質量：綜上所述，mmax =375967.038kg則每個鞍座承受的質量 為 187983.519kg ,即為 1842kN。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表

17、1,首先優(yōu)先選擇輕型支座。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表2得（表2.7） 表2.7鞍座尺寸表 公稱直徑 DN 3800腹板16730允許載荷 Q/kN 1330 筋板 440 12鞍座高度 h 250 335 e 140底板 2780 430螺栓間距 2500 380 12鞍座質量 Kg 650 16墊板 弧長4410增加100mm增加的高度 Kg 47該 對鞍座 標記為 JB/T4712.1-2007 鞍 座 A3800-S 和 JB/T4712.1-2007 鞍座 A2300-F。2.5.2鞍座的安裝位置根據JB/T4731-2005鋼制臥式容器中6.1.1規(guī)定，

18、應盡量使支座中心到封頭切線的距離A小于等于0.5R無法滿足 A小于等于0.5R宜大于0.2L。R筒的平均內徑L=L0+4/3H=26700+4/3 >965=27987mm即 A 三R/2=1850/2=925mm取A=850mm鞍座的安裝位置如圖所 示：圖2.2鞍座位置17 3開孔補強設計 根據GB150中8.3, 知該儲罐中只有人孔需要補強。3.1補強設計方法判別 其中開孔直徑： d=480-12 技+2R2+0.8)mm=461.6mmd< Di/3=3700/3=1233mm故可以采用等面積法進行開孔補強 計算3.2補強圈計算 補強圈如圖：圖4.1補強圈 3.2.1圓筒開孔

19、所需補強面積開孔直徑：d=480-12技+2R2+0.8)mm=461.6mm 圓筒計算厚度：接管有 效厚度：6 et=151-0.8mm=13.2mm 強度削弱系數：fp=1.0所 以：A=12089.304mm2 3.2.2殼體有效厚度減去計算厚度之 外的多余面積有效補強范圍的寬度：B=923.2mm所以：A1=835.496mm2 3.2.3接管有效厚度減去計算厚度之外的多 余面積 有效補強范圍外側高度：h1=85.94mm有效補強范圍 內側高度：h2=0 mm接管計算厚度：所以：A2=1830.522mm2 3.2.4 焊縫金屬面積 焊縫金屬面積 不考慮，則：A3=03.2.5 另 加

20、 補 強 面 積A4=A-A1-A2-A3=12089.304-835.496-1830.522=9423.286mm2所以補強圈厚度：考慮焊縫的補強作用，取6 c=14mm標記：dN450X14-C-Q16MnR JB/T 4736 質量：29.6kg 4強度計算4.1液壓試驗 采用水壓試驗 試驗壓力： 校核有效厚度：而符合要求。4.2圓筒軸向彎矩 建立力學模型，建立數學模型 該臥式 容器可簡化為外伸梁受均布載荷如圖：q F A M V F 圖4.1載荷分布 4.2.1載荷分布 置于對稱分 布的鞍座上臥式容器所受的外力包括載荷和支座反力。(1)均布載荷q、支座反力F首先應把封頭折算成和容 器

21、直徑相同的當量圓筒。長度為2/3H (H凸形封頭的深度)故重量載荷作用的長度 為L+4/3H如果容器的總重量為 2F,則作用在外伸梁上的的 單位長度均布載荷為N/mm= (4-1) 則有：F= N= (4-2)(2)豎直剪力V和力偶M封頭本身和封頭物料的重量為，此 重力作用在封頭的重心上，橢圓形封頭重心e=,按照力線平 移法則，此重力可用一個作用在梁端點的橫向剪力V和一個附加的力偶 m1來代替，則有(4-3)和(4-4)止匕外，當封頭中充滿液體時，液體靜壓力對封頭作用一水平向外推 力。這一推力偏離容器軸線，對梁的則形成一個力偶m2為(4-5)將力偶m1和m2合成一個力偶 M,即(4-6)橢 圓

22、封頭可近似可做 RI=H則有M=0 4.2.2筒體彎矩 ?。篈=850mm 1.彎矩，筒體在支座跨中截面的彎矩，可分析兩平衡條件得：筒體在支座截面處的彎矩：則最大彎矩為 M1 4.3圓筒軸向應力計算并校核4.3.1筒體應力1)鞍座跨中截面上筒體的最大軸向應力截面最高點：a 1="截面最低點：a2=+= + 2支座截面筒體的最大軸向應力截面最高點：截面最低點：由于AvRi/2鞍座包角，查表7-1 (JB/T4731-2005)得式中折扣系數K1和K2分別為1 4.3.2筒體軸向應力校核由以上分析知，筒體的最大軸向應力為>4具位置如下圖：a 3 a 1 a 2 a 4圖4.2筒體的

23、軸向應力圖 最大應力為a 2=66.07147MPa計算得到的軸向壓應力為；a cr= (4-7)pcr=mP設計 (4-8) m為安全系數取 3則有：a cr=MPa設計溫度下的許用應力： 田t為325MPa容器 安全使用的穩(wěn)定條件為：比較得：bK bcr,故均滿足強度要求4.4切向剪應力的計算并校核4.4.1圓筒切向剪應力的計算根據JB/T 4731-2005中式7-9 計算 查 JB/T 4731-2005 中表 7-2,得：r = 4.4.2圓筒被封頭加強時，最大剪應力 根據JB/T4731-2005 中式 7-10,計算得：=4.4.3切向剪應力的校核圓筒的切向剪應力不應超過設計溫度下材料許用應力的0.8倍，即 封頭的切向剪應力，應滿足 而 p=3.45MPa< 0.8：田 t=0.8