100M3液化石油气储罐设计

.100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500或单罐容积小于150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100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500或单罐容积大于200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500, 单罐容积小于100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。第一章设计参数的选择1、设计题目：100液化石油气储罐的设计2、设计数据：如下表1：表1：设计数据序号项目数值单位备注1名称100液化石油气储罐2用途液化石油气储配站3最大工作压力0.79MPa4工作温度505公称直径3400mm6容积1007单位容积充装量0.42t/8装量系数0.99工作介质液化石油气（易燃）10其他要求100%无损检测3、设计压力：设计压力取最大工作压力的1.1倍，即4、设计温度：工作温度为50，设计温度取。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）。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（）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5.3 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的许用应力第二章设备的结构设计1、圆筒厚度的设计计算压力：液柱静压力: ,故液柱静压力可以忽略，即该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为。圆筒的厚度在616mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：在设计温度下，屈服极限强度，许用应力利用中径公式，计算厚度：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。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，腐蚀裕量不小于1。本例取=1则筒体的设计厚度圆整后，取名义厚度筒体的有效厚度2、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，得公称直径选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，则，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：同上，取，。封头的设计厚度圆整后，取封头的名义厚度，有效厚度封头型记做3、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，得查标准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 /mm总深度H /mm内表面积A/容积/340089012.95815.5080 3.2 筒体的长度计算，而充装系数为0.9则：即计算得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：储罐总质量筒体质量：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，充液质量：，故质量：人孔质量为302kg，其他接管质量总和估为400kg，即综上所述， 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DN3400腹板12垫板730允许载荷Q/kN835筋板39012鞍座高度h250335e140底板2480430螺栓间距220038010螺孔/孔长D/l28/6016垫板弧长3950鞍座质量Kg5594.2 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A0.2L=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。由标准椭圆封头故鞍座的安装位置如图3所示：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A0.2L时，最好使A0.5R m（）,即，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。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名称公称直径DN钢管外径法兰焊端外径法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n（个）螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量NSRa排污口8089B200160188M16201053.2106504b气相平衡口8089B200160188M16201053.2106504c气相口8089B200160188M16201053.2106504d出液口8089B200160188M16201053.2106504e进液口8089B200160188M16201053.2106504f人孔500530B6706202620M24285627.116129039.5g1-2液位计口3238B140100184M1218402.364402h温度计口2025B10575144M1218402.364401m压力表口2025B10575144M1218402.364401n安全阀口100108B220180188M16201313.6128524.5s排空口5057B165125184M1618742.985452.55.2 垫片查HG/T 20609-2009钢制管法兰用金属包覆垫片，得：表5 垫片尺寸表符号管口名称公称直径内径D1外径D2a排污口80109.5142b气相平衡口80109.5142c气相口80109.5142d出液口80109.5142e进液口80109.5142f人孔g1-2液位计口3261.582h温度计口2045.561m压力表口2045.561n安全阀口80109.5142s排空口5077.5107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公称直径螺纹螺柱长ha80M169017303b80M169017303c80M169017303d80M169017303e80M169017303f500M2412525444g1-232M168517303h20M127513242.5m20M127513242.5n80M169017303s50M1685173036 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：表7 人孔尺寸表单位：mm密封面型式凹凸面MFMD7304330公称压力PN MPa1066048螺柱数量20公称直径DN500280A405螺母数量40123B200螺柱尺寸d506b44L300总质量kg302. v.第三章：容器强度的校核3.1水压试验应力校核：试验压力：圆筒的薄膜应力3.2.筒体轴向弯矩计算工作时支座反力圆筒中间处截面上的弯矩鞍座处横截面弯矩：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：最低点处：（2）由压力及轴向弯矩引起的轴向应力因鞍座平面上，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：鞍座横截面最低点处轴向应力：（3）筒体轴向应力校核因轴向许用临界应力由根据圆筒材料查图4-8可得=98.9MPa，98.9MPa170MPa，合格,，合格,，合格3.4.筒体和封头中的切向剪应力计算与校核因，带来的加强作用，查JB/T4731-2005表7-2得K3=0.88，K4=0.401，其最大剪应力位于靠近鞍座边角处因圆筒 t=0.8 故有 ， 故切向剪应力校核合格3.5.封头中附加拉伸应力由内压力引起的拉伸应力 （K=1.0） 合格3.6.筒体的周向应力计算与校核 圆筒的有效宽度，当容器焊在支座上时，取，查JB/4731-2005表7-3可得。(1).鞍座在横截面最低点处周向应力(2).鞍座角边处的周向应力(3).应力校核3.7.鞍座应力计算与校核1.腹板水平应力及强度校核：由可得K9=0.204，水平分力计算高度，鞍座腹板厚度12mm鞍座有效断面平均应力：2. 鞍座有效断面应力校核鞍座材料Q235-B的许用应力=235MPa3.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：查表知：地震强度为7度（0.1g）时，水平地震影响系数则轴向力筋板面积：腹板面积：腹板与筋板组合截面断面系数：取鞍座底板与基础间（水泥）静摩擦系数4.地震引起的地脚螺栓应力鞍座上地脚螺栓n=2,筒体轴线两侧螺栓间距第四章开孔补强设计根据GB150中8.3，当设计压力小于或等于2.5MPa时，在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于89mm时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中只有DN=500mm的人孔需要补强。4.1补强设计方法判别按HG/T 21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径故可以采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用10号钢，其许用应力根据GB150-1998中式8-1，其中：壳体开孔处的计算厚度接管的有效厚度强度削弱系数所以开孔所需补强面积为4.2 有效补强范围4.2.1有效宽度B的确定按GB150中式8-7，得：4.2.2有效高度的确定(1）外侧有效高度的确定根据GB150中式8-8，得：(2）内侧有效高度的确定根据GB150-1998中式8-9，得：4.3 有效补强面积根据GB150中式8-10 式8-13，分别计算如下：4.3.1 筒体多余面积3.2接管的多余面积接管厚度：3.3焊缝金属截面积焊角取6.0mm4.4.补强面积因为，所以开孔需另行补强所需另行补强面积：补强圈设计：根据DN500取补强圈外径D=840mm。因为BD，所以在有效补强范围。补强圈内径d=530+2=532mm补强圈厚度：圆整取名义厚度为12mm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一、 参考文献1 国家质量技术监督局.GB150-1998钢制压力容器.中国标准出版社.19982 国家质量技术监督局.压力容器安全技术监察规程.中国劳动社会保障出版社.19993 国家经济贸易委员会.JBT4736-2002补强圈.20024 全国化工设备设计技术中心站.化工设备图样技术要求.2000.115 郑津洋、董其伍、桑芝富.过程设备设计.化学工业出版社.20016 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v.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. v