容器设备设计计算

东北石油大学实习总结报告（分报告1）第1章 设计参数的选定1.1设计题目液化石油气储罐的设计1.2设计数据 如下表1-1。表1-1 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34006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1.3设计压力 设计压力取最大工作压力的1.1倍，即 （1-1）1.4设计温度 工作温度为50， 设计温度取45+5=50。 1.5主要元件材料的选择1.5.1筒体封头材料的选择 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（8mm）的压力容器。1.5.2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1.5.3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2章 设备的结构设计2.1圆筒厚度的设计计算压力：液柱静压力: （2-1） ,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616范围内，查GB150-1998中表4-1可得：在设计温度70下，屈服极限强度， 许用应力利用中径公式，计算厚度： （2-2） 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0.25，而有GB150-1998中3.5.5.1知，当钢材的厚度负偏差不大于0.25，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。本例取则筒体的设计厚度 （2-3）圆整后，取名义厚度筒体的有效厚度 （2-4） 2.2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： （2-5） 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 （2-6）封头型记做 2.3筒体和封头的结构设计2.3.1 封头的结构尺寸 封头结构如图2-1由，得 图2-1 封头结构 （2-7）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2-1：表2-1 EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN/总深度H /内表面积A/容积/340089012.95815.5080 2.3.2 筒体的长度计算 （2-8）而充装系数为0.9则： （2-9）即计算得，取2.4鞍座选型和结构设计2.4.1 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 （2-10） 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 （2-11） 附件质量：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607.94kN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2-2：表2-2 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Kg559 2.4.2 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 （2-12）鞍座的安装位置如图2-2所示： 图2-2 鞍座的安装位置此外，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 （2-13） ，取A=85m综上有：A=850(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) 2.5接管、法兰、垫片和螺栓的选择2.5.1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2-3所示，尺寸如表2-3所示，法兰简图如图2-4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）。 图2-3 接管和法兰设置 图2-4 法兰简图 表2-3 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5057B165125184M1618742.985452.5续表2-3：接管和法兰尺寸2.5.2 垫片 查HG/T 20609-2009钢制管法兰用金属包覆垫片，得表2-4如下：表2-4 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3。 2.5.3 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如表2-5：表2-5 螺栓及垫片紧固件用平垫圈 公称直径螺纹螺柱长ha80M169017303b80M169017303c80M169017303d80M169017303e80M169017303f500M2412525444g1-232M168517303h20M127513242.5m20M127513242.5n80M169017303s50M1685173032.6 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2-6： 表2-6 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kg30210第3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89时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中只有DN=500的 人孔需要补强。3.1 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： （3-1） （3-2） 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， （3-3）其中：壳体开孔处的计算厚度接管的有效厚度： （3-4）强度削弱系数： （3-5）所以开孔所需补强面积为：3.2有效补强范围3.2.1有效宽度B的确定按GB150中式8-7，得： （3-6） （3-7） 3.2.2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： （3-8）(2）内侧有效高度的确定根据GB150-1998中式8-9，得： （3-9）3.3 有效补强面积根据GB150中式8-10式8-13，分别计算如下：3.3.1 筒体多余面积 （3-10）3.3.2接管的多余面积接管厚度： （3-11） （3-12）3.3.3焊缝金属截面积焊角取6.0 3.4补强面积 （3-13）因为，所以开孔需另行补强所需另行补强面积： （3-14）补强圈设计：根据DN500取补强圈外径D=840。因为BD，所以在有效补强范围。补强圈内径d=530+2=532补强圈厚度： （3-15） 圆整取名义厚度为12第4章 水压试验应力校核试验压力： （4-1）圆筒的薄膜应力： （4-2） （4-3）第5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。 总结 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是由表差得,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,在以后的学习中也要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老师表示衷心的感谢.参考文献1国家质量技术监督局.GB150-1998钢制压力容器S.北京：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S.北京：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S.20024全国化工设备设计技术