液化石油气储罐设计说明书.doc

液化石油气储罐设计说明书院系：化学与化工学院专业：过程装备与控制工程学号：0806250231姓名：张溢荣目录1 绪论.31.1设计任务.31.2设计思想.3设计特点32.方案确定.32.1选择容器型式.42.2选择材料.43.工艺设计.43.1确定容器的公称直径、筒体长度43.2确定个工艺接管的公称通径及位置.44.强度设计.64.1确定设计参数.6确定筒体和 封头壁厚.64.3水压试验及强度校核.65.结构设计.65.1选择人孔.75.2开孔补强计算105.3支座选型及校核116.谢辞.147参考文献.15.1. 绪论1.1设计任务综合所学的知识，针对化工厂常见的液化石油气储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图和零件图，并编写设计说明书1.2. 设计思想综合所学过程装备知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都参考了行业使用标准或国家标准，这样设计有章可循，并考虑结构方面的要求，合理进行设计。1.3. 设计特点容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准。设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液化石油气储罐的筒体、封头、法兰、支座的设计计算，低压通用零部件的选用。且各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准。2. 方案的确定筒体按其形状可分为，方形容器、矩型容器、球形容器、圆筒型容器（立式、卧式）。由于本次设计中设计体积相对较大，且工作压力为1.8MPa。方形矩型容器大多在很小设计体积时才采用，但因其承受压力较小且使用材料较多；球型容器虽然承受能力很强且节省材料，但是制造工艺较难且安装不方便；立式圆筒型容器承受自然原因引起的盈利破坏能力较弱且运输不方便。所以本次设计选用卧式圆筒型容器作为储罐2容器的选型由于卧式的储罐比立式的储罐运输方便，所以在此设计中，采用卧式的筒体。2.2 选择材料液化石油气腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20R、16MnR.这两种钢种。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板， 16MnR钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。附件用钢：优质低碳钢的强度较低、塑性好、焊接性能好，因此在化工设备制造中常用作热交换器列管、设备接管、法兰的垫片包皮。优质中碳钢的强度较高、韧性较好，但是焊接性能较差，不宜作接管用钢，由于接管要求焊接性能较好且塑性好，故选择10号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。由于法兰必须具有足够大的强度和刚度，以满足连接的条件，使之能够密封良好，故选用Q235A的普通碳素钢。3. 工艺设计3.1确定容器的公称直径、筒体长度已知：设计的液化石油气储罐的公称体积为V理论=80 V实际=/4Di2L+2V封 装量系数=0.9=V理论/V实际设：容器的公称直径为Di筒体的长度为L当80=/4Di2L则推出 L估=80x10 9/0.785xDi2根据GB/9019-2001查表 可知：容器的公称直径为DN3500mm长度L=9600mm32确定各工艺接管的公称通径及位置1.接口管的选择 本储罐设有如下接口管a) 液化石油气进料管采用无缝钢管 57x3.5mm（管壁加厚，具有补强作用）。管的一端切成45目的是避免物料沿着设备内壁流动以减少磨蚀，进口管外伸120mm，內伸200mm,管总长320mm.配用FM带劲对焊法兰HG20617 材料10钢管法兰标记HG 20617法兰WN50-2.0 X 16Mn查表得其重量为：每米3.11Kg位置：距液化石油气最左端600mm的上表面b) 液化石油气出料管在化工生产中，需要将液体介质送到与容器平行的或较高的设备中去，并且获得纯净无杂质的物料。采用可拆的吸料管排料方式，故选用与进料管相同的材料57x3.5,10号无缝钢管。外伸150mm,内伸270mm.配用具有凹面密封的平焊法兰，接管材料为10钢管。法兰标记 HG20617法兰 WN50-2.O X 16Mn位置：在距液化石油气储罐最右下端地面高400mm出c) 安全阀是 通过自动开启排除气体来降低容器内过高的压力。为了操作安全，因此要安装一个安全阀。采用无缝钢管57x3.5mm（管壁加厚，具有补强作用）。管的一端伸入罐切成45为的是避免物料沿着设备内壁流动减少磨蚀，进料管外伸120mm,内伸200mm管总长320mm.配用FM带劲对焊(WN)法兰HG20617材料为10钢管法兰标记HG 20617法兰 WN50-2.0 X 16Mn查得其重量为：每米3.11Kg位置：距液化石油气储罐最右端700mm的上表面4. 强度设计4.1确定设计参数 1）设计温度t:储罐在夏季的最高温度可达到48 2）设计压力p：考虑到安全阀开启的动作滞后，容器不能及时泄压，设计压力不应低于安全阀的开启压力，通常可取容器工作压力的1.051.10倍，故取P=1.9Mp作为设计压力。 3）设计温度下的许用应力a=170Mpa 4)腐蚀裕量C2=1.5mm 5)负偏差量C1=0.8mm 6）焊接接头系数=1.004.2确定筒体和封头壁厚 1）筒体的壁厚取为22mm(计算厚度t=19.669mm)经校核公式a=p(D I + t e )/4te =a 解得121.6170Mp 2)封头厚度根据JB/T4746 中标准椭圆型封头取公称直径DN3500mm 总深度H=915mm 容积V=5.9972m 直边高度40mm根据公式t=PcDi/2afai-0.5Pc解得t=23.76mm 圆整得24mm4.3水压试验及强度校核 Pt=1.25pa/at=1.25x1.9x1=2.375Mp 液压试验强度校核的应力a=Pt (D I + t e )/2te=223.45Mpa又因a=0.9xfaias且as=345Mpa则as=o.9x1.00x345=310.5Mpa又因为a6.4mm垫片有效密封宽度 b=2.53（b0）1/2=7.1584mm2)螺栓载荷计算 查垫片性能参数表的耐油石棉橡胶板垫板(t=3mm)de y=11.0MPa , m=2(i) 操作条件下的螺栓载荷：W p =/4DGp+2D G m b p c =/4(339.690)x1.9+2x339.69x2x7.1584x1.9=230248.4N式中 DG=Dgo-2b=3542x7.1584=339.69mm(ii) 操作前螺栓的预紧载荷：W a = D G b y =x339.69x7.1584x11.0=84031N(iii) 螺栓强度校核： M36螺栓的根径do=31.67mm,Ab=/4d0x n=/4 x 31.67x20=15755mm，但A p =W p/a b t=230248.4/78=2951.9mm，Aa = W a /ab=84031/375=224.08mm，故A b A p Aa ,螺栓强度足够。3)总力矩计算 预紧时Ma=Wl3其中 W=0.5( A b+ A p )ab=0.5x(15755+2951.9)x375=3507543N操作时 Mp=P1L1+P2L2+P3L3因 P1=/4Di Pc=/4 (57)x 1.9=19393N P2=/4(DG-Di)pc=/4(339.69-57)1.9=167342N P3=W p-(p1+p2)=230248.4-(19393+167342)=43513.4N 和 R=(Db-Di)/2-g1=(60.5-57)/2-0.35=1.4mm L1=R+0.5g1=1.4+0.5x0.35=1.575mm L2=(R+g1+l3)/2=(1.4+0.35+1.34)/2=1.545mm L3=(Db-Dg)/2=(6.05-3.37)/2=1.34mm 所以 Ma=3507543x1.34=4700107.6N.mm Mp=19393x1.575+167342x1.545+43513.4x1.34=347395.3N.mm 取M=Mp或Maxaft/af=4700107.6x150/150=4700107.6N.mm 中较大者，故M=4700107.6N.mm4）应力计算和校核 因g1/g0=2.7,h/(Dig0)1/2=0.0.27,由f图查得f=4.6;由F图查得F=0.87;由V图查得V=0.23;由K=D/Di=1.58查T、Z、Y、U图得T=1.7 ;Z=2.8 ;Y= 5.0; U=5.4 并分别计算：e=F/h0=F/(Dig0)1/2=0.32mm-1 ;d1=U/Vh0g0=1.08mmx=(te+1)/T + t/d1=0.34按式： A z=FM/xg1Di=4.6 X 4700107.6/0.34 x0.35x57=9.1MPa A r=(1.33te+1)M/ x tDi=(1.33x0.98x0.32+1)x4700107.6/0.34x0.98x57=3.6MPa At=YM/tDi Z x a r = 5.0x4700107.6/0.98x57 2.8x3.6=0.43MPa 强度校核：因aft=150MPa,故 A z1.5aft) A r aft A r aft (a r+ a z)/ 2 = (9.1+3.6)/2=4.85MPaaft (a z + a t)/ 2 = (9.1+0.43)/2=4.765MPaA1+A2+A3 则开了人孔后需要加补强圈根据JB/T4736-2002查表可知补强圈的 补强圈的厚度=10544.166/(840-504)=31.38（mm）圆整后取得t=32mm5.3支座的选型及校核5.3.1选型容器支座有鞍座,圈座和支腿三种,用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。圈座一般对于大直径薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座简称支腿，因这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备（DN1600，L5m）。综上考虑在此选择两个鞍式支座作为储罐的支座。根据JB/T4712 选的型号为 轻型（A型）DN(2100-4000) 包角 带垫板鞍式座结构与尺寸 承受的压力为848KN 腹板厚度b0=12mm 高度h=250mm 鞍座截面到封头切线的距离A=875mm 鞍座材料Q235-A.F a48=170Mpa asa48=5.3.2校核首先粗略计算鞍座负荷储罐总质量M= M1+ M2+ M3式中M1罐体质量，kgM2封头质量，kgM3水的质量与其他接管的质量和，kgA 罐体质量M1DN=3500 mm，tn=22mm的筒节，查表得筒体每米质量为 1000kg/m,筒体每米长的容积=22 封头的容积V2=5.997m M2= 300 KgV=2V2+V1=80解得L=0.8m。DN=3500 mm，=24 mm，直边高度h=40 mm标准封头，其质量查椭圆封头质量表得=100kg所以故罐的自重为M1M1=2400+3.51000=4300 kgB 由于整个罐的容积为80,故其水压试验时罐内的水重M2=801000=80000C. 其它附件质量M3人孔质量约为150 kg,其他接管质量和按200 kg计。于是，设备总质量为M= M1+ M2+ M3 =86000则加在每个鞍座上的力为1/2M=430 KN 都小于鞍座的最大承载能力848KN校核筒体各部分的应力：1） 弯矩计算弯矩按式a.筒体在支座跨中截面处得弯矩为：M1=F(C1L-A)支座截面处得弯矩为：M2=FA/C2(1-A/L+C3Ri/A-C2) 式中系数C1、C2、和C3按L/R=9600/1750=5.49和H/R=915/1750=0.52有图系数C1、图系数C2、图系数C3查得：C1=0.236 C2= 1.8 C3=0.07则M1=68000N.mm M2= 63000N.mm 2)跨中截面处得轴向应力因M1 M2 ,A=1/2Ri，故仅需要校核跨中截面的轴向应力，且因正压操作。危险工况一是在非操作状态下，即容器充满物料而无压力时，在筒体最高点有压应力：a1=-M1/Rite=80MPa二是操作状态下，筒体最低处有最大拉应力：a2=pRi/2te+M1/Rite=76MPa 因轴向许用临界应力由A=0.094/Ri/te=0.094/1750/22-2.3=0.001058查图系数A-B得临界许用应力acr=142Mp,故a1 at a1 acr a2 at 验算合格2） 筒体和封头中的切向应力因A=1/2Ri,包角120，K3=0.88,K4=0.401 ,由T max =K3F/Rite= 130MPa T h max =K4F/Rithe= 48.4MPa (the为封头厚度)封头内压引起的应力ah=KpDi/2the=1x1.9x3500/2x(24-2.3)=153.2MPa因此T max0.8at=0.8x170=163MPa a c r =142MPaT h max 1.25at-ah=1.25x170-153.2=59.3MPa4)筒体的轴向应力鞍座截面筒体的最低处的轴向应力按式a5=-K5F/te(b+1.56（Rite）1/2)计算，其中K5=0.7603则，a5=180MPa 鞍座边角处得筒体的周向应力按式a6=-F/4te(b+1.56(Rite)1/2)-2K6F/2te= 178MPa 因此，|a5|at |a6|1.25at=1.25x170=212.5MPa验算合格5）鞍座腹板应力鞍座腹板厚度b0=12mm.垫板离地高度为250mm.小于Ri/3,故取实际高度为Hs=250-12=238mm代替Ri/3.因包角为120，K=0.024，故：A=KF/Hsb0=51MPa因此a2/3asat=2/3 x 122 =81MPa 验算合格6. 谢词经过多半个学期的理论学习和近两个星期的课程设计，我们对化工容器设计这门课的学习已经接近了尾声。在这期间我学到了很多的东西，有学术方面的，也有做人方面的。在此，我要特别感谢任课教师-范老师，对我们的教导，和所有帮助