液化石油气储罐设计说明书_

1、2100 m3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 m3或3单罐容积小于150 m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ioo m3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

2、。 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 m3或单罐容积大于 200 m3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33在总贮量小于 500 m ,单罐容积小于100 m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

3、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：85 m液化石油气储罐的设计2、 设计数据：女口下表1：表1：设计数据序号项目数值单位备注1名称385 m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1.77MPa4工作温度50°C5公称直径3000mm6容积85

4、3 m7单位容积充装量0.42丄3t/m8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P 1.1 0.79 0.869MPa4、设计温度：工作温度为50°C，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 170MPa16MnR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

5、选用材料为 Q235-B，其许用应力147MPasa5.3 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k 147MPa第二章设备的结构设计1、圆筒厚度的设计计算压力巳：液柱静压力：Pi= gh 560 9.81 3.2 1.76 104PaPi/P 1.76 104/0.869 1062% 5%,故液柱静压力可以忽略，即FC 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616mm范围内，查 GB150-1998中表4-1，可得：在设计温度 70° C下，屈服极限强度s 345MPa，许用应力170MPa计

6、算厚度：PDt°.869MPa 34008.7mm2-Pc 2 1.0 170 0.869利用中径公式,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0.25m m,且不超过名义厚度的6%时，负偏GB150-1998中3.5.5.1知，当钢材的厚度负偏差不大于差可以忽略不计，故取C10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1 mm。本例取C2 =1则筒体的设计厚度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en C1 C2

7、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=D i =3400mm选用标准椭圆形封头，型号代号为EHA，则 匸2hi计算：2，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1PcAt2-0.5PC0.869MPa34002 1.00 170 0.5 0.8698.7mm同上，取 C2 1mm，C10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10mm，有效厚度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

8、（封头结构如下图1)Di2 H hD34002，得 h H -89040mm44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:公称直径DN /mm总深度H /mm2内表面积A/ m3容积V封/ m340089012.95815.5080表2 : EHA椭圆形封头内表面积、容积3.2筒体的长度计算V -Di2 L2V封，而充装系数为0.94则：V-Di2L2V封0.94即100-3.42L2 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

9、座的负荷:储罐总质量m g 2m m3 m4imi筒体质量：gDL X3.14 3.2 10 103 7.85 1039218.726 kgm2 单个圭寸头的质量：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， m21592.3<gm3充液质量：液化石油气 < 水，故m3水?V 1000V10003.42 10 2 5.508543110.8366 10 kgm4 附件质量：人孔质量为302kg，其他接管质量总和估为400kg，即mu 702kg综上所述，m2m2 m3 g 123.94 1 03kgG=mg=1215.87kN,每个鞍座

10、承受的重量为607.94NBI,包角为120。，有垫板的鞍座。查由此查 JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为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212垫板b4730允许载荷Q/kN835筋板13390412鞍座咼度h250b2335e140底板I12480b3430螺栓间距l22200b1380310螺孔/孔长D/l28/60116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

11、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。D*D*由标准椭圆圭寸头2,有h=H-40mm2(H h)4故 A 0.2(L2h)0.2(11000 2 40)2216mm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

12、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 (R*1700 21705mmA 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，岀液口，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

13、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。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NSH1Ra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8089B2001601

14、88M16201053.2106504f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

15、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L32 :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

16、件用平垫圈mm公称直径螺纹螺柱长d1d2ha80M169017303b80M169017303c80M169017303d80M169017303e80M169017303f500M2412525444g1-232M168517303h20M127513242.5m20M127513242.5n80M169017303s50M1685173036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MFMD730bi43d°30公称压力PNMPa10D1660b248螺柱数量20公

17、称直径DN500H1280A405螺母数量40dw s530 12H2123B200螺柱尺寸M33 2 170d506b44L300总质量kg302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 1.25P1.25 0.869 1.086MPapT(De) 1 086 (3400 9)圆筒的薄膜应力T一少 丄)205.96MPa2 e290.9 s 0.9 1.00 345 310.5MPa T,合格。JLLUlluL1 ：JLlA1 A3.2 .筒体轴向弯矩计算1 工作时支座反力F G 607.94kN,2hH-h 850mm圆筒中间处截面上的弯矩MiF L 1 2 R2 h2

18、 / L2 4A 4. 4hL1 3L-1038kN?m607.94 11.08 1 21.7050.85 /11.0824 0.854 14 0.8511.083 11.08鞍座处横截面弯矩:M2FA 1A R h2L 2AL4h3l607.94 0.8512 20.851.7050.8511.08 2 0.85 11.084 0.853 11.0829.54kN?m3.3 .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:PcRaM10 1.6070.012 10380003141.7052 0.00912.635MPa最低点处:PcRm2 eM10

19、.8691.7052 0.0093.1411038000295.043 MPa1.7052 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 ，冷=1.0鞍座横截面最高处点轴向应力:PcRmM23 牙K1 Rm0.869 1.7052 0.009295482.768MPa1 3.14 1.7052 0.09鞍座横截面最低点处轴向应力:PcRmM 2K2 Rm e0.36 MPa(3) 筒体轴向应力校核因轴向许用临界应力由A 0.094 eRa0.094 917000.000805根据圆筒

20、材料查图4-8可得-2 1050.00080598.9 MPa3tmincrt,B=98.9MPacrmi 门（0.%月0） 98.9MPat2?170MPa合格! , I 4 <: 130MPa,合格T1， T4 < cr 130MPa，合格3.4 .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得心=0.88 , &=0.401，其最大剪应力23位于靠近鞍座边角处KsF 0.88 607.94 1034.86MPaRm e1705 9因圆筒=0.8 t = 0.8 170=136 MPa故有 < =136 MPa

21、 ，故切向剪应力校核合格3.5.封头中附加拉伸应力h<K4 Rm e=0.401 607.94103 =15.89MPa1.705 0.009由内压力引起的拉伸应力(K=1.0)KPDih< 2=e1 °.869 3.4 =164.3MPa2 0.009t1.25 h 1.25 170 139.04=73.46 MPa > 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 K50.76,K60.0132。(1).鞍座在横截面最低点处周向应力RK5F0.10.766079

22、405eb20.3350.009(2).鞍座角边处的周向应力因为R1108017056.58,则15.325 MPaF12K6FRm60794012 0.0136079401.705203.17 MPa64eb2L 2e4 0.0090.33511.080.0092(3).应力校核t15.325170 MPat6203.171.251.25 170212.5 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 KgF 0.204 607.94kN 124kN计算高度 Hs min(Rm,H)31min( 1705,250) 250m

23、m，鞍座腹板厚度 b°312mm鞍座有效断面平均应力:FsHsb。1240000.25 0.01241.33MPa2. 鞍座有效断面应力校核s 鞍座材料Q235-B的许用应力s=235MPa29 41.33 s 156.67MPa,合格。33. 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 121967mm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Fe0.08 1215.87kN84984.56N筋板面积:A1b2335 10 3350mm2则：Asa腹板面积:A2(1120)2 (2480 20) 12

24、 29520mm'x|1/21015 l33 2480/2 10 15Z1x3/2815 10/ 2 820mmZ2Z1 1|3 820 390 1210mm10 390 815mm6A1 A26 3350 2952049620 mm2形心:yc6Ai(b>2)/2Asa6 3350 (335 12)/270.218mm49620ycb2 2335 12yc70.218103.219mmIy23b2125 103 23A(z；z；)32(11 20)12123350(8202231210 )(248020)1032.92 10 mmIz 621210 3353 6335012腹板

25、与筋板组合截面断面系数：(1120)；12815 103.219(2480 20) 1221229520 70.2181.88 109mm3max直 10 380/2 10180mm,2max-102480 / 2 101230mm2Z ryIyZ max2.92 10101230732.374 10 mmrzmaxIz 1.88 1091806 210.4 10 mm62乙 min(ZrzZ)10.4 10 mm取鞍座底板与基础间（水泥）静摩擦系数0.4因为1 f,故FEvfmg,则F'FEhFeHvsaAsa 2ZrAsa(1 2 A)607.94 1 03 86.984 1 03

26、 25086.984 1 03 1 967613.663 MPa496202 10.4 1049620 (11080 2 850)sa 1.2 s 1.2 235282MPa,合格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l2 2100mmAbtD24倾覆力矩：1 2 23.14 24489.6mm4ME-0=FEHV =86984.56 1.967=171098.63N ?m每个地脚螺栓的横截面积:地脚螺栓应力:bt171098.6360-0Mev2 2.48 489.6 1070.46MPa地脚螺栓选GB/T700规定的Q235, t 147MPabt 1.25

27、： h 183.75MPa,合格地脚螺栓切应力：Fe86984.56bt' an Abt44.42MPa4 0.0004896bt 0.&t 117.6MPa,合格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d di 2C2500 22 504mmd D-3400 1700mm2 2故可

28、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t108MPa根据 GB150-1998 中式 8-1，A=d2 et(1fr)其中：壳体开孔处的计算厚度8.7mm接管的有效厚度et ntC1C2 12 111mm强度削弱系数fr Llr r1081700.635所以开孔所需补强面积为A=d2 et(12fr)504 10+2 9 10 0.3655085.7mm4.2有效补强范围4.2.1有效宽度B的确定按GB150中式8-7,得:B22d 2504 1008mm2 nt 504 210 2 12548mmmax(B-i, B2) 1008mm4.2.2有效高度的确定 (1)

29、外侧有效高度 g的确定 根据GB150中式8-8，得:h1'. 504 12 77.8mmhi''接管实际外伸高度Hi 280mmhmin (h/h”)77.8mm(2)内侧有效高度 h2的确定根据 GB150-1998中式8-9，得：h2'、d nt 、504 1277.8mmh2'' 0h2 min (h2',h2”)04.3有效补强面积根据GB150中式8-10 式8-13，分别计算如下：氏氏耳A4.3.1筒体多余面积 Ai(B d)( e ) 2 et( e )(1 fr)(1008 504)(10 8.7) 2 10 (10 8

30、.7)(1 0.635) 645.71mm23.2接管的多余面积接管厚度：PcDi0.869 500tt1.28mm2 0.5Pc 2 170 1 0.5 0.869A 2( et t)fr 2h2( et C?"2 77.8 (10 1.28) 0.635 0 861.6mm23.3焊缝金属截面积焊角取6.0mmA 1 62 2 36mm224.4.补强面积A A1 A2 A3645.71861.6 361543.31mm22因为Ae A 5085.7mm，所以开孔需另行补强2所需另行补强面积：A4A Ae 5085.7 1543.31 3542.39mm补强圈设计：根据 DN500取补强圈外径 D =840mm 。因为B>D，所以在有效补强范围。补强圈 内径 d' =530+2=532mm补强圈厚度：11.5mm' A 3542.39D' d' 840 532圆整取名义厚度为 12mm第五章：液化石油气储罐的焊接容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝、融合线和热影响区的 总称，焊缝是焊接接头的主要部分。焊接接头的形式和坡口形式的设计直接影响到 焊接的质量与容器的安全。1/2,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 焊接变形及产生内应力也小。