储罐的设计油储专业毕业设计（论文）

1、重庆能源职业学院毕业设计（论文）论文（设计）题目：储罐的设计班 级：2010级油储（二）班姓 名：学 号：指导教师：时间：2013年6月7日附二重庆能源职业学院毕业设计（论文）成绩表系专业班评审意见：指导教师对学生所完成的课题为的毕业设计（论文）进行的情况，完成情况的意见：评分：平时成绩（百分制）论文成绩（百分制）指导教师年 月 日答辩：毕业设计（论文）答辩组对学生所完成的课题为的毕业设计（论文）经过答辩，成绩为毕业设计（论文）答辩组负责人答辩组成员 总成绩（平时成绩20%+论文成绩3（）%+答辩成绩50%）： 签字：储罐的设计31绪论41储罐的应用及意义错误！未定义书签。2设计概述52.1设

2、计任务52.2设计思想52.3设计特点53储罐制造结构63. 1叠壁设计63.2大角焊缝设计64 材料及结构的选择74. 1材料选择74.2结构选择74.2.1封头的选择74.2.2人孔的选择84. 2. 4液面计的选择85机械计算105筒体厚度设计105.3水压试验及强度校核105.4人孔并核算开孔补强115.5核算承载能力并选择鞍座126附件的选择146. 1液而计的选择146.2压力计选择146.3接口管选择147设计结果一览表168 设计小结17致谢18参考文献19附录1：20附录2： 21储罐的设计摘要：本文首先介绍容器的基本知识，包括压力容器的分类与结构；封头的种类与选择； 容器的

3、零部件(法兰、支座、接口管、手孔、人孔等)。然后以液化石油气储罐的设计为 例，讲述了内压薄壁圆筒和标准椭圆形封头的强度设计，以及容器主要零部件的选用。关键词：容辭；零部件；强度设计mechanical design of liquid ammonia storage tankabstract: this paper first introduces the basics of container, including the classification and structure of pressure vessels; the types of sealing head and how t

4、o select it; the parts of container (flange, bearing, interface tube, hand hole, manhole, etc.). then take the design of liquid liquefied pentroeum gas(lpg) storage tank for example, tells the strength design of cylinder of internal pressure and standard-elliptical head, and the selection of the mai

5、n components of container.key words: containers; parts; strength design1绪论11储罐的应用及意义储罐是储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备，在化工、石油、能源、轻工、 环保、制约及食晶等行业得到广泛应用。我们的经济生活中总是离不开人人小小的钢制 贮罐，钢制储罐，防腐储罐在国民经济发展中所起的垂要作用是无可替代的。随着现代社 会对能源的需求h益增人，对许多金业来讲没有储罐就无法止常生产，特别是国家战略物 资储备均离不开各种容屋和类型的防腐储罐等,并且各种储存设备的需求量及要求也在 不断的提高，因此我们需要在已有的各种储

6、存设备（储罐）的基础上进行结构的创新以及 新型材料的应用上得创新。使储罐既满足储存物质的需要又符合国家的新标准。2设计概述2. 1设计任务1. 设计课题：储罐的设计2. 工艺参数最高使用温度：t=50°c公称直径：dn=5000mm筒体长度（不含封头）：lo=5ooomm使用地点：重庆龙海石化有限公司3. 设计内容1. 筒体材料的选择2. 罐的结构尺寸3. 罐的制造施工4. 零部件型号及位置5. 相关校核计算2. 2设计思想化工容器设计的基木要求是安全性与经济性，安全是核心问题，在充分保证安全的询 提下尽可能做到经济。首先根据设计任务及基本参数，查阅各种国家规定的设计标准进行容器的选

7、型、基本 结构的确赵和材料的选择，其中包括储罐类型的选择，容器用钢材料的选择，封头的选择, 人孔的选择，法兰的选择，液面计的选择，支座的选择。然后再根据设计参数进行工艺计算，设计出容器各组成部分的丄艺数据，其中包括筒 体的厚度，封头的厚度，水压实验及强度核算，人孔及开孔补强，承载能力及鞍座的设计 等等。2. 3设计特点容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。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。本设计书主更介绍了液罐的的筒体、封头 的设计计算，低压通用零部件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑 到结构方面的要

8、求，合理地进行设计。3储罐制造结构3. 1叠壁设计采用国际上通用的美国api650中的变设计点方法进行设计。从实测结果知，油罐的 最大应力不在最下一圈壁板上，而是在2. 63. 6mo对第一、二圈的纵、横焊缝进行100% 射线探伤检测，其焊接接头系数取10,控制第一圈与第二圈壁板厚度之差不超过5mni。 使罐壁的环向应力更接近实际应力，并不超过260mp"冃分布均匀，既提高使用安全性， 乂经济合理。3.2大角焊缝设计大角焊缝即罐底圈壁与底边缘板的t形内角焊缝见（图1）,是应力集中的峰值区， 它承受液压引起的拉伸应力和弯矩，以及地震或风载引起的弯矩和剪切力等。随着罐内液 位的升降，该焊

9、缝周围底板产生一定的弹性变形，并有可能引起高应力循环疲劳破坏。因 此该焊缝不能是全焊透结构，而且节点刚性不能太大，应设法从焊缝结构、焊接工艺和探 伤检测等方而采取措施，尽可能地降低大角焊缝处的峰值应力，并使其具有一定的柔韧性。罐底板炸接图14材料及结构的选择4. 1材料选择纯液化石油气腐蚀性小，储罐可选用一般钢材，但由于压力较人，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。在gb 150钢制压力容

10、器屮，对钢 板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力，16mnr的许用应力见表31。表4-1压力容器川16mnr钢板的许川应力钢号钢板标准使用状态厚丿殳mm常温强度指标在下温度(°c)下的许用压 力/mpa0bmpa。smpaw2010015016mnrgb6654热轧，正火6-16510345170170170>16-36490325163163163>36-604703051571571574.2结构选择4.2.1封头的选择化工容器上常用的封头型号有半球形封头，椭圆形封头，锥形封头，平盖型。半球形应力小，但深度人，冲压困难，制造困难，一般用于高压容器上。椭圆形应力分布比

11、较均匀，深度小，易于冲压成型。是冃前屮低压容器中应用较广泛 的封头之一。所以本设计选用椭圆形封头。锥形封头一般多用于立式容器上，故不选用。平盖型结构简单，制造容易，但材料耗费多。故不选用。总z,从受力情况，制造角度以及费用综合考虑后，本设计选用标准椭圆形封头。本设计上下封头均选用标准椭圆形封头。根据jb/t4746-2002标准，所选的封头 dn3000x23,曲面高度h=850mm,直边高度ho=6omm,材料选用16mnr。下封头与支 座焊接，直边高度取80 mm。4.2.2人孔的选择压力容器人孔是为了检查设备的内-部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要 由筒节、法兰、盖板和手柄组成

12、。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公 称直径（人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直 径）、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选择使用 上有较大的灵活性。通常可以根据操作需要，在这考虑到人孔盖直径较大较重，故选用碳钢 水平吊盖人孔，人孔筒节轴线垂直安装。表4-2水平吊盖带颈对焊法兰人孔（突面）标准尺寸（no）a hi h2do56038026442公称压力公称 dvxsd0)dbbib?mpa直径2.2600580x127507006005850564.2.3法兰型式法兰连接主要优点是密封町靠、强度足够及应用广泛。缺点

13、是不能快速拆卸、制造成 本较高。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。甲型平 焊法兰有 pn0.25 mpa 0.6 mpa 1.0 mpa 1.6 mpa,在较小范围内（dn300 mm 2000 mm） 适用温度范围为-20°c-300°c o乙型平焊法兰用于pn0.25 mpa-1.6 mpa压力等级中较大的 直径范围，适用的全部直径范围为dn300 mm -3000 mm,适用温度范围为-20°c-350°co 对焊法兰具有厚度更人的颈，进一步增人了刚性。用于更高压力的范围（pn0.6 mpa-6.4mpa）适用温度范围

14、为-20°c-45°co法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力 分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。法兰设计时，须注意以下二点：管法兰钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照hg5010 或gb 9119gb 91126中的规定。4. 2. 4液面计的选择液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃 板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两种。玻璃 板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在0250°c。但透光式适用工作 压力较反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于1.6

15、mpa,介质温度在0250°c的范围。 液面计与容器的连接型式有法一兰连接、颈部连接及恢入连接，分别用于不同型式的液面计。 液面计的选用：（1）玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。板 式液面计承压能力强，但是比较笨重、成本较高。（2）玻璃板液面计一般选易观察的透光式，只有当物料很干净时才选反射式。（3）当容器高度大于3m时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受到限制，应改用其它适用的液面计。液化石油气为较干净的物料，易透光，不会出现严重的堵塞现彖所以在此选用玻璃管液 面计。5机械计算5. 1筒体厚度设计p设计圧力。贮罐在夏季最高温度可达到冃的50&

16、#176;c,其最高工作压力根据混合液化 石油气50°c的饱和蒸汽压不同，分别把50°c时的异丁烷、内烷、内烯作为其最高工作压 力。通常把50°c时的丙烷的液体饱和蒸气压1.61 mpa作为液化石油气贮罐的最高设计压 力。取此压强的1倍，故取p= 1.8 mpa作为设计压力叫di =5000mm在操作温度-550°c的范围内，佔计些筒体的厚度在32 mm左右，为安全计s = 163 mpa(查钢制压力容器屮使用的许用应力表)l3j o焊接接头采用v坡口双而焊接，采用局部无损检测，其焊接接头系数由焊接接头系数表 查得=0.85。壁厚附加量c,在钢制压力容器

17、2中，只考虑腐裕量c?,不计钢板厚度负偏差g， 单面腐蚀取c2=l mnio筒体厚度圆整后选取厚度为34mm的16mnr钢板来制造筒体。5. 3水压试验及强度校核gb 150-1998钢制压力容器规定液压试验压力如下：c 1.256门1.25x163 心pr =p =x 1.8 = 2.25mpae163式中片试验压力，mpa；p设计压力，mpa；o、t分别为液压试验温度和设计温度下壳壁材料的许用应力，mpa。将p=1.8mpa, o =ot=163mpa代入式(4.2)得液压试验的试验压力为：门 1.25cr1.25x163 小“门pt =p =x.8= 2.25mpar 刃163选取前两者

18、屮压力较大值作为水压试验压力为p =2.25mpa水压试验时的应力tt为：pr(d + q) 2.25x(5000 + 33)a,. = = ul.ompar 2at2x(34-l)14mml6mnr钢板在常压下的许用应力：巩=0.9込.x 325 x 0.85 = 248.63mr/硏4，故筒体满足水压试验时的强度要求。根据现场测量数据记录表见附录1、附录2。5. 4人孔并核算开孔补强根据储罐是在常温下及最高工作压力为1.8 mpa的条件卜工作，人孔的标准按公称压 力为l.smpa等级选取，考虑到人孔盖直径较大较重，故选用碳钢水平吊盖人孔（jb583-79）, 公称直径450mm,凹凸法兰密

19、封面（c型），该人孔结构屮有吊钩和销轴，检修时只须松开 螺栓将盖板旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖松取下。查得如下图水平吊盖人孔（jb583-79-25;材料与零部件,486页）各零件的名称、 材料及尺寸如下：件号名称数量/ （个）材料尺寸/mm标准号1筒节1q235a4802煤栓20a4直径x长度二m27x120gb30-763螺母1q235ad=640, d 1=585gb30-764沬¥1q235a二3gb41-765垫片1q235abl=42, b2=44gb95-766盖1q235ad=207吊环1q235ad=368转臂1q235a螺纹m20外径50,内径369吊钩1q

20、235a10螺母2q235a67x3.511垫圈1q235a=1012环11013无缝钢管11q235aa14支撑板1另外，还要考虑人孔补强，确定补强圈尺寸，由于人孔的筒节不是采用无缝钢管,故不能 直接选用补强圈标准。木设计所选用的人孔筒节内径为d=450mm,壁厚久= 10mm。故补 强圈尺寸如下：查表得人孔的筒体尺寸为480x10,由标准查得补强强圈内公式d严484mm,外径d2 =760 mm。不计焊缝系数的筒体计算壁厚&=27.8mmpdi _ l8x50002o-r-p_ 2x163-1.8开孔补强的有关计算参数如下：考虑腐蚀后的开孔内径d = dj +2“2 =460+2x

21、1=462 补强区的宽度b = 2d=2x462=924mm接管的计算壁厚附加量c = q +=0.155 +=0.15x10 + 1 = 2.5mm补强区的外侧高度虬= v462xl0 = 67.97/nm补强区的内侧高度h2=0 mm二者中取较小值h2=0mm o在有效补强范围内，可作为补强的截面积按下式计算a（）= a + a?）式中&）补强面积，加加2 ；a 开孔被削弱的金展面面积,加亦；4壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积,mm2; 每接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积,加； a3 焊缝金属截而积，加加$ opd1.8x4622x114= 3.65由教材公式计算因开孔

22、被削弱的金属面面积a,a=dx 5 =462x27.8= 12844伽 $由教材公式计算筒体超过承压所需的多余金属截面积a, 岀=（s d xg 焉）=（924 x 462x34 -1-10.4） = 1201mm2 a2 = 2h、（5 c 5（） = 2 x 67.97 x（34 - 2.5 - 3.65）= 3786mm2 若不计焊缝补强的金属截面面积£，则补强金属截面面积4（）a（）= a （4| +人2 +人3）=12844 （3786 + 1201 + 0） = 7587加加 $由教材公式求得补强圈的厚度§sx = 4 /（£>2 -dt ） =

23、 7587/（760 一 484）= 28.5mm2由于考虑到筒体的厚度为34mm,故选取补强圈为29mm厚的16mnr补强圈，其标记为: 补强圈 dg450x29 jb 1207-7305.5核算承载能力并选择鞍座首先粗略计算鞍座负荷储罐总质量w =+ % + “3式屮w罐体的质量，kg%水压试验时水的质量，kgw 3附件的质量，kg罐体质量:筒体公称直径da,=5000 mm,那么每米长的容积为19.625 m3 ,由材料与零部件查得封头容积v2=1.393/m，则v =+v筒=2v2 +vj =2x1.39 + 19.625x1解得 l=4.98m取l=5m为宜。罐体的自重（化工设备设计

24、手册第一册，化学工业出版社，328页）可查得，公称 直径为5000壁厚为34mm的筒体每米长的重量为3940g,封头的自重为3399kg，罐体自 重叱为：二 2x3399 + 5x3490 = 10370kg水压试验时罐内的水重为w?:w2 = 100455 kg其它附件质量w 3 :人孔质量约为210kg,其他附件重量约为200 kg,共410kgow3=410kg于是，设备总质量为w = w + 巴 + % = 100455 + 10738 + 410 = 111603 kg其总重力q为1116kn,查材料与零部件得，公称直径为5000 mm,高度h =400 mm的a型鞍座，其单个承载能

25、力为1178 kn >1116kn.故其承载能力足够。标记为:dn5000-a i m -400 jb 1167-81 dn1600-aiim -200 jb 1167-81 <>6附件的选择6. 1液面计的选择储罐常用玻璃液面计，由储罐公称直径5000选择长度为1800mm液面计两支，体材料 （针形阀）为碳钢，体温型，液而计接管为无缝钢管，液而计相配的接口管尺寸为: 6 35x4mm,平焊管法兰hg 5010-58 pgl6dg20液而计标记为：玻璃管液而计aid l = 1800 hg 5-227-806. 2压力计选择（1）:£程装在锅炉、压力容器上的压力表，

26、其最大量程（表盘上刻度极限值）应与设 备的丄作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力的1. 53倍，最好取2倍。若 选用的压力表量程过大，由于同样精度的压力表，量程越大，允许误差的绝对值和肉眼观 察的偏差就越大，则会影响压力读数的准确性；反之，若选用的压力表量程过小，设备的 工作压力等于或接近压力表的刻度极限，则会使压力表屮的弹性元件长期处丁最大的变形 状态，易产生永久变形，引起压力表的误差增大和使用寿命降低。另外，压力表的量程过 小，万一超压运行，指针越过最大量程接近零位，而使操作人员产生错觉，造成更大的事 故。因此，压力表的使用压力范围，应不超过刻度极限的6070%。（2）测量和度压力

27、表的和度是以允许误差占表盘刻度极限值的百分数来表示的。精度 等级一般都标在表盘上，选用压力表时，应根据设备的压力等级和实际丁作需耍来确沱精 度。额定蒸汽压力小于2.45mpa的锅炉和低压容器所用的压力表，其精度不应低于2. 5 级;额定蒸汽压力大t 2.45mpa的锅炉和屮、高压容器的压力表，精度不应低于1.5级。（3）表盘直径为了使操作人员能准确地看清压力值，压力表的表盘直径不应过小。在 一般情况下，锅炉和压力容器所用压力表的表盘直径不应小于100mm,如果压力表装得 较高或离岗位较远，表盘直径还应壇大又考虑到液化石油气有一定腐蚀性，所以综合考虑选用隔膜压力表，技术指标为：精度等级：（1.6

28、） 公称直径：50接头螺纹:1.5 g1 测量范围：0-2.4mpa 76.3接口管选择1进料管采用无缝钢管100x6mm （管壁加厚，具有补强作用）.管的一端伸入罐切成45。,管长 400 mmo配用凸面式平焊管法一兰pgl6dg65 gb9119&8。2出料管采用可拆的压出管100x6mm,伸入到罐内离罐底约100 mm,外套无缝钢管115x7mm（管壁加厚，具有补强作用），都配用凸面板式平焊管法兰（gb9119.8-88）,凸 面管法兰盖（gb9119.8-88）和石棉橡胶垫片（gb9126.2-88 ）o3排污管在罐的右端最底部设个排污管，规格是80x5mm,管端焊有与截止阀j

29、141-16相配 的管法兰hg20592法兰pl50-1.6 rf q235ao排污管与罐体连接处焊有一厚度为12mm 的补强圈。4放笔管接口管采用80x5mm无缝钢管,管法兰pgl6dg50 hg 5010-58。5安全阀接口管安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定.本贮罐选用80x5mm的无缝钢管，管法 兰 pgl6dg50 hg 5010-58o6压力表接口管压力表接口管由最大工作压力决定,，因此选用采用80x5mm无缝钢管,管法兰 采用hg 5010-58 pgl6dg50。各接管外伸高度都是300mm。7设计结果一览表序号名称指标材料1设计压力1.8mpa2作温度w50°c3物

30、料名称液化石油气4容积100m35筒体dn5000mmx34mm, l=5000mm16mnr6封头dn5000mmx34mm, h=80mm16mnr7鞍座jb/t4712-92 鞍座 a5000-fjb/t4712-92 鞍座 a5000-sq235a.f8人孔hg21524-95 人孔 rf v (ag) 450-2.5组合件9补强圈dg450x2916mnr10液而计液而计 hg 5-227-80组合件11液面计接管(p35mm x 5mm, l=700mm10 (gb /t8163)12进料管(p80mmx5mm, l=500mm10 (gb /t8i63)13出料管(p80mm x

31、 5mm, l=300mm10 (gb /t8163)14压料接管(p25mm x 3mm, l=3000mm10 (gb /t8163)15排污管(p80mm x 5mm, l=300mm10 (gb /t8163)16放空管(p80mmx5mm, l=300mm10 (gb/t8163)17女全阀接筲(p80mm x5mm, l=300mm10 (gb/t8163)18法乂(p640mm x 14mmq235a8设计小结经过储罐的设计，其各部分结构如下：根据gb/t9019-2001标准，筒体dn3000x23,长度为8000mm,材料选16mnro上下封头均选用标准椭圆形封头。根据jb/

32、t47462002标准，封头dn3000x23, 曲面高度hi=850mm,直边高度h0=60mm,材料选用16mnr。下封头与支座焊接，直边 高度取80 0根据jb/t 471292标准，选用a3000f的卧式鞍座,材料为q235a.f。(4) 选用(p57x3.5 1=400,材料为 10 (gb /t8163)的进料接管;(p57x3.5 1=300, 材料为10 (gb /t8163)的排污接管；(p80x5 1=300,材料为10 (gb /t8163)的放空 管接管；(p80x5 1=300,材料为10 (gb /t8163)的安全阀接管。根据hg/t 2155093标准，选用ai

33、 2.5126050的防霜液面计。根据hg 2152495标准，选用pn2.5 dn450的人孔。根据jb/t47362002标准，选用(p760 /申484 5=34的补强圈，材料为16mnro毕业论文暂告收尾，这也意味着我在能源学院的三年的学习牛活既将结朿。回首既往，口己一牛 最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸 z极。在这三年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了口身努力外，与各位老师、同学 和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。感谢油气储运专业各个老师与各位同学，与他们的交流使我受益颇多。最后耍感谢我的家人以及 我的刖友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是 因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。时间的仓促及口身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的 老师、同学，多予指正，不胜感激！参考文献1匡国柱 史启才化工设备设计手册2005上海化工设计院.钢制压力容器gb150-89198