m液化石油气储罐计算书

1、第2章 储罐的设计校核 储罐是属于压力容器的一种，对于压力容器的设计与制造有着严格的标准，目前通用的压力容器的设计与制造的标准为GB150-2011，GB150-2011也是本次储罐设计的主要参考标准。2.1 设计储罐的结构形式与尺寸 按GB150-2011的要求，根据给定条件和任务书设计储罐的结构形式与尺寸。2.1.1 储罐的筒体及封头的选材及结构根据储罐内所贮存的介质及标准进行选材。筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广。封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力

2、来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。2.1.2 设计计算2.1.2.1 筒体壁厚计算 根据选用的材料的许用应力及标准中的公式确定筒体壁厚。 例如： 圆筒的计算压力为2.16 Mpa,容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，取焊接接头系数为1.00,全

3、部无损探伤。取许用应力为163 Mpa。壁厚： （2.1）钢板厚度负偏差,查材料腐蚀手册得50下液氨对钢板的腐蚀速率小于0.05/年，所以双面腐蚀取腐蚀裕量。所以设计厚度为：圆整后取名义厚度24。2.1.2.2封头壁厚计算 标准椭圆形封头长短轴之比为2 封头计算公式 ： （2.2）可见封头厚度近似等于筒体厚度，则取同样厚度。可根据厚度查标准得知封头的直边高度。2.1.3 附件的选择2.1.3.1 人孔的选择为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷，需要在容器的筒体上开设人孔，开设人孔的大小，及人孔的结构可根据标准选定。 2.1.3.2开孔补强计算 压力容器的筒体上开孔削弱了筒

4、体本身的强度，为了保证压力容器的安全使用，需要进行补偿。压力容器开孔补强常用的形式可分为补强圈补强、厚壁管补强、整体锻件补强三种。补强圈补强是使用最为广泛的结构形式，它具有结构简单、制造方便、原材料易解决、安全、可靠等优点。在一般用途、条件不苛刻的条件下，可采用补强圈补强形式。但必须满足规定的条件。压力容器开孔补强的计算方法有多种，为了计算方便，采用等面积补强法，即壳体截面因开孔被削弱的承载面积，必须由补强材料予以等面积的补偿。当补强材料与被削弱壳体的材料相同时，则补强面积等于削弱的面积。具体的补强计算方法及补强圈的选择参考标准GB150-2011.不需另行补强的条件：当壳体上的开孔满足下述全

5、部要求时，可不另行补强。 设计压力小于或等于2.5Mpa。 两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。 接管公称外径小于或等于89。 接管最小壁厚满足以下要求。表2.1 接管最小壁厚要求接管公称直径/mm57657689最小壁厚/mm5.06.02.1.3.3 进出料接管的选择容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进出料口接管材料选择无缝钢管，采用无缝钢管标准GB8163-87。进出料接管满足不另行补强的要求所以不再另行补强。接管口法兰根据接管的公称直径查表选择。2.1.3.4液面计的选择液面计的种类很多，常用的有玻璃板液面计。它们都是外购的标准件，只需要选用。玻璃板液面计有三种：透光式玻

6、璃板液面计、反射式玻璃板液面计、视镜式玻璃板液面计。液面计的个数根据储罐筒体的直径选取。2.1.3.5安全阀的选择安全阀是压力容器上必不可少的附件，由工作压力决定安全阀的公称压力，由工作温度决定安全阀的使用温度范围，可根据上述两个条件选择标准的安全阀。2.1.3.6 排污管的选择排污管按照标准选择相应的无缝钢管，以及对应的法兰及排污阀。2.1.3.7 鞍座的选择及校核 1）鞍座结构和材料的选取卧式容器的支座有三种形式：鞍座、圈座、和支腿，常见的卧式容器和大型卧式储罐、换热器等多采用鞍座，它是应用得最为广泛的一种卧式容器支座。置于支座上的卧式容器，其情况和梁相似，有材料力学分析可知，梁弯曲产生的

7、应力与支点的数目和位置有关。当尺寸和载荷一定时多支点在梁内产生的应力较小，因此支座数目似乎应该多些好。但对于大型卧式容器而言，当采用多支座时，如果各支座的水平高度有差异或地基沉陷不均匀，或壳体不直不圆等微小差异以及容器不同部位受力挠曲的相对变形不同，是支座反力难以为个支点平均分摊，导致课题应力增大，因而体现不出多制作的优点，故一般情况采用双支座。 采用双支座时选取的原则如下： 双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外伸梁，由材料力学知，当外伸长度A=0.207L时，跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝对值相等，所以一般近似取,其中L取两封头切线间距离，A为鞍座中心线至封头切线间距离。 当鞍

8、座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强刚性的作用。为了充分利用这一加强效应，在满足下应尽量使.此外，卧式容器由于温度或载荷变化时都会产生轴向的伸缩，因此容器两端的支座不能都固定在基础上，必须有一端能在基础上滑动，以避免产生过大的附加应力。通常的做法是将一个支座上的地脚螺栓孔做成长圆形，并且螺母不上紧，使其成为活动支座，而另一支座仍为固定支座。 2）容器载荷计算筒体的质量：封头的质量:水压试验时水的质量： 附件的质量：人孔重+人孔补强重+进出料管+两个液面计+安全阀+排污阀+与阀门相接的接管重量.所以总质量为m =+3) 鞍座选取标准鞍座的选取参照标准JB/T4712-2007，标准中的鞍座分为

9、重型和轻型两种形式，重型鞍座可满足卧式换热器、介质比重较大或L/D较大的卧式容器；轻型鞍座则满足一般卧式容器的使用要求。但容器直径小于一米的鞍座未设轻型结构，这是因为容器直径小其重量不会相差太大，且由于构造上的要求轻型鞍座的尺寸及用材量与重型鞍座相比相差无几。钢制卧式容器计算单位计 算 条 件 简 图设计压力 p1.77MPa设计温度 t50筒体材料名称Q345R封头材料名称Q345R封头型式椭圆形筒体内直径Di2400mm筒体长度 L10200mm筒体名义厚度 dn14mm支座垫板名义厚度 drn10mm筒体厚度附加量 C1.2mm腐蚀裕量 C11.2mm筒体焊接接头系数 F1封头名义厚度

10、dhn16mm封头厚度附加量 Ch1.2mm鞍座材料名称Q235-B鞍座宽度 b240mm鞍座包角 120°支座形心至封头切线距离 A600mm鞍座高度 H250mm地震烈度 低于七度内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.77MPa设计温度 t 50.00° C内径 Di 2400.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 170.00MPa设计温度许用应力 st 170.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 1.20mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d =

11、= 12.56mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 12.80mm名义厚度 dn = 14.00mm重量 8501.04Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 2.2125 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 208.53 MPa校核条件 sT£ sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.80371MPa设计温度下计算应力 st = = 166.82MPastf 170.00MPa校核条件stf st结

12、论 合格注: 带#号的材料数据是设计者给定的。左封头计算计算单位 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.77MPa设计温度 t 50.00° C内径 Di 2400.00mm曲面高度 hi 600.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 170.00MPa试验温度许用应力 s 170.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 1.20mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 12.53mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 14.80mm最小厚度 dmin = 12.53mm名义厚度

13、dn = 16.00mm结论 满足最小厚度要求重量 808.40 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.09022MPa结论 合格注: 带#号的材料数据是设计者给定的。右封头计算计算单位 、计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.77MPa设计温度 t 50.00° C内径 Di 2400.00mm曲面高度 hi 600.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 170.00MPa试验温度许用应力 s 170.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 1.20mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算

14、厚度 d = = 12.53mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 14.80mm最小厚度 dmin = 12.53mm名义厚度 dn = 16.00mm结论 满足最小厚度要求重量 808.40 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.09022MPa结论 合格注: 带#号的材料数据是设计者给定的。卧式容器（双鞍座）计算单位计 算 条 件 简 图 计算压力 pC1.77MPa 设计温度 t50 圆筒材料Q345R 鞍座材料Q235-B 圆筒材料常温许用应力 s170MPa 圆筒材料设计温度下许用应力st170MPa 圆筒材料常温屈服点 ss345MPa 鞍座材料许用应力 s

15、sa147MPa 工作时物料密度 500kg/m3 液压试验介质密度 1000kg/m3 圆筒内直径Di2400mm 圆筒名义厚度 14mm 圆筒厚度附加量 1.2mm 圆筒焊接接头系数 1 封头名义厚度 16mm 封头厚度附加量 Ch1.2mm 两封头切线间距离 10280mm 鞍座垫板名义厚度 10mm 鞍座垫板有效厚度 10mm 鞍座轴向宽度 b240mm 鞍座包角 120° 鞍座底板中心至封头切线距离 A600mm 封头曲面高度 600mm 试验压力 pT2.2125MPa 鞍座高度 H250mm腹板与筋板组合截面积 26984mm2 腹板与筋板组合截面断面系数642080m

16、m3 地震烈度<7圆筒平均半径 Ra 1207mm 物料充装系数 0.9一个鞍座上地脚螺栓个数2地脚螺栓公称直径20mm地脚螺栓根径17.294mm鞍座轴线两侧的螺栓间距1520mm地脚螺栓材料35CrMoA支 座 反 力 计 算 圆筒质量(两切线间)8567.97kg 封头质量(曲面部分)794.717kg 附件质量1000kg 封头容积(曲面部分)1.80956e+09mm3 容器容积(两切线间)V = 5.01247e+10mm3 容器内充液质量工作时, 22556.1压力试验时, = 50124.7kg 耐热层质量0kg总质量工作时, 33713.5压力试验时, 61282.1k

17、g单位长度载荷29.8553 54.269N/mm支座反力165399 300650300650N筒 体 弯 矩 计 算圆筒中间处截面上的弯矩工作时= 3.03331e+08压力试验= 5.51374e+08N·mm支座处横截面弯矩操作工况： -4.35255e+06压力试验工况： -7.91176e+06N·mm系 数 计 算K1=1K2=1K3=0.879904K4=0.401056K5=0.760258K6=0.0132129K6=0.010861K7=K8=K9=0.203522C4=C5=筒 体 轴 向 应 力 计 算轴向应力计算操作状态 88.6331 83.5

18、27MPa -5.18039 -0.0743343MPa水压试验状态 -9.41178 -0.13512MPa 113.732 104.451MPa应力校核许用压缩应力0.00100267根据圆筒材料查GB150图6-36-10 B = 130.773MPa130.773130.773MPa < 170 合格|,| < 130.773 合格|,| < 130.773 合格sT2 ,sT3 < 0.9ss = 310.5 合格MPa筒体和封头的切应力时(时,不适用)MPa时圆筒中：17.123封头中：6.7499MPa应力校核封头椭圆形封头, 143.514碟形封头, 半

19、球形封头, MPa圆筒封头 t = 0.8 s t = 136 68.9865MPa圆筒, t < t = 136 MPa 合格封头, th < t h = 68.9865 MPa 合格鞍 座 处 圆 筒 周 向 应 力无加强圈圆筒圆筒的有效宽度442.788mm无垫板或垫板不起加强作用时在横截面最低点处MPa在鞍座边角处L/Rm8时, MPaL/Rm<8时, MPa无加强圈筒体垫板起加强作用时鞍座垫板宽度 ； 鞍座垫板包角横截面最低点处的周向应力-2.26408MPa鞍座边角处的周向应力L/Rm8时, -30.0297MPaL/Rm<8时, MPa鞍座垫板边缘处圆筒中

20、的周向应力L/Rm8时, -43.1568MPaL/Rm<8时, MPa应力校核 |s5| < s t = 170 合格 |s6 | < 1.25s t = 212.5 合格 |s6 | < 1.25s t = 212.5 合格MPa有加强圈圆筒加强圈参数加强圈材料, e = mm d = mm加强圈数量, n = 个组合总截面积, A0 = mm2组合截面总惯性矩, I0 = mm4设计温度下许用应力MPa加强圈位于鞍座平面上 在鞍座边角处圆筒的周向应力：MPa 在 鞍 座 边 角 处 ，加 强 圈 内 缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 ：MPa有加强圈圆筒

21、加强圈靠近鞍座横 截 面 最 低 点 的 周 向 应 力 无垫板时，（ 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 ） 采用垫板时，（垫板起加强作用）MPa 在横截上靠近水平中心线的周向应力：MPa 在横截上靠近水平中心线处，不与筒壁相接的加强圈内缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 ：MPa加强圈靠近鞍座鞍座边角处点处的周向应力 无垫板或垫板不起 加强 作用L/Rm8时, MPa 无垫板或垫板不起 加强 作用L/Rm<8时, MPa 采用垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm8时, MPa采用垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm<8时, MPa应力校核|s5| < st = 合格|

22、s6 | < 1.25st = 合格|s7 | < 1.25st = |s8 | < 1.25stR = MPa鞍 座 应 力 计 算水平分力61188.9N腹板水平应力计算高度250mm鞍座腹板厚度10mm鞍座垫板实际宽度500mm鞍座垫板有效宽度442.788mm腹板水平应力无 垫 板 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 , 垫板起加强作用, 8.83226MPa应力判断 s9 < s sa = 98 合格MPa腹板与筋板组合截面应力由地震水平分力引起的支座强度计算圆筒中心至基础表面距离 1464mm轴向力 N, MPa, MPa|ssa| 1.2sbt= 地脚螺栓

23、应力拉应力 MPasbt 1.2sbt = MPa 剪应力 MPatbt 0.8×Ko×sbt = MPa 温差引起的应力 N -31.8893MPa|stsa| < ssa = 147 注：带#的材料数据是设计者给定的开孔补强计算计算单位接 管: a,b,c,d,h, 78×15计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.77MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di2400mm壳体开孔处名义厚度n14mm壳体厚度负偏差 C1

24、0mm壳体腐蚀裕量 C21.2mm壳体材料许用应力t170#MPa 接管实际外伸长度200mm接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn接管焊接接头系数1名称及类型锻件接管腐蚀裕量1.2mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t 0mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t165.5MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 12.56mm接管计算厚度t0.258 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0.974开孔直径 d50.4mm补强区有效宽度 B108.4 mm接管有效外伸长度

25、h127.5mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 642.2mm2壳体多余金属面积 A113.77 mm2接管多余金属面积 A2725mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=802.7 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 补强满足要求,不需另加补强。开孔补强计算计算单位接 管: e,f,i, 114×18计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.77MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体

26、开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di2400mm壳体开孔处名义厚度n14mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C21.2mm壳体材料许用应力t170#MPa 接管实际外伸长度200mm接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn接管焊接接头系数1名称及类型锻件接管腐蚀裕量1.2mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t 0mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t165.5MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 12.56mm接管计算厚度t0.419 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱

27、系数 fr0.974开孔直径 d80.4mm补强区有效宽度 B160.8 mm接管有效外伸长度 h138.04mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 1021mm2壳体多余金属面积 A119.12 mm2接管多余金属面积 A21213mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=1296 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 补强满足要求,不需另加补强。开孔补强计算计算单位接 管: g, 480×12计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算

28、压力 pc1.77MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di2400mm壳体开孔处名义厚度n14mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C21.2mm壳体材料许用应力t170#MPa 接管实际外伸长度250mm接管实际内伸长度0mm接管材料Q345R接管焊接接头系数1名称及类型板材接管腐蚀裕量1.2mm补强圈材料名称Q345R凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径760mm补强圈厚度18mm接管厚度负偏差 C1t 0mm补强圈厚度负偏差 C1r 0mm接管材料许用应力t189MPa补强圈许用应力t181MPa开 孔 补

29、 强 计 算壳体计算厚度 12.56mm接管计算厚度t2.145 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d458.4mm补强区有效宽度 B916.8 mm接管有效外伸长度 h174.17mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 5757mm2壳体多余金属面积 A1110.2 mm2接管多余金属面积 A21284mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=1458 mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A45040mm2A-(A1+A2+A3)4299mm2结论: 补强满足要求。开孔补强计算计算单位接 管: j1,2, 38&

30、#215;18计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.77MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di2400mm壳体开孔处名义厚度n14mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C21.2mm壳体材料许用应力t170#MPa 接管实际外伸长度100mm接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn接管焊接接头系数1名称及类型锻件接管腐蚀裕量1.2mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t 0mm补强圈厚度

31、负偏差 C1r mm接管材料许用应力t165.5MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 12.56mm接管计算厚度t0.011 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0.974开孔直径 d4.4mm补强区有效宽度 B68.4 mm接管有效外伸长度 h18.899mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 66.43mm2壳体多余金属面积 A115.18 mm2接管多余金属面积 A2290.9mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=370.1 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A

32、3)mm2结论: 补强满足要求,不需另加补强。开孔补强计算计算单位接 管 : k,66×18计 算 方 法 : HG20582-98 等 面 积 补 强 法,单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.77MPa设计温度50壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊缝系数 1壳体内直径 Di2400mm壳体开孔处名义厚度n 16mm壳体厚度负偏差 C0mm壳体腐蚀裕量 C1.2mm壳体材料许用应力 t 170#MPa椭圆形封头长短轴之比 2开孔中心到壳体轴线的距离mm接管轴线与壳体表面法线的夹角10.02度接管实际外伸长度150mm接管材料名称及类型16Mn,锻件接管实际内伸长度100mm接管焊缝系数1接管腐蚀裕量1.2mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离400mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C0mm补强圈厚度负偏差Cmm接管材料许用应力t165.5MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 11.27 mm接管计算厚度t0.161 mm