液化石油储气罐的设计从起步到完结

1、目录绪论.2第一章设计参数的选择1.1 设计题目.31.2 原始数据.31.3 设计压力.31.4 设计温度. .31.5 主要元件材料的选择. .3第二章容器的结构设计2.1 圆筒厚度的设计.42.2 封头壁厚的设计. .42.3 筒体和封头的结构设计. .52.4 人孔的选择. .62.5 接管，法兰，垫片和螺栓（柱）. .62.6 鞍座选型和结构设计. .9第三章开孔补强设计3.1 补强方法判别.113.2 有效补强范围. .113.3 有效补强面积. .123.4 补强面积. .12第四章强度计算4.1 水压试验校核.134.2 圆筒轴向弯矩计算. .134.3 圆筒轴向应力计算并校核

2、. .144.4 切向剪应力的计算及校核. .154.5 圆筒周向应力的计算和校核. .164.6 鞍座应力计算并校核. .184.7地震引起的地脚螺栓应力. .20附录:参考文献.22绪论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, 尤其是安全与防火, 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。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

3、总量大于500m 3或单罐容积大于200m 3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, 所以在总贮量小于500m 3, 单罐容积小于100m 3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。液化石油气呈液态时的特点。(1) 容积膨胀系数比汽油、煤油以及水等都大, 约为水的16倍, 因此, 往槽车、贮罐以及钢瓶充灌时要严格控制灌装量, 以确保安全;(2) 容重约为

4、水的一半。因为液化石油气是由多种碳氢化合物组成的, 所以液化石油气的液态比重即为各组成成份的平均比重, 如在常温20时, 液态丙烷的比重为0. 50, 液态丁烷的比重为0. 56 0. 58, 因此, 液化石油气的液态比重大体可认为在0. 51左右, 即为水的一半。卧式液化石油气贮罐设计的特点。卧式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

5、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1.1、设计题目：液化石油气储罐1.2、原始数据：序号项目数值单位备注1名称液化石油气储罐2用途液化石油气储配站3最高工作压力2.16MPa4工作温度505公称直径2000mm6公称容积207装量系数0.98工作介质液化石油气（易燃）9其他要求100%探伤1.3、设计压力：设计压力取工作压力的1.1倍，即1.4、设计温度：设计温度取。1.5、主要元件材料的选择：1.5.1 筒体材料的选择：根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为16MnR（钢材标准为GB6654）。1.5.2 鞍座材料的选择：根据JB/T4731,鞍座选用材料

6、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的许用应力第二章容器的结构设计2.1、圆筒厚度的设计该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为。假设圆筒的厚度在616mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强度，屈服极限强度，下利用中径公式，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GB150-1998中知，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，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

7、-5知，对于有轻微腐蚀的介质，腐蚀裕量。则筒体的名义厚度圆整后，取2.2、封头壁厚的设计查标准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，取，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：同上，取，。封头的名义厚度圆整后，取封头的名义厚度封头记做2.3、筒体和封头的结构设计由，得封头的容积：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA和B.2 EHA表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表1和图1。表1 封头尺寸表公称直径DN mm总深度H mm内表面积A 容积质量Kg20005254.49301.1257

8、556.6而充装系数为0.9即算得圆整后，取图12.4、人孔的选择根据HG/T 21518-2005回转盖带颈对焊法兰人孔，查表3-3，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：表2 人孔尺寸表单位：mm密封面型式凹凸面MFMD7304330公称压力PN MPa2.566048螺柱数量20公称直径DN500280A405螺母数量40123B200螺柱尺寸d506b44L300总质量kg3022.5、接管，法兰，垫片和螺栓（柱）、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。如图3所示：图2 图3查HG/T 20592-

9、2009钢制管法兰中表8.2 3-3 PN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-5,得各法兰的质量。查HG/T 20592-2009钢制管法兰中表，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。、垫片查HG/T 20609-2009钢制管法兰用金属包覆垫片，得：表3 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500561624g1-2液位计口3261.582h温度计口20

10、45.561m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3mm。表4 各管口法兰尺寸表序号名称公称直径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法兰颈法兰高度法兰质量NRa排污口8089B200160188M16241053.2128585.0b气相平衡口8089B200160188M16241053.2128585.0c气相口8089B200160188M16241053.2

11、128585.0d出液口8089B200160188M16241053.2128585.0e进液口8089B200160188M16241053.2128585.0f人孔500g1-2液位计口3238B140100184M1618562.666422.0h温度计口2025B10575144M1218402.364401.0m压力表口2025B10575144M1218402.364401.0n安全阀口8089B200160188M16241053.2128585.0s排空口5057B165125184M1620752.986483.0、螺栓（螺柱）的选择查HG/T 20613-2009 钢制管

12、法兰用紧固件中表和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸：表5 螺栓及垫片紧固件用平垫圈 mm公称直径螺纹螺柱长Ha80M169217303b80M169217303c80M169217303d80M169217303e80M169217303f500g1-232M168517303h20M127513242.5m20M127513242.5n80M169217303s50M1690173032.6、鞍座选型和结构设计、鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷：储罐总质量筒体质量：单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器

13、用封头中表B.2 EHA椭圆形封头质量，可知，充液质量：，水压试验充满水，故取介质密度为则附件质量：人孔质量为302kg，其他接管总和为300kg，即综上所述，则每个鞍座承受的质量为14556.6kg，即为145.6kN。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表1，首先优先选择轻型支座。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表2，表6 鞍座尺寸表公称直径DN2000腹板10垫板430允许载荷QkN300筋板33010鞍座高度h250190e80底板1420260螺栓间距12602208鞍座质量Kg16012垫板弧长2330增加100mm增加的高度Kg17该对鞍座

14、标记为JB/T4712.1-2007 鞍座A2000-S和JB/T4712.1-2007 鞍座A2000-F。、鞍座的安装位置根据JB/T4731-2005钢制卧式容器中规定，应尽量使支座中心到封头切线的距离A小于等于，当无法满足A小于等于时，A值不宜大于0.2L。圆筒的平均内径。即取A=0.5m鞍座的安装位置如图3所示：图4第三章开孔补强设计根据GB150中8.3，知该储罐中只有人孔需要补强。3.1、补强设计方法判别其中开孔直径故可以采用等面积法进行开孔补强计算接管材料选用16MnR，其许用应力根据GB150-1998中式8-1，壳体开孔处的计算厚度接管的有效厚度强度削弱系数，所以3.2、

15、有效补强范围3.2.1有效补强B按GB150中式8-7，得：3.2.2外侧有效高度根据GB150中式8-8，得：3.2.3内侧有效高度根据GB150-1998中式8-9，得：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 筒体多余面积接管的多余面积焊缝金属截面积焊角去6mm3.4、补强面积因为，所以开孔需另行补强另行补强面积为第四章强度计算4.1、水压试验应力校核试验压力圆筒的薄膜应力即，所以水压试验合格。4.2、 圆筒轴向弯矩计算圆筒的平均半径鞍座反力圆筒中间截面上的轴向弯矩根据JB/T 4731-2005中式7-2，得：鞍座平面上的轴向弯矩根据JB/T

16、 4731-2005中式7-3，得：4.3、圆筒轴向应力计算并校核根据JB/T 4731-2005中式7-4 式7-7计算圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力最高点处：最低点处：由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算并校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算： a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强（即）时，轴向应力位于横截面最高点处.取鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得，.则 b).在横截面最低点处的轴向应力：4.3.3.圆筒轴向应力校核查过程设备设计中图4-8得，,则满足条件4.4、切向剪应力的计算及校核圆筒切向剪应力的计算根据JB

17、/T 4731-2005中式7-9计算查JB/T 4731-2005中表7-2，得：圆筒被封头加强（）时，其最大剪应力根据JB/T4731-2005中式7-10，计算得：切向剪应力的校核圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的0.8倍，即封头的切向剪应力，应满足而即故圆筒满足强度要求。即故封头满足强度要求。4.5、圆筒周向应力的计算和校核所以鞍座垫片作为加强用的鞍座。5.1在横截面的最低点处：其中k=0.1(容器焊在支座上)查,表7-3知，F=145566N, 在鞍座边角处A/ =0.5/1.008=0.49<0.5查,表7-3知，鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力当周向应力校核根据

18、JB/T 4731-2005中进行校核由于所以故均满足强度要求4.6、鞍座应力计算并校核4.6.1腹板水平分力及强度校核鞍座包角，查表中表7-5相应则当垫板起加强作用时：其中，则查JB/T 4731-2005中表5-1，得：满足要求即其强度合格。4.6.2鞍座压缩应力及强度校核查表7-6，因武汉地震发生几率小，取则钢底板对水泥基础因为所以压力按下式计算：筋板面积腹板面积形心腹板与筋板组合截面断面系数：代入公式根据JB/T 4731-2005中式7-32进行校核满足式和式，即满足强速要求。4.7、地震引起的地脚螺栓应力4.7.1 倾覆力矩计算4.7.2 由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力地脚螺栓拉应力为：载荷组合系数满足式即符合强度要求。由地震引起的地脚螺栓剪应力地脚螺栓剪应力计算即满足式符合强度要求。附录：参考文献1. GB150 钢制压力容器2. JB/T