天然气储气罐设计

1、CNG储气罐设计说明书第一章设计参数的选择1.1. 设计题目：天然气储气罐1.2. 原始数据:序号项目数值单位备注1名称天然气储气罐2用途车用CNG回收3最局，作压力1.6MPa4工作温度-2050C5公称直径1800mm6公称容积5一3M7装量系数0.98工作介质压缩天然气（易燃）9其他要求部分探伤1.3. 设计压力：设计压力取工作压力的1.1倍，即Pc=1.11.6=1.76MPa,根据TSGR0004-2009固定式压力容器安全监察规程中附件A压力容器类别划分办法中查得，为第n类压力容器。1.4. 设计温度：设计温度取60Co1.5. 主要元件材料的选择：1.5.1. 筒体材料的选择：根

2、据GB150-1998钢制压力容器表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/T4724-1992支承式支座中规定，支座选用材料为Q235-A。1.5.3. 地脚螺栓的材料选择：地脚螺栓选用应符合GB/T700-2006碳素结构钢的规定，Q235,其许用应力I。bt=147MPa。CNG储气罐设计说明书第二章容器的结构设计2.1. 圆筒厚度的设计与校核该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为4=0.85。假设圆筒的厚度在676mm范围内，查GB150-1998中表4-1,可得:疲劳极限强度仃b=510MPa,屈服极限强度is=345MP

3、a,50°C下G=170MPaPcD利用中径公式,-Pc20.85170Mpa-1.76MPa1.76MPa1800mm=11.03mm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钢制压力容器中知，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C1=0。查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-5知，对于有轻微腐蚀的介质，腐蚀裕量C2=2mm。则筒体的设计厚度、n_11.03mm02mm=13.03mm圆整后，没有变化，取名义厚度为6n

4、=14mm。筒体的有效厚度、e='n-(C1C2)=14-(02)-12mm当一只圆通尺寸Di、6n或每e,需对圆通进行强度校核，其应力强度应满足判别式:4%)1,76(1900+12)电即，强度满足。2x12=132.88MPab尸中=170x0.85=144.5AJPa因此，圆筒的最大允许工作压力七为2心团十144.5X2X12阳=加=18。+12=L91M%2.2. 封头壁厚的设计与校核查标准GB/T25198-2010压力容器封头中表1,选用标准椭圆形封头，型号代号为EHA,取D：公称直径DN=Di=1800mm,i-=2,根据GB150-1998钢制压力容器中椭圆形2(H-h

5、i)CNG储气罐设计说明书封头计算中式7-1计算:2L-I-0.5Pc1.76MPa1800mm20.85170MPa-0.51.76MPa=11.00mm同上，取C2=2mm,C1=0。封头的名义厚度、.n:11.00mm02mm=13.00mm圆整后，取封头的名义厚度、；n=14mm。入=3(G+C2)>0.15%Di=2.7mm,满足稳定性要求。封头标记为EHA180014-16MnRGB/T25198-20102.3.筒体和封头的结构设计,DiDi1800mm/由i=2,得H-h=450mm2(H-h)44封头的容积:公称直径DNmm总深度Hmm内表面积A2m容积3m质里Kg18

6、004753.65350.8270395.8查标准GB/T25198-2010压力容器封头中表C.1EHA和C.2EHA表椭圆形封头内表面积、容积、质量，见表1和图1O表1封头尺寸表二2而充装系数为0.9V0.9二2=一DiL02Vt4rr5二2_即一=-1.82L020.8270.94算得L0=1.53m.圆整后，取L0=1.6m.CNG储气罐设计说明书2.4. 人孔的选择根据HG/T21518-2005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密封向型式凹凸面MFMD670b41d024公称压力PNMPa2.5Di600b246螺柱数量

7、20公称直径DN450Hi250A375螺母数量40dMsuws480M10H2121B175螺柱尺寸M33M2M165d456b42L250总质量kg245其标记符号为：人孔MFMmS-8.8(NM-XB350)A450-2.5HG/T21518-20052.5. 接管，法兰，垫片和螺栓2.5.1. 接管和法兰天然气储罐应设置排污口，进气口，出气口，人孔，压力表口，安全阀口，排空口，备用口。查HG/T20592-2009钢制管法兰中表8.2.3-4PN25带颈平焊钢制管法兰SO,选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸，选法兰材料为20n。查HG/T20592-2009钢制管法兰中附录D中表D-

8、5,得各法兰的质量。查HG/T20592-2009钢制管法兰中表3.2.2,法兰的密封面均采用MFM(凹凸面密封)。查GB/T8163-2008输送流体用无缝钢管和GB/T17395-1998无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差查得接管尺寸和重量。CNG储气罐设计说明书表3接管尺寸表符号管口名称公称直径接管型号接管材料重量a排污口5057>5200.96b进气口4045>4200.61c排气口3238>4200.51d人孔450480M216MnR34.87e压力表口2025>4200.31f安全阀口5057>5200.96g排空口5057>5200.96h备

9、用口8089>6201.842.5.2. 垫片查HG/T20606-2009钢制管法兰用非金属平垫片，得:表4垫片尺寸表符号管口名称公称直径内径D1外径D2厚度a排污口5089871.5b进气口4049751.5c排气口3243651.5d人孔4504805233e压力表口2027501.5f安全阀口5061871.5g排空口5061871.5h备用口80891201.5注：1:垫片材料为石棉橡胶板，标准为GB/T3985,代号为XB350。CNG储气罐设计说明书表5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A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T

10、h法兰厚度C法兰内径法兰颈法兰高度Hmm坡口宽度bmm法兰质鱼KgBNRa排污口5057B165125184M1620598463453.0b进气口4045B150110184M1618467063252.0c排气口3238B140100184M1618396063052.0d人孔45071.5e压力表口2025B10575144M1218264542641.0f安全阀口5057B165125184M1620598463453.0g排空口5057B165125184M1620598463453.0h备用口8089B200160188M162490118840654.5CNG储气罐设计说明书2.

11、5.3. 螺栓和螺母的选择查HG/T20613-2009钢制管法兰用紧固件中表5.0.7-11、表5.0.8和附录中表A.0.1，得螺栓的长度、螺母和平垫圈尺寸、质量：表5螺栓及垫片公称直径螺纹螺栓螺母紧固件用平垫圈mm数量(个)L2R(mm)X(Kg)数量(个)质里(Kg)d1d2Ha50M164900.14440.0517303b40M164850.13640.0517303c32M164850.13640.0517303d450M33201801.224200.42934605e20M124750.0640.02313242.5f50M164900.14440.0517303g50M16

12、4900.14440.0517303h80M168950.15280.0517303注：螺母选用n型六角螺母。2.6. 支座的选型设计一、选用B型支座，查看表3,取G=10mm,其本体允许载荷Q=350KN,风压为q0=300N/m2,选地震设防烈度为7度。(1)计算支座承受的实际载荷Q地震载荷：Pe=0.5oexm0g=0.50.232030>9.8=2287.81N;风载荷：<5二二二：,二二二5二_2一2二一其中，£=0.85,设备质心所处高度和环境取取P=R=2287.81A1；D=d=1150mm；取3个支座，及n=3,knnDx10-3=13,940<Q

13、故，满足支座本体允许载荷的要求。2、由表B2查得允许垂直载荷F封头有效厚度：ee=an_(C1+C2)=14-(0+2)=12mm由表B2内插得：F=190.9KNCNG储气罐设计说明书因为Q<F,所以3个B4支座满足封头允许垂直载荷的要求。B型支座钢管材料钢号为10,底板材料均为Q235-AF,垫板材料为16MnR。支座标记方法JB/T4724-92,支座B4,h=400,63=10材料10,Q235-AF/16MnR。2.7. 储罐总质量m=mi2mbm3m43m1筒体质量：m1=nDL6P=3.14父1.8父1.6父0.014父7.85父10=993.85kgm2单个封头的质量：查

14、标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.2EHA椭圆形封头质量，可知，m2=475kgm3附件质量：人孔质量为175kg,其他接管总和为90Kg,即m3=265kgm4支座质量：m4=32.4M3=97.2kg综上所述，m=m12m2m3m4=993.85245726597.2=2270.05kgm5充液质量：水>G然气，水压试验充满水，故取介质密度为P水=1000kg/m3m5=.V223V=%+2V封=-Di2L+2V封=父1.82父1.6+2M0.827=5.72m344贝U皿=：?V-10005.72=5720kg第三章开孔补强设计根据GB150中8.3,知该储罐

15、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d=a2C2=45022=454mm,Di1800d:二一二二900mm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b1=170MPa根据GB150-1998中式8-1,A=d6+2笈et(1fr)壳体开孔处的计算厚度二=11.03mmCNG储气罐设计说明书接管的有效厚度、©=nt-C=10-1=9mm强度削弱系数fr=1,所以A=d6+2met(1fr)=454x14=6356mm23.2. 有效补强范围3.2.1 有效补强B按GB150中式8-7,得：B=2d=2454=908mmB2=d2、n2、

16、nt=454214210=502mmB=max(B1,B2)=908mm3.2.2 外侧有效高度根据GB150中式8-8,得：h1'ujd_7=，454-10-67.38mmhj=接管实际外伸高度=H=240mmh1=min(h1',h1'')=67.38mm3.2.3 内侧有效高度根据GB150-1998中式8-9,得：h2'=。大=,454-10=67.38mmh2''=0h2=min(h2',h2'')=03.3. 有效补强面积根据GB150中式8-10式8-13,分别计算如下：Ae=AA2A33.3.1 筒体多余面积A2A=(Bd)(、e-、)2、et(、e-、)(1一fr)=(908-454)(12-11.03)-0=440.38mm23.3.2 接管的多余面积A2=21Tl(、et-、t)fr2h2(etC2)fr=267.38(9-9)1201=03.3.3 焊