液化丙烷储罐设计(1

1、实用标准文案太原科技大学课程设计说明书学生姓名：田晔学号：201121220214学院：化学与生物工程学院专业：过程装备与控制工程题目(23)M3液化丙烷储罐设计指导教师：罗彩霞郭晓霞2012年12月24日课程设计任务书1 .设计目的：1）使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2）掌握查阅、综合分析文献资料的能力，进行设计方法和方案的可行性研究和论证。3）掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算 机操作和专业软件的使用。4）设计全部工作由学生本人独立完成。2 .设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1 .原始数

2、据设计条件表序号项目数值单位备注1名称液化丙烷储罐2用途液化丙烷储配站3最咼工作压力1.744MPa由介质温度确定4工作温度-20 40C5公称容积（Vg ）23M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数（V）0.868工作介质液化丙烷（易燃）9使用地点太原市，室外10其它要求管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称a80HG20592-1997MFM液相进口管b80HG20592-1997MFM液相出口管c80HG20592-1997MFM放气管d80HG20592-1997MFM安全阀接口e25HG20592-1997MFM压力表接口f450HG/T21514-2005MFM人

3、孔g25HG20592-1997MFM液位计接口课程设计任务书2 设计内容1 ）设备工艺设计；2 ）设备结构设计；3 ）设备强度计算与校核;4 ）技术条件编制；5）绘制设备总装配图;6）编制设计说明书。3 .设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等：1）设计说明书：主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺 寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等；2）总装配图设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要 合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸 采用计算机绘制。精彩

4、文档目录第一章工艺设计11、设计温度 12、设计压力 13、设计储量 1第二章机械设计21、筒体和封头的设计2第三章结构设计41、液柱静压力 42、圆筒厚度的设计 43、椭圆封头厚度的设计 54、接管，法兰的选择54.1法兰4.2接管85、人孔的设计 85.1人孔的选取 85.2补强设计方法判别 105.3有效补强范围 115.4有效补强面积 115.5补强面积125.6补强圈设计 126、液面计设计 13-7、安全阀设计 15-8、鞍座选型和结构设计 158.1鞍座选型158.2鞍座位置的确定 179、焊接接头的设计 189.1筒体和封头的焊接 18-9.2接管与筒体的焊接 19第四章容器强

5、度的校核 201、圆筒的校核 20-2、封头的校核 21 -3、鞍座的校核 23-4、人孔的校核 32-结束语33参考文献35第一章工艺设计1、设计温度根据本设计工艺要求，使用地点为太原市的室外，用途为液化石油气储配站 工作温度为-20 40 C,介质为易燃易爆的气体。从表中我们可以明显看出，温度从50 C降到-25 C时，丙烷的饱和蒸气压力下 降的很厉害，可以推断,在低温状态下，由饱和蒸气压力引起的应力水平不会很高。 由上述条件选择危险温度为设计温度。为保证正常工作，对设计温度留一定的富裕量。所以，取最高设计温度t=50 C,最低设计温度t= - 25 C。根据储罐所处 环境，最高温度为危险

6、温度，所以选 t=50 C为设计温度。50 C下丙烷的饱和蒸 汽压为P=1.744MPa，取最高工作压力 Pw=1.744MPa。2、设计压力该储罐用于液化丙烷储备站，因此属于常温压力储存。工作压力为相应温度 下的饱和蒸气压。因此，不需要设保温层。当液化石油气在50 C时的饱和蒸汽压力高于异丁烷在 50 C时的饱和蒸汽压力 时，若无保冷设施，则取50 C时丙烷的饱和蒸汽压力作为最高工作压力。 对于设置有安全泄放装置的储罐，设计压力应为 1.051.1倍的最高工作压力。 所以有 Pc=1.1 X1.744=1.9184MPa。3、设计储量参考相关资料，液化丙烷的密度为 580Kg/m 3，盛装液

7、化丙烷的压力容器 设计储存量为：W=?Vp t=0.86 X23 X580=11472t第二章机械设计1、筒体和封头的设计对于承受内压，且设计压力Pc=1.9184MPa23m 3且V Vg/Vg 36.756-350.0502所以结构设计合理。35第三章结构设计1、液柱静压力根据设计为卧式储罐，所以储存液体最大高度h max 1mm，取C2=2mm按GB3531低温压力容器用低合金钢板中，例举的压力容器专用钢板的厚度负偏差按GB/T709中的B类要求，Q345R压力容器常用钢板的负偏差为-0.30mm 。设计厚度 Sd= S+C2=10.20+2=12.20mm， Sn= Sd+C 1=12

8、.20+0.3=12.50mm圆整后取名义厚度S n=14mm, ot没有变化，故取名义厚度14mm合适。3、椭圆封头厚度的设计为了得到良好的焊接工艺，封头材料的选择同筒体设计，同样采用Q345R。2 t0.5Pc1.9184 20002 189 10.5 1.9184=10.18mm同理，选取 C2=2 mm ， C1=0.3mm。Sn= S+C 1+C 2=13.774+2+0.3=12.48 mm圆整后取名义厚度为Sn=14mm跟筒体一样，选择厚度为14mm的Q345R材料合适。4、接管，法兰的选择4.1法兰液化丙烷储罐应设置排污口，气相口，放空口，出液口，进液口，人孔，液 位计口，温度

9、计口，压力表口，安全阀口。根据压力容器与化工设备实用手册PN=2.5MPa时，可选接管公称通径DN=80mm。根据设计压力PN=1.9184MPa，查HG/T 20592-97钢制管法兰，选用PN2.5MPa带颈对焊焊法兰（WN），由介质特性和使用工况，查密封面型式的 选用。选择密封面型式为凹凸面（MFM），压力等级为1.04.0MPa，接管法兰 材料选用Q345R。根据各接管公称通径，得各法兰的尺寸。法兰尺寸如表:序号名称公 称 通 径Dn钢管外径B连接尺寸法兰厚度C法兰高度H法兰颈法兰内径B1B系列坡口宽 度b法兰理论质量kg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螺栓T

10、hA液相进口8089200160188M1624401189164.86B液相出口8089200160188M1624401189164.86C放气管8089200160188M1624401189164.86D安全阀口8089200160188M1624401189164.86E压力表口3238140100188M1618301183952.02液位F3238140100188M161830603952.02计口表3-1法兰尺寸4.2接管接管外径的选用以B国内沿用系列（公制管）为准，对于公称压力 0.25 PN D 2，所以在有效补强范围。补强圈内径 D1 =478+4=482mm补强圈厚度

11、:企3681.210.28mm 圆整得 11mmD d 840 482名义厚度：n d C 12.9mm。考虑钢板负偏差并圆整，取补强圈名义厚度为14mm.6、液面计设计图3-4磁性液面计由于储罐工作温度为-2040 C,查压力容器与化工设备实用手册，选取磁性液面计。7、安全阀设计u二一: m 丄土图3-5安全阀由操作压力P=1.9184MPa，工作温度为-2048 C,盛放介质为液化石油 气体。选择安全阀的公称压力 PN=25kg/cm2 ，最高工温度为150 C,材料为可 锻铸件的弹簧微启式安全阀，型号为 A41H-25。公称直径DN=80mm。8、鞍座选型和结构设计8.1鞍座选型该卧式容

12、器采用双鞍座式支座，根据工作温度为 -2040 C,按JB/T 4731-2005 表5-1选择鞍座材料为 Q345，使用温度为-20250 C,许用应力 为csa= 170MPa。估算鞍座的负荷：计算储罐总重量m=m i+2m 2+m 3+m 4。其中：mi为筒体质量：对于16MnR普通碳素钢，取p =7.85 xi03kg/m 3 m 仁冗DL SX = n2 X7 X14 X10-3 X7.85 xl03=4831.2kgm2为单个封头的质量：查标准JB/T 4746-2002钢制压力容器用封头中标B.2 EHA椭圆形封头质量，可知 m2=839.3kg。m3为充液质量：p液化石油气 p

13、水故 m3(max)= p水XV=1000 XV=1000 X (n/4 X22X7.0+2 X1.1257 ) =24205.14 kg。m4为附件质量：选取人孔后，查得人孔质量为245 kg，其他接管质量总和估为400 kg。综上述：总质量m=m 1+2m 2+m 3+m 4=4831.2+2X485.2+24205.14+245+400=30984.94kg。每个鞍座承受的重量为 G/2=mg / 2=30985 X9.8/2=231.51kN由此查JB 4712.1-2007 容器支座。选取轻型，焊制 A，包角为120。，有垫板 的鞍座.，筋板数为4。查JB 4712.1-2007表3

14、得鞍座尺寸如表5,示意图如下 图：公称直径Dn2100腹板S210垫板b4430允许载荷Q/kN300筋板l333010鞍座咼度h250b2190e80底板I11420b3260螺栓间距I21260b i240S38螺孔/孔长D/I24/40Si12弧长2330重量kg160表3-4鞍座支座结构尺寸flS图3-6鞍座8.2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

15、.2L值，为此中国现行标准JB4731钢制卧式容器规定 AW0.2L=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。由标准椭圆封头Di 2 ，有 h=H-D i / 4=525-2000 / 4=25mm2(H h)故 AO.2L=0.2 X7000=1400mm由于接管比较多，所以固定支座位于储罐接管较多的左端。此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度， 故封头对于圆筒的抗弯刚 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圆筒 截面的加强作用。因此，JB 4731还规定当满足AW0.2L时，最好使AO.5R m(

16、Rm=Ri+ Sn/2 )， 即AO.5Rm =0.5 X(2000/2+14/2)=503.5mm , 取 A=500 mm 。综上述：A=500 mm (A为封头切线至封头切线边距离，L为筒体和两封 头直边段的总长)9、焊接接头的设计9.1筒体和封头的焊接=1220a=50 05 b=2+1p=2+1采用丫型对接接头和手工电弧焊，综合考虑材料选用Q345R.焊条类型：E5018 铁粉低氢钾型图3-7 Y型坡口9.2接管与筒体的焊接炉=45 +5 b=2 0.5 p = 2 0.5H仁 Stkl = 3t k2 二 c(c 8)第四章容器强度的校核1、圆筒的校核内压圆筒校核计算单位压力容器专

17、用计算软件？计算条件筒体简图计算压力P1.92MPa一 ISn)i -设计温度 t50.00C内径 D2000.00mm材料Q345R（板材）试验温度许用应力189.00MPa设计温度许用应力t-189.00MPa试验温度下屈服点345.00MPa钢板负偏差C0.30mm腐蚀裕量 C2.00mm焊接接头系数100厚度及重量计算计算厚度PcDi=2FC = 1020mm有效厚度=-C - C = 11.70mm名乂厚度=14.00mm重量4867.35Kg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 = 1.25 P丄_| = 2.3980(或由用户输入)tMPa压力试验允许通过的应力水

18、平Tt 0.90 s =310.50MPa试验压力下T = PT(Del = 206.162 e.MPa圆筒的应力校核条件TT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力2 e Pw = 7De) = 2.19844MPa设计温度下计算应力Pc (Die)t =2 e= 164.93MPat189.00MPa校核条件t t结论合格2、封头的校核内压椭圆封头校核计算单位压力容器专用计算软件 ？实用标准文案计算条件椭圆封头简图计算压力Pc1.92MPa设计温度t50.00C内径Di2000.00mm曲面咼度 hi525.00mm材料Q345R（板材）匸li设计温度许用应力t189.00MPa试验温度

19、许用应力189.00MPa钢板负偏差Ci0.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量计算形状系数2K = 1 2= 0.938062hi计算厚度KPcDi=2 t 0.5FC = 955mm有效厚度e = n - C1- C2= 11.70mm最小厚度min = 3.00mm名义厚度n = 14.00mm结论满足最小厚度要求重量497.41Kg压力计算最大允许工作压力精彩文档2 t ePw= KDi 0.5 e = 2.35009MPa叩冃丿丿1匸1结论合格实用标准文案精彩文档3、鞍座的校核卧式容器（双鞍座）计算单位压力容器专用计算软件 ？计算压力pc1.9184MPa设

20、计温度t50C圆筒材料Q345R鞍座材料16MnR圆筒材料常温许用应力189MPa圆筒材料设计温度下许用应力t189MPa圆筒材料常温屈服点345MPa计 算 条 件鞍座材料许用应力sa170MPa工作时物料密度580kg/m 3液压试验介质密度 T1000kg/m圆筒内直径Di2000mm圆筒名义厚度14mm圆筒厚度附加量C2.3mm圆筒焊接接头系数1封头名义厚度hn14mm封头厚度附加量Ch2.3mm两封头切线间距离L7050mm鞍座垫板名义厚度rn10mm鞍座垫板有效厚度re10mm鞍座轴向宽度b220mm鞍座包角0120o鞍座底板中心至封头切线距离A525mm封头曲面咼度h525mm试

21、验压力PT2.398MPa鞍座高度 H250mm腹板与筋板组合截面积02 mm腹板与筋板组合截面断面系数Zr03 mm地震烈度7圆筒平均半径 Ra1007mm物料充装系数。0.86一个鞍座上地脚螺栓个数1地脚螺栓公称直径0mm地脚螺栓根径0mm鞍座轴线两侧的螺栓间距0mm地脚螺栓材料支座反力计算圆筒质量（两切线miDin L cn s4902.26kg间）封头质量（曲面部m2483.221kg分）附件质量m330938kg封头容积（曲面部Vh1.0472e+093 mm分）容器容积（两切线V =2.42426e+103 mm间）工作时，m4Vo o 12092.2kg容器内充液质量压力试验时，

22、m4Vt= 24242.6耐热层质量m50kg工作时，mm12 m2m3m4m548898.9总质量kg压力试验时，mmt2m2m3m4m561049.3mgmg77.2924单位长度载荷q4L 3hi61.9092qL4 hi3 iN/mm支座反力F1严 239898u1F mg2299508NFmax F,F299508筒体弯矩计算工作时Mi圆筒中间处截面上的弯矩FL 1 2 Ra f/L2 4A = 2.70113e+0841 4L3L压力试验N mmMt, F4L12：*/L 4LA= 3.3723e+083L操作工况:支座处横截面弯矩压力试验工况:1匚 4ALR2 h22ALF A

23、14h13L1A Rf h2F A 1L2AL4hi13LM2M T2-8.47887e+06-1.05857e+07N mm系数计算Ki = 0.106611K2= 0.192348K3= 1.17069K4 =K5= 0.760258K6= 0.0149056K6 =0.0122523K7 =K8 =K9= 0.203522C4 =C5 =筒体轴向应力计算Pc RaM 122 eD289.8073Ra e操作状态MPapCRaM 2轴向32eK r2284.6905K1 Ra e应力计算PcRa12 ePcRa42 eM1-7.25054Ra eL M 气-1.18325K2 Ra2 eM

24、PaM T1T1-9.04756Ra eMt2,MPa水压试验状态4 K2 R2- 1 .H-/ / 厶Oa ePTRaMt1_X X 0 OXO12 2J ePT Rad2112.248Ra eM T2MPaT32 er d2105.86K1 Ra eA0.094 e0.0010998应力Ra校核根据圆筒材料查 GB150图6-36-10MPa许用压缩应力B =138.611tac mint,B 138.611MPaatmi n（0.9ReL，B） 138.611t2，3189合格1 I1，14 1 ac138.611合格MPa1 T1 |，1T4 1 ac138.611合格T2 , T3

25、0.9s =310.5合格筒体和封RLA ；时（A 4时,不适用）K3FR eL 2A23.0402L 4hi /3MPa头的切应RA亠时2圆筒中：封头中：K3FRa eK4FRa heMPa力应力校核封头椭圆形封头，hKPcDih2 he碟形封头,MPcRhh 22 he半球形封头，hPcDi4 heMPa圆筒封头=0.8 t = 151.2t1.25hMPa圆筒， =151.2 MPa合格封头,h 8 时,F3KeF64 eb22 e2MPaL/R m8 时，F12 K6 FRa6 24 eb2L eMPa无垫板鞍座垫板宽度W b 1.56Ra n ；鞍座垫板包角12加起加强作横截面最低点

26、处的周向应力5gF-2.58947MPaere b2用时L/Rm时,强鞍座边角处6F3K6FMPa4 ere b2222ere的周向应力L/Rm8 时，圈F12Rm-40.8173MPa64 ere b2L2 2ereL/Rm时,筒鞍座垫板边6F3K6FMPa缘处圆筒中4 e b22e2L/Rm8 时，体的周向应力F12FRm-61.7419MPa64 eb2L2e|5| t =189合格应力校核|6 | 1.25t =236.25合格MPa|6| 1.25t=236.25合格实用标准文案应力校核1 5|1 6|1 7|1 8| t = 1.25t = 1.25t = 1.25tR =合格合格

27、MPa鞍 座应力计 算水平分力Fs K9F 60956.4N计算高度Hmin 1r , Hs3 a250mm鞍座腹板厚度bo 10mm鞍座垫板实际宽度b4430mm鞍座垫板有效宽度brmin b4,b405.227mm腹板水无垫板或垫板不起加强作用，平应力Fs腹板水平应力9Hsb。MPa垫板起加强作用，Fs9.30319Hsb。br re应力判断92 sa =3113.333合格MPa腹板与由地震水平分力引起的支座强度计算筋板组合截面圆筒中心至基础表面距离Hv 1264mm应力轴向力F EvmgNF-FfFFevHFevHVMPaEv1saAsa2ZrAsa L2AFEvFf ,scFFevF

28、f s HFev H VMPaAsaZrAsa L 2A| sa|1.2 bt=bt.00M Evnl1AbtMPa拉应力地脚螺b.2 bt =MPa栓应力btFev Ffsn AbtMPa剪应力精彩文档bt0.8 Ko bt =MPa温差弓丨Ff FfNtFff H实用标准文案4、人孔的校核开孔补强计算计算单位压力容器专用计算软件？接管：#, 0478 9计算方法:GB150-1998等面积补强法单孔设计条件简图计算压力pc1.918MPa设计温度50CE壳体型式圆形筒体-1/1x A久M壳体材料名称及类型Q345R板材2-1壳体开孔处焊接接头系数 01壳体内直径Di2000mm壳体开孔处名

29、义厚度 &14mm壳体厚度负偏差 Ci0.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力才189MPa接管实际外伸长度200mm接管实际内伸长度0mm接管材料名称及类型16Mn（热轧）管材接管焊接接头系数1接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称16MnR（热轧）凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径840mm补强圈厚度12mm接管厚度负偏差 Cit1.125mm补强圈厚度负偏差 C1r0mm接管材料许用应力才181MPa补强圈许用应力189MPa开孔补强计算壳体计算厚度310.2mm接管计算厚度&2.451mm补强圈强度削弱系数frr1接管材料强度削弱系数fr0.958开孔直径d466.2mm补强区有效宽度 B932.5mm接管有效外伸长度 hi64.78mm接管有效内伸长度 h20mm开孔削弱所需的补强面积 A47622 mm壳体多余金属面积 A1697.72 mm接管多余金属面积 A2424.9mm 2补强区内的焊缝面积 A364mm 2Ai + A2+A3=1187 mm 2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A44344mm 2A-( A1+ A2+ A3)3575mm