液化石油气储罐设计说明书

1、.专业整理.100 m3液化石油气储罐设计绪论随着我国化学工业的蓬勃发展，各地建立了大量的液化气储配站。对于储存量小于500 m3或3单罐容积小于150 m时一般选用卧式圆筒形储罐。液化气储罐是储存易燃易爆介质直接关系到 人民生命财产安全的重要设备。因此属于设计、制造要求高、检验要求严的三类压力容器。本次设3计的为100 m液化石油气储罐设计即为此种情况。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，尤其要注意安全，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

2、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。一般贮存总量大于500 m3或单罐容积大于 200 m3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 500 m3,单罐容积小于100 m3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、小型液化石油气站大多选用卧式圆筒形贮罐，只有某些特殊情况下（站地方受限制等）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。卧式液化石油气贮罐设计的特点。卧式液化石

3、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、设计题目：85 m液化石油气储罐的设计2、设计数据：女口下表1：表1：设计数据序号项目数值单位备注1名称385 m液化石油气储罐2用途液化石油气储配站3最大工作压力1.77MPa4工作温度50°C5公称直径3000mm6容积85m37

4、单位容积充装量0.42t/m38装量系数0.99工作介质液化石油气（易燃）10其他要求100%无损检测3、设计压力：设计压力取最大工作压力的1.1倍，即P 1.1 0.79 0.869MPa4、设计温度：工作温度为50 °C，设计温度取45 550°C °5、主要元件材料的选择：5.1 筒体材料的选择：根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为低合金钢16MnR（钢材标准为 GB6654）t 170MPa16MnR适用围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性，壁厚较大（8mm）的压力容器。5.2 鞍座材料的选择：根据JB/T4731,鞍座选用材料为 Q23

5、5-B，其许用应力147MPasa5.3 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，147MPa.学习帮手.专业整理.第二章设备的结构设计1、圆筒厚度的设计计算压力FC:液柱静压力：p仁 gh 560 9.81 3.21.76 104PaPi/P 1.76 104/0.869 1062% 5%,故液柱静压力可以忽略，即FC P 0.869MPa该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为1.0圆筒的厚度在616mm 围，查GB150-1998中表4-1，可得：在设计温度70。C下，屈服极限强度345MPa，许用应力t170MPa利用中径公式,计算厚

6、度:PDi0.869MPa 3400t8.7mm2-Pc 2 1.0 170 0.869查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表GB150-1998中3.5.5.1 知，当钢材的厚度负偏差不大于差可以忽略不计，故取C1 0 o7-1知，钢板厚度负偏差为0.25m m,而有0.25mm,且不超过名义厚度的6%寸，负偏查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-5知,在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量C2.学习帮手.不小于1 mm °本例取c2 =1则筒体的设计厚度C1 C28.7 0 19.7mm圆整后，取名义厚度n 10mm筒体的有效厚度e n C1 C2

7、10 1 9mm2、封头厚度的设计查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表1，得公称直径 DN=D i =3400mmD选用标准椭圆形封头，型号代号为EHA则 -2，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-12h计算：PcDit2-0.5PC8.7mm0.869MPa 34002 1.00 170 0.5 0.869同上，取 C2 1mm， C10封头的设计厚度.学习帮手.8.7mm 0 1mm 9.7 mm圆整后，取封头的名义厚度n 10mm，有效厚度 e n Ci C2 10 1 9mm封头型记做 EHA 3200 22-16MnR JB/T47463、筒体和封头的结

8、构设计3.1封头的结构尺寸(封头结构如下图由越2，得 h H 7890340040mm查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA椭圆形封头表面积、容积，如下表2:V - Di2 L 2V封，而充装系数为 0.94封贝U：半 Di2 L 2V封0.94即1003.42 L 2 5.50800.94计算得 L=11.025，取 L=11m4、鞍座选型和结构设计4.1 鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷：储罐总质量 m mn 2m2 m3 m4m1筒体质量：m1DL X 3.14 3.2m2单个封头的质量：查标准 JB/T4746-200

9、2质量，可知，m2 1592.3kgm3充液质量：液化石油气 < 水，故m3水? 1000V10003.42 1043310 107.85 109218.726 kg钢制压力容器用封头中表B.2 EHA椭圆形封头2 5.5085110.8366 103kg表2 : EHA椭圆形封头表面积、容积公称直径DN /mm总深度H /mm表面积A/ m2容积V封 / m3340089012.95815.50803.2筒体的长度计算m4 附件质量：人孔质量为302kg，其他接管质量总和估为400kg，即m° 702kg3综上所述，m mt 2m2 m3 m4 123.94 10 kgG=m

10、g=1215.87kN,_每个鞍座承受的重量为607.94N由此查JB4712.1-2007 容器支座，选取轻型，焊制为 BI,包角为120。有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007 表6得鞍座结构尺寸如下表3 :表3 :鞍式支座结构尺寸公称直径DN3400腹板212垫板b4730允许载荷Q/kN835筋板l 3390412鞍座咼度h250b2335e140底板l12480b3430螺栓间距l22200b1380310螺孔/孔长D/l28/60116垫板弧长3950鞍座质量Kg5594.2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

11、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0.2L值，为此中国现行标准 JB 4731钢制卧式容器规定A< 0.2L=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。由标准椭圆封头一 2,有h=H40mm2(H h)4故 A 0.2(L2h)0.2(110002 40)2216mm鞍座的安装位置如图3所示：JB 4731 还此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支

12、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,规定当满足 A< 0.2L时，最好使 A< 0.5Rm（RmRiRm 17001705mm2A 0.5Rm 0.5 1705 852.5mm，取 A=85m综上有：A=850mm（A为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头的总长 ）5、接管，法兰，垫片和螺栓的选择5.1、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，岀液口，进液口，人孔，液位计口，温度计 口，压力表口，安全阀口，排空口。接管和法兰布置如图3所示，法兰简图如图所示：色查HG/T 20592-2009钢制管法兰中表 8.2 3-1 PN1

13、0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-3,得各法兰的质量。表4 :接管和法兰尺寸序号名称公称 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H法兰 质量NSH1Ra排污口8089B200160188M16201053.2106504b气相平 衡口8089B200160188M16201053.2106504c气相口8089B200160188M16201053.2106504d出液口8089B200160188M162010

14、53.2106504e进液口8089B200160188M16201053.2106504f人孔500530B6706202620M24285627.116129039.5g1-2液位计口3238B140100184M1218402.364402h温度计口2025B10575144M1218402.364401m压力表 口2025B10575144M1218402.364401n安全阀 口100108B220180188M16201313.6128524.5s排空口5057B165125184M1618742.985452.55.2垫片查HG/T 20609-2009钢制管法兰用金属包覆垫片，

15、得:表5 垫片尺寸表符号管口名称公称直径径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g1-2液位计口3261.582h温度计口2045.561m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L32 :填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3 :垫片厚度均为 3mm5.3螺栓（螺柱）的选择查HG/T 20613-2009钢制管法兰用紧固件中表 5.0.7-9 和附录中表 A.0.1,得

16、螺柱的长度和平垫 圈尺寸：表6 螺栓及垫片公称直径螺纹螺柱长紧固件用平垫圈 mmd1d2ha80M169017303b80M169017303c80M169017303d80M169017303e80M169017303f500M2412525444g1-232M168517303h20M127513242.5m20M127513242.5n80M169017303s50M1685173036人孔的选择根据HG/T 21518-2005回转盖带颈对焊法兰人孔，查表 3-1，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见下表：表7人孔尺寸表单位：mm密封面型式凹凸面MFMD730b143d°30公称压

17、力PN MPa10D1660b248螺柱数量20公称直径DN500H1280A405螺母数量40dw s530 12h2123B200螺柱尺寸M33 2 170d506b44L300总质量kg302第三章：容器强度的校核3.1水压试验应力校核：试验压力：PT 1.25P1.25 0.8691.086MPa卄Pt(De) 1.086 (3400 9)圆筒的薄膜应力t - :一e205.96MPa2 e2 90.9 s 0.9 1.00 345 310.5MPa t,合格。|' 1一丄jJLuLTrnII1IT!11AA3.2 .筒体轴向弯矩计算1 工作时支座反力F- G 607.94kN

18、 ,hH-h 850mm圆筒中间处截面上的弯矩MiF L 1 2 R2 h2 / L2 4A4. 4hL1 3L607.9411.081 2 1.7052 0.852 /11.0824 0.8514 0.853 11.0811.081038kN?m鞍座处横截面弯矩:A1 一M2 FA 1LRm hi22AL1色3L607.94 0.850.8511.083.3 .筒体轴向应力计算及校核(1)圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力最高点处:PcRM10 1.6070.012 10380003141.7052 0.009最低点处:PcRmeM1 rH0.8691.7052 0.00911

19、0380003.14(2)由压力及轴向弯矩引起的轴向应力因鞍座平面上 A0.5Rm，即筒体被封头加强，查鞍座横截面最高处点轴向应力:m22 e匕耳PcRm3e0.869 1.7052 0.009鞍座横截面最低点处轴向应力:PcRmM 2K2 Rm e(3)筒体轴向应力校核因轴向许用临界应力由A 0Ra0.09417000.000805根据圆筒材料查图4-8可得b3ea2 21.7050.852 0.85 11.08“4 0.851 -3 11.0812.635MPa295.043MPa1.7052 0.009JB/T 4731-2005 表 7-1 可得29二82.768MPa1 3.14 1

20、.7052 0.090.36 MPaI 2 105 0.00080598.9 MPa29.54kN?mK1=1.0， K2=1.0tcr mint,B=98.9MPa,cr min（0.戻l,B°） 98.9MPa2,3170MPa 合格1 ,4 <: 130MPa, 合格ti， T4 <“ 130MPa，合格3.4 .筒体和封头中的切向剪应力计算与校核因A Rm，带来的加强作用，查JB/T4731-2005表7-2得心=0.88，匕=0.401，其最大剪应力23位于靠近鞍座边角处冬F °.88 607.94 1034 86MP2Rm e1705 9'因

21、圆筒=0.8 t = 0.8 170=136 MPa故有 < =136 MPa ，故切向剪应力校核合格3.5. 封头中附加拉伸应力F607.94 103h<K4= 0.401=15.89MPaRm e1.705 0.009由压力引起的拉伸应力(K=1.0)KPDih<L2 e1 0.869 3.4=164.3MPa2 0.009t1.25h 1.25 170 139.04=73.46 MPa >h 合格3.6. 筒体的周向应力计算与校核圆筒的有效宽度b2 335mm ，当容器焊在支座上时，取k 0.1，查JB/4731-2005表7-3可得 K5 0.76, K60.0

22、132。(1) .鞍座在横截面最低点处周向应力15.325 MPaRK5F 0.10.766079405eb20.335 0.009(2) .鞍座角边处的周向应力因为 L H080 6.5 8,则Ra1705F12K6FRm607940120.0136079401.705203.17 MPa624 eb2L e4 0.0090.335211.080.009(3) .应力校核15.325t170 MPat6203.171.251.25 170212.5 MPa ,3.7. 鞍座应力计算与校核1. 腹板水平应力及强度校核：o由 120 可得 K9=0.204 ,水平分力 Fs KgF 0.204

23、607.94kN 124kN 计算高度 出 min（护皿,H） min（# 1705,250） 250mm，鞍座腹板厚度b° 12mm鞍座有效断面平均应力：FsH!b01240000.25 0.01241.33MPa2. 鞍座有效断面应力校核s 鞍座材料Q235-B的许用应力s =235MPa29 41.33 - s 156.67MPa,合格。33. 腹板与筋板组合截面应力计算及校核圆筒中心线至基础表面距离 ：Hv Rm h 4 1705 250 121967mm查表知：地震强度为7度（0.1g ）时，水平地震影响系数0.08则轴向力FeG 0.08 1215.87kN84984.5

24、6N筋板面积：A1 b2 3 335 10 3350mm2腹板面积：A2(l120)2(248020) 1229520 mm2x丨1/21015 133 2480 / 2 10 15 10 390815mmz1x3/2815 10/2820mmZ2z113 820390 1210mm则：Asa 6A1 A26 3350 2952049620mm2形心:yc6Ai(b>2)/2Asa6 3350 (335 12)/270.218mm49620ycb2 2335 12yc70.218103.219mmIy23b2125 10 23A(z；z；)32(h 20)121233502(820231

25、210 )(248020)1032.92 10 mmIz 6詈12310 3353 6335012腹板与筋板组合截面断面系数：Ayd20) 2122815 103.219(2480 20) 121229520 70.2181.88 109mm3maxZ maxZryZrzb12l12IyZ maxIzmax10 380/2 10180mm,102480 / 2101230mm2.92 101012301.88 109180min (Z-Zry)10.42.374 107mm310.4 106mm2106mm2取鞍座底板与基础间（水泥）静摩擦系数0.4因为1f,故 Fe <fmg,则sas

26、aFEhFeHv607.942Zr10349620Asa(l 2 A)386.984 1025062 10.4 10386.984 10196713.663MPa49620 (11080 2 850)1.2 s 1.2 235282MPa,合格4.地震引起的地脚螺栓应力鞍座上地脚螺栓 n=2,筒体轴线两侧螺栓间距|2 2100mm每个地脚螺栓的横截面积:AtD24倾覆力矩：-3.14 242489.6mm24M E-0=FeHv =86984.56 1.967=171098.63N?m地脚螺栓应力：bt MEV017109836 70.46MPa门1珞 2 2.48 489.6 106地脚螺栓

27、选GB/T700规定的Q235, t 147MPa bt 1.25 t 183.75MPa,合格地脚螺栓切应力:Fe86984.56btbt莘44.42MPan 珞 4 0.00048960.8 t 117.6MPa,合格第四章开孔补强设计根据GB150中8.3，当设计压力小于或等于 2.5MPa时，在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距 大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于89mm时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中只有DN=500mn的人孔需要补强。4.1补强设计方法判别按HG/T 21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径 d di 2C25002 2504m

28、md D3400 1700mm2故可以采用等面积法进行开孔补强计算。接管材料选用10号钢，其许用应力t 108MPa根据 GB150-1998 中式 8-1，A=d2 et(1fr)其中：壳体开孔处的计算厚度8.7mm接管的有效厚度etnt C1 C212 1 11mm强度削弱系数fr n 1080.635r170所以开孔所需补强面积为 A=d22 et(1 fr)504 10+2 9 10 0.3655085.7mm4.2有效补强围4.2.1有效宽度B的确定按GB150中式8-7，得：耳 2d 2 5041008mmB2 d 2 n 2 nt 504 2 10 2 12548mmB max(

29、BB2)1008mm4.2.2有效高度的确定(1 )外侧有效高度 h1的确定根据GB150中式8-8，得:h1'、右.504 1277.8mmhi''接管实际外伸高度Hi 280mmh| min(hj, hj)77.8mm(2 )侧有效高度h2的确定根据 GB150-1998中式8-9，得：h2'、右 504 12 77.8mmh2'' 0h2 min (h2',h2")04.3有效补强面积根据GB150中式8-10 式8-13，分别计算如下:AeA1A2A34.3.1筒体多余面积(B d)( eet ( e)(1fr)(100

30、8 504)(108.7)2 10 (10 8.7)(1 0.635) 645.71mm23.2接管的多余面积接管厚度:PcDi2 t0.5Pc0.869 5002 1701.28mm1 0.5 0.8692h,( et t)fr2h2( etC2)fr77.8 (10 1.28) 0.63520 861.6mm3.3焊缝金属截面积 焊角取6.0mm122A 2 6 2 36mm4.4.补强面积A A1 A2 A3645.71861.6 361543.31mm2因为Ae A 5085.7mm2，所以开孔需另行补强所需另行补强面积：A4 A Ae 5085.7 1543.31 3542.39mm

31、2补强圈设计：根据 DN500取补强圈外径 D =840mm。因为B>D，所以在有效补强围。补强圈径 d' =530+2=532mm补强圈厚度：A 3542.39'411.5mmD' d' 840 532圆整取名义厚度为 12mm第五章：液化石油气储罐的焊接容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝、融合线和热影响区的 总称，焊缝是焊接接头的主要部分。焊接接头的形式和坡口形式的设计直接影响到 焊接的质量与容器的安全。1/2,筒体的焊接和封头与筒体的焊接采用 X型坡口，因为同厚度下减少焊接量约 焊接变形及产生应力也小。壳体与接管的连接为角接接头参考文献

32、1国家质量技术监督局.GB150-1998钢制压力容器.中国标准.19982 国家质量技术监督局.压力容器安全技术监察规程.中国劳动社会保障.19993 国家经济贸易委员会.JBT4736-2002补强圈.20024 全国化工设备设计技术中心站.化工设备图样技术要求.2000.115 津洋、董其伍、桑芝富.过程设备设计.化学工业.20016 黄振仁、魏新利.过程装备成套技术设计指南.化学工业.20027 国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计手册.化学工业.19968 蔡纪宁.化工设备机械基础课程设计指导书.化学工业.2003年9 贺匡国.化工容器及设备简明设计手册.化学工业.2002年8月10 安全生产信息网.液化石油气的特性.hbsa