液化石油气储罐设计说明书

1、.专业整理.100m3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500m3或3单罐容积小于150m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100m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：球形贮罐和圆筒形贮罐

2、。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500m3或单罐容积大于200m3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500m3,单罐容积小于100m3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。卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容

3、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：85m3液化石油气储罐的设计2、设计数据：如下表1：表1:设计数据序号项目数值单位备注1名称一3、一85m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50C5公称直径3000mm6容积85m37单位容积充装量0.42t/m38装量系数0

4、.99工作介质液化石油气（易燃）10其他要求100碗损检测3、设计压力：设计压力取最大工作压力的1.1倍，即P1.10.790.869MPa4、设计温度：工作温度为50°C,设计温度取45550C05、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）t170MPa16MnR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Q235-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/

5、T700规定的Q235,Q235的许用应力bt147MPa.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PC：液柱静压力：P1=gh5609.813.21,76104PaPi/P1.76104/0.8691062%5%,故液柱静压力可以忽略，即PCP0.869MPa70°C下，屈服极限强度该容器需100琳伤，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s345MPat170MPa利用中径公式,计算厚度:PDi0.869MPa3400t8.7mm2-Pc21.01700.8697-1知，钢板厚度负偏差为0.2

6、5mm,而有0.25mm,且不超过名义厚度的6%寸，负偏7-5知，在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量C2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C10o查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表不小于1mm。本例取C2=1则筒体的设计厚度nC1C28.7019.7mm圆整后，取名义厚度n10mm筒体的有效厚度enC1C21019mm2、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=Di=3400mmDi-选用标准椭圆形封头，型万代万为EHA则2,

7、根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-12h计算：PcDi0.869MPa340087mm2t-0.5P21.001700.50.869c同上，取C21mm,C10o封头的设计厚度d8.7mm01mm9.7mm,学习帮手.专业整理.圆整后，取封头的名义厚度n10mm,有效厚度enClC21019mm封头型记做EHA320022-16MnRJB/T47463、筒体和封头的结构设计3.1封头的结构尺寸（封头结构如下图1）,Di/口Di3400由2,型hH89040mm2Hh44,学习帮手.中表查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头B.1EHA椭圆形封头表面积、容积，如下表2:

8、V - Di2 L 2V封4,而充装系数为 0.9则:V0.92-Di2 L 2V封4即100 3.42 L 2 5.50800.94表2:EHA椭圆形封头表面积、容积公称直径DN/mm总深度H/mm表向1积A/m2容积V封/m3340089012.95815.50803.2筒体的长度计算计算得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mm12m2m3m4m1筒体质量： nDL X333.143.210107.85109218.726kgm2单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力

9、容器用封头中表B.2EHA椭圆形封头质量，可知，m21592.3kgm3充液质量：液化石油气<水，故m3水？V1000V1000一3.421025.5085110.8366103kg4m4附件质量：人孔质量为302kg,其他接管质量总和估为400kg,即m4702kg3综上所述，mm12m2m3m4123.9410kgG=mg=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

10、直径DN3400腹板212垫板b4730允许载荷Q/kN835筋板l3390412鞍座局度h250b2335e140底板I12480b3430螺栓间距l22200b1380310螺孔/孔长D/l28/60116垫板弧长3950鞍座质里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JB4731钢制卧式容器规定A&0.2L=0

11、.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D2,<h=H-D-40mm2(Hh)4故A0.2(L2h)0,2(11000240)2216mm鞍座的安装位置如图3所示：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%），即作用。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，JB4731还规定当满足A<0.2L时，最好使A<0.5Rm（RmRiRm17001705mm2A0.5Rm0.51705852.5mm,取A=85m综上有：A=850mm（A为封头切

12、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，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。接管和法兰布置如图3所示，法兰简图如图所示：.查 HG/T 20592-2009钢制管法兰中表 8.2 3-1 PN10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.专业整理.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（

13、个）螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量NSHiRa排污口8089B200160188M16201053.2106504b气相平衡口8089B200160188M16201053.2106504c气相口8089B200160188M16201053.2106504d出液口8089B200160188M16201053.2106504e进液口8089B200160188M16201053.2106504f人孔500530B6706202620M24285627.116129039.5g1-2液位计口3238B140100184M1218402.364402h温度计口2025B1057514

14、4M1218402.364401m压力表口2025B10575144M1218402.364401n安全阀口100108B220180188M16201313.6128524.5s排空口5057B165125184M1618742.985452.55.2 垫片查HG/T20609-2009钢制管法兰用金属包覆垫片，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2045.56

15、1n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/T3880,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/T20613-2009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.

16、5m20M127513242.5n80M169017303s50M1685173036人孔的选择根据HG/T21518-2005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密封向型式凹凸面MFMD730643d030公称压力PNMPa10Di660b248螺柱数量20公称直径DN500Hi280A405螺母数量40dws53012h2123B200螺柱尺寸M332170d506b44L300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：PT1.25P1.250.8691.086MPa4Pt(De)1.086(340

17、09)圆筒的薄膜应力t二一-1-205.96MPa2e290.9s0.91.00345310.5MPat,合格。3.2 .筒体轴向弯矩计算-1-，.，工作时支座反力F-G607.94kN,hiH-h850mm圆筒中间处截面上的弯矩.学习帮手.nnFLMi412R2h2/L24A607.9411.08121.70520.852/11.08240.85140.85311.0811.081038kN?m鞍座处横截面弯矩:A1 一M2 FA 1 L2AL1色 3L607.94 0.850.8511.08221.7050.852 0.85 11.08彳 4 0.851 3 11.0829.54kN?m3

18、.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:PcRM1RTT0 1.6070.0123.1410380001.7052 0.00912.635MPa最低点处:PcRm二M1 Rn0.8691.7052 0.00937052 0.00995.043MPa(2)由压力及轴向弯矩引起的轴向应力因鞍座平面上 A 0.5Rm,即筒体被封头加强，查JB/T 4731-2005 表 7-1 可彳K Ki=1.0 , K2=1.0鞍座横截面最高处点轴向应力:PcRm3记M2（ Rm0.869 1.7052 0.0092954 5 82.

19、768MPa1 3.14 1.7052 0.09鞍座横截面最低点处轴向应力:PcRmM 2K2% e0.36 MPa(3)筒体轴向应力校核因轴向许用临界应力由0.094 eA e0.094Ra17000.000805根据圆筒材料查图4-8可彳导B3ea-2 105 0.00080598.9 MPa3tcr mint,B=98.9MPa,crmin（0.宾l,B0）98.9MPa；170MPa,合格4<Cr130MPa,合格T4<cr130MPa，合格3.4. .筒体和封头中的切向剪应力计算与校核因A 色，带来的加强作用，查A：2JB/T4731-2005 表 7-2 得 K3=0.

20、88 , K4=0.401 ,其最大剪应力位于靠近鞍座边角处K3FRm e30.88 607.94 101705 934.86MPa因圆筒=0.8=0.8 170=136 MPa故有<=136MPa,故切向剪应力校核合格3.5. 封头中附加拉伸应力3F607.94103h<K4=0.401-=15.89MPaRme1.7050.009由压力引起的拉伸应力(K=1.0)10.8693.420.009=164.3MPat1.25h1.25170139.04=73.46MPa>h合格3.6. 筒体的周向应力计算与校核圆筒的有效宽度b2335mm，当容器焊在支座上时，取k0.1,查J

21、B/4731-2005表7-3可得K50.76,K60.0132(1) .鞍座在横截面最低点处周向应力15.325 MPaRK5F0.10.76607940eb20.3350.009(2) .鞍座角边处的周向应力因为R；愕06.58,则F4 eb212K6FRm60794012 0.013 607940 1.70524 0.009 0.33511.08 0.009203.17 MPa(3) .应力校核15.325t170MPat203.171.251.25170212.5MPa,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可彳K9=0.204，水干分力FsK9F0.204

22、607.94kN124kN计算高度 Hs minRm, h). ，1C C、 C Cmin(- 1705,250) 250mm，鞍座腹板厚度bo 12mmFs12400041.33MPa鞍座有效断面平均应力:9一_一Hsb00.250.0122.鞍座有效断面应力校核卜一鞍座材料Q235-B的许用应力卜=235MPa2i941.33-s156.67MPa,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：HvRmh41705250121967mm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FeG0.081215.87kN84984.56N筋板面积：A

23、ib23335103350mm2腹板面积：A2(l120)2(248020)1229520mm2xl321015l332480/2101510390815mmzix3/281510/2820mmz2zi138203901210mm2则：Asa6AA2633502952049620mm形心：yc6A(b22)/263350(33512)/270.218mmycb22yc335 1270.218 103.219mm23b212A(z；z2)32(11 20)12233335 101233502(8202 _31210 ) (2480 20)1032.92 10 mmIz 612Ayc20) 231

24、2A2yc6310 335 335012一 一 一 一2(2480 20) 12815 103.2191229520 70.2181.88 109mm349620腹板与筋板组合截面断面系数:maxb1 10 380/2 10 180mm, 2Z maxZryl1-10 2480 / 22Iy 2.92 1010123010 1230mm2.374 107mm3rzZ maxmax1.88 10918010.4 106mm2Zrmin(Zrz,Zry)10.4106mm2取鞍座底板与基础间（水泥）静摩擦系数f 0.4因为1f,故FE<fmg,则(FFEhFeHvsaAsa2ZrAsa(l2

25、A)333607.941086.9841025086.9841019676-13.663MPa49620210.41049620(110802850)sa1.2s1.2235282MPa,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l22100mm每个地脚螺栓的横截面积:Abt-D213.14242489.6mm244倾覆力矩：ME-0=FEHV=86984.561.967=171098.63N?mmE-0171098.63八地脚螺栓应力：btEV670.46MPanlAbt22.48489.6106地脚螺栓选GB/T700规定的Q235,t147MPabt1.23

26、t183.75MPa,合格地脚螺栓切应力：Fe86984.56btf44.42MPan%40.0004896bt0at117.6MPa,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寸，接管厚度满足要求，不另行补强，故该储罐中只有DN=500mm勺人孔需要补强。4.1 补强设计方法判别按HG/T21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。开孔直径ddi2C250022504mm,Di3400d1700mm22故可以采用等面积法进行开孔补强计算O接管材料选用10号钢，其

27、许用应力t108MPa根据 GB150-1998 中式 8-1A=d2 et(1fj其中：壳体开孔处的计算厚度8.7mm接管的有效厚度etntC1c212111mm强度削弱系数frLJn1080,635r1702所以开孔所需补强面积为A=d2et(1fr)50410+29100.3655085.7mm4.2 有效补强围4.2.1 有效宽度B的确定按GB150中式8-7,得：B12d25041008mmB2d2n2nt504210212548mmBmax(B1,B2)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',5041277.8

28、mmhi''接管实际外伸高度Hi280mmh1min(h1',h1'')77.8mm(2)侧有效高度h2的确定根据GB150-1998中式8-9,得：h2'、亡5041277.8mmh2''0h2min(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A1A(Bd)(e)2et(e)(1f,)2(1008504)(108.7)210(108.7)(10.635)645.71mm23.2 接管的多余面积接管厚度：1.28mmP

29、cDi0.869500tt20.5Pc217010.50.869A22bl(ett)fr2h2(etC?)：277.8(101.28)0.6350861.6mm23.3 焊缝金属截面积焊角取6.0mm122A62236mm223.4 .补强面积AA1A2A3645.71861.6361543.31mm2因为AeA5085.7mm2,所以开孔需另行补强所需另行补强面积：A4AAe5085.71543.313542.39mm2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：A3542.39'1

30、1.5mmD'd'840532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。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1/2,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.hbsafet