60m3卧式液化石油气储罐设计

1、吉林化工学院化工原理课程设计 油气储运课程设计任务书1、设计题目： 60m³ 卧式液化石油气储罐设计2、设计条件：（1）操作温度：45（2）设计温度：50（3）操作压力：1.568MPa（4）设计压力：1.725MPa（5）介质：液化石油气；（6）全容积：60m³；（7）设备及附件材料自选。3、设计任务： （1）储罐分类、卧式储罐发展概况、介质物性； （2）设计参数选择； （3）储罐结构设计； （4）开孔补强设计计算； （5）储罐强度计算；（6）卧式储罐装配图（A3）。4、设计要求：由于设计参数是每个人各不相同，所以，基本上能够保证学生独立完成任务能力的锻炼，并可在碰到确实

2、需要讨论的个别难题时仍然可以相互讨论，从而培养学生合作解决问题的能力。课程设计是在课程学习阶段结束后，学生们独立进行的工程设计工作，是总结性的、重要的教学实践环节，其目的是培养学生综合运用所学知识，理论联系实践，分析解决工程实践问题的能力。本设计学生必须完成一张A2装配图（包括至少四个详图）和编制技术性设计说明书一份。 摘 要：从液化石油气的特点，探讨有关卧式圆筒形液化石油气储罐的设计主要，主要对其设计参数，材料选择，结构设计，安全附件及制造与检验等几个方面进行分析和计算。通过本次设计，锻炼了学生查阅文献的能力，提高了计算水平，并且对卧式储罐等大型储罐有了进一步的了解，加深了对本专业课程的认识

3、，在设计的同时，也锻炼了学生的逻辑思维能力和实际动手能力，为以后的工作奠定了基础。 关键字：液化石油气；卧式储罐；设计 中图法分类号：TE 972Abstract: from liquefied petroleum gas characteristics, discuss the horizontal cylinder of liquefied petroleum gas tank design, mainly on its design parameters, material selection, structure design, manufacture and inspection o

4、f safety accessories and several aspects of analysis and calculation.Through this design, to train the students' literature capacity, improve the computational level, and the horizontal tanks and other large storage tanks have the further understanding, deepen the understanding of the profession

5、al course of understanding, in the design at the same time, also training students logic thinking ability and practical ability, for the future work of laying foundation.Keywords: liquefied petroleum gas; horizontal storage tank; designKey word: TE 972目录油气储运课程设计任务书I摘 要：IIAbstract:III第一章 绪 论1第二章 设计方案

6、22.1设计参数的确定22.1.1设计压力22.1.2设计温度22.2主要元件材料的选择22.2.1筒体材料的选择22.2.2鞍座材料的选择22.2.3地脚螺栓的材料选择2第三章 容器的结构设计23.1圆筒厚度的设计23.2封头厚度的计算33.3筒体和封头的结构设计33.3.1封头的结构尺寸33.3.2简体的长度计算43.4人孔的选择43.5接管，法兰，垫片和螺栓（柱）53.5.1接管和法兰53.5.2垫片63.5.3螺栓（螺柱）的选择73.6鞍座选型和结构设计83.6.1鞍座选型83.6.2鞍座的安装位置9第四章 开孔补强设计104.1补强设计方法判别104.2有效补强范围104.2.1有效

7、补强B104.2.2外侧有效高度104.2.3内侧有效高度114.3有效补强面积114.3.1筒体多余面积114.3.2接管的多余面积114.3.3焊缝金属截面积114.3.4补强面积11第五章 强度计算125.1水压试验应力校核125.2圆筒轴向弯矩计算125.2.1圆筒中间截面上的轴向弯矩125.2.2鞍座平面上的轴向弯矩125.3圆筒轴向应力计算并校核135.3.1圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力135.3.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算并校核145.3.3圆筒轴向应力校核145.4切向剪应力的计算及校核155.4.1圆筒切向剪应力的计算155.4.2圆筒被封头加强（）

8、时，其最大剪应力155.4.3切向剪应力的校核155.5圆筒周向应力的计算和校核165.5.1在横截面的最低点处应力165.5.2在鞍座边角处应力165.5.3鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力165.5.4周向应力校核175.6鞍座应力计算并校核175.6.1腹板水平分力及强度校核175.6.2鞍座压缩应力及强度校核175.7地震引起的地脚螺栓应力195.7.1 倾覆力矩计算195.7.2 由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力195.7.3由地震引起的地脚螺栓剪应力20设计结果汇总21结束语22参考文献23主要文字说明2424第一章 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

9、于储存量小于500 或单罐容积小于150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。本次设计的为100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。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,

10、 焊接工作量大, 故安装费用较高。一般贮存总量大于500或单罐容积大于200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, 单罐容积小于100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。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

11、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。第二章 设计方案2.1设计参数的确定：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1.568MPa4工作温度455公称直径2600mm6公称容积607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2.1.1设计压力：设计压力取工作压力的1.1倍，即P=1.1×1.568=1.7252.1.2设计温度：设计温度取50。2.

12、2主要元件材料的选择：2.2.1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）。16MnR适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性,壁厚较大（）的压力容器。2.2.2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2.2.3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的许用应力第三章 容器的结构设计3.1圆筒厚度的设计由于该容器储存介质易燃，所以该容器的焊缝都要采用全焊透结构，需要对该 储罐进行100%探伤，所以取焊缝系数为。假设圆筒的厚度在6-16mm范围内，查G

13、B150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强度，屈服极限强度，50下的许用应力为，利用中径公式 查标准HG20580-19983表7-1知，钢板厚度负偏差为0.25mm，而由1中3.5.5.1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,在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量C2不小于1mm。本例取C2=1mm则筒体的名义厚度圆整后取为简体的有效厚度3.2封头厚度的计算查标准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，则 ，根

14、据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算： 同上，取，则封头的名义厚度为圆整后取为EHA2600×22-16MnR JB/T47463.3筒体和封头的结构设计3.3.1封头的结构尺寸由，得 查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表2：表2 ：EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN /mm总深度H /mm内表面积A/容积/26006907.65452.51313.3.2简体的长度计算取装料系数为0.9，则即 算得圆整后取为。3.4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

15、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kg3023.5接管，法兰，垫片和螺栓（柱）3.5.1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。如图3所示：图2 图3查HG/T 20592-2009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 20592-20

16、09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3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。3.5.2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

17、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8089B200160188M16241053.2128585.0d出液口8089B200160188M16241053.2128585.0e进液口8089B20

18、0160188M16241053.2128585.0f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5057B165125184M1620752.986483.03.5.3螺栓（螺柱）的选择查HG/T 20613-2009 钢制管法兰用紧固件中表5.0.7-11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

19、平垫圈 mm公称直径螺纹螺柱长Ha80M169217303b80M169217303c80M169217303d80M169217303e80M169217303f500g1-232M168517303h20M127513242.5m20M127513242.5n80M169217303s50M1690173033.6鞍座选型和结构设计3.6.1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，GB/T25198-2010压力容器封头充液质量：，水压试验充满水，故取介质密度为 则附件质量：人孔质量为，其他接管总和为3

20、00kg，即综上所述， 则每个鞍座承受的质量为，即为。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DN2600腹板10垫板610允许载荷QkN440筋板29510鞍座高度h250268e120底板1880360螺栓间距16403008鞍座质量Kg29814垫板弧长3030增加100mm增加的高度Kg26该对鞍座标记为JB/T4712.1-2007 鞍座A2000-S和JB/T4712.1-2007 鞍座A2000-F。3.6.2鞍座的安装位置根据JB/T4731-2005钢

21、制卧式容器中6.1.1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。即取鞍座的安装位置如图3-3所示：图3-3 鞍座安装位置第四章 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=500mm的 人孔需要补强。4.1补强设计方法判别人孔开孔直径为 故可采用等面积法进行补强计算接管材料选用16MnR，其许用应力根据GB150-1998中式8-1： 式中：壳体开孔处的计算厚

22、度接管的有效厚度强度削弱系数所以4.2有效补强范围4.2.1有效补强B按GB150中式8-7，得： 4.2.2外侧有效高度根据GB150中式8-8，得：4.2.3内侧有效高度根据GB150-1998中式8-9，得：4.3有效补强面积根据GB150中式8-10 式8-13，分别计算如下： 4.3.1筒体多余面积4.3.2接管的多余面积4.3.3焊缝金属截面积焊缝金属截面积，焊脚去6mm，则4.3.4补强面积因为，所以开孔需另行补强另行补强面积为第五章 强度计算5.1水压试验应力校核试验压力圆筒的薄膜应力为即，所以水压试验合格5.2圆筒轴向弯矩计算圆筒的平均半径为鞍座反力为5.2.1圆筒中间截面上

23、的轴向弯矩根据JB/T 4731-2005中式7-2，得：5.2.2鞍座平面上的轴向弯矩根据JB/T 4731-2005中式7-3，得：图5-1（a）筒体受剪力图图5-1（b）筒体受弯矩图5.3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5.3.1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： 5.3.2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）

24、得，则b).在横截面最低点处的轴向应力：5.3.3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5.4切向剪应力的计算及校核5.4.1圆筒切向剪应力的计算根据JB/T 4731-2005中式7-9计算查JB/T 4731-2005中表7-2，得： 5.4.2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： 5.4.3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，应满足而故圆筒满足强度要求。根据2中式7-12 则 故封头满足强度要求5.5圆筒周向应力的计算和校核根据鞍座尺寸表知：即，所以此鞍座垫片

25、作为加强用的鞍座。5.5.1在横截面的最低点处应力 其中（容器焊在支座上） 查,表7-3知， 则5.5.2在鞍座边角处应力由于 由于 查JB/T47-2005,表7-3知，则 5.5.3鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力由于，根据2中式7225.5.4周向应力校核根据JB/T 4731-2005中7.3.4.3进行校核故圆筒周向应力强度满足要求。5.6鞍座应力计算并校核5.6.1腹板水平分力及强度校核鞍座包角，查表中表7-5：。则垫板起加强作用，则：其中，则则查2中表51，得：，则由于，所以其强度满足要求。5.6.2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

26、的则 所以压应力应按2中式729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：代入公式得取 则根据JB/T 4731-2005中式7-32进行校核即满足强度要求。5.7地震引起的地脚螺栓应力5.7.1 倾覆力矩计算 5.7.2 由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力 其中n为承受倾覆力矩的地脚螺栓个数，；为筒体轴线两侧的螺栓间距；为每个地脚螺栓的横截面面积，；则取载荷系数，则由于，所以强度符合要求。5.7.3由地震引起的地脚螺栓剪应力 其中为承受剪应力的地脚螺栓个数，；则由于 故符合强度要求。设计结果汇总参数 设计压力（）1.725 工作温度（）50 容器的结构参数 筒体名义厚度（）16封头名义厚度（)16筒体长度L()11.6每个鞍座承受重量（）396.74开孔补强设计补强面积 （）5747.04强度计算圆筒轴向应力校核圆筒的平均半径()1308圆筒中间截面上的轴向弯矩（）8.67108鞍座平面上的轴向弯矩（）-1.04107()98.37 满足切向剪应力校核圆筒的切向剪应力（）17.8圆筒被封头加强时，最大剪应力（）8.11 满足封头的切向剪应力（）136封头最大剪应力（）63 满足圆筒周向应力校核横截面最低点（）-4.50在鞍角边处（）-47.62鞍