300立方米液化石油气储罐设计-化工容器设计课程设计说明书

.《化工容器设计》课程设计说明书300m3液化石油气储罐设计专业：过程装备与控制工程班级：过控一班学号：姓名：目录1设计参数的选择 设计参数的选择1.1设计的题目300m3液化石油气储罐设计1.2原始数据表1.1设计条件序号项目数值单位备注1名称液化石油气储罐2用途液化石油气储存3最高工作压力1.62MPa由介质温度决定4工作温度-20～48℃5公称容积300m36工作压力波情况可不考虑7装量系数0.98工作介质液化石油气9材料16MnR10焊接要求双面焊，局部无损探伤11设计寿命20年12腐蚀速率0.1mm/a13其他要求1.3储存量盛装液化气体的压力容器设计存储量：W=ΦV式中，装载系数Φ=0.9压力容器设计V=300m³设计温度下的饱和液体密度=500㎏/m³则：存储量W=135.00t1.4设计压力设计压力取饱和蒸气压，p=1.8MPa1.5设计温度工作温度为-20℃～48℃，则取设计温度取50℃2容器的结构设计2.1筒体的内径和长度的确定由设计任务书可知：V=300m3 L/Di=8取L=8Di则有：取内径为3630mm，由于筒体的内径较大，所以采用钢板卷制，公称直内径DN3700mm.选用标准椭圆形封头表2.1EHA椭圆形封头内表面积及容积公称直径（mm）总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m3370096515.30477.0605则筒体长度：圆整：L=26700mm则实际体积：则体积相对误差为：符合设计要求。2.2筒体和封头的厚度设计计算（1）设计压力取：p=1.8MPa液柱压力（安装满时计算）：％＜5％所以可以忽略液柱的压力。双面焊，局部无损探伤，焊接接头系数=0.85筒体厚度：计算压力：计算厚度：查表2-5得，厚度负偏差C1=0.8mm。设计寿命20年，腐蚀速率0.1mm/a，所以腐蚀裕量C2=2mm。设计厚度=24.19+2=26.19mm；名义厚度=28mm。标准椭圆形封头厚度：计算厚度：设计厚度：2.3人孔设计设置1个人孔，其公称直径取DN450。根据HG/T21518-2005《钢制人孔和手孔》选取：人孔RFⅢt-35CM(W·D-1232)B450-2.5HG/T21518-2005具体结构和材料见标准HG/T21518-2005《钢制人孔和手孔》。2.4其他零部件的设计2.4.1液位计的设计1）液位计类型由于该储罐的介质为液化石油气，工作温度常温，所以选用磁性液位计。2）液位计中心距可简化容器为一圆筒，液体达到总体积的90%（本储罐的装量系数为0.9），可近似认为截面面积达到全面积的90%，所以下图所示的阴影面积为全面积的10%。即：即迭代求解得：θ=46.6°所以最高液面到筒体中心线的距离为：所以选用中心距为2500mm的液位计不对称安装装。Rθ图2.13）接管与法兰由于介质为液化石油气，应采用带颈对焊法兰（突面）、带加强环的缠绕垫片（带外环）和专用级高强度螺栓组合，而且它的腐蚀性不大，所以材料不需要选太好的。为了有良好焊缝，接管材料选16Mn。同时接管伸出较长，需要支撑结构。综上所述，具体见表3.2表2.2接管与法兰名称标记数量总质量/kg备注液位计HG/T21584-95UZ1.6-2500-0.5AF304C130法兰HG/T20592法兰WN20-2.5RFS=3.522垫片HG20610缠绕垫D25-25123222接管φ25×3.5L=395mm10.97接管φ25×3.5L=495mm11.22全螺纹螺柱M12×2×808.8级材料35CrMoA80.48螺母M128级材料30CrMo160．32筋板40×3材料Q235A4现场确定长度2.4.2管口设计1）管口中心线位置的确定根据管口的性质可确定其安放位置，排污管在筒体的下方，其它在筒体的上方。根据GB150规定，按壳体开孔不另行补强设计要求设计法兰管的位置。要求如下：a.设计压力小于或等于2.5MPa。b.两相邻开孔中心线的间距应不小于两孔直径之和的两倍。c.接管公称外径小于或等于89mm。d.接管最小壁厚满足下表：表2.3接管最小壁厚接管公称外径253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.01．接管的腐蚀余量为1mm集中布管，顺序为：放空口、人孔、安全阀接口、温度计口、压力表接口、液相进口管、气相出口管、排污口在壳体下方、液相出口管在壳体下方。（具体位置见装配图）1.离焊缝最近的人孔，所以它离焊缝距离应该不小于，则取人孔与焊缝距离为640mm；2.两相邻开孔中心线的间距应不小于两孔直径之和的两倍,则放空口与人孔距离为1200mm，人孔与安全阀接口距离为2400，安全阀与温度计口2000mm、温度计与压力表的距离为2000mm、压力表与液相进口距离为2000mm、液相进口与气相出口距离为2000mm。（具体位置见装配图）2）接管与法兰选取a．根据壳体开孔不另行补强，条件d条可确定接管厚度：b．液相进口管，液相出口管，气相进口管，气相出口管，排污管——5mmc．安全阀接口接管——6.0mmd．压力表接管，液位计接管——3.5mm由于本储罐装的是液化石油气，法兰采用带颈对焊法兰，缠绕垫片（带外环）。综上所述：表2.4接管与法兰标准号名称材料数量总质量/kg备注HG20592法兰WN50(B)-25FMS=5.016MnⅡ515.55液相进口管，液相出口管，气相进口管，气相出口管，排污管法兰HG20592法兰WN25(B)-25FMS=3.516MnⅡ11.26压力表接管法兰HG20592法兰WN25(B)-25RFS=3.516MnⅡ23.0液位计接管法兰HG20592法兰WN80(B)-25FMS=6.016Mn15.0安全阀接管法兰GB6479接管φ57×5.0L=1500,L=12340,L=15516Mn524.76其中L=155取3条，其它一条GB6479接管φ32×5.0L=150L=495L=39516Mn32.97压力表接管，液位计接管GB6479接管φ89×7.0L=14516Mn11.77安全阀接管3）焊接结构设计。1．壳体A，B类焊接接头的设计该容器上的A,B类接头必须采用对接焊，不允许采用搭接焊。对接焊易于焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。该容器上的接管与壳体以及补强圈之间的焊接一般只能采用角接和搭接。2．壳体C，D类焊接接头的设计平盖，管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体，接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头，但已规定为A，B类的焊接接头除外。接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头均属于D类焊接接头，但已规定为A，B类的除外。3．焊接接头坡口设计容器筒体，封头与接管法兰的厚度均在δ=3～28mm的范围，为了减小焊接变形和残余应力，因此可取接头坡口形式为X形。4）常用焊接方法与焊条的选择采用手工电弧焊，该方法设备简单，便于操作，使用于各种焊接，在压力容器制造中应用十分广泛，钢板对接，接管与筒体、封头的连接等都可以采用。考虑母材力学性能与化学成分，对低碳钢和低合金钢构件，要求等强度原则选择焊条，即要求焊缝与母材的强度相等或基本相等，而不要求焊缝的化学成分与木材相同。不同类型的低合金钢之间进行异种钢焊接时，应选与其中强度较低的钢材等强度的焊条进行焊接，再综合考虑金属进行热处理后，对其力学性能的影响构件的结构与刚性和经济性，该容器所用焊条使用型号如下表：表2.5焊条型号接头母材焊条型号焊条牌号Q345R+Q345RE5016(GB/T5117)J506Q235-A+Q235-AE4316(GB/T5117)J426Q235-A+Q345RE4303(GB/T5117)J422由于介质为液化石油气，应采用带颈对焊法兰（突面）、带加强环的缠绕垫（带外环）和专用级高强度螺栓组合，而且它的腐蚀性不大，所以材料不需要选太好的。为了有良好焊缝，接管材料选16Mn。同时接管伸出较长，需要支撑结构。综上所述，储罐其它部件确定如（表2.6）。表2.6储罐其他部件名称标记数量总质量/kg备注液位计HG/T21584-95UZ2.5-2500-0.5AF304C130法兰HG/T20592法兰WN20-2.5RFS=3.522垫片HG20610缠绕垫D25-25123222接管φ25×3.5L=395mm10.97接管φ25×3.5L=495mm11.22全螺纹螺柱M12×2×808.8级材料35CrMoA80.48螺母M128级材料30CrMo160．32筋板40×3材料Q235A4现场确定长度2.5鞍座选型和结构设计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2.5.1质量确定由于接管、人孔、液位计等质量相对于筒体和封头的质量较小，所以这里主要考虑筒体和封头质量容器质量：正常操作状态下最大质量:水压试验时最大质量：综上所述，mmax=375967.038kg则每个鞍座承受的质量为187983.519kg，即为1842kN。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得（表2.7）表2.7鞍座尺寸表公称直径DN3800腹板16730允许载荷Q/kN1330筋板44012鞍座高度h250335e140底板2780430螺栓间距250038012鞍座质量Kg65016垫板弧长4410增加100mm增加的高度Kg47该对鞍座标记为JB/T4712.1-2007鞍座A3800-S和JB/T4712.1-2007鞍座A2300-F。2.5.2鞍座的安装位置根据JB/T4731-2005《钢制卧式容器》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0.5R无法满足A小于等于0.5R宜大于0.2L。R筒的平均内径。L=L0+4/3H=26700+4/3×965=27987mm即A≦R/2=1850/2=925mm取A=850mm鞍座的安装位置如图所示：图2.2鞍座位置3开孔补强设计根据GB150中8.3，知该储罐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=480-12×2+2×(2+0.8)mm=461.6mmd≤Di/3=3700/3=1233mm故可以采用等面积法进行开孔补强计算3.2补强圈计算补强圈如图：

图4.1补强圈3.2.1圆筒开孔所需补强面积开孔直径:d=480-12×2+2×(2+0.8)mm=461.6mm圆筒计算厚度:接管有效厚度:δet=15-1-0.8mm=13.2mm强度削弱系数:fτ=1.0所以:A=12089.304mm23.2.2壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积有效补强范围的宽度:B=923.2mm所以:A1=835.496mm23.2.3接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积有效补强范围外侧高度:h1=85.94mm有效补强范围内侧高度:h2=0mm接管计算厚度：所以:A2=1830.522mm23.2.4焊缝金属面积焊缝金属面积不考虑，则：A3=03.2.5另加补强面积A4=A-A1-A2-A3=12089.304-835.496-1830.522=9423.286mm2所以补强圈厚度：考虑焊缝的补强作用，取δc=14mm标记：dN450×14-C-Q16MnRJB/T4736质量：29.6kg4强度计算4.1液压试验采用水压试验试验压力：校核有效厚度:而符合要求。4.2圆筒轴向弯矩建立力学模型，建立数学模型该卧式容器可简化为外伸梁受均布载荷如图：qqFAMVF图4.1载荷分布4.2.1载荷分布置于对称分布的鞍座上卧式容器所受的外力包括载荷和支座反力。（1）均布载荷q、支座反力F首先应把封头折算成和容器直径相同的当量圆筒。长度为2/3H（H凸形封头的深度）故重量载荷作用的长度为L+4/3H如果容器的总重量为2F，则作用在外伸梁上的的单位长度均布载荷为N/mm=（4-1）则有:F=N=（4-2）(2)竖直剪力V和力偶M封头本身和封头物料的重量为，此重力作用在封头的重心上，椭圆形封头重心e=，按照力线平移法则，此重力可用一个作用在梁端点的横向剪力V和一个附加的力偶m1来代替，则有（4-3）和（4-4）此外，当封头中充满液体时，液体静压力对封头作用一水平向外推力。这一推力偏离容器轴线，对梁的则形成一个力偶m2为（4-5）将力偶m1和m2合成一个力偶M，即（4-6）椭圆封头可近似可做RI=H则有M=04.2.2筒体弯矩取：A=850mm1.弯矩，筒体在支座跨中截面的弯矩，可分析两平衡条件得：筒体在支座截面处的弯矩：则最大弯矩为M14.3圆筒轴向应力计算并校核4.3.1筒体应力1）鞍座跨中截面上筒体的最大轴向应力截面最高点：σ1=-=-截面最低点：σ2=+=+2）支座截面筒体的最大轴向应力截面最高点：截面最低点：由于A＜Ri/2鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得式中折扣系数K1和K2分别为14.3.2筒体轴向应力校核由以上分析知，筒体的最大轴向应力为σ1～σ4其位置如下图：σσ3σ1σ2σ4图4.2筒体的轴向应力图最大应力为σ2=66.07147MPa计算得到的轴向压应力为;σcr=(4-7)pcr=mP设计（4-8）m为安全系数取3则有：σcr==MPa设计温度下的许用应力［σ］t为325MPa容器安全使用的稳定条件为：比较得：σ4＜σcr，故均满足强度要求4.4切向剪应力的计算并校核4.4.1圆筒切向剪应力的计算根据JB/T4731-2005中式7-9计算查JB/T4731-2005中表7-2，得：τ=4.4.2圆筒被封头加强时，最大剪应力根据JB/T4731-2005中式7-10，计算得：=4.4.3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τ=3.45MPa≤0.8［σ］t=0.8×325=260MPa即：故圆筒满足强度要求。4.5圆筒周向应力的计算并校核4.5.1在横截面的最低点处σ5=（b2为圆筒的有效厚度）查,表7-3知，F=1844321N,δe=25.2mm，b2=335mmσ5=-4.5.2周向应力校核根据JB/T4731-2005中进行校核由于［σ］t=163MPa所以：故均满足强度要求该容器可以安全使用！5防护及使用管理5.1防腐设备制造完毕后，应彻底去污除锈，外表面涂铁红防锈和银粉漆个两遍。为警示，再沿罐体水平中心线四周刷红色色带一道，宽度不应小于150mm，最后在在筒体两边中央用红漆写上“严禁烟火”四字，高度不小于200mm。5.2防静电液化石油气本身不但具有爆炸和着火危险，而且其在管道和设备中流动，会因摩擦而产生静电，如果不及时导走，静电聚集产生高达数千伏的电压，从而发生爆炸、着火。为防止储罐电荷聚集，容器必须静电接地，其接地电阻不应大于10Ω5.3热处理要求设备制造完毕后，焊在容器上的连接件、附件应随容器一起进行消除应力的整体热处理，热处理后不得在容器上动火。5.4焊接所有焊缝，包括对焊、补焊、管子与筒体焊接、对焊、角焊等均应进行焊接工艺评定和焊制产品的焊接试板。5.5使用及管理设备设置的位置应符合GB16-87《建筑设计防火规范》的规定。有条件的最好在设备上设置喷淋装置，当介质温度接近50℃时，即打开喷淋水喷淋。以保证储罐的正常工作。按其第一道法兰结构和尺寸，配备适合该法兰的堵漏装置和工具。设置液化气泄漏报警装置。严格控制H2S含量不超过50mg/L。使用单位必须按照《容规》规定，认真安排设备的定期检验工作。安全阀的排出口应装设导管，将排放介质引至安全地点，并进行妥善处理。不得直接排入大气。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机