3000立方米LPG球罐设计说明书

毕业设计实用文档毕业设（论文任务书题目3000立方米LPG球罐设计学生姓名学号专业班级设计（论文）内容及基本要求基本参数公称容积：3000立方米储存介质：LPG设计压力：1.8MP设计温度：-20℃—50℃建设地点：西安场地类别：Ⅱ类场地土设计要求1.撰写设计说明书一份,内容包括:<1>结构设计<2>强度设计<3>附件设计等2.绘零号图三张(总装图机画两张,零件图一张)3.翻译外文资料一篇(不少于15000字符).设计（论文）起止时间20xx年x月x日至20xx年x月x日设计（论文）地点指导教师签名年月日系（教研室）主任签名年月日学生签名年月日3000立方米LPG球罐设计摘要：本设计以《GB12337-89钢制球形储罐》和《GB150-89钢制压力容器》为设计依据，综合国内外现有的制造技术设计了3000m3LPG储罐。在以安全为原则的基础上综合考虑经济适用性、产品质量、施工建造可行性、国内现有的建造技术等方面的因素，设计出公称直径为18000mm、壁厚为44mm的大型球罐。本设计在选材方面考虑了多种材料的特性，最后确定07CrMnMoVR为本球罐的材料。同样，本设计在球罐选型及支撑方式的选择上也应用多种形式作比较最终确定混合式结构、可调式拉杆支撑最合理。最后进行强度及稳定性校核，校核结果显示本设计的结构既安全又经济。关键词：球罐，安全，经济TheDesignOf3000m3LPGSphericalTankAbstract:thedesignOf3000m3LPGsphericaltankisbasisonboththeGB12337-89《steelsphericaltanks》andGB150-89《designofsteelpressurevessel》,consideringtheexistingmanufacturingtechnologyoftanksbothathomeandabroad.Intheprinciplesofsafety，considerationoftheeconomicapplicability,productqualityandconstructionfeasibility,theexistingbuildingtechnologyandotherfactors,atlastthesphericaltankisdesignedfornominaldiameter18000mm、wallthickness44mm.Theselectionofmaterialsinthisdesignisinconsideration,comparedwithsomedifferentpropertiesofmaterials，finallythe07MnCrMoVRhasbechoosen.Also,thedesignandselectionofthesphericalsupportisinconsideration，finallyhybridstrucureandadjustabletensionsupportseemstobethemostreasonable.Finallythestrengthandstabilitytest,theresultshowsthisdesignofstructureissafeandeconomic.Keywords:sphericaltank,safety,economy目录TOC\o"1-2"\h\u142991绪论 1189181.3国内外发展状况 2175542基本尺寸定 4199212.1外形尺寸的确定： 4254062.2材料选择： 4308912.3球壳设计： 4152823球罐受力分析 770153.1球罐质量计算： 7107173.2地震载荷计算： 9158553.3风载荷计算： 9109593.4弯矩计算： 10293384强度及稳定性校核 1148374.1支柱计算： 1187524.2脚螺栓计算 14241244.3支柱底板计算： 14320034.4拉杆计算： 15137894.5柱与拉杆连接最低点a点应力计算： 18250704.6支柱与球壳，连结焊缝强度 19223464.7开孔补强校核 20210525球壳分瓣计算 22146605.1赤道板和上温带合板 224455.2赤道带 23245905.3极板 24196085.4边极板 2793346工厂制造及现场组装 29267787技术经济性分析 3431738结论 355649参考文献： 362256致谢 37绪论近十几年来球形容器在国外发展的很快，我国球形容器引进建设在七十年代才得到了飞速发展。通常球罐作为大容量、有压贮存容器，在各工业部门中作为液化石油气（LPG）、液化天然气（LNG）、液氧、液氮、液氢、液氨、及其他中间介质的贮存；也油作为压缩空气、压缩气体（氧气、氮气、城市煤气……）的贮存。在原子能工业中球罐还作为安全壳（分割有辐射和无辐射区的大型球壳）使用。总之随着工业的发展，球罐的使用范围也越来越广泛。本设计选择了球形容器主要原因是球罐与常用的圆筒形容器相比有以下特点：（1）球罐的表面积最小，即在相同容量下球罐所需要的钢材最少.(2)球罐壳板承载能力比圆筒形容器大一倍，即在相同直径、相同压力下，采用同样的钢板时球罐的板厚只需圆筒形容器的一半;以上两个特点使球罐在用材远比同样容量、同样压力下的圆筒形容器省料。(3)球罐占地面积小，且可向高度发展，有利于地表面积利用。由于这些特点，再加上球罐基础简单外观漂亮，受风面积小等原因，使球形容器应用得到扩大。第二章基本尺寸确定一、外形尺寸的确定：得R=8.948m。圆整R到9000mm球罐的几何容积为3054立方米因为充装物质为LPG，挥发性比较强所以选充装系数K=0.85材料选择：初步选择16Mn和07MnCrMoVR作为球壳材料,按计算结果一综合经济性最好选取材料。接管材料选16Mn，扶梯、支柱材料选10号钢，拉杆选40MnB，底板选Q235-B。球壳设计：根据设计参数，球壳选取混合式五带球罐。静夜柱高度按代入数据解得H=13600mm设计压力：P=1.8Mpa球壳各带的物料静夜柱高度h1=0mmh2=1155mmh3=8043mmh4=11739mmh5=13600mm物料密度=480㎏/m3重力加速度g=9.81m/s2球壳各带计算压力：当材料为16MnR时，焊缝选双面焊100%无损检测，Ф=1.0当材料为07MnCrMoVR时，焊缝选双面焊100%无损检测，Ф=1.0考虑两种材料均需焊后热处理，但07MnCrMoVR的焊接复杂性及焊后缺陷等比16MnR小的多。综合以上因素球壳材料选择07MnCrMoVR。取球壳的名义厚度第三章球罐受力分析球罐质量计算：球罐平均直径：球壳材料密度;充装系数：K=0.85水的密度：球壳外径：基本雪压：（以西安地区五十年一遇最大雪压选取）球面积雪系数：球壳质量：物料质量：液压试验是的质量：积雪质量：保温层质量：（因为该设备为常温储罐，所以无需保温）支柱和拉杆质量：支柱选12根，Ф600x18，单段式支柱。支柱长l=10100mm。材料为10号钢。附件质量：人孔2个:工程直径500，质量302kg；人孔接管材料16Mn。扶梯的设计:本扶梯选择近似球面螺旋线形盘梯。主要参数：球罐内半径：R=9000mm球罐壁板厚度：=44mm梯子宽度（包括侧板后）：b=712mm梯子侧板宽：顶平台板厚度：梯子或顶平台板与球面最小距离：t=245mm假想圆球半径：顶平台最大半径：顶平台半径：所以=1700顶部平台上平面相对于赤道平面的距离：盘梯中心回转半径：盘梯圆柱中心轴线与球心距离：盘梯终点的水平回转角:附件质量：操作状态下球罐质量：液压试验下球罐质量：球罐的最小质量：地震载荷计算：支柱底板面至球壳中心距离：支柱数目：n=12支柱材料10号钢常温弹性模量：支柱外径：支柱内径：支柱截面惯性矩：支柱底板面至拉杆中心线与支柱中心线交点处距离：l=7300mm拉杆影响系数：球罐的基本自振周期：综合影响系数;由于西安地区地震设防烈度为8级，建造场地为Ⅱ类场地土，由GB12337-89表14、图9查得=0.45对应于自振周期T的地震影响系数：球罐的水平地震力为：风载荷计算：风载体形系数：K1=0.4按GB12337-89表15选取系数风振系数：10m高度处基本风压值：（以西安地区五十年一遇最大风压选取）支柱底板至球壳中心距离：风压高度变化系数：球罐附件增大系数：球罐所受水平风力：弯矩计算：比较得==3.2x106+0.25x5.35x104=1.76x106N力臂：由水平地震力和水平风力引起的最大弯矩：第四章强度及稳定性校核支柱计算：1.单个支柱的垂直载荷A.重力载荷：操作状态下的重力载荷液压试验下的重力载荷B.支柱最大垂直载荷：支柱中心园的半径：R=Ri=9000mm按GB12337-89表17计算最大弯矩对支柱产生垂直载荷的最大值拉杆作用在支柱上的垂直载荷的最大值以上两力之和的最大值2、操作状态下支柱的最大载荷液压试验状态下支柱的最大垂直载荷3、单个支柱弯矩偏心弯矩操作状态下赤道线液柱高度：液压试验状态下赤道线的液柱高度：操作状态下物料在赤道线的液柱静压力：液压试验状态下液体在赤道线的液柱静压力球壳的有效壁厚操作状态下物料在球壳赤道线的薄膜应力：液压试验状态下液体在球壳赤道线的薄膜应力：球壳内半径Ri=9000mm球壳材料泊松比球壳材料弹性模量操作状态下支柱的偏心弯矩液压试验状态下支柱的偏心弯矩附加弯矩：操作状态下支柱的附加弯矩液压试验状态下支柱的附加弯矩总弯矩：操作状态下支柱的总弯矩液压试验下支柱总弯矩4、支柱稳定性校核①支柱的偏心率计算单个支柱的横截面积单个支柱的截面系数操作状态下支柱的偏心率液压状态下支柱的偏心率②稳定性校核：计算长度系数支柱惯性半径支柱细长比操作状态下偏心受压支柱的稳定系数，查表18液压试验状态下偏心受压支柱的稳定系数查表18支柱材料10#钢操作状态下稳定性校核液压试验状态下支柱稳定性校核支柱稳定性校核通过九，地脚螺栓计算1、拉杆和支柱之间的夹角：拉杆作用在支柱上的水平力2、支柱底板与基础的摩擦力：底板基础选钢筋混凝土基础与地板的摩擦系数底板与基础的摩擦力3、地脚螺栓因为Fs<Fc故罐必需设地脚螺栓每个支柱上的地窖螺栓个数：地脚螺栓材料Q235-B地脚螺栓材料的许用剪切应力地脚螺栓腐蚀余量CB=3mm地脚螺栓的螺纹小径选取M30的地脚螺栓十，支柱底板计算：支柱底板直径基础采用钢筋混凝土，其许用压力地脚螺栓直径d=30mm支柱底板直径选底板直径为底板厚度，底板的压应力底板外边缘至支柱处表面距离底板材料选Q235B底板材料弯曲许用应力底板腐蚀余量底板厚度选底板厚十一，拉杆计算：拉杆螺纹小径计算：拉杆的最大拉力拉杆材料40MnB拉杆材料许用应力拉杆腐蚀余量拉杆螺纹小径选取拉杆螺纹为M44拉杆连结部位的计算销子直径销子材料选择40MnB销子材料的许用剪切应力销子直径选取销钉直径为3、耳板厚度：材料40MnB耳板材料许用压应力耳板厚度取耳板厚度为28mm翼板材料选40MnB焊缝强度验算：焊缝单边长度：①焊缝角尺寸：支柱或耳板材料屈服点较小值：角焊缝系数：焊缝许用剪切应力：焊缝单边长度：②焊缝角尺寸：拉杆或翼板材料屈服点较小值焊缝许用剪切应力拉杆与翼板接焊缝②的剪切应力校核十二，支柱与拉杆连接最低点a点应力计算：a点的剪切应力支柱与球壳连结焊缝单边的弧长：球壳a点处有效厚度：操作状态下a点的剪切应力：液压试验状态下a点的剪切应力a点的纬向应力操作状态下a点的液柱高度液压试验下a点高度操作状态下物料在a点处静压力液压试验下a点处静压力操作状态下a点的纬向应力压力试验状态下a点的纬向应力a点的应力校核操作状态下a点的组合应力液压试验状态下a点的应力组合则通过应力校核a点安全十三，支柱与球壳，连结焊缝强度支柱与球壳连结焊缝角尺寸S=18mm支柱与球壳连结剪应力：支柱与球壳屈服点较小值：焊缝许用剪切应力应力校核：则通过十五，开孔补强校核接管材料选择16Mn，根据国家相关标准规定只需对人孔、安全阀及进出口接管进行开孔补强校核。1、人孔开孔补强计算人孔接管选，，接管壁厚计算接管有效壁厚开孔直径接管有效补强宽度接管处侧有效补强高度需要补强面积可以作为补强面积为需加补强圈补强圈厚度实际补强与筒体等厚同时计及焊缝面积之后，补强足够2、进出料及安全阀接管均取16Mn接管壁厚计算接管有效壁厚开孔直径有效补强宽度接管处侧有效补强高度需要补强面积可以作为补强面积需加补强圈补强圈厚度实际补强与筒体等厚考虑焊缝补强之后补强已足够第五章球壳分瓣计算十四，球壳分瓣计算：查表赤道带温带上下极半径赤道带分瓣数赤道带轴向球心角和上温带B赤道带球心角极中板球心角极侧板球心角极边板球心角2、赤道板和上温带合板弧长弦长弧长弦长弧长弦长弦长弧长3、赤道带弧长弦长弧长弦长弧长弦长弦长弧长极板对角线与弧长最大间距：弦长弧长弦长弧长弧长弦长（1）极中板对角线弦长与弧长弧长 弦长弧长弦长弦长弦长弧长弦长弧长（2）极侧板弦长弧长弦长弧长弧长弦长弧长mm弦长弦长弧长5、边极板弧长弦长弦长弧长弧长弦长弧长弦长弦长弧长弧长弦长结论参考文献：《球形容器设计》上海科学技术出版社洪德晓等《球罐及大型储罐》《过程设备设计》《GB12337-89钢制球形储罐》《化工过程及单元设计》致谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的导师张云老师。老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是张老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢我的同学对我无私的帮助，特别是在软件的使用方面，正因为如此我才能顺利的完成设计，我要感谢我的母校——内蒙古农业大学，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！！！。感谢我的