天然气储气罐设计

CNG储气罐设计说明书1第一章设计参数的选择1.1.设计题目：天然气储气罐1.2.原始数据：序号项目数值单位备注1名称天然气储气罐2用途车用CNG回收3最高工作压力1.6MPa4工作温度-20~50℃5公称直径1800mm6公称容积53M7装量系数0.98工作介质压缩天然气（易燃）9其他要求部分探伤1.3.设计压力：设计压力取工作压力的1.1倍，即Pc=1.1×1.6=1.76MPa，根据TSGR0004-2009《固定式压力容器安全监察规程》中附件A压力容器类别划分办法中查得，为第Ⅱ类压力容器。1.4.设计温度：设计温度取60℃。1.5.主要元件材料的选择：1.5.1.筒体材料的选择：根据GB150-1998《钢制压力容器》表4-1，选用筒体材料为16MnR（钢材标准为GB6654）。1.5.2.鞍座材料的选择：根据JB/T4724-1992《支承式支座》中规定，支座选用材料为Q235-A。1.5.3.地脚螺栓的材料选择：地脚螺栓选用应符合GB/T700-2006《碳素结构钢》的规定，Q235，其许用应力147btMPa。CNG储气罐设计说明书2第二章容器的结构设计2.1.圆筒厚度的设计与校核该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为0.85。假设圆筒的厚度在6~16mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强度510bMPa，屈服极限强度345sMPa，50C。下t170MPa利用中径公式，t1.76MPa180011.0320.851701.762-cicPDmmmmMPaMPaP查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-1知，钢板厚度负偏差为0.25mm，而有GB150-1998《钢制压力容器》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10C。查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-5知，对于有轻微腐蚀的介质，腐蚀裕量22Cmm。则筒体的设计厚度11.030213.03nmmmmmm圆整后，没有变化，取名义厚度为14nmm。筒体的有效厚度1214-(02)12enCCmm（）当一只圆通尺寸Di、n或e，需对圆通进行强度校核，其应力强度应满足判别式：即，强度满足。因此，圆筒的最大允许工作压力[]为2.2.封头壁厚的设计与校核查标准GB/T25198-2010《压力容器封头》中表1，选用标准椭圆形封头，型号代号为EHA，取公称直径DN==1800mmiD，22iDHh（），根据GB150-1998《钢制压力容器》中椭圆形CNG储气罐设计说明书3封头计算中式7-1计算：t1.76MPa180011.0020.851700.51.762-0.5cicPDmmmmMPaMPaP同上，取22Cmm，10C。封头的名义厚度11.000213.00nmmmmmm圆整后，取封头的名义厚度14nmm。120.15%2.7eniCCDmm（），满足稳定性要求。封头标记为EHA180014-16MnRGB/T2519820102.3.筒体和封头的结构设计由22iDHh（），得180045044iDmmHhmm封头的容积：查标准GB/T25198-2010《压力容器封头》中表C.1EHA和C.2EHA表椭圆形封头内表面积、容积、质量，见表1和图1。表1封头尺寸表公称直径DNmm总深度Hmm内表面积A2m容积3m质量Kg18004753.65350.8270395.82024iVDLV封而充装系数为0.920VD20.94iLV封即2051.820.8270.94L算得0L=1.53m.圆整后，取0L=1.6m.CNG储气罐设计说明书4图12.4.人孔的选择根据HG/T21518-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》，查表3-3，选用凹凸面的法兰，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MFMD6701b410d24公称压力PNMPa2.51D6002b46螺柱数量20公称直径DN4501H250A375螺母数量40wds480102H121B175螺柱尺寸332165Md456b42L250总质量kg245其标记符号为：人孔MFMⅢS-8.8(NM-XB350)A450-2.5HG/T21518-20052.5.接管，法兰，垫片和螺栓2.5.1.接管和法兰天然气储罐应设置排污口，进气口，出气口，人孔，压力表口，安全阀口，排空口，备用口。查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中表8.2.3-4PN25带颈平焊钢制管法兰SO，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸，选法兰材料为20Ⅱ。查HG/T20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-5,得各法兰的质量。查HG/T20592-2009《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）。查GB/T8163-2008《输送流体用无缝钢管》和GB/T17395-1998《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》查得接管尺寸和重量。CNG储气罐设计说明书5表3接管尺寸表符号管口名称公称直径接管型号接管材料重量a排污口5057×5200.96b进气口4045×4200.61c排气口3238×4200.51d人孔450480×1216MnR34.87e压力表口2025×4200.31f安全阀口5057×5200.96g排空口5057×5200.96h备用口8089×6201.842.5.2.垫片查HG/T20606-2009《钢制管法兰用非金属平垫片》，得：表4垫片尺寸表符号管口名称公称直径内径D1外径D2厚度a排污口5089871.5b进气口4049751.5c排气口3243651.5d人孔4504805233e压力表口2027501.5f安全阀口5061871.5g排空口5061871.5h备用口80891201.5注：1：垫片材料为石棉橡胶板，标准为GB/T3985，代号为XB350。CNG储气罐设计说明书6表5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1A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法兰内径法兰颈法兰高度Hmm坡口宽度bmm法兰质量KgBNRa排污口5057B165125184M1620598463453.0b进气口4045B150110184M1618467063252.0c排气口3238B140100184M1618396063052.0d人孔45071.5e压力表口2025B10575144M1218264542641.0f安全阀口5057B165125184M1620598463453.0g排空口5057B165125184M1620598463453.0h备用口8089B200160188M162490118840654.5CNG储气罐设计说明书72.5.3.螺栓和螺母的选择查HG/T20613-2009《钢制管法兰用紧固件》中表5.0.7-11、表5.0.8和附录中表A.0.1,得螺栓的长度、螺母和平垫圈尺寸、质量：表5螺栓及垫片公称直径螺纹螺栓螺母紧固件用平垫圈mm数量（个）L2R(mm）质量（Kg）数量（个）质量（Kg）1d2dHa50M164900.14440.0517303b40M164850.13640.0517303c32M164850.13640.0517303d450M33201801.224200.42934605e20M124750.0640.02313242.5f50M164900.14440.0517303g50M164900.14440.0517303h80M168950.15280.0517303注：螺母选用Ⅱ型六角螺母。2.6.支座的选型设计一、选用B型支座，查看表3，取δ3=10mm，其本体允许载荷[Q]=350KN，风压为q0=300N/m2，选地震设防烈度为7度。（1）计算支座承受的实际载荷Q地震载荷：Pe=0.5αe×m0g=0.5×0.23×2030×9.8=2287.81N；风载荷：其中，=0.85，设备质心所处高度和环境取取；；取3个支座，及n=3，故，满足支座本体允许载荷的要求。2、由表B2查得允许垂直载荷[F]封头有效厚度：1214-(02)12enCCmm（）由表B2内插得：[F]=190.9KNCNG储气罐设计说明书8因为Q[F],所以3个B4支座满足封头允许垂直载荷的要求。B型支座钢管材料钢号为10，底板材料均为Q235-A·F，垫板材料为16MnR。支座标记方法JB/T4724-92，支座B4，h=400，310材料10，Q235-A·F/16MnR。2.7.储罐总质量12342mmmmm1m——筒体质量：313.141.81.60.0147.8510993.85mDLkg2m——单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.2EHA椭圆形封头质量，可知，2475mkg3m——附件质量：人孔质量为175kg，其他接管总和为90Kg，即3265mkg4m——支座质量：432.43=97.2mkg综上所述，12342993.85245726597.22270.05mmmmmkg5m——充液质量：水天然气，水压试验充满水，故取介质密度为31000kg/m水5mV223i2VDL+2V1.81.620.8275.72m44VV筒封封则5•10005.725720mVkg第三章开孔补强设计根据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2245022454iddCmm180090022iDdmm故可以采用等面积法进行开孔补强计算接管材料选用16MnR，其许用应力t170MPa根据GB150-1998中式8-1，A=d2(1)etrf壳体开孔处的计算厚度11.03mmCNG储气罐设计说明书9接管的有效厚度-10-19etntCmm强度削弱系数1rf，所以2A=d2(1)454146356etrfmm3.2.有效补强范围3.2.1有效补强B按GB150中式8-7，得：122454908Bdmm222454214210502nntBdmm12max(,)908BBBmm3.2.2外侧有效高度根据GB150中式8-8，得：1'4541067.38nthdmm11''H240hmm接管实际外伸高度111min(','')67.38hhhmm3.2.3内侧有效高度根据GB150-1998中式8-9，得：2'4541067.38nthdmm2''0h222min(','')0hhh3.3.有效补强面积根据GB150中式8-10~式8-13，分别计算如下：123eAAAA3.3.1筒体多余面积1A21()()2()(1)(908454)(1211.03)0440.38eeterABdfmm3.3.2接管的多余面积21222()2()267.38(99)12010ettretrAhfhCf3.3.3焊缝金属截面积焊角去6mm223162362AmmCNG储气罐设计说明书103.4.补强面积2123440.38036476.38eAAAAmm因为AeA，所以开孔需另行补强另行补强面积为246356476.385879.62eAAAmm第四章强度计算4.1.水压试验应力校核试验压力圆