液化石油气储罐设计说明书

液化石油气储罐设计说明书目录一．设计条件及任务1.1设计条件1.2设计任务二．设计计算2.1设计温度及压力2.2筒体设计及封头选择2.3筒体和封头的厚度2.4校核计算2.5开孔及补强三．材料选择3.1压力容器主体材料3.2压力容器零部件材料四．结构设计4.1筒体和封头设计4.2支座设计4.3法兰设计4.4液面计设计4.5人孔结构设计4.6焊接接头设计及焊条选择五．水压及气密性试验六．结束语七．参考资料一.设计条件及任务1.1设计条件储罐经常置于室外，罐内液氨的温度和压力直接受到大气温度的影响，在夏季储罐经常受太阳暴晒，随着气温的变化，储罐的操作压力也不断变化。但大多数地区夏季最高气温也达不到50℃，因此储罐的操作温度为常温，设计温度为50℃。1.2设计任务学习械设计的一般方法，独立完成简单化工设备储罐的设计任务，达到对复杂的化工设备施工图的识图能力的要求以及具有使用CAD绘制工程设计图的能力。二.设计计算2.1设计温度及压力2.1.1设计温度储罐的工作压力压力随外界环境的变化而变化，大多数地区夏季最高气温也达不到50℃，因此储罐的操作温度为常温，设计温度取50℃。2.1.2设计压力常温储存液化石油气压力容器的工作压力按照不低于50℃时液化石油气主要组分丙烯的饱和蒸汽压确定，50℃时丙烯的饱和蒸汽压为1.999(绝压）.故Pw=1.899（表压），安全阀开启压力Pz=（1.05—1.1）Pw，Pz=2.0889MPa，取设计压力P≥Pz,取P=2.1MPa。（忽略液体静压力则计算压力Pc=P=2.1MPa）2.2筒体设计及封头选择①V=30m³，由4V×2Di×L’(折算长度L’=3Di)得，Di=2335㎜,取DN=2300㎜.。②DN=2300时，查表得标准椭圆形封头V1=1.7588m³，由V=4×2Di×L(L为筒体环焊缝之间距离）得L=6380㎜③由筒体实际体积V’=4×2D×L得V’=30.0249m³，又V’=42D×L’得L’=7227㎜.。封头采用标准椭圆形封头2.3筒体和封头的厚度2.3.1容器的类别化工设备的主体是压力容器，容器的强度决定着设备的安全性，为了加强压力容器的安全监察，保护任命生命和财产的安全，国家质量监督局颁布了«压力容器安全技术监察规程»这是一部对压力容器安全技术监督提出基本要求的法规，压力容器设计、安装、使用、检验、修理和改造等单位必须遵守的法规，为了有利于安全技术监督和管理，«压力容器安全技术监察规程»将其管辖范围内的压力容器划分为三类，分别为第Ⅰ类压力容器、第Ⅱ类压力容器和第Ⅲ类压力容器。本次设计压力容器中的介质为液化石油气，易燃,属于第一组介质，设计压力2.1MPa为中压容器，并且有PV4105MPa/L，故应将其划分为第Ⅲ类压力容器。2.3.2筒体及封头的厚度忽略液体静压力时计算压力Pc=P=2.1MPa，PV＞5×410MPa/L,第三类压力容器，需100％无损检测，（又双面焊对接接头），则焊接接头系数Φ=1,筒体材料Q345R:t][=189MPa,（假设nS为3~16㎜）腐蚀裕量2C=2㎜，厚度负偏差1C=0.3㎜。①筒体计算厚度：δ=PcDiPct][2得δ=12.849㎜，设计厚度：d=δ+2C=14.849㎜名义厚度：nS=dS+1C=15.149㎜，（圆整Sn=16㎜）有效厚度：eS=nS-C=13.7㎜(强度计算得到的筒体厚度与假设厚度范围一致)最小厚度校核：对碳素钢、低合金钢min≮3mm，min＜δn–C2=16-2=14mm满足要求②标准椭圆形封头计算厚度δ=CtcPDip5.0][2得δ=12.813㎜，设计厚度：dS=δ+2C=14.813㎜名义厚度：Sn=d+1C=15.813㎜（圆整Sn=16㎜）有效厚度：eS=nS-C=13.7㎜2.4校核计算对于卧式储罐主要考虑在容器及介质重力作用下的弯曲强度及稳定性问题，进行卧式容器的应力校核，计算方法应遵照JB/T4731《钢制卧式容器》的规定。a.筒体自重筒体质量1m=π·D·Sn·L·水×7.85=5790.1㎏两个封头的质量2m=2内S×Sn×水×7.85=1513.1㎏故21mmma=7303.2㎏b.充液质量介质质量3m=丙×V×Ψ=12160.1㎏（装量系数Ψ=0.9）充水质量4m=水V=30000㎏C.附件质量（主要为人孔及接管）cm管人mm=316.8+59.4≈380㎏d.保温层质量0am㎏故充液总重量为NmmmGca190964281.9)(31故充水总重量NmmmGca4103181.9)(42建立力学模型，把上述计算所得的质量产生的重力，简化为沿容器轴线作用的分布载荷，即右图，总长为'L=7227mm'LGq先求出A、B两点的支反力,2'qLFFBA在跨中截面处,支座处的弯矩分别为28'2'aqLqLM,22qaM支座最佳位置处2282'2'qaaqLqL得：a=0.207'L=1495.989,地脚螺栓孔中心线剧环焊缝之间的距离'a=a-2'LL=1072.489（圆整'a=1075），所以a='a+2'LL=1489.5两个地脚螺栓孔中心线之间的距离1L=423028'2'aqLqLM2.4.1应力校核①max=ecDP4+e2785.0DM式中：计算压力MPapc1.2有效厚度mme7.13圆筒跨中截面的最大弯矩m.6.2943231NM公称直径mmD2300将以上数据代入公式得MPa3.93max②eecDMDp2min785.04代入具体数据得097.82min＞MPa，说明整个跨中截面不会出现压应q力。由《钢板许用应力表》可得RQ345的MPat189，又因为1，所以t＜max。即正常操作时可以满足强度条件。液压试验状态下2.4.2液压试验液压试验状态下最大应力由试验压力及弯矩引起，位于该截面的最低点，其计算公式为：eTeTTDMDp2max785.04，最大压应力在盛满液体而未升压时有最大值，故压力试验时压应力的最大值为：eTTDM2min785.0MPaPPtT625.2][][25.1，有效厚度mme7.13N.m95.6323TM代入具体数据得MPaT3.110max,MPaT11.0-min,a5.31013459.09.0a3.110max,MPRMPelT，所以液压试验也满足强度条件。2.4.3.稳定性判断由公式eRA0094.0确定计算系数A式中：圆筒外径mmSDR11602n0有效厚度mmCne7.13将以上数据代入公式得3101.1A根据圆筒的材料选择相应的系数B图，A值位于曲线的右方，则根据MPaE5102，查教材194页图14-5得a9.4832MPAEB。因为稳定许用压缩应力Bcr=MPa9.48,所以很明显crT＜minmin-,-max，即圆筒符合强度条件。综合上面的强度条件和稳定性条件圆筒都符合，因此这个储罐可以安全使用。2.5开孔及补强2.5.1开孔压力容器不可避免地要开孔并往往带有管子或凸缘。容器开孔接管后在应力分布和强度方面会带来如下影响：（1）开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中；（2）接管处容器壳体与接管形成不连续应力；（3）壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。这样往往在开孔接管根部产生很大的应力峰值，引起局部强度削弱，必要时须采取一定的补强措施。（1）判断是否需要开孔补强不另行补强的最大开孔直径：容器开孔并非都需要补强，因为常常有各种强度富裕量存在。例如，壳体和接管的有效厚度超过计算厚度，有一定的多余壁厚，接管根部的填角焊缝等，都会使开孔接管的局部削弱得到一定的加强。当开孔直径较小，两相邻开孔相距较远，且在离连接边缘较远处开孔时，可考虑不进行补强。按GB150规定，壳体开孔接管公称直径小于或等于mm89可不另行补强，但本次设计人孔的公称外径为mmmm89530＞，所以进行补强圈补强。（2）判断本次设计是否符合TCJB/20024736《补强圈》本次设计：a)容器设计压力MPaMPa4.61.2＜b)容器设计温度CC。。＜35050c)容器钢材的标准抗拉强度下限MPa540＜d)壳体开孔处的名义厚度mmn3816＜e)补强圈厚度nmm5.110＜所以补强圈的设计标准可用TJB/20024736《补强圈》2.5.2开孔补强的计算由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准。本次设计所选用的人孔筒节的公称直径为mm500，查《回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表》得Sds为12530，mmH2801。内压圆筒补强法的具体计算：mmS12nt，mmCSSn7.9)3.212(et(1)开孔所需的补强面积A=)1(2fdetd=mm6.5103.22122530）（(1f)A=510.6×12.849=6560.6994mm2选择与筒体相同的材料进行补强。(2)有效补强圈的面积的计算Ae=A1+A2+A3max}(22{）与取ntnddB因为2d=1021.2mm）nt(2dn=mm6.566121626.510）（故B=1021.2mmA1=)1)((2))(dfBeete（=434.5206mm2A2=fChfhettet)(2)(2221(人孔与筒体采用平齐式时，第二项为0）min1}{外伸和hdhnth2=0A2=2h1（δet—δt）f1+2h2（δet—C2）f1=590.216mm2A3≈100mm2Ae=A1+A2+A3=778.632mm2所以（840—530）δ=6304.6—778.632=5533.968δ=18.09mm考虑到钢板负偏差并圆整，实取补强厚度18mm，补强材料与壳体材料相同2.2材料的选用2.2.1压力容器主体材料的选用《1》压力容器主体材料压力容器壳体和封头属于受压元件，应遵守GB150《压力容器》中的有关规定，压力容器壳体通常采用钢板经过塑性变形过程并焊接而成，壳体用钢材所依据的标准有GB713《锅炉及压力容器专用钢板》，GB24511《承压设备用不锈钢钢板及钢带》，常用碳素钢和低合金钢板有Q235-B,Q245R,Q345R。液化石油气是腐蚀性小，压力属于中压，温度在50摄氏度以下。以强度设计为主的中压设备以采用低合金钢为宜，因为低合金钢的屈服强度比碳素钢的屈服强度高出许多，采用这类钢材制造压力容器，可以显著减少设备重量，降低制造成本，且Q345R材料比较轻，易于运输，安装。综合制造，运输，安装的总费用情况，选择Q345R钢板作为制造筒体和封头材料更合理。封头采用标准椭圆形封头，材料Q345R2.2.2零部件材料《1》受压元件法兰：可采用钢板或锻件，筒体材料为Q345R，对应的法兰可选用20Ⅱ和16MnⅡ,选用20Ⅱ。接管：采用无缝钢管，选20钢管。《2》非受压元件支座：垫板与筒体接触，对材料要求比较高，选用与筒体相同的材料Q345R,底板，腹板，筋板不属于受压元件，相对来说材料要求不太高，选取一般材料Q235A或Q235B均可。螺栓与螺母：采用钢棒。2.设计温度，A、B类焊接接头与设计压力的确定3.1设计温度工作温度为常温，故设计温度定为50℃。3.2.A/B类焊接接头属于筒体的对接接头，厚度较小时可进行双面焊则不开坡口，厚度较大时则必须开坡口。坡口形式有V型，U型，X型，选择X型坡口依据如下：①减少填充金属：厚度较厚时填入金属，X型坡口更节省。②保证焊透：按操作事业，空间位置，焊条运动，V型，X型坡口较优。③坡口加工方便：V型，X型坡口易于切削加工或火焰切割而成。综上，又由于厚度大于12㎜，为防止焊接变形采用X型坡口更合适。4.3应力校核筒体质量1m=