1、100液化石油氣儲罐設(shè)計緒論隨著我國化學工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各地建立了大量的液化氣儲配站。對于儲存量小于500 或單罐容積小于150時一般選用臥式圓筒形儲罐。液化氣儲罐是儲存易燃易爆介質(zhì)直接關(guān)系到人民生命財產(chǎn)安全的重要設(shè)備。因此屬于設(shè)計、制造要求高、檢驗要求嚴的三類壓力容器。本次設(shè)計的為100液化石油氣儲罐設(shè)計即為此種情況。液化石油氣貯罐是盛裝液化石油氣的常用設(shè)備, 由于該氣體具有易燃易爆的特點, 因此在設(shè)計這種貯罐時, 要注意與一般氣體貯罐的不同點, 尤其要注意安全, 還要注意在制造、安裝等方面的特點。目前我國普遍采用常溫壓力貯罐, 常溫貯罐一般有兩種形式: 球形貯罐和圓筒形貯罐。球形貯罐和圓筒

2、形貯罐相比: 前者具有投資少, 金屬耗量少, 占地面積少等優(yōu)點, 但加工制造及安裝復雜, 焊接工作量大, 故安裝費用較高。一般貯存總量大于500或單罐容積大于200時選用球形貯罐比較經(jīng)濟; 而圓筒形貯罐具有加工制造安裝簡單, 安裝費用少等優(yōu)點, 但金屬耗量大占地面積大, 所以在總貯量小于500, 單罐容積小于100時選用臥式貯罐比較經(jīng)濟。圓筒形貯罐按安裝方式可分為臥式和立式兩種。在一般中、小型液化石油氣站內(nèi)大多選用臥式圓筒形貯罐, 只有某些特殊情況下(站內(nèi)地方受限制等) 才選用立式。本文主要討論臥式圓筒形液化石油氣貯罐的設(shè)計。臥式液化石油氣貯罐設(shè)計的特點。臥式液化石油氣貯罐也是一個儲存壓力容器

3、, 也應按GB150鋼制壓力容器進行制造、試驗和驗收; 并接受勞動部頒發(fā)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(簡稱容規(guī)) 的監(jiān)督。液化石油氣貯罐, 不論是臥式還是球罐都屬第三類壓力容器。貯罐主要有筒體、封頭、人孔、支座以及各種接管組成。貯罐上設(shè)有液相管、液相回液管、氣相管、排污管以及安全閥、壓力表、溫度計、液面計等。第一章 設(shè)計參數(shù)的選擇1、設(shè)計題目：100液化石油氣儲罐的設(shè)計2、設(shè)計數(shù)據(jù)：如下表1：表1：設(shè)計數(shù)據(jù)序號項目數(shù)值單位備注1名稱100液化石油氣儲罐2用途液化石油氣儲配站3最大工作壓力0.79MPa4工作溫度505公稱直徑3400mm6容積1007單位容積充裝量0.42t/8裝量系數(shù)0.99工作

4、介質(zhì)液化石油氣（易燃）10其他要求100%無損檢測3、設(shè)計壓力：設(shè)計壓力取最大工作壓力的1.1倍，即4、設(shè)計溫度：工作溫度為50，設(shè)計溫度取。5、主要元件材料的選擇：5.1 筒體材料的選擇：根據(jù)GB150-1998表4-1，選用筒體材料為低合金鋼16MnR（鋼材標準為GB6654）。16MnR適用范圍：用于介質(zhì)含有少量硫化物，具有一定腐蝕性,壁厚較大（）的壓力容器。5.2 鞍座材料的選擇：根據(jù)JB/T4731,鞍座選用材料為Q235-B，其許用應力5.3 地腳螺栓的材料選擇：地腳螺栓選用符合GB/T 700規(guī)定的Q235，Q235的許用應力第二章 設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計1、圓筒厚度的設(shè)計計算壓力：液柱

5、靜壓力: ,故液柱靜壓力可以忽略，即該容器需100%探傷，所以取其焊接系數(shù)為。圓筒的厚度在616mm范圍內(nèi)，查GB150-1998中表4-1，可得：在設(shè)計溫度下，屈服極限強度， 許用應力利用中徑公式，計算厚度： 查標準HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定表7-1知，鋼板厚度負偏差為0.25mm，而有GB150-1998中知，當鋼材的厚度負偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時，負偏差可以忽略不計，故取。查標準HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定表7-5知,在無特殊腐蝕情況下，腐蝕裕量不小于1。本例取=1則筒體的設(shè)計厚度圓整后，取名義厚度筒體的有效厚度2、封頭厚

6、度的設(shè)計查標準JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表1，得公稱直徑選用標準橢圓形封頭,型號代號為EHA，則 ，根據(jù)GB150-1998中橢圓形封頭計算中式7-1計算：同上，取，。封頭的設(shè)計厚度圓整后，取封頭的名義厚度 ，有效厚度封頭型記做 3、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 封頭的結(jié)構(gòu)尺寸（封頭結(jié)構(gòu)如下圖1）由，得查標準JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，如下表2：表2 ：EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積公稱直徑DN /mm總深度H /mm內(nèi)表面積A/容積/340089012.95815.5080 3.2 筒體的長度計算 ，而充裝系數(shù)為0

7、.9則：即計算得L=11.025，取L=11m4、鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235-B。估算鞍座的負荷： 儲罐總質(zhì)量筒體質(zhì)量：單個封頭的質(zhì)量：查標準JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知，充液質(zhì)量：，故附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為302kg，其他接管質(zhì)量總和估為400kg，即綜上所述， G=mg=1215.87kN,每個鞍座承受的重量為607.94N由此查JB4712.1-2007容器支座，選取輕型，焊制為BI,包角為120，有墊板的鞍座。查JB4712.1-2007表6得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表3：表3：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺

8、寸公稱直徑DN3400腹板12墊板730允許載荷Q/kN835筋板39012鞍座高度h250335e140底板2480430螺栓間距220038010螺孔/孔長D/l28/6016墊板弧長3950鞍座質(zhì)量Kg5594.2 鞍座位置的確定因為當外伸長度A=0.207L時，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對值相等，從而使上述兩截面上保持等強度，考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，面且支座截面處應力較為復雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸A不超過0.2L值，為此中國現(xiàn)行標準JB 4731鋼制臥式容器規(guī)定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超過0.25

9、L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應力過大。由標準橢圓封頭故鞍座的安裝位置如圖3所示：此外，由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故封頭對于圓筒的抗彎鋼度具有局部的加強作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對支座處圓筒截面的加強作用。因此，JB 4731還規(guī)定當滿足A0.2L時，最好使A0.5R m（）,即 ，取A=85m綜上有：A=850mm(A為封頭切線至封頭焊縫間距離，L為筒體和兩封頭的總長)5、接管，法蘭，墊片和螺栓的選擇5.1、接管和法蘭液化石油氣儲罐應設(shè)置排污口，氣相平衡口，氣相口，出液口，進液口，人孔，液位計口，溫度計口，壓力表口，安全閥口，排空口。接管和法蘭布置如

10、圖3所示，法蘭簡圖如圖所示：查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表8.2 3-1 PN10帶頸對焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑，查得各法蘭的尺寸。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中附錄D中表D-3,得各法蘭的質(zhì)量。查HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表，法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。表4：接管和法蘭尺寸序號名稱公稱直徑DN鋼管外徑法蘭焊端外徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n（個）螺栓Th法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度H法蘭質(zhì)量NSRa排污口8089B200160188M16201053.2106504b氣相平衡口8089B200160188M

11、16201053.2106504c氣相口8089B200160188M16201053.2106504d出液口8089B200160188M16201053.2106504e進液口8089B200160188M16201053.2106504f人孔500530B6706202620M24285627.116129039.5g1-2液位計口3238B140100184M1218402.364402h溫度計口2025B10575144M1218402.364401m壓力表口2025B10575144M1218402.364401n安全閥口100108B220180188M16201313.6128

12、524.5s排空口5057B165125184M1618742.985452.55.2 墊片查HG/T 20609-2009鋼制管法蘭用金屬包覆墊片，得：表5 墊片尺寸表符號管口名稱公稱直徑內(nèi)徑D1外徑D2a排污口80109.5142b氣相平衡口80109.5142c氣相口80109.5142d出液口80109.5142e進液口80109.5142f人孔g1-2液位計口3261.582h溫度計口2045.561m壓力表口2045.561n安全閥口80109.5142s排空口5077.5107注：1：包覆金屬材料為純鋁板，標準為GB/T 3880，代號為L3。 2：填充材料為有機非石棉纖維橡膠板

13、。 3：墊片厚度均為3mm。5.3 螺栓（螺柱）的選擇查HG/T 20613-2009 鋼制管法蘭用緊固件中表和附錄中表A.0.1,得螺柱的長度和平墊圈尺寸：表6 螺栓及墊片緊固件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長ha80M169017303b80M169017303c80M169017303d80M169017303e80M169017303f500M2412525444g1-232M168517303h20M127513242.5m20M127513242.5n80M169017303s50M1685173036 人孔的選擇根據(jù)HG/T 21518-2005回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔，查表3-1

14、，選用凹凸面的法蘭，其明細尺寸見下表： 表7 人孔尺寸表 單位：mm密封面型式凹凸面MFMD7304330公稱壓力PN MPa1066048螺柱數(shù)量20公稱直徑DN500280A405螺母數(shù)量40123B200螺柱尺寸d506b44L300總質(zhì)量kg302第三章：容器強度的校核3.1水壓試驗應力校核：試驗壓力：圓筒的薄膜應力3.2.筒體軸向彎矩計算工作時支座反力圓筒中間處截面上的彎矩鞍座處橫截面彎矩：3.3.筒體軸向應力計算及校核（1）圓筒中間橫截面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力最高點處： 最低點處： （2）由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力因鞍座平面上，即筒體被封頭加強，查JB/T 4731

15、-2005表7-1可得K1=1.0，K2=1.0鞍座橫截面最高處點軸向應力： 鞍座橫截面最低點處軸向應力： （3）筒體軸向應力校核因軸向許用臨界應力由根據(jù)圓筒材料查圖4-8可得=98.9MPa，98.9MPa170MPa，合格,，合格,，合格3.4.筒體和封頭中的切向剪應力計算與校核 因，帶來的加強作用，查JB/T4731-2005表7-2得K3=0.88，K4=0.401，其最大剪應力位于靠近鞍座邊角處因圓筒 t=0.8 故有 ， 故切向剪應力校核合格3.5.封頭中附加拉伸應力由內(nèi)壓力引起的拉伸應力 （K=1.0） 合格3.6.筒體的周向應力計算與校核 圓筒的有效寬度 ，當容器焊在支座上時，

16、取，查JB/4731-2005表7-3可得。(1).鞍座在橫截面最低點處周向應力(2).鞍座角邊處的周向應力 (3).應力校核 3.7.鞍座應力計算與校核1.腹板水平應力及強度校核：由可得K9=0.204，水平分力計算高度，鞍座腹板厚度12mm鞍座有效斷面平均應力：2. 鞍座有效斷面應力校核鞍座材料Q235-B的許用應力=235MPa3.腹板與筋板組合截面應力計算及校核圓筒中心線至基礎(chǔ)表面距離：查表知：地震強度為7度（0.1g）時，水平地震影響系數(shù)則軸向力筋板面積：腹板面積：腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)：取鞍座底板與基礎(chǔ)間（水泥）靜摩擦系數(shù)4.地震引起的地腳螺栓應力鞍座上地腳螺栓n=2,筒體軸線

17、兩側(cè)螺栓間距第四章 開孔補強設(shè)計根據(jù)GB150中8.3，當設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa時，在殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑不大于89mm時，接管厚度滿足要求，不另行補強，故該儲罐中只有DN=500mm的 人孔需要補強。4.1 補強設(shè)計方法判別按HG/T 21518-2005,選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔。開孔直徑 故可以采用等面積法進行開孔補強計算。接管材料選用10號鋼，其許用應力根據(jù)GB150-1998中式8-1，其中：殼體開孔處的計算厚度接管的有效厚度強度削弱系數(shù)所以開孔所需補強面積為4.2 有效補強范圍有效寬度B的確定按GB150中式8-7，得：有

18、效高度的確定(1）外側(cè)有效高度的確定根據(jù)GB150中式8-8，得：(2）內(nèi)側(cè)有效高度的確定根據(jù)GB150-1998中式8-9，得：4.3 有效補強面積根據(jù)GB150中式8-10 式8-13，分別計算如下：4.3.1 筒體多余面積3.2接管的多余面積接管厚度：3.3焊縫金屬截面積焊角取6.0mm4.4.補強面積因為，所以開孔需另行補強所需另行補強面積：補強圈設(shè)計：根據(jù)DN500取補強圈外徑D=840mm。因為B>D，所以在有效補強范圍。補強圈內(nèi)徑d=530+2=532mm補強圈厚度： 圓整取名義厚度為12mm第五章: 液化石油氣儲罐的焊接筒體的焊接和封頭與筒體的焊接采用X型坡口，因為同厚度下減少焊接量約1/2,焊接變形及產(chǎn)生內(nèi)應力也小。殼體與鋼管的連接為角接接頭一、 參考文獻1 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB150-1998鋼制壓力容器.中國標準出版社.19982 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.中國勞動社會保障出版社.19993 國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會. JBT4736-2002補強圈.20024 全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站.化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求.2000.115 鄭津洋、董其伍、桑芝富.過程設(shè)備設(shè)計.化學工業(yè)出版社.20016 黃振仁、魏新利.過程裝備成套技術(shù)設(shè)計指南.化學