液化石油儲(chǔ)氣罐的設(shè)計(jì)從起步到完結(jié)

1、目錄緒論.2第一章設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇1.1 設(shè)計(jì)題目.31.2 原始數(shù)據(jù).31.3 設(shè)計(jì)壓力.31.4 設(shè)計(jì)溫度. .31.5 主要元件材料的選擇. .3第二章容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 圓筒厚度的設(shè)計(jì).42.2 封頭壁厚的設(shè)計(jì). .42.3 筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). .52.4 人孔的選擇. .62.5 接管，法蘭，墊片和螺栓（柱）. .62.6 鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). .9第三章開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)3.1 補(bǔ)強(qiáng)方法判別.113.2 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍. .113.3 有效補(bǔ)強(qiáng)面積. .123.4 補(bǔ)強(qiáng)面積. .12第四章強(qiáng)度計(jì)算4.1 水壓試驗(yàn)校核.134.2 圓筒軸向彎矩計(jì)算. .134.3 圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算并校核

2、. .144.4 切向剪應(yīng)力的計(jì)算及校核. .154.5 圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算和校核. .164.6 鞍座應(yīng)力計(jì)算并校核. .184.7地震引起的地腳螺栓應(yīng)力. .20附錄:參考文獻(xiàn).22緒論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(diǎn), 因此在設(shè)計(jì)這種貯罐時(shí), 要注意與一般氣體貯罐的不同點(diǎn), 尤其是安全與防火, 還要注意在制造、安裝等方面的特點(diǎn)。目前我國(guó)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(diǎn), 但加工制造及安裝復(fù)雜, 焊接工作量大, 故安裝費(fèi)用較高。一般貯存

3、總量大于500m 3或單罐容積大于200m 3時(shí)選用球形貯罐比較經(jīng)濟(jì); 而圓筒形貯罐具有加工制造安裝簡(jiǎn)單, 安裝費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn), 但金屬耗量大占地面積大, 所以在總貯量小于500m 3, 單罐容積小于100m 3時(shí)選用臥式貯罐比較經(jīng)濟(jì)。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(jì)。液化石油氣呈液態(tài)時(shí)的特點(diǎn)。(1) 容積膨脹系數(shù)比汽油、煤油以及水等都大, 約為水的16倍, 因此, 往槽車、貯罐以及鋼瓶充灌時(shí)要嚴(yán)格控制灌裝量, 以確保安全;(2) 容重約為

4、水的一半。因?yàn)橐夯蜌馐怯啥喾N碳?xì)浠衔锝M成的, 所以液化石油氣的液態(tài)比重即為各組成成份的平均比重, 如在常溫20時(shí), 液態(tài)丙烷的比重為0. 50, 液態(tài)丁烷的比重為0. 56 0. 58, 因此, 液化石油氣的液態(tài)比重大體可認(rèn)為在0. 51左右, 即為水的一半。臥式液化石油氣貯罐設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。臥式液化石油氣貯罐也是一個(gè)儲(chǔ)存壓力容器, 也應(yīng)按GB150鋼制壓力容器進(jìn)行制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收; 并接受勞動(dòng)部頒發(fā)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(簡(jiǎn)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

5、管以及安全閥、壓力表、溫度計(jì)、液面計(jì)等。第一章設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇1.1、設(shè)計(jì)題目：液化石油氣儲(chǔ)罐1.2、原始數(shù)據(jù)：序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值單位備注1名稱液化石油氣儲(chǔ)罐2用途液化石油氣儲(chǔ)配站3最高工作壓力2.16MPa4工作溫度505公稱直徑2000mm6公稱容積207裝量系數(shù)0.98工作介質(zhì)液化石油氣（易燃）9其他要求100%探傷1.3、設(shè)計(jì)壓力：設(shè)計(jì)壓力取工作壓力的1.1倍，即1.4、設(shè)計(jì)溫度：設(shè)計(jì)溫度取。1.5、主要元件材料的選擇：1.5.1 筒體材料的選擇：根據(jù)GB150-1998表4-1，選用筒體材料為16MnR（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB6654）。1.5.2 鞍座材料的選擇：根據(jù)JB/T4731,鞍座選用材料

6、為Q235-B，其許用應(yīng)力1.5.3 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(yīng)力第二章容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1、圓筒厚度的設(shè)計(jì)該容器需100%探傷，所以取其焊接系數(shù)為。假設(shè)圓筒的厚度在616mm范圍內(nèi)，查GB150-1998中表4-1，可得：疲勞極限強(qiáng)度，屈服極限強(qiáng)度，下利用中徑公式，查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定表7-1知，鋼板厚度負(fù)偏差為0.25mm，而有GB150-1998中知，當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過(guò)名義厚度的6%時(shí)，負(fù)偏差可以忽略不計(jì)，故取。查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定表7

7、-5知，對(duì)于有輕微腐蝕的介質(zhì)，腐蝕裕量。則筒體的名義厚度圓整后，取2.2、封頭壁厚的設(shè)計(jì)查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表1，得公稱直徑選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,型號(hào)代號(hào)為EHA，取，根據(jù)GB150-1998中橢圓形封頭計(jì)算中式7-1計(jì)算：同上，取，。封頭的名義厚度圓整后，取封頭的名義厚度封頭記做2.3、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由，得封頭的容積：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1 EHA和B.2 EHA表橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，質(zhì)量，見(jiàn)表1和圖1。表1 封頭尺寸表公稱直徑DN mm總深度H mm內(nèi)表面積A 容積質(zhì)量Kg20005254.49301.1257

8、556.6而充裝系數(shù)為0.9即算得圓整后，取圖12.4、人孔的選擇根據(jù)HG/T 21518-2005回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔，查表3-3，選用凹凸面的法蘭，其明細(xì)尺寸見(jiàn)下表：表2 人孔尺寸表單位：mm密封面型式凹凸面MFMD7304330公稱壓力PN MPa2.566048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kg3022.5、接管，法蘭，墊片和螺栓（柱）、接管和法蘭液化石油氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置排污口，氣相平衡口，氣相口，出液口，進(jìn)液口，人孔，液位計(jì)口，溫度計(jì)口，壓力表口，安全閥口，排空口。如圖3所示：圖2 圖3查HG/T 20592-

9、2009鋼制管法蘭中表8.2 3-3 PN帶頸對(duì)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-5,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）。、墊片查HG/T 20609-2009鋼制管法蘭用金屬包覆墊片，得：表3 墊片尺寸表符號(hào)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(jìn)液口80109.5142f人孔500561624g1-2液位計(jì)口3261.582h溫度計(jì)口20

10、45.561m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(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3880，代號(hào)為L(zhǎng)3。 2：填充材料為有機(jī)非石棉纖維橡膠板。 3：墊片厚度均為3mm。表4 各管口法蘭尺寸表序號(hào)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(gè)）螺栓Th法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度法蘭質(zhì)量NRa排污口8089B200160188M16241053.2128585.0b氣相平衡口8089B200160188M16241053.2128585.0c氣相口8089B200160188M16241053.2

11、128585.0d出液口8089B200160188M16241053.2128585.0e進(jìn)液口8089B200160188M16241053.2128585.0f人孔500g1-2液位計(jì)口3238B140100184M1618562.666422.0h溫度計(jì)口2025B10575144M1218402.364401.0m壓力表口2025B10575144M1218402.364401.0n安全閥口8089B200160188M16241053.2128585.0s排空口5057B165125184M1620752.986483.0、螺栓（螺柱）的選擇查HG/T 20613-2009 鋼制管

12、法蘭用緊固件中表和附錄中表A.0.1,得螺柱的長(zhǎng)度和平墊圈尺寸：表5 螺栓及墊片緊固件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長(zhǎng)Ha80M169217303b80M169217303c80M169217303d80M169217303e80M169217303f500g1-232M168517303h20M127513242.5m20M127513242.5n80M169217303s50M1690173032.6、鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座，初步選用輕型鞍座，材料選用Q235-B。估算鞍座的負(fù)荷：儲(chǔ)罐總質(zhì)量筒體質(zhì)量：?jiǎn)蝹€(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器

13、用封頭中表B.2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知，充液質(zhì)量：，水壓試驗(yàn)充滿水，故取介質(zhì)密度為則附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為302kg，其他接管總和為300kg，即綜上所述，則每個(gè)鞍座承受的質(zhì)量為14556.6kg，即為145.6kN。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表1，首先優(yōu)先選擇輕型支座。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表2，表6 鞍座尺寸表公稱直徑DN2000腹板10墊板430允許載荷QkN300筋板33010鞍座高度h250190e80底板1420260螺栓間距12602208鞍座質(zhì)量Kg16012墊板弧長(zhǎng)2330增加100mm增加的高度Kg17該對(duì)鞍座

14、標(biāo)記為JB/T4712.1-2007 鞍座A2000-S和JB/T4712.1-2007 鞍座A2000-F。、鞍座的安裝位置根據(jù)JB/T4731-2005鋼制臥式容器中規(guī)定，應(yīng)盡量使支座中心到封頭切線的距離A小于等于，當(dāng)無(wú)法滿足A小于等于時(shí)，A值不宜大于0.2L。圓筒的平均內(nèi)徑。即取A=0.5m鞍座的安裝位置如圖3所示：圖4第三章開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)根據(jù)GB150中8.3，知該儲(chǔ)罐中只有人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。3.1、補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別其中開(kāi)孔直徑故可以采用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管材料選用16MnR，其許用應(yīng)力根據(jù)GB150-1998中式8-1，殼體開(kāi)孔處的計(jì)算厚度接管的有效厚度強(qiáng)度削弱系數(shù)，所以3.2、

15、有效補(bǔ)強(qiáng)范圍3.2.1有效補(bǔ)強(qiáng)B按GB150中式8-7，得：3.2.2外側(cè)有效高度根據(jù)GB150中式8-8，得：3.2.3內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)GB150-1998中式8-9，得：3.3、有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)GB150中式8-10 式8-13，分別計(jì)算如下：3.3.1 筒體多余面積接管的多余面積焊縫金屬截面積焊角去6mm3.4、補(bǔ)強(qiáng)面積因?yàn)?，所以開(kāi)孔需另行補(bǔ)強(qiáng)另行補(bǔ)強(qiáng)面積為第四章強(qiáng)度計(jì)算4.1、水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核試驗(yàn)壓力圓筒的薄膜應(yīng)力即，所以水壓試驗(yàn)合格。4.2、 圓筒軸向彎矩計(jì)算圓筒的平均半徑鞍座反力圓筒中間截面上的軸向彎矩根據(jù)JB/T 4731-2005中式7-2，得：鞍座平面上的軸向彎矩根據(jù)JB/T

16、 4731-2005中式7-3，得：4.3、圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算并校核根據(jù)JB/T 4731-2005中式7-4 式7-7計(jì)算圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力最高點(diǎn)處：最低點(diǎn)處：由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算并校核鞍座平面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力，按下式計(jì)算： a).當(dāng)圓筒在鞍座平面上或靠近鞍座處有加強(qiáng)圈或被封頭加強(qiáng)（即）時(shí)，軸向應(yīng)力位于橫截面最高點(diǎn)處.取鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得，.則 b).在橫截面最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力：4.3.3.圓筒軸向應(yīng)力校核查過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)中圖4-8得，,則滿足條件4.4、切向剪應(yīng)力的計(jì)算及校核圓筒切向剪應(yīng)力的計(jì)算根據(jù)JB

17、/T 4731-2005中式7-9計(jì)算查JB/T 4731-2005中表7-2，得：圓筒被封頭加強(qiáng)（）時(shí)，其最大剪應(yīng)力根據(jù)JB/T4731-2005中式7-10，計(jì)算得：切向剪應(yīng)力的校核圓筒的切向剪應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力的0.8倍，即封頭的切向剪應(yīng)力，應(yīng)滿足而即故圓筒滿足強(qiáng)度要求。即故封頭滿足強(qiáng)度要求。4.5、圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算和校核所以鞍座墊片作為加強(qiáng)用的鞍座。5.1在橫截面的最低點(diǎn)處：其中k=0.1(容器焊在支座上)查,表7-3知，F(xiàn)=145566N, 在鞍座邊角處A/ =0.5/1.008=0.49<0.5查,表7-3知，鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力當(dāng)周向應(yīng)力校核根據(jù)

18、JB/T 4731-2005中進(jìn)行校核由于所以故均滿足強(qiáng)度要求4.6、鞍座應(yīng)力計(jì)算并校核4.6.1腹板水平分力及強(qiáng)度校核鞍座包角，查表中表7-5相應(yīng)則當(dāng)墊板起加強(qiáng)作用時(shí)：其中，則查JB/T 4731-2005中表5-1，得：滿足要求即其強(qiáng)度合格。4.6.2鞍座壓縮應(yīng)力及強(qiáng)度校核查表7-6，因武漢地震發(fā)生幾率小，取則鋼底板對(duì)水泥基礎(chǔ)因?yàn)樗詨毫Π聪率接?jì)算：筋板面積腹板面積形心腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)：代入公式根據(jù)JB/T 4731-2005中式7-32進(jìn)行校核滿足式和式，即滿足強(qiáng)速要求。4.7、地震引起的地腳螺栓應(yīng)力4.7.1 傾覆力矩計(jì)算4.7.2 由傾覆力矩引起的地腳螺栓拉應(yīng)力地腳螺栓拉應(yīng)力為：載荷組合系數(shù)滿足式即符合強(qiáng)度要求。由地震引起的地腳螺栓剪應(yīng)力地腳螺栓剪應(yīng)力計(jì)算即滿足式符合強(qiáng)度要求。附錄：參考文獻(xiàn)1. GB150 鋼制壓力容器2. JB/T