立方米液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)--化工容器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、立方米液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)-化工容器設(shè) 計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)立方米液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)-化工容器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū).化工容器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)300m3液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)：過(guò)程裝備與控制工程班級(jí)：過(guò)控一班 學(xué)號(hào)：姓名：目錄1設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇1 1.1設(shè)計(jì)的題目1 1.2原始數(shù)據(jù)1 1.3儲(chǔ)存量1 1.4設(shè)計(jì)壓力2 1.5設(shè)計(jì)溫度2 2容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3 2.1筒體的內(nèi)徑和長(zhǎng)度的確定3 2.2筒體和封頭的厚度設(shè)計(jì)計(jì)算3 2.3人孔設(shè)計(jì)4 2.4其他零部件的設(shè)計(jì)4 2.4.1液位計(jì)的設(shè)計(jì)4 2.4.2管口設(shè)計(jì)5 2.5鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)82.5.1質(zhì)量確定8 2.5.2鞍座的安裝位置9 3開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)10

2、3.1補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別10 3.2補(bǔ)強(qiáng)圈計(jì)算10 3.2.1圓筒開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積10 3.2.2殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積10 3.2.3接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積11 3.2.4焊縫金屬面積11 3.2.5另加補(bǔ)強(qiáng)面積11 4強(qiáng)度計(jì)算12 4.1液壓試驗(yàn)12 4.2圓筒軸向彎矩12 4.2.1載荷分布124.2.2筒體彎矩13 4.3圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算并校核14 4.3.1筒體應(yīng)力14 4.3.2筒體軸向應(yīng)力校核 14 4.4切向剪應(yīng)力的計(jì)算并校核15 4.4.1圓筒切向剪應(yīng)力的計(jì)算15 4.4.2圓筒被封頭加強(qiáng)時(shí)，最大剪應(yīng)力15 4.4.3切向剪應(yīng)力的校核15 4.5

3、圓筒周向應(yīng)力的計(jì)算并校核16 4.5.1在橫截面的最低點(diǎn)處164.5.2周向應(yīng)力校核16 5防護(hù)及使用管理17 5.1防腐17 5.2 防靜電17 5.3熱處理要求17 5.4焊接17 5.5使用及管理17 300m3液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 1.1設(shè)計(jì)的題目300m3液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)1.2原始數(shù)據(jù) 表1.1設(shè)計(jì)條件序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值單位備注1名稱(chēng)液化石油氣儲(chǔ) 罐2用途液化石油氣儲(chǔ)存 3最高工作壓力 1.62 MPa由 介質(zhì)溫度決定 4工作溫度-2048 C 5公稱(chēng)容積300 m3 6工作壓力波情況可不考慮7裝量系數(shù) 0.9 8工作介質(zhì)液化石油氣9材料16MnR 10焊接要求 雙面焊，局

4、部無(wú)損 探傷11設(shè)計(jì)壽命20年12腐蝕速率0.1mm/a 13其他要 求1.3儲(chǔ)存量盛裝液化氣體的壓力容器設(shè)計(jì)存儲(chǔ)量：W電Vp t式中，裝載系數(shù) =0.9壓力容器設(shè)計(jì) V=300m3設(shè) 計(jì)溫度下的飽和液體密度p t =500kg /m3則：存儲(chǔ)量 W=135.00t 1.4設(shè)計(jì)壓力 設(shè)計(jì)壓力取飽和蒸氣壓， p=1.8MPa 1.5設(shè)計(jì)溫度 工作溫度為 -20 C48 c ,則取 設(shè)計(jì)溫度取50 C 2容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1筒體的內(nèi)徑和長(zhǎng)度 的確定由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可知：V=300m3 L/Di=8 取 L=8Di 貝U有：取內(nèi)徑為3630mm,由于筒體的內(nèi)徑較大，所以采用鋼板卷制，公稱(chēng)直內(nèi)徑DN37

5、00mm.選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭表2.1EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積及容積公稱(chēng)直徑（mm）總深度H/mm 內(nèi)表面積 A/m2 容積 V/m3 3700 965 15.3047 7.0605 則筒體長(zhǎng)度：圓整：L =26700mm 則實(shí)際體積：則體積相對(duì)誤差為：符合設(shè)計(jì)要求。2.2 筒體和封頭的厚度設(shè)計(jì)計(jì)算（1）設(shè)計(jì)壓力?。簆=1.8MPa液柱壓力（安裝滿時(shí)計(jì)算）：%<5%所以可以忽略液柱的壓力。雙面焊，局部無(wú)損探傷，焊接接頭系數(shù) =0.85筒體厚度：計(jì)算壓力：計(jì)算厚度：查表2-5得，厚度負(fù)偏差 C1=0.8mm。設(shè)計(jì)壽命 20年，腐蝕速率0.1mm/a,所以腐蝕裕量C2=2mm。設(shè)計(jì)厚度=24.

6、19+2=26.19mm ; 名義厚度=28mm。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度：計(jì)算厚度：設(shè)計(jì)厚度：2.3 人孔設(shè)計(jì) 設(shè)置1個(gè)人孔，其公稱(chēng)直徑取DN450。根據(jù)HG/T 21518-2005鋼制人孔和 手孔選取: 人孔 RF ID t-35CM （W D-1232） B 450-2.5 HG/T 21518-2005具體 結(jié)構(gòu)和材料見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn) HG/T 21518-2005鋼 制人孔和手孔。2.4 其他零部件的設(shè)計(jì) 2.4.1液位計(jì)的設(shè)計(jì)1）液位計(jì)類(lèi) 型由于該儲(chǔ)罐的介質(zhì)為液化石油氣，工作溫度常溫，所以 選用磁性液位計(jì)。2）液位計(jì)中心距 可簡(jiǎn)化容器為一圓筒，液體達(dá)到總體 積的90% （本儲(chǔ)罐的裝量系數(shù)為 0.

7、9）,可近似認(rèn)為截面面積 達(dá)到全面積的 90% ,所以下圖所示的陰影面積為全面積的 10%。即：即迭代求解得：9 =46.6所以最高液面到筒體中心線的距離為：所以選用中心距為 2500mm的液位計(jì)不對(duì)稱(chēng)安裝裝。R 9圖2.1 3）接管與法蘭 由于介質(zhì)為液化石油氣，應(yīng)采用帶頸對(duì)焊法蘭（突面）、帶加強(qiáng)環(huán)的纏繞墊片（帶外環(huán)） 和專(zhuān)用級(jí)高強(qiáng)度螺栓組合，而且它的腐蝕性不大，所以材料 不需要選太好的。為了有良好焊縫，接管材料選16Mn。同時(shí)接管伸由較長(zhǎng)，需要支撐結(jié)構(gòu)。綜上所述，具體見(jiàn)表3.2表2.2接管與法蘭 名稱(chēng) 標(biāo)記數(shù)量 總質(zhì)量/kg 備注 液位計(jì) HG/T 21584-95 UZ1.6-2500-0

8、.5 AF 304 C 1 30 法蘭 HG/T 20592 法蘭 WN20-2.5 RF S=3.5 2 2 墊片 HG 20610 纏繞墊 D 25-25 1232 2 2 接管 小 25X 3.5_=395mm 1 0.97 接管 小 25X3.5 L=495mm 1 1.22 全螺紋螺柱 M12X2X80 8.8 級(jí) 材料 35CrMoA 8 0.48 螺母 M12 8 級(jí) 材料 30CrMo 16 0 . 32 筋 板40X3材料Q235A 4現(xiàn)場(chǎng)確定長(zhǎng)度 2.4.2管口設(shè)計(jì)1）管 口中心線位置的確定根據(jù)管口的性質(zhì)可確定其安放位置，排污管在筒體的下方，其它在筒體的上方。根據(jù)GB 15

9、0規(guī)定，按殼體開(kāi)孔不另行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì) 法蘭管的位置。要求如下：a.設(shè)計(jì)壓力小于或等于 2.5MPa。b.兩相鄰開(kāi)孔中心線的間距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩 倍。c.接管公稱(chēng)外徑小于或等于 89mm。 d.接管最小壁厚滿足下表：表2.3接管最小壁厚 接管公稱(chēng)外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89最小壁厚 3.5 4.0 5.0 6.0 1.接管的腐蝕余量為 1mm 集 中布管，順序?yàn)椋悍趴湛凇⑷丝?、安全閥接口、溫度計(jì)口、壓力表接口、液相 進(jìn)口管、氣相由口管、排污口在殼體下方、液相由口管在殼 體下方。(具體位置見(jiàn)裝配圖)1.離焊縫最近的人孔， 所以它離焊縫距離應(yīng)該不小于，則取人

10、孔與焊縫距離為 640mm； 2.兩相鄰開(kāi)孔中心線的間距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍，則放空口與人孔距離為1200mm,人孔與安全閥接口距離為2400,安全閥與溫度計(jì)口2000mm、溫度計(jì)與壓力表的距離為2000mm、壓力表與液相進(jìn)口距離為2000mm、液相進(jìn)口與氣相由口距離為 2000mm o(具體位置見(jiàn)裝配圖)2)接管與法蘭選取a.根據(jù)殼體開(kāi)孔不另行補(bǔ)強(qiáng)，條件 d條可確定接管厚度：b.液相進(jìn)口管，液相由口管，氣相進(jìn)口管，氣相由口管， 排污管5mm c .安全閥接口接管6.0mm d .壓力表接管，液位計(jì)接管3.5mm由于本儲(chǔ)罐裝的是液化石油氣，法蘭采用帶頸對(duì)焊法蘭，纏繞墊片(帶外環(huán))。綜上所

11、述：表2.4接管與法蘭標(biāo)準(zhǔn)號(hào)名稱(chēng)材料數(shù)量總質(zhì)量/kg備 注 HG20592 法蘭 WN50(B)-25 FM S=5.0 16Mn n 5 15.55 液相進(jìn)口管，液相由口管，氣相進(jìn)口管，氣相由口管，排污 管法蘭 HG20592 法蘭 WN25(B)-25 FM S=3.5 16Mn n 1 1.26壓力表接管法蘭 HG20592 法蘭 WN25(B)-25 RF S=3.5 16Mn n 2 3.0液位計(jì)接管法蘭 HG20592 法蘭 WN80(B)-25 FM S=6.0 16Mn 1 5.0 安全閥接管法蘭GB6479接管 小57>< 5.0L=1500,L=12340,L=

12、155 16Mn 5 24.76 其中L=155 取 3 條，其它一條 GB6479 接管 小 32X5.0 L=150 L=495L=395 16Mn 3 2.97 壓力表接管，液位計(jì)接管GB6479接管389 X 7.0 L=145 16Mn 1 1.7夜全閥接管 3）焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1 .殼體A, B類(lèi)焊接接頭的設(shè)計(jì) 該容器上的A,B類(lèi)接 頭必須采用對(duì)接焊，不允許采用搭接焊。對(duì)接焊易于焊透，質(zhì)量容易保證，易于作無(wú)損檢測(cè)，可獲 得最好的焊接接頭質(zhì)量。該容器上的接管與殼體以及補(bǔ)強(qiáng)圈之間的焊接一般只能 采用角接和搭接。2 .殼體C, D類(lèi)焊接接頭的設(shè)計(jì) 平蓋，管板與圓筒非對(duì) 接連接的接頭，法蘭與

13、殼體，接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓 筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭，均屬C類(lèi)焊接接頭，但已規(guī)定為 A, B類(lèi)的焊接接頭除外。接管、人孔、凸緣、補(bǔ)強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭均屬于D類(lèi)焊接接頭，但已規(guī)定為 A, B類(lèi)的除外。3 .焊接接頭坡口設(shè)計(jì) 容器筒體，封頭與接管法蘭的厚 度均在8=3- 28mm的范圍，為了減小焊接變形和殘余應(yīng)力， 因此可取接頭坡口形式為 X形。4）常用焊接方法與焊條的選擇采用手工電弧焊，該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，便于操作，使用于各種焊接，在壓力容器制造中應(yīng)用十分廣泛，鋼板對(duì)接，接管與筒體、封頭的連接等 都可以米用?？紤]母材力學(xué)性能與化學(xué)成分，對(duì)低碳鋼和低合金鋼構(gòu) 件，要求等強(qiáng)度

14、原則選擇焊條，即要求焊縫與母材的強(qiáng)度相 等或基本相等，而不要求焊縫的化學(xué)成分與木材相同。不同類(lèi)型的低合金鋼之間進(jìn)行異種鋼焊接時(shí)，應(yīng)選與其中強(qiáng)度較低的鋼材等強(qiáng)度的焊條進(jìn)行焊接，再綜合考慮金屬進(jìn)行熱處理后，對(duì)其力學(xué)性能的影響構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與剛性和經(jīng) 濟(jì)性，該容器所用焊條使用型號(hào)如下表：表2.5焊條型號(hào)接頭母材焊條型號(hào)焊條牌號(hào)Q345R+Q345RE5016(GB/T5117)J506 Q235-A+Q235-AE4316(GB/T5117) J426 Q235-A+Q345R E4303(GB/T5117) J422由于介質(zhì)為液化石油氣，應(yīng)采用帶頸對(duì)焊法蘭(突面)、帶加強(qiáng)環(huán)的纏繞墊(帶外環(huán))和專(zhuān)用級(jí)高

15、強(qiáng)度螺栓組合，而 且它的腐蝕性不大，所以材料不需要選太好的。為了有良好焊縫，接管材料選16Mn。同時(shí)接管伸由較長(zhǎng)，需要支撐結(jié)構(gòu)。綜上所述，儲(chǔ)罐其它部件確定如(表2.6)。表2.6儲(chǔ)罐其他部件 名稱(chēng)標(biāo)記數(shù)量總質(zhì)量/kg備注 液位計(jì) HG/T 21584-95 UZ 2.5-2500-0.5 AF 304 C 1 30 法蘭 HG/T 20592 法蘭 WN20-2.5 RF S=3.5 2 2 墊片 HG 20610 纏繞墊 D 25-25 1232 2 2 接管 小 25X 3.5 L=395mm1 0.97 接 管 3 25X 3.5_=495mm 1 1.22 全螺紋螺柱 M12X 2X8

16、0 8.8 級(jí) 材料 35CrMoA 8 0.48 螺母 M12 8 級(jí) 材料 30CrMo 160. 32筋板40材料Q235A 4現(xiàn)場(chǎng)確定長(zhǎng)度 2.5鞍座選 型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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 o估算鞍座的負(fù)荷 2.5.1質(zhì)量確定 由于接管、人孔、液位 計(jì)等質(zhì)量相對(duì)于筒體和封頭的質(zhì)量較小，所以這里主要考慮筒體和封頭質(zhì)量容器質(zhì)量：正常操作狀態(tài)下最大質(zhì)量：水壓試驗(yàn)時(shí)最大質(zhì)量：綜上所述，mmax =375967.038kg則每個(gè)鞍座承受的質(zhì)量 為 187983.519kg ,即為 1842kN。查JB4712.1-2007容器支座第一部分鞍式支座中表

17、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得（表2.7） 表2.7鞍座尺寸表 公稱(chēng)直徑 DN 3800腹板16730允許載荷 Q/kN 1330 筋板 440 12鞍座高度 h 250 335 e 140底板 2780 430螺栓間距 2500 380 12鞍座質(zhì)量 Kg 650 16墊板 弧長(zhǎng)4410增加100mm增加的高度 Kg 47該 對(duì)鞍座 標(biāo)記為 JB/T4712.1-2007 鞍 座 A3800-S 和 JB/T4712.1-2007 鞍座 A2300-F。2.5.2鞍座的安裝位置根據(jù)JB/T4731-2005鋼制臥式容器中6.1.1規(guī)定，

18、應(yīng)盡量使支座中心到封頭切線的距離A小于等于0.5R無(wú)法滿足 A小于等于0.5R宜大于0.2L。R筒的平均內(nèi)徑L=L0+4/3H=26700+4/3 >965=27987mm即 A 三R/2=1850/2=925mm取A=850mm鞍座的安裝位置如圖所 示：圖2.2鞍座位置17 3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： d=480-12 技+2R2+0.8)mm=461.6mmd< Di/3=3700/3=1233mm故可以采用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 計(jì)算3.2補(bǔ)強(qiáng)圈計(jì)算 補(bǔ)強(qiáng)圈如圖：圖4.1補(bǔ)強(qiáng)圈 3.2.1圓筒開(kāi)孔

19、所需補(bǔ)強(qiáng)面積開(kāi)孔直徑：d=480-12技+2R2+0.8)mm=461.6mm 圓筒計(jì)算厚度：接管有 效厚度：6 et=151-0.8mm=13.2mm 強(qiáng)度削弱系數(shù)：fp=1.0所 以：A=12089.304mm2 3.2.2殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之 外的多余面積有效補(bǔ)強(qiáng)范圍的寬度：B=923.2mm所以：A1=835.496mm2 3.2.3接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多 余面積 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍外側(cè)高度：h1=85.94mm有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 內(nèi)側(cè)高度：h2=0 mm接管計(jì)算厚度：所以：A2=1830.522mm2 3.2.4 焊縫金屬面積 焊縫金屬面積 不考慮，則：A3=03.2.5 另 加

20、 補(bǔ) 強(qiáng) 面 積A4=A-A1-A2-A3=12089.304-835.496-1830.522=9423.286mm2所以補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：考慮焊縫的補(bǔ)強(qiáng)作用，取6 c=14mm標(biāo)記：dN450X14-C-Q16MnR JB/T 4736 質(zhì)量：29.6kg 4強(qiáng)度計(jì)算4.1液壓試驗(yàn) 采用水壓試驗(yàn) 試驗(yàn)壓力： 校核有效厚度：而符合要求。4.2圓筒軸向彎矩 建立力學(xué)模型，建立數(shù)學(xué)模型 該臥式 容器可簡(jiǎn)化為外伸梁受均布載荷如圖：q F A M V F 圖4.1載荷分布 4.2.1載荷分布 置于對(duì)稱(chēng)分 布的鞍座上臥式容器所受的外力包括載荷和支座反力。(1)均布載荷q、支座反力F首先應(yīng)把封頭折算成和容 器

21、直徑相同的當(dāng)量圓筒。長(zhǎng)度為2/3H (H凸形封頭的深度)故重量載荷作用的長(zhǎng)度 為L(zhǎng)+4/3H如果容器的總重量為 2F,則作用在外伸梁上的的 單位長(zhǎng)度均布載荷為N/mm= (4-1) 則有：F= N= (4-2)(2)豎直剪力V和力偶M封頭本身和封頭物料的重量為，此 重力作用在封頭的重心上，橢圓形封頭重心e=,按照力線平 移法則，此重力可用一個(gè)作用在梁端點(diǎn)的橫向剪力V和一個(gè)附加的力偶 m1來(lái)代替，則有(4-3)和(4-4)止匕外，當(dāng)封頭中充滿液體時(shí)，液體靜壓力對(duì)封頭作用一水平向外推 力。這一推力偏離容器軸線，對(duì)梁的則形成一個(gè)力偶m2為(4-5)將力偶m1和m2合成一個(gè)力偶 M,即(4-6)橢 圓

22、封頭可近似可做 RI=H則有M=0 4.2.2筒體彎矩 ?。篈=850mm 1.彎矩，筒體在支座跨中截面的彎矩，可分析兩平衡條件得：筒體在支座截面處的彎矩：則最大彎矩為 M1 4.3圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算并校核4.3.1筒體應(yīng)力1)鞍座跨中截面上筒體的最大軸向應(yīng)力截面最高點(diǎn)：a 1="截面最低點(diǎn)：a2=+= + 2支座截面筒體的最大軸向應(yīng)力截面最高點(diǎn)：截面最低點(diǎn)：由于AvRi/2鞍座包角，查表7-1 (JB/T4731-2005)得式中折扣系數(shù)K1和K2分別為1 4.3.2筒體軸向應(yīng)力校核由以上分析知，筒體的最大軸向應(yīng)力為>4具位置如下圖：a 3 a 1 a 2 a 4圖4.2筒體的

23、軸向應(yīng)力圖 最大應(yīng)力為a 2=66.07147MPa計(jì)算得到的軸向壓應(yīng)力為；a cr= (4-7)pcr=mP設(shè)計(jì) (4-8) m為安全系數(shù)取 3則有：a cr=MPa設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力： 田t為325MPa容器 安全使用的穩(wěn)定條件為：比較得：bK bcr,故均滿足強(qiáng)度要求4.4切向剪應(yīng)力的計(jì)算并校核4.4.1圓筒切向剪應(yīng)力的計(jì)算根據(jù)JB/T 4731-2005中式7-9 計(jì)算 查 JB/T 4731-2005 中表 7-2,得：r = 4.4.2圓筒被封頭加強(qiáng)時(shí)，最大剪應(yīng)力 根據(jù)JB/T4731-2005 中式 7-10,計(jì)算得：=4.4.3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 p=3.45MPa< 0.8：田 t=0.8