液化石油儲氣罐的設(shè)計從起步到完結(jié)

1、目錄緒論.2第一章設(shè)計參數(shù)的選擇1.1 設(shè)計題目.31.2 原始數(shù)據(jù).31.3 設(shè)計壓力.31.4 設(shè)計溫度. .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2.1 圓筒厚度的設(shè)計.42.2 封頭壁厚的設(shè)計. .42.3 筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計. .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. .9第三章開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計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)度計算4.1 水壓試驗校核.134.2 圓筒軸向彎矩計算. .134.3 圓筒軸向應(yīng)力計算并校核

2、. .144.4 切向剪應(yīng)力的計算及校核. .154.5 圓筒周向應(yīng)力的計算和校核. .164.6 鞍座應(yīng)力計算并校核. .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, 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, 尤其是安全與防火, 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(fù)雜, 焊接工作量大, 故安裝費用較高。一般貯存

3、總量大于500m 3或單罐容積大于200m 3時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500m 3, 單罐容積小于100m 3時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。液化石油氣呈液態(tài)時的特點。(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。因為液化石油氣是由多種碳?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, 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)計的特點。臥式液化石油氣貯罐也是一個儲存壓力容器, 也應(yīng)按GB150鋼制壓力容器進(jìn)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

5、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1.1、設(shè)計題目：液化石油氣儲罐1.2、原始數(shù)據(jù)：序號項目數(shù)值單位備注1名稱液化石油氣儲罐2用途液化石油氣儲配站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)計壓力：設(shè)計壓力取工作壓力的1.1倍，即1.4、設(shè)計溫度：設(shè)計溫度取。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2.1、圓筒厚度的設(shè)計該容器需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，且不超過名義厚度的6%時，負(fù)偏差可以忽略不計，故取。查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定表7

7、-5知，對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,型號代號為EHA，取，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)蓋帶頸對焊法蘭人孔，查表3-3，選用凹凸面的法蘭，其明細(xì)尺寸見下表：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，液位計口，溫度計口，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液位計口3261.582h溫度計口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，代號為L3。 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液位計口3238B140100184M1618562.666422.0h溫度計口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Ha80M169217303b80M169217303c80M169217303d80M169217303e80M169217303f500g1-232M168517303h20M127513242.5m20M127513242.5n80M169217303s50M1690173032.6、鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計、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：儲罐總質(zhì)量筒體質(zhì)量：單個封頭的質(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2330增加100mm增加的高度Kg17該對鞍座

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)無法滿足A小于等于時，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第三章開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計根據(jù)GB150中8.3，知該儲罐中只有人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。3.1、補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計方法判別其中開孔直徑故可以采用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計算接管材料選用16MnR，其許用應(yīng)力根據(jù)GB150-1998中式8-1，殼體開孔處的計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)面積因為，所以開孔需另行補(bǔ)強(qiáng)另行補(bǔ)強(qiáng)面積為第四章強(qiáng)度計算4.1、水壓試驗應(yīng)力校核試驗壓力圓筒的薄膜應(yīng)力即，所以水壓試驗合格。4.2、 圓筒軸向彎矩計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)力計算并校核根據(jù)JB/T 4731-2005中式7-4 式7-7計算圓筒中間截面上由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力最高點處：最低點處：由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計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，軸向應(yīng)力位于橫截面最高點處.取鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得，.則 b).在橫截面最低點處的軸向應(yīng)力：4.3.3.圓筒軸向應(yīng)力校核查過程設(shè)備設(shè)計中圖4-8得，,則滿足條件4.4、切向剪應(yīng)力的計算及校核圓筒切向剪應(yīng)力的計算根據(jù)JB

17、/T 4731-2005中式7-9計算查JB/T 4731-2005中表7-2，得：圓筒被封頭加強(qiáng)（）時，其最大剪應(yīng)力根據(jù)JB/T4731-2005中式7-10，計算得：切向剪應(yīng)力的校核圓筒的切向剪應(yīng)力不應(yīng)超過設(shè)計溫度下材料許用應(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：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，取則鋼底板對水泥基礎(chǔ)因為所以壓力按下式計算：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