30立方米液化石油氣儲罐設(shè)計

1、前呂隨著我國化學(xué)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 500m3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(yàn)要求嚴(yán) 的三類壓力容器。本次設(shè)計的為30加彳液化石油氣儲罐設(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(diǎn)，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(diǎn)，尤其要注意安全，還要注意在制造、 安裝等方而的特點(diǎn)。目前我國普遍采用常溫壓力貯罐，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(jì)；而圓筒

2、形貯罐具有加工制造安裝簡單，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500單罐容積小于100加?時選用臥式貯罐比較 經(jīng)濟(jì)。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(diǎn)。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(yàn)和驗(yàn)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笫三類壓力容器。 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、氣相管、排污 管以及壓力表、溫度計、液面計等。第1章 設(shè)計參數(shù)的選擇1.1設(shè)計數(shù)據(jù)表1-:1:設(shè)計數(shù)據(jù)序號

3、項(xiàng)目數(shù)值單位備注1名稱30液化石油氣儲罐2用途液化石油氣儲存3最大工作壓力1.77mpa4匸作溫度50c5公稱容積30m36裝量系數(shù)0.9t/zn37工作介質(zhì)液化石油氣8工作壓力波動不考慮9使用地點(diǎn)荊門市，室外10其他要求100%無損檢測1.2設(shè)計壓力設(shè)計壓力是根據(jù)最高工作壓力來確定，原則是根據(jù)最危險的操作情況而定。通常選取工 作壓力的1.05-1.1倍,本次設(shè)計選取1.1,數(shù)據(jù)見下表12。表1-2：液化石油氣飽和蒸氣壓及密度介質(zhì)溫度。c-15103050液化石油氣飽和蒸汽壓（絕壓）mpa0.1830.3190.7221.182內(nèi)烷0.2790.6161.0581.710液化石油氣飽和液體密度

4、 kg/zn35715435124485該儲罐用于液化石油氣的儲存，屬于常溫，工作壓力為介質(zhì)在相應(yīng)溫度下的飽和蒸氣壓。 其中丙烷占主要部分可以選取丙烷的飽和蒸汽壓。因此取50°c時丙烷的飽和蒸汽壓為最高工作壓力，由上表知50°c時丙烷的飽和蒸汽壓為1.710mpa,則其表壓為1.710-0.1 = 1.610mpa,故設(shè)計壓力為1.610x1.l=1.77mpao1.3設(shè)計溫度設(shè)計溫度是指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件金屬溫度。其值必須大于或等于正常 工作的最高溫度。由于工作環(huán)境在荊門室外，取最高溫度50°c為設(shè)計溫度。1.4選取材料正確的選材對于設(shè)備安全運(yùn)行和

5、降低生產(chǎn)成本至關(guān)重要。壓力容器用材有：受壓殼體及 設(shè)備零部件又有受壓元件與非受壓元件，其包含有：鋼板，鋼管，鋼棒等。壓力容器經(jīng)鋼板成型焊接而成。法蘭視情況采用鋼板或者鍛件。螺栓，螺母采用鋼棒。 支座選用型鋼或者鋼管。常見的碳素鋼和低合金鋼有q245r,q345r等。無縫鋼管材料有： 10mn, 16mn 等。對于此次儲罐，設(shè)計壓力為中壓，溫度范圍-20-50,綜合設(shè)備結(jié)構(gòu)工藝和工作條件， 參照gb713-2008,查鍋爐與壓力容器用鋼板表2,可選用材料為q345r。密度p =785kg/m 3,許用應(yīng)力o=189mpa。鋼管材料可以選用16mn等據(jù)jb/t4732,支座材料可用q235-a,地

6、腳螺栓螺母按照gb/t700-2007規(guī)定，可選用 q235。第2章筒體及封頭的設(shè)計2.1筒體的結(jié)構(gòu)設(shè)計長徑比l/d,選擇時考慮的兩個因素，罐體的加工和其受力大小。綜合兩方面情況長徑 比l/d般取36,在這里可選l/d=4oi筒體直徑di的確定視筒體為圓柱形的，初步計算儲罐直徑di由：v 二“皿町./4l=4di得：=2.122m=2122mm由于內(nèi)徑必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)，此吋內(nèi)徑可圓整為國家標(biāo)準(zhǔn)的公稱直徑dn故取di=2200mmii筒體長度由于儲罐的容積是圓柱形筒體容積與兩個封頭的容積z和，即：v=vt+vf式中v(圓柱形筒體的容積m3vf單個封頭的容積m?據(jù)jb/t4746-2002可得封頭

7、的容積為vf二1.54591衛(wèi)故：vt=v-vfb|j：tifm2! d二v2vf故：l=4 (v-2vf) /m2=4x (30-2x1.5459) /2.2x2.27.079圓整后取l=7100mm此時長徑比l/di=7100/2200=3.23在36之間。2.2封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計屮低壓容器常采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，參照gb/t25198-2010知封頭的公稱直徑與筒體的 公稱直徑一致。查化工設(shè)備課程設(shè)計指導(dǎo)表3-3得封頭見表2-1,示意圖樣見圖2-1：表21： eha橢圓封頭參數(shù)公稱直徑dn/mm總深度h/mm內(nèi)表而積a/m2容積vf/n?22005905.52291.5459圖2-1： eha

8、橢圓封頭示意圖注：圖中hi表示封頭的曲而深度，di為筒體的內(nèi)徑即：公稱直徑dn,為封頭名義厚度。2.3計算壓力的確定由于設(shè)計為臥室儲罐，因此液體最大高度hmaxdi=2200mm 則：pmax 靜二 p ghmax=0.58x9.8x2200= 12.50kpa=0.0125mpa 且：pmax 靜/p 設(shè)=0.0125/1.77=0.0071 =0.71 %<5%因此p靜可以忽略不計。故：設(shè)計壓力pc=p=1.77mpa2.4筒體與封頭計算2.4.1筒體壁厚的確定內(nèi)壓容器計算厚度有屮徑公式確定力二pq20憶代式中歸卩-材料許用應(yīng)力mpa pc計算壓力mpadi筒體公稱直徑mm焊接接頭系

9、數(shù)假定筒體壁厚 616mm, me=189mpa, pc=1.77mpa, di=2200mmo由于介質(zhì)易燃易爆，采用雙面對焊連接，100%無損檢測取"二1則，8= 1.77x2200/ (2x189x1-1.77) = 10.35mm取鋼板負(fù)偏差c1二0.3mm c2=2mm故，8n=5+cl +c2= 10.35+0.3+2 二 12.56mm所以，取名義厚度8n=14mm2.4.2封頭壁厚的確定標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭壁厚計算為：5 二 pcdd 2刃0.5幾=10.33mm1,77x2200 2xl89xl-0.5xl.77= 6 + g + c? = 10.33 + 0.3 4-2 =

10、 12.63mm 取名義厚度8n=14mm顯然，8n>0.15%di=0.0015x2200=3.3mm故，厚度8n=14mm符合要求。兩封頭的型號為：eha2200x14-q345r jb/t4746-2007。2.5強(qiáng)度校核筒體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核，試驗(yàn)壓力號=1.25戶回刃故：=1.25x1.77x189/189 = 2.2125mpa校核時筒體的薄膜應(yīng)力：=絡(luò)心)=2.2125x(2200 + 11.7) = t2&2x11.7查過程設(shè)備設(shè)計附錄表d1得：rel=345mpao則，0.9 © rel=0.9x 1 x345=310.5mpa>209.1 mpa

11、故校驗(yàn)合格。校驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)見附錄1, sw6校核。2.6氣密性試驗(yàn)液化石油氣為易燃易爆介質(zhì)，故不允許出現(xiàn)任何泄漏，因而必須進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，氣密性試驗(yàn)的壓力為1.77mpao第3章 鞍座選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1支座的選取臥式容器支座包含圈座、支承式支座和鞍式支座。支承式支座雖然在構(gòu)造方面簡單，可是 它的反向作用力對殼體產(chǎn)生的應(yīng)力值太高，故只適應(yīng)于小型設(shè)備；圈座不盡對圓筒殼具有加強(qiáng) 作用，且當(dāng)支座多于兩個時較鞍座受力好，真空容器或壁厚的容器可以采用圈座；對于換熱器、 臥式容器等，則大多采用鞍式支座，鞍座的結(jié)構(gòu)和尺寸，不包括一些特殊的例子，通常都是按 照公稱直徑和重量選用標(biāo)準(zhǔn)鞍座。在支座的規(guī)范上，我國標(biāo)

12、準(zhǔn)為jb/t 4712.1-2007«容器支座。鞍式支座分為輕型(a)和重型(b),輕型和重型都包含有固定式和滑動式，直徑1000 mm以 上的，輕型鞍座就即可，為保證容器的熱脹冷縮的位移要求，f型和s型應(yīng)總是配對使用。所 以本設(shè)計選擇輕型鞍座，其中固定式和滑動式配套使用。3.2鞍座計算根據(jù)筒體結(jié)構(gòu)和參數(shù)，鞍座可采用雙鞍式支座，鞍座的材料選用q235-ao為確定鞍座的型號，需粗略計算鞍座的負(fù)荷。貯罐總質(zhì)量：m = mx + 2m-, + m4式中叫一筒體質(zhì)量，kg;；加2封頭質(zhì)量，kg；加3 一充液質(zhì)量，kg;m4一附件質(zhì)量，kgo正常工作下，加3為液化石油氣的質(zhì)量。液壓實(shí)驗(yàn)中，加g

13、為水的質(zhì)量。3.2.1筒體質(zhì)量根據(jù) di = 2200mm,= 14mm 的筒節(jié)，m, = 7idil3n xp = 34x2200x7.1x14x10 彳 x7.85xl()3 = 5393.0£g322封頭質(zhì)量根據(jù)d = 2200加加，戈=14mm ,查標(biāo)準(zhǔn)jb/t 4746-2010鋼制壓力容器用封頭中eha橢圓形封頭質(zhì)量，可知，叫=66kg323充液質(zhì)量因?yàn)?#176;水p液氨，所以充液質(zhì)量為液氯質(zhì)量m3 = vp于是加 3 = vp = 30x1000 = 30000 kg3.2.4附件質(zhì)量人孔質(zhì)量約400kg,其他接口管總重約100kg,則叫二500kg設(shè)備總質(zhì)量：m =

14、 m，+ m2 + m3 + m4 = 5393.0 + 2x616 + 30000 + 500 = 37125 kg 每個鞍座的負(fù)荷：mg =37125x9.8 =181 91kn2 2結(jié)合jb4712.1-2007容器支座可知，采用輕型，焊制是a,包角是120 ,配墊板的鞍座。通過jb4712.1-2007得鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸：表31：鞍式支座結(jié)構(gòu)參數(shù)公稱直徑dn/mm2200腹板82/ nun10墊板弧長2570允許載荷q/kn405筋板245m500鞍座高度h/mm2502085410底板11/mni1580290e100bl/mm240812138081 mm14鞍座質(zhì)量/kg205d

15、/124/403.3鞍座位置確定雙鞍座臥式儲罐受力狀態(tài)可簡化為受均布載荷的外伸簡支架。材料力學(xué)知，當(dāng)外仲長度 a=0.207l時，跨越屮間的彎矩與支座截而處的彎矩絕對值相等。故取aw0.2l。其屮l為 兩封頭切線i'可的距離，a為鞍座中心線到封頭切線的距離，即：aw0.2l=0.2l (筒體) +2h=0.2x(7100+2x40)= 1436mm。當(dāng)鞍座接近封頭時，封頭對支座有局部加強(qiáng)作用，充分利用這一點(diǎn)在滿足aw0.2l前 提下，盡量使 aw0.5ro (筒體的外徑)o 即：aw0.5 (di/2+8n) =0.5x (2200/2+14) =557mm0 綜上可以取a=550mm

16、o鞍座與筒體的位置見圖31。圖31：鞍座與筒體的位置注：圖中hi表示封頭的曲面深度，l為兩封頭切線間的距離，a為鞍座中心線到封頭切線 距離。左鞍座為固定式鞍座代號：jb/t4712-2007鞍座a2200-f,右邊的鞍座為滑動式鞍座 代號：jb/t4712-2007 鞍座 a2200s。第4章其他零部件的選用4.1接管和接管法蘭確定4.1.1接管據(jù)標(biāo)準(zhǔn)gb/t8163-2007,接管采用無縫鋼管，材料為16mn,與筒體連接為平齊式。由 于設(shè)備位于荊門室外，無需要保溫層，可選収長度為100-105mm之間。確定各接管口參數(shù) 見下表41。表41：各接管口符號用途公稱直徑/mm壁厚/外徑mm /mm

17、連接形式管口伸出長 度/mma進(jìn)料1 i404/48fm100b放空口203/25fm100c出料口804.5/89fm150d放凈口1005/110fm150lg 1-2液位計門203/25fm100lt 1-2自動液位計口404/48fm100m人孔45012/480mfm4.1.2管法蘭管法蘭用于管道i'可及設(shè)備上的接管與管道的連接。法蘭是標(biāo)準(zhǔn)件,據(jù)標(biāo)準(zhǔn)jb/t4700-2002 壓力容器法蘭制造。管法蘭按照hg/t20592-2009鋼制管法蘭設(shè)計。根據(jù)設(shè)計壓力，操作溫度和法蘭的材料決定法蘭的公稱壓力pn應(yīng)該比設(shè)計壓力稍高， 應(yīng)當(dāng)大于1.77mpa,故選用pn0.25o管法蘭參

18、數(shù)見下表4-2。表42：接管法蘭符號公稱直徑/mm法蘭焊端外徑/mm法蘭外徑/mm代號a4045130hg/t20592 法蘭 wn40-2.5fm s=4 q345rb202590hg/t20592 法壬 wn20-2.5fm s=3 q345rc8089190hg/t20592 法蘭 wn80-2.5fm s=4.5 q345rd100108210hg/t20592 法蘭 wn100-2.5fm s=5 q345rlg 1-2202590hg/t20592 法蘭 wn20-2.5fm s=3 q345rlt 1-24045130hg/t20592 法蘭 wn40-2.5fm s=4 q34

19、5rm4504805954.2墊片墊片的類型和參數(shù)取決于對應(yīng)法蘭的公稱直徑dn,公稱圧力pn和密封面的形式來確 定據(jù)標(biāo)準(zhǔn)hgft20609-2009查過程設(shè)備設(shè)計因介質(zhì)為液化石油氣，公稱壓力pn為2.5mpa, 溫度為50°c,密封面為凹凸面則墊片形式可選用纏繞墊材料選用0ch3。墊片參數(shù)見下表 4-3 o表4-3：墊片符號公稱直徑/mm內(nèi)徑dl/mm外徑d2/mm厚度/mma4068923b2045.5613c80109.51423d100131.51683lg1-22045.5613lt 1-24068923m45050356434.3螺栓（螺柱）選型由于介質(zhì)是液化石油氣，屬于易

20、燃易爆的物質(zhì)pn>1.6mpa,故采用高等級雙頭螺柱及 螺母?？紤]到設(shè)備位于荊門室外，可選用六角頭粗牙螺紋，材料為q235,參照 hg/t20606-2009，螺柱參數(shù)見下表44。表44：螺柱符號公稱直徑/mm代號a40螺柱 gb/t5783-2000 ml0x30b20螺柱 gb/t 5783-2000 m8x20c80螺柱 gb/t 5783-2000 ml2x30d100螺柱 gb/t5783-2000 ml6x35lg 1-220螺柱 gb/t 5783-2000 m8x20lt 1-240螺柱 gb/t 5783-2000 ml0x30m450螺柱 gb/t 5783-2000

21、 m24x504.4人孔rfl于筒體公稱直徑dn=2200>1000,公稱壓力pn2.5mpa,據(jù)標(biāo)準(zhǔn)nb/t47042-2014知, 筒體長度l=7100<8000因此可以采用一個人孔。由于介質(zhì)是液化石油氣，屬于易燃易爆的 物質(zhì)故材料選用q345r。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)hg/t20595-2009查的可用公稱直徑為450mm的帶頸對 焊法蘭，人孔參數(shù)見下表45。表45：帶頸對焊法蘭名稱公稱直 徑/mmdw*sddid螺栓規(guī) 格螺栓數(shù) 量質(zhì)量/kg帶頸對 焊法蘭450480x12670600450m33x220211第5章開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計及儲罐焊接5.1開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計據(jù)gb/t150標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)在設(shè)計壓

22、力小于或者等于2.5mpa的殼體上開孔時，兩相鄰開孔中 心的間距大于兩孔之和的兩倍。若接管的公稱直徑小于或者等于89mm時，不需要進(jìn)行補(bǔ) 強(qiáng)。其中放凈口公稱直徑dn= 100mm,人孔公稱直徑dn=450mm需要補(bǔ)強(qiáng)。常見的補(bǔ)強(qiáng)有 補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)和整鍛件補(bǔ)強(qiáng)三種。由于此次為屮低壓容器故采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。5.1.1人孔(m)的補(bǔ)強(qiáng)接管材料為16mn,在50°c時其許用應(yīng)力imf =178mpai所需補(bǔ)強(qiáng)最小面積a=d5+235et (1-fr)其中d=di+2ct, ct二cl+c2二0.2+2二2.3 圓整得 ct=3mm6筒體計算壁厚6 = 12.65mm一接管的有效厚度矗

23、電二sn-c2= 14-2= 12mmfr=af/ap=178/189=0.94故：a=454x 12.56+2x 12.56x 12x(1 -0.94)=5703.7mm2ii有效補(bǔ)強(qiáng)圈范圍有效寬度 bl=max2d, d+2&l+2snt=2x454, 454+2x14+2x12二908mm外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度hl=minvd8wt,接管實(shí)際高度= x454xl4,250=79.71mm內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度h2=minvd&i,接管內(nèi)側(cè)高度) = v454xl2, 0)=0則：a1 =(b-d)( 8e-8)-2&t(se- 5)(1 -fr)=(908-454)(l4-2

24、-03-10.35)-2x 12x(14-2-0.3-1035)( 1 -0.94)=611.0mm2st=pcdi/ (20f0pc) = 1.77x450/(2x 178x1-1.77)=2.25mma2=2h 1 () fr+2h2(set-c2t)=2x79.71 x(l 2-2.25)x0.94+2x0= 1461.1 mm2a3=a2 =62 =36mm2 a為焊角可取值為6。補(bǔ)強(qiáng)面積 ae=a 1 + a2+a3=611.0+1461+36=2108mm2 <a=5703.7mm2需耍補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)面積 a4a-ae=5703.37-2108.1=3595.6mm2圓整可取a4

25、=3600mm25.1.2放凈口(d)補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)計算過程參照附錄sw6校核計算。5.1.3補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)圈選用的材料通常選用筒體相同的材料，這里選用q345r。補(bǔ)強(qiáng)圈的幾何尺寸由 對應(yīng)的開孔公稱直徑?jīng)Q定，據(jù)jbft4736-2002標(biāo)準(zhǔn)選用補(bǔ)強(qiáng)圈的幾何尺寸見下表5-k 表51：補(bǔ)強(qiáng)圈的幾何尺寸公稱直徑dn100200450500補(bǔ)強(qiáng)圈外徑d2200400760840由補(bǔ)強(qiáng)圈的計算厚度公式5=a4/ (d2-do)式中do接管的外徑可參照表4-1因此，人孔m處補(bǔ)強(qiáng)圈的汁算厚度5m=36oo/ (760-470) =12.41 <14mm放凈口 d處補(bǔ)強(qiáng)圈的計算厚度6d=650/ (200-110) =7.22< 14mm 故取與筒體相同材料和壁厚。選擇型號為：人孔m處dn450x14-b-q345r；放凈口 d 處 dn100xl4-a-q345ro