100M3液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

1、第一章設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇1、設(shè)計(jì)題目：100m3液化石油氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)2、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：如下表1:表1:設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)序w項(xiàng)目數(shù)值單位備注1名稱3100m畋化石油氣儲(chǔ)罐2用途液化石油氣儲(chǔ)配站3最大工作壓力0.79MPa4工作溫度50C5公稱直徑3400mm6容積1003m7單位容積充裝量0.42t/m38裝量系數(shù)0.99工作介質(zhì)液化石油氣（易燃）10其他要求100%無損檢測(cè)3、設(shè)計(jì)壓力：設(shè)計(jì)壓力取最大工作壓力的1.1倍，即P=1.1父0.79=0.869MPa4、設(shè)計(jì)溫度：工作溫度為50C,設(shè)計(jì)溫度取45+5=50Co5、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

2、料為低合金鋼16MnR（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB6654）ol=170MPa。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（之8mm）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(yīng)力k，=147MPa5.3 地腳螺栓的材料選擇：地腳螺栓選用符合GB/T700規(guī)定的Q235,Q235的許用應(yīng)力b】=147MPabt第二章設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、圓筒厚度的設(shè)計(jì)計(jì)算壓力P:液柱靜壓力：P1=：gh=5609.813.2=1.76104Pa_4_6Pi/P=1.7610/0.86910=2%：5%,故液柱靜壓力可以忽略，即Pc=P=0.869MP

3、a該容器需100%探傷，所以取其焊接系數(shù)為4=1.0。圓筒的厚度在616mm范圍內(nèi)，查GB150-1998中表4-1,可得：在設(shè)計(jì)溫度70CT,屈服極限強(qiáng)度J=345MPa,許用應(yīng)力k1=170MPa利用中徑公式，計(jì)算厚度：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3.5.5.1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(shí)，負(fù)偏差可以忽略不計(jì)，故取C1=0。查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定表7-5知，在無特殊腐蝕情況下，腐蝕裕量C2不小于1mm。本例取C2=1則筒體的設(shè)計(jì)

4、厚度二CiC2=8.701=9.7mm圓整后，取名義厚度、：n=10mm筒體的有效厚度-：e=-n-Cl-C2=10-1=9mm2、封頭厚度的設(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DN=Dj=3400mmD；一選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，型號(hào)代號(hào)為EHA,則一L=2,根據(jù)GB150-1998中橢圓形封頭計(jì)算中式7-1計(jì)算:2幾、一叩2.t-0.5Pc0.869MPa3400=8.7mm21.00170-0.50.869同上，取C2=1mm,C1=0。封頭的設(shè)計(jì)厚度d=8.7mm01mmm9.7m圓整后，取封頭的名義厚度6n=10mm,有效厚度e=&n_C1C2=10-

5、1=9mm封頭型記做EHA320022-16MnRJB/T47463、筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1封頭的結(jié)構(gòu)尺寸（封頭結(jié)構(gòu)如下圖1）,D由i一二2,得2H-h查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1EHA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/m2容積V封/m3340089012.95815.50803.2筒體的長(zhǎng)度計(jì)算冗一2,，一、一,，V=DiML+2V封，而充裝系數(shù)為0.94E；則：Wdf+2V時(shí)100即100=父3.42江+2父5.5080工丁0.94口計(jì)算得L=11.025,取L=11m4、

6、鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(fù)荷：儲(chǔ)罐總質(zhì)量m=mm22m3m4m1筒體質(zhì)量：m1=口10=3.14父3.2父10父103M7.85父103=9218.726kgm2單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.2EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知,m=1592.3kgm3充液質(zhì)量：腺化石油氣07K，故：二23n=7K.V=1000V=1000M1一父3.4父10+2父5.5085=110.8366M10kg4m4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m4=702kg綜上所述，m=m

7、12m2m3m4=123.94103kgG=mg=1215.87kN,每個(gè)鞍座承受的重量為607.94N由此查JB4712.1-2007容器支座，選取車5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)尺寸公稱直徑DN3400腹板612墊板b730允許載荷Q/k卜1835筋板390九12鞍座局度h250b335e140底板2480b430螺栓間距2200b380心知/彳L長(zhǎng)D/l28/60&116墊板弧長(zhǎng)3950量Kg5594.2鞍座位置的確定因?yàn)楫?dāng)外伸長(zhǎng)度A=0.207L時(shí)，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕

8、對(duì)值相等，從而使上述兩截故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩,(L+2h),A最大不超過面上保持等強(qiáng)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(yīng)力較為復(fù)雜,通常取尺寸A不超過0.2L值，為此中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB4731鋼制臥式容器規(guī)定A0.2L=0.20.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過大。由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭Di2(H-h)八一Di-=2,有h=H=40mm4故A三0.2(L2h)=0.2(11000240)=2216mm此外，由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故封頭對(duì)于圓筒的抗彎鋼度具有局部的加強(qiáng)作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對(duì)支座處圓筒

9、截面的加強(qiáng)作用。因此，JB4731還規(guī)定當(dāng)滿足AW0.2L時(shí)，最好使A0.5Rm(Rm=Rj+%),即Rm=1700+=1705Tlm22A0.5Rm=0.51705=852.5mm，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(zhǎng))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(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。接管和法蘭布置如圖3所示，法蘭簡(jiǎn)圖如圖所示：查HG/T20592-2009鋼制管法蘭中表8.23-1PN10帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭，選取各管口公稱直徑，查得各法蘭

10、的尺寸。查HG/T20592-2009鋼制管法蘭中附錄D中表D-3,得各法蘭的質(zhì)量。查HG/T20592-2009鋼制管法蘭中表3.2.2,法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）匕匚ed表4:接管和法蘭尺寸序一7名旗小徑法蘭啃法螺年窿中心便孑吸量n螺栓姆厚度法蘭頸去蘭高燃三NRa排污匚8(89B20016C188M16201053.21065041b氣相平稹口8089B20016C188M16201053.21065041c氣相匚8089B200160188M16201053.21065041c出液匚8089B200160188M16201053.21065041e進(jìn)液匚8089B200160

11、188M16201053.21065041f人孔50)530B6706202620M24285627.116129039.5gi-2液位計(jì)13238B140100184M12184()2,36440:h溫度計(jì)2025B10575144M12184()2,364401m壓力表2025B10575144M12184()2,364401n安全閥110)108B220180188M16201313.61285245s排空匚5057B165125184M16187412.98545255.2墊片查HG/T20609-2009鋼制管法蘭用金屬包覆墊片，得:表5墊片尺寸表符號(hào)管口名稱公稱直徑內(nèi)徑D1外徑D2

12、a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g1-2液位計(jì)口3261.582h溫口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(biāo)準(zhǔn)為GB/T3880,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。5.3螺栓（螺柱）的選擇查HG/T20613-2009鋼制管法蘭用緊固件中表5.0.7-9和附錄中表A.0.1,得螺柱的長(zhǎng)度和平墊圈尺寸:表6螺栓及墊片稱直徑螺紋螺柱長(zhǎng)緊固件用平墊圈mmd

13、1d2ha80M1690r17303b80M169017303c80M169017303d80M169017303e80M169017303f500M2412525444g1-232M168517303h20M12751324r2.5m20M127513242.5n80M169017303s50M1685173036人孔的選擇根據(jù)HG/T21518-2005回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔，查表3-1,選用凹凸面的法蘭，其明細(xì)尺寸見下表:密封向型工t凹凸面MFMD730b43d030稱壓力PNM10Di660b48螺柱數(shù)量20公稱直徑DN500H280A405螺母數(shù)量40dwMs530父12-H123B

14、200螺柱尺寸M332父17d506b44L：300總質(zhì)量kg302表7人孔尺寸表么單位：mm第三章：容器強(qiáng)度的校核3.1水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核：試驗(yàn)壓力：耳=1.25P=1.250.869.1.086mPapD(i-3)1.086(34009)圓筒的薄膜應(yīng)力；斤=；,=20596Mpa2.e293.2.筒體軸向彎矩計(jì)算工作時(shí)支座反力圓筒中間處截面上的彎矩.1F=G=607.94kN,2h=H-h=850mmMi上4L1七低f2yL24A-IL607.9411.081+2&1.7052-0.852J11.0824x0.85,40.851-311.0811.08=1038kN,m鞍座處橫截面彎矩:M2

15、=-FA12AL4h3L=-607.94M0.85M,0.85.1.7052-0.852111.082M0.85父11.084X0.851十3M11.08=29.54kN*m3.3.筒體軸向應(yīng)力計(jì)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(yīng)力最高點(diǎn)處：PcRaM101.6071038000一萬一而2:一20.012-3.141.70520.009eae-12.635MPa最低點(diǎn)處：PcR；M10.8691.70511038000-2=Cm=-2=95.043MPa2、e代、e20.0093.141.70520.009(2)由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力因鞍座平面上A0.5Rm,

16、即筒體被封頭加強(qiáng)，查JB/T4731-2005表7-1可得K=1鞍座橫截面最高處點(diǎn)軸向應(yīng)力：pcRmM20.8691.705_2954-T、；一-K；：R；：e-20.00913.141.70520.09-82.768MPa鞍座橫截面最低點(diǎn)處軸向應(yīng)力:-4=PcRm-0.36MPa(3)筒體軸向應(yīng)力校核因軸向許用臨界應(yīng)力由人0.094eA二Ra根據(jù)圓筒材料查圖4-8可得0.0949=0.0008051700BE=2A32100.000805=98.9MPa3上=min口，B=98.9MPa&=min(0.8QB0)=98.9MPa二2,二3s4t-170MPa合格向|，m|hI=130MPa,

17、合格小4|bT30MPa,合格其最大剪應(yīng)力位于靠近鞍座邊3.4.筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力計(jì)算與校核角處因AW殳，帶來的加強(qiáng)作用，查JB/T4731-2005表7-2得(=0.88,(=0.401,一2_3K3F0.88607.94104=34.86MPaRm、e17059因圓筒=0.8lcIt=0.8170=136MPa故有=136MPa3.5.封頭中附加拉伸應(yīng)力故切向剪應(yīng)力校核合格3F607.94103hK4=0.401=15.89MPaRme1.7050.009由內(nèi)壓力引起的拉伸應(yīng)力(K=1.0)_KPD10.8693.4h合格3.6. 筒體的周向應(yīng)力計(jì)算與校核表7-3可得圓筒的有效寬度b

18、2=335mm,當(dāng)容器焊在支座上時(shí)，取k=0.1,查JB/4731-2005K5=0.76,K6=0.0132。(1) .鞍座在橫截面最低點(diǎn)處周向應(yīng)力RK5F,40.10.766079400.3350.009-15.325MPa因?yàn)樯蟁a110801705=6.5父8,則(2) .鞍座角邊處的周向應(yīng)力-203.17MPa二F12K6FRm_607940120.0136079401.7056一一4石穴一一40.0090.33511.080.0092(3) .應(yīng)力校核產(chǎn)5|=15.325叵=170MPa仃6=203.171.25=1.25x1702=12.5MPa,3.7. 鞍座應(yīng)力計(jì)算與校核1

19、.腹板水平應(yīng)力及強(qiáng)度校核：由e=120而得K9=0.204,水平分力Fs=KgF=0.204M607.94kNk=124N計(jì)算圖度hs=巾Rm,h)min(lM1705,250)2=50mm，鞍座腹板厚度bo=12mm33鞍座有效斷面平均應(yīng)力：Fs124000=41.33MPaHsb00.250.0122 .鞍座有效斷面應(yīng)力校核仃s鞍座材料Q235-B的許用應(yīng)力仃卜=235MPa_2_，仃9=41.33一仃卜=156.67MPa,合格。33 .腹板與筋板組合截面應(yīng)力計(jì)算及校核圓筒中心線至基礎(chǔ)表面距離：HvRmh4170525012=1967mm查表知：地震強(qiáng)度為7度(0.1g)時(shí)，水平地震影響

20、系數(shù)口=0.08(X則軸向力Fe=G=0.081215.87kN=84984.56N筋板面積：Ai=b2:3=33510=3350mm2腹板面積：A2=(l1-20)、2=(248020)12-29520mm2x=1i/21-01-5-l3-3=2480/2101-510390815mmzi=x、3/2=81510/2=820mmZ2=zil3=8203901=210mm2貝hAsa=6A+A2=6父3350+29520=49620mm形心：yc=6A+詼)/2=6M3350M(335+12)/2=70218mm4962033512-70.218=103.219mm2Iy=23b2312出區(qū)+

21、力+20：12335103OOQ“Q=23523350(820212102)(2480-20)3=2.921010mm3腹板與筋板組合截、M,6言Ayc(11-20)、.；A1-A?yc12=61033512-3350815103.219(2480；：0)122952070.218=1.88109mm3面斷面系數(shù):：maxZmaxb1-10=380/2-10=180mm,211-10=2480/2-10-1230mmZry21yZmax29210107q=2.374107mm31230ZrzIzmax1.8810962=10.410mm180Zr=min(Zrz,Zry)=10.4106mm2

22、取鞍座底板與基礎(chǔ)間（水泥）靜摩擦系數(shù)因?yàn)?f,故FEfmg,則f=0.4二saFFeHFeHvAsa2ZrA5a(l-2A)3607.941049620386.98410250210.4106386984101967_1967二-13.663MPa49620(11080-2850)二sa1.24=1.2父235=282MPa,合格4.地震引起的地腳螺栓應(yīng)力鞍座上地腳螺栓n=2,筒體軸線兩側(cè)螺栓間距12=2100mm每個(gè)地腳螺栓的橫截面積:Abt=D2=-3.14242=489.6mm244傾覆力矩：ME-0=FEHV=86984.56x1.967=171098.63N,m地腳螺栓應(yīng)力：0btM

23、EV0171098.63nlAbt-22.48489.6103=70.46MPa地腳螺栓選GB/T700規(guī)定的Q235,ot=147MPa0bt1.2ot=183.75MPa,合格地腳螺栓切應(yīng)力：btnAbt86984.5640.0004896=44.42MPa%t=117.6MPa,合格第四章開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)根據(jù)GB150中8.3,當(dāng)設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa時(shí)，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(shí)，接管厚度滿足要求，不另行補(bǔ)強(qiáng)，故1儲(chǔ)罐中只有DN=500mm的人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。4.1 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別按HG/T21518-2005,選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔。開孔直徑d=dC22=50022504mmDi3400d:=1700mm22故可以采用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。接管材料選用10號(hào)鋼，其許用應(yīng)力片1=108MPa根據(jù)GB150-1998中式8-1,A=d+2et(1-fr)其中：殼體開孔處的計(jì)算厚度=8.7mm接管的有效厚度、et=：nt-C1-C2=12-1=11mm二1t108強(qiáng)度削弱系數(shù)fr=7=坐=0.635二r170內(nèi)AA所以開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積為A=d