30立方米液化石油气储罐设计

1、前吕随着我国化学工业的蓬勃发展，各地建立了大量的液化气储配站。对于储存量小于 500m3或单罐容积小于150，时.一般选用卧式圆筒形储罐。液化气储罐是储存易燃易爆 介质.直接关系到人民生命财产安全的重要设备。因此属于设计、制造要求高、检验要求严 的三类压力容器。本次设计的为30加彳液化石油气储罐设计即为此种情况。液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备，由于该气体具有易燃易爆的特点，因此 在设计这种贮罐时，要注意与一般气体贮罐的不同点，尤其要注意安全，还要注意在制造、 安装等方而的特点。目前我国普遍采用常温压力贮罐，一般贮存总量大于500”或单罐容积大于200,时 选用球形贮罐比较经济；而圆筒

2、形贮罐具有加工制造安装简单，安装费用少等优点，但金属 耗量大占地面积大，所以在总贮量小于500单罐容积小于100加?时选用卧式贮罐比较 经济。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。卧式液化石油气贮罐设计的特点。卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器，也应 按gb150钢制压力容器进行制造、试验和验收；并接受劳动部颁发压力容器安全技术 监察规程（简称容规）的监督。液化石油气贮罐，不论是卧式还是球罐都属笫三类压力容器。 贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、气相管、排污 管以及压力表、温度计、液面计等。第1章 设计参数的选择1.1设计数据表1-:1:设计数据序号

3、项目数值单位备注1名称30液化石油气储罐2用途液化石油气储存3最大工作压力1.77mpa4匸作温度50c5公称容积30m36装量系数0.9t/zn37工作介质液化石油气8工作压力波动不考虑9使用地点荆门市，室外10其他要求100%无损检测1.2设计压力设计压力是根据最高工作压力来确定，原则是根据最危险的操作情况而定。通常选取工 作压力的1.05-1.1倍,本次设计选取1.1,数据见下表12。表1-2：液化石油气饱和蒸气压及密度介质温度。c-15103050液化石油气饱和蒸汽压（绝压）mpa0.1830.3190.7221.182内烷0.2790.6161.0581.710液化石油气饱和液体密度

4、 kg/zn35715435124485该储罐用于液化石油气的储存，属于常温，工作压力为介质在相应温度下的饱和蒸气压。 其中丙烷占主要部分可以选取丙烷的饱和蒸汽压。因此取50°c时丙烷的饱和蒸汽压为最高工作压力，由上表知50°c时丙烷的饱和蒸汽压为1.710mpa,则其表压为1.710-0.1 = 1.610mpa,故设计压力为1.610x1.l=1.77mpao1.3设计温度设计温度是指容器在正常工作情况下，设定的元件金属温度。其值必须大于或等于正常 工作的最高温度。由于工作环境在荆门室外，取最高温度50°c为设计温度。1.4选取材料正确的选材对于设备安全运行和

5、降低生产成本至关重要。压力容器用材有：受压壳体及 设备零部件又有受压元件与非受压元件，其包含有：钢板，钢管，钢棒等。压力容器经钢板成型焊接而成。法兰视情况采用钢板或者锻件。螺栓，螺母采用钢棒。 支座选用型钢或者钢管。常见的碳素钢和低合金钢有q245r,q345r等。无缝钢管材料有： 10mn, 16mn 等。对于此次储罐，设计压力为中压，温度范围-20-50,综合设备结构工艺和工作条件， 参照gb713-2008,查锅炉与压力容器用钢板表2,可选用材料为q345r。密度p =785kg/m 3,许用应力o=189mpa。钢管材料可以选用16mn等据jb/t4732,支座材料可用q235-a,地

6、脚螺栓螺母按照gb/t700-2007规定，可选用 q235。第2章筒体及封头的设计2.1筒体的结构设计长径比l/d,选择时考虑的两个因素，罐体的加工和其受力大小。综合两方面情况长径 比l/d般取36,在这里可选l/d=4oi筒体直径di的确定视筒体为圆柱形的，初步计算储罐直径di由：v 二“皿町./4l=4di得：=2.122m=2122mm由于内径必须符合国家标准，此吋内径可圆整为国家标准的公称直径dn故取di=2200mmii筒体长度由于储罐的容积是圆柱形筒体容积与两个封头的容积z和，即：v=vt+vf式中v(圆柱形筒体的容积m3vf单个封头的容积m?据jb/t4746-2002可得封头

7、的容积为vf二1.54591卫故：vt=v-vfb|j：tifm2! d二v2vf故：l=4 (v-2vf) /m2=4x (30-2x1.5459) /2.2x2.27.079圆整后取l=7100mm此时长径比l/di=7100/2200=3.23在36之间。2.2封头的结构设计屮低压容器常采用标准椭圆形封头，参照gb/t25198-2010知封头的公称直径与筒体的 公称直径一致。查化工设备课程设计指导表3-3得封头见表2-1,示意图样见图2-1：表21： eha椭圆封头参数公称直径dn/mm总深度h/mm内表而积a/m2容积vf/n?22005905.52291.5459图2-1： eha

8、椭圆封头示意图注：图中hi表示封头的曲而深度，di为筒体的内径即：公称直径dn,为封头名义厚度。2.3计算压力的确定由于设计为卧室储罐，因此液体最大高度hmaxdi=2200mm 则：pmax 静二 p ghmax=0.58x9.8x2200= 12.50kpa=0.0125mpa 且：pmax 静/p 设=0.0125/1.77=0.0071 =0.71 %<5%因此p静可以忽略不计。故：设计压力pc=p=1.77mpa2.4筒体与封头计算2.4.1筒体壁厚的确定内压容器计算厚度有屮径公式确定力二pq20忆代式中归卩-材料许用应力mpa pc计算压力mpadi筒体公称直径mm焊接接头系

9、数假定筒体壁厚 616mm, me=189mpa, pc=1.77mpa, di=2200mmo由于介质易燃易爆，采用双面对焊连接，100%无损检测取"二1则，8= 1.77x2200/ (2x189x1-1.77) = 10.35mm取钢板负偏差c1二0.3mm c2=2mm故，8n=5+cl +c2= 10.35+0.3+2 二 12.56mm所以，取名义厚度8n=14mm2.4.2封头壁厚的确定标准椭圆封头壁厚计算为：5 二 pcdd 2刃0.5几=10.33mm1,77x2200 2xl89xl-0.5xl.77= 6 + g + c? = 10.33 + 0.3 4-2 =

10、 12.63mm 取名义厚度8n=14mm显然，8n>0.15%di=0.0015x2200=3.3mm故，厚度8n=14mm符合要求。两封头的型号为：eha2200x14-q345r jb/t4746-2007。2.5强度校核筒体水压试验强度校核，试验压力号=1.25戶回刃故：=1.25x1.77x189/189 = 2.2125mpa校核时筒体的薄膜应力：=络心)=2.2125x(2200 + 11.7) = t2&2x11.7查过程设备设计附录表d1得：rel=345mpao则，0.9 © rel=0.9x 1 x345=310.5mpa>209.1 mpa

11、故校验合格。校验过程及数据见附录1, sw6校核。2.6气密性试验液化石油气为易燃易爆介质，故不允许出现任何泄漏，因而必须进行气密性试验，气密性试验的压力为1.77mpao第3章 鞍座选型及结构设计3.1支座的选取卧式容器支座包含圈座、支承式支座和鞍式支座。支承式支座虽然在构造方面简单，可是 它的反向作用力对壳体产生的应力值太高，故只适应于小型设备；圈座不尽对圆筒壳具有加强 作用，且当支座多于两个时较鞍座受力好，真空容器或壁厚的容器可以采用圈座；对于换热器、 卧式容器等，则大多采用鞍式支座，鞍座的结构和尺寸，不包括一些特殊的例子，通常都是按 照公称直径和重量选用标准鞍座。在支座的规范上，我国标

12、准为jb/t 4712.1-2007«容器支座。鞍式支座分为轻型(a)和重型(b),轻型和重型都包含有固定式和滑动式，直径1000 mm以 上的，轻型鞍座就即可，为保证容器的热胀冷缩的位移要求，f型和s型应总是配对使用。所 以本设计选择轻型鞍座，其中固定式和滑动式配套使用。3.2鞍座计算根据筒体结构和参数，鞍座可采用双鞍式支座，鞍座的材料选用q235-ao为确定鞍座的型号，需粗略计算鞍座的负荷。贮罐总质量：m = mx + 2m-, + m4式中叫一筒体质量，kg;；加2封头质量，kg；加3 一充液质量，kg;m4一附件质量，kgo正常工作下，加3为液化石油气的质量。液压实验中，加g

13、为水的质量。3.2.1筒体质量根据 di = 2200mm,= 14mm 的筒节，m, = 7idil3n xp = 34x2200x7.1x14x10 彳 x7.85xl()3 = 5393.0£g322封头质量根据d = 2200加加，戈=14mm ,查标准jb/t 4746-2010钢制压力容器用封头中eha椭圆形封头质量，可知，叫=66kg323充液质量因为°水p液氨，所以充液质量为液氯质量m3 = vp于是加 3 = vp = 30x1000 = 30000 kg3.2.4附件质量人孔质量约400kg,其他接口管总重约100kg,则叫二500kg设备总质量：m =

14、 m，+ m2 + m3 + m4 = 5393.0 + 2x616 + 30000 + 500 = 37125 kg 每个鞍座的负荷：mg =37125x9.8 =181 91kn2 2结合jb4712.1-2007容器支座可知，采用轻型，焊制是a,包角是120 ,配垫板的鞍座。通过jb4712.1-2007得鞍式支座结构尺寸：表31：鞍式支座结构参数公称直径dn/mm2200腹板82/ nun10垫板弧长2570允许载荷q/kn405筋板245m500鞍座高度h/mm2502085410底板11/mni1580290e100bl/mm240812138081 mm14鞍座质量/kg205d

15、/124/403.3鞍座位置确定双鞍座卧式储罐受力状态可简化为受均布载荷的外伸简支架。材料力学知，当外仲长度 a=0.207l时，跨越屮间的弯矩与支座截而处的弯矩绝对值相等。故取aw0.2l。其屮l为 两封头切线i'可的距离，a为鞍座中心线到封头切线的距离，即：aw0.2l=0.2l (筒体) +2h=0.2x(7100+2x40)= 1436mm。当鞍座接近封头时，封头对支座有局部加强作用，充分利用这一点在满足aw0.2l前 提下，尽量使 aw0.5ro (筒体的外径)o 即：aw0.5 (di/2+8n) =0.5x (2200/2+14) =557mm0 综上可以取a=550mm

16、o鞍座与筒体的位置见图31。图31：鞍座与筒体的位置注：图中hi表示封头的曲面深度，l为两封头切线间的距离，a为鞍座中心线到封头切线 距离。左鞍座为固定式鞍座代号：jb/t4712-2007鞍座a2200-f,右边的鞍座为滑动式鞍座 代号：jb/t4712-2007 鞍座 a2200s。第4章其他零部件的选用4.1接管和接管法兰确定4.1.1接管据标准gb/t8163-2007,接管采用无缝钢管，材料为16mn,与筒体连接为平齐式。由 于设备位于荆门室外，无需要保温层，可选収长度为100-105mm之间。确定各接管口参数 见下表41。表41：各接管口符号用途公称直径/mm壁厚/外径mm /mm

17、连接形式管口伸出长 度/mma进料1 i404/48fm100b放空口203/25fm100c出料口804.5/89fm150d放净口1005/110fm150lg 1-2液位计门203/25fm100lt 1-2自动液位计口404/48fm100m人孔45012/480mfm4.1.2管法兰管法兰用于管道i'可及设备上的接管与管道的连接。法兰是标准件,据标准jb/t4700-2002 压力容器法兰制造。管法兰按照hg/t20592-2009钢制管法兰设计。根据设计压力，操作温度和法兰的材料决定法兰的公称压力pn应该比设计压力稍高， 应当大于1.77mpa,故选用pn0.25o管法兰参

18、数见下表4-2。表42：接管法兰符号公称直径/mm法兰焊端外径/mm法兰外径/mm代号a4045130hg/t20592 法兰 wn40-2.5fm s=4 q345rb202590hg/t20592 法壬 wn20-2.5fm s=3 q345rc8089190hg/t20592 法兰 wn80-2.5fm s=4.5 q345rd100108210hg/t20592 法兰 wn100-2.5fm s=5 q345rlg 1-2202590hg/t20592 法兰 wn20-2.5fm s=3 q345rlt 1-24045130hg/t20592 法兰 wn40-2.5fm s=4 q34

19、5rm4504805954.2垫片垫片的类型和参数取决于对应法兰的公称直径dn,公称圧力pn和密封面的形式来确 定据标准hgft20609-2009查过程设备设计因介质为液化石油气，公称压力pn为2.5mpa, 温度为50°c,密封面为凹凸面则垫片形式可选用缠绕垫材料选用0ch3。垫片参数见下表 4-3 o表4-3：垫片符号公称直径/mm内径dl/mm外径d2/mm厚度/mma4068923b2045.5613c80109.51423d100131.51683lg1-22045.5613lt 1-24068923m45050356434.3螺栓（螺柱）选型由于介质是液化石油气，属于易

20、燃易爆的物质pn>1.6mpa,故采用高等级双头螺柱及 螺母。考虑到设备位于荆门室外，可选用六角头粗牙螺纹，材料为q235,参照 hg/t20606-2009，螺柱参数见下表44。表44：螺柱符号公称直径/mm代号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于筒体公称直径dn=2200>1000,公称压力pn2.5mpa,据标准nb/t47042-2014知, 筒体长度l=7100<8000因此可以采用一个人孔。由于介质是液化石油气，属于易燃易爆的 物质故材料选用q345r。根据标准hg/t20595-2009查的可用公称直径为450mm的带颈对 焊法兰，人孔参数见下表45。表45：带颈对焊法兰名称公称直 径/mmdw*sddid螺栓规 格螺栓数 量质量/kg带颈对 焊法兰450480x12670600450m33x220211第5章开孔补强设计及储罐焊接5.1开孔补强设计据gb/t150标准，当在设计压

22、力小于或者等于2.5mpa的壳体上开孔时，两相邻开孔中 心的间距大于两孔之和的两倍。若接管的公称直径小于或者等于89mm时，不需要进行补 强。其中放净口公称直径dn= 100mm,人孔公称直径dn=450mm需要补强。常见的补强有 补强圈补强，厚壁接管补强和整锻件补强三种。由于此次为屮低压容器故采用补强圈补强。5.1.1人孔(m)的补强接管材料为16mn,在50°c时其许用应力imf =178mpai所需补强最小面积a=d5+235et (1-fr)其中d=di+2ct, ct二cl+c2二0.2+2二2.3 圆整得 ct=3mm6筒体计算壁厚6 = 12.65mm一接管的有效厚度矗

23、电二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有效补强圈范围有效宽度 bl=max2d, d+2&l+2snt=2x454, 454+2x14+2x12二908mm外侧有效补强高度hl=minvd8wt,接管实际高度= x454xl4,250=79.71mm内侧有效补强高度h2=minvd&i,接管内侧高度) = v454xl2, 0)=0则：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为焊角可取值为6。补强面积 ae=a 1 + a2+a3=611.0+1461+36=2108mm2 <a=5703.7mm2需耍补强，补强面积 a4a-ae=5703.37-2108.1=3595.6mm2圆整可取a4

25、=3600mm25.1.2放净口(d)补强补强计算过程参照附录sw6校核计算。5.1.3补强圈补强圈选用的材料通常选用筒体相同的材料，这里选用q345r。补强圈的几何尺寸由 对应的开孔公称直径决定，据jbft4736-2002标准选用补强圈的几何尺寸见下表5-k 表51：补强圈的几何尺寸公称直径dn100200450500补强圈外径d2200400760840由补强圈的计算厚度公式5=a4/ (d2-do)式中do接管的外径可参照表4-1因此，人孔m处补强圈的汁算厚度5m=36oo/ (760-470) =12.41 <14mm放净口 d处补强圈的计算厚度6d=650/ (200-110) =7.22< 14mm 故取与筒体相同材料和壁厚。选择型号为：人孔m处dn450x14-b-q345r；放净口 d 处 dn100xl4-a-q345ro