液化石油氣臥式儲(chǔ)罐課程設(shè)計(jì)

1、前 言隨著我國(guó)石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，液化石油氣作為煉油化工的副產(chǎn)品，以其經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保以及靈活方便的優(yōu)勢(shì)占據(jù)著城鄉(xiāng)能源市場(chǎng)，儲(chǔ)配站的液化石油氣通常采用球形儲(chǔ)罐或臥式儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)存。 液化石油氣是一種低碳的烴類混合物，主要由乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯及少量的戊烷、戊烯等組成。常溫常壓下是氣態(tài)，在加壓和降低溫度的條件下變成液體。氣態(tài)相對(duì)密度為空氣的2倍，液化石油氣的飽和蒸氣壓隨溫度升高而急劇增加，其膨脹系數(shù)較大,一般為水的10倍以上，氣化后體積膨脹250 300倍。液化石油氣是一種極易燃燒、爆炸的石油化工原料，其儲(chǔ)罐屬于具有較大危險(xiǎn)的儲(chǔ)存容器之一。因此，在滿足設(shè)施功能要求下，儲(chǔ)罐具有良

2、好的安全性是設(shè)計(jì)的首要問題。目前我國(guó)普遍采用的常溫壓力貯罐一般有兩種形式：球形儲(chǔ)罐和圓筒形儲(chǔ)罐。球形儲(chǔ)罐與圓筒形儲(chǔ)罐相比，前者具有投資少， 金屬耗量少，占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，但加工制造及安裝復(fù)雜， 焊接工作量大，故安裝費(fèi)用較高。一般儲(chǔ)存總量大于500m3或單罐容積大于200m3時(shí)選用球形儲(chǔ)罐比較經(jīng)濟(jì)。而圓筒形貯罐具有加工制造安裝簡(jiǎn)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500m3，單罐容積小于100m3時(shí)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。本次設(shè)

3、計(jì)對(duì)液化石油氣臥式儲(chǔ)罐進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。主要內(nèi)容包括儲(chǔ)罐工藝參數(shù)計(jì)算、儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、儲(chǔ)罐的強(qiáng)度計(jì)算、應(yīng)力校核、繪制設(shè)備總圖以及針對(duì)一些安全問題提出對(duì)策措施。各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)都正確參考了行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這樣讓設(shè)計(jì)有章可循，并考慮到結(jié)構(gòu)方面的要求，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。目 錄1 概述11.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及原始參數(shù)11.2 液化石油氣的性質(zhì)12 工藝參數(shù)計(jì)算32.1 設(shè)計(jì)壓力的確定32.2 設(shè)計(jì)溫度的確定32.3 設(shè)計(jì)存儲(chǔ)量的確定33 儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)43.1 筒體的材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)43.2 封頭的材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53.3 法蘭和接管的結(jié)構(gòu)及材料選擇63.4 人孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)83.5 支座的材料選擇及結(jié)構(gòu)

4、設(shè)計(jì)83.6 安全裝置的設(shè)計(jì)103.6.1 安全閥的選用103.6.2 液位計(jì)的選用123.6.3 壓力表的選用133.7 焊接接頭設(shè)計(jì)134 儲(chǔ)罐的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)145 儲(chǔ)罐的強(qiáng)度計(jì)算及應(yīng)力校核165.1 儲(chǔ)罐的強(qiáng)度計(jì)算165.1.1 圓筒軸向應(yīng)力165.1.2 圓筒切向剪應(yīng)力185.1.3 封頭切向剪應(yīng)力185.1.4 圓筒周向應(yīng)力185.2 儲(chǔ)罐的應(yīng)力校核185.2.1 圓筒及封頭的應(yīng)力校核185.2.1 支座的應(yīng)力校核196 安全管理207 設(shè)計(jì)總結(jié)21參考文獻(xiàn)221 概述1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及原始參數(shù)本次設(shè)計(jì)要求根據(jù)給定的資料和數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一個(gè)液化石油氣儲(chǔ)配站使用的液化石油氣臥式儲(chǔ)罐。相關(guān)要求及

5、數(shù)據(jù)如下表1-1所示。表1-1 液化石油氣儲(chǔ)罐的原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)液化石油氣工作壓力（MPa）1.61工作溫度（）-2050公稱直徑（mm）2300容積（m3）60充裝系數(shù)0.9其他要求100%探傷1.2 液化石油氣的性質(zhì)液化石油氣在常溫常壓下呈氣態(tài)，在常溫加壓或常壓低溫下很容易從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，便于運(yùn)輸及貯存，故稱液化石油氣。液化石油氣主要組成有丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等四種。除上述主要成分外，有的還含有少量的戊烷、硫化物和水等。通常所說(shuō)的液化石油氣都存在液、氣兩種形態(tài)，液、氣態(tài)處于動(dòng)態(tài)平衡中。液化石油氣沸點(diǎn)很低，儲(chǔ)罐內(nèi)液化石油氣受熱膨脹，很可能會(huì)將儲(chǔ)罐內(nèi)空間充滿，導(dǎo)致鋼瓶脹裂發(fā)生爆炸。液化石油

6、氣的飽和蒸汽壓是隨溫度而變化的，溫度升高，蒸汽壓也增大。此外液化石油氣的蒸汽壓和組份有關(guān)，不同組份有不同的蒸汽壓。大約溫度每升高1，蒸汽壓力增大約0.020.03MPa。液化石油氣極易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物。遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險(xiǎn)。與氟、氯等接觸會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回燃。此外，液化石油氣還具有易爆性，液化石油氣的爆炸極限為1.5%9.5%，其爆炸極限范圍比汽油大，爆炸下限低，比汽油更易發(fā)生燃燒爆炸。易產(chǎn)生靜電積聚，在收發(fā)作業(yè)中易產(chǎn)生大量的靜電積聚，易引起靜電事故。易膨脹性，液化石油氣的膨脹系數(shù)大約是同溫度下水的1015

7、倍。當(dāng)溫度升高時(shí)，液化石油氣的體積增大，壓力急劇升高，一旦超過(guò)容器承壓極限，就會(huì)造成容器破裂，增大火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)性。具有凍傷危險(xiǎn)性，液化石油氣氣化潛熱很大，平時(shí)液化石油氣是加壓液化儲(chǔ)于鋼瓶或罐中，在使用時(shí)減壓后由液態(tài)汽化變?yōu)闅怏w，這時(shí)會(huì)吸收大量熱量。若容器破裂，液化石油氣由容器中噴出，濺到人身上，將會(huì)造成凍傷；毒性，當(dāng)人大量吸入液化石油氣后會(huì)中毒，使人昏迷、嘔吐、不適，嚴(yán)重時(shí)可使人窒息死亡，也可引起多種慢性病。2 工藝參數(shù)計(jì)算2.1 設(shè)計(jì)壓力的確定根據(jù)TSG_R0004-2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，設(shè)計(jì)壓力是指設(shè)定的臥式容器頂部的最高壓力，其值不低于工作壓力。當(dāng)容器上裝有安全閥時(shí)，

8、考慮到安全閥開啟動(dòng)作的滯后，容器不能及時(shí)泄壓，設(shè)計(jì)壓力不得低于安全閥的開啟壓力。安全閥開啟壓力是指閥瓣在運(yùn)行條件下開始升起，介質(zhì)連續(xù)排出的瞬時(shí)壓力，其值小于等于1.051.1倍容器的工作壓力。規(guī)定的工作壓力為1.61MPa，取設(shè)計(jì)壓力為工作壓力的1.1倍，即設(shè)計(jì)壓力應(yīng)為：Pd=1.1P=1.11.61=1.771Mpa式中Pd設(shè)計(jì)壓力，MPa； P工作壓力，MPa。2.2 設(shè)計(jì)溫度的確定設(shè)計(jì)溫度是指容器在正常操作時(shí)，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力下，殼壁或元件金屬可能達(dá)到的最高或最低溫度（殼體沿截面厚度的平均溫度）。當(dāng)殼壁或元件金屬的溫度低于-20，按最低溫度確定設(shè)計(jì)溫度，除此之外，設(shè)計(jì)溫度一律按最高溫度選

9、取。液化氣儲(chǔ)罐的工作溫度為-2050，所以設(shè)計(jì)溫度取最高溫度50。2.3 設(shè)計(jì)存儲(chǔ)量的確定液態(tài)丙烷的密度為507kg/m3，液態(tài)丁烷的密度為583kg/m3，在丙烷:丁烷=5:5時(shí)，液態(tài)液化石油氣的密度為545kg/m3。設(shè)液態(tài)液化石油氣的密度為545kg/m3進(jìn)行計(jì)算，液化氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)存儲(chǔ)量應(yīng)為：W=V=0.960545=29430kg式中W設(shè)計(jì)存儲(chǔ)量，kg； 充裝系數(shù)； V容積，m3； 液化石油氣密度，kg/m3。3 儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 筒體的材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）筒體的材料選擇根據(jù)GB150.2-2011固定式壓力容器第二部分：材料中表2的規(guī)定，儲(chǔ)罐筒體的材料選用Q345R，鋼板標(biāo)準(zhǔn)

10、為GB713。由于儲(chǔ)罐的工作溫度為-2050，相應(yīng)溫度下選許用應(yīng)力為189MPa，鋼板厚度為316mm。（2）筒體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)筒體直徑DN=2300mm，根據(jù)JB/T 4746-2002鋼制壓力容器用封頭， 選用EHA橢圓形封頭，封頭容積V封=1.7588m3。V筒+2V封=V2.324L+21.7588m3=60m30.9L=15.20m式中L筒體長(zhǎng)度，m。 筒體長(zhǎng)度取整為15200mm。（3）筒體厚度的設(shè)計(jì)根據(jù)GB150.3-2011固定式壓力容器第三部分：設(shè)計(jì)計(jì)算筒體厚度。儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)要求需100%探傷，所以取其焊接系數(shù)=1.00。=pcDi2t-pc=1.771230021891.00-1.7

11、71=10.827mm式中 Di圓筒內(nèi)直徑，mm； 筒體計(jì)算厚度，mm；pc計(jì)算壓力，MPa；t設(shè)計(jì)溫度下封頭材料的許用應(yīng)力，MPa； 焊接接頭系數(shù)。根據(jù)鍋爐壓力容器安全中的建議，取鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.8mm，腐蝕裕度C2=2mm。+C1+C2=10.827+0.8+2=13.627mm加鋼材圓整值后名義厚度n=14mm。筒體的相關(guān)設(shè)計(jì)匯總?cè)缦卤?-1。表3-1 筒體的設(shè)計(jì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)筒體材料Q345R筒體長(zhǎng)度（mm）15200筒體名義厚度（mm）143.2 封頭的材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）封頭的材料選擇根據(jù)GB150.2-2011固定式壓力容器第二部分：材料中表2的規(guī)定，封頭材料選用Q345R

12、，鋼板標(biāo)準(zhǔn)為GB713。由于儲(chǔ)罐的工作溫度為-2050，相應(yīng)溫度下選許用應(yīng)力為189MPa，鋼板厚度為316mm。（2）封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由上一節(jié)筒體的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的結(jié)論可知， 選用EHA橢圓形封頭。根據(jù)JB/T 4746-2002鋼制壓力容器用封頭，總深H=615mm，內(nèi)表面積A=6.0233m2 。DN2H-h=223002(615-h)=2h=40mm式中 DN筒體公稱直徑，mm；h封頭直邊高度，mm。封頭內(nèi)曲面深度hi=615-40=575mm（3）封頭厚度的計(jì)算根據(jù)GB150.3-2011固定式壓力容器第三部分：設(shè)計(jì)計(jì)算封頭厚度。儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)要求需100%探傷，所以取其焊接系數(shù)=1.00。Di

13、2hi=23002575=2由GB150.3-2011固定式壓力容器第三部分：設(shè)計(jì)中的規(guī)定，取K=1.00。=KpcDi2t-0.5pc=1.001.771230021891.00-0.51.771=10.801mm式中 Di與封頭連接的圓筒內(nèi)直徑，mm； 封頭計(jì)算厚度，mm；K橢圓形封頭形狀系數(shù)；pc計(jì)算壓力，MPa；t設(shè)計(jì)溫度下封頭材料的許用應(yīng)力，MPa； 焊接接頭系數(shù)。根據(jù)鍋爐壓力容器安全中的建議，取鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.8mm，腐蝕裕度C2=2mm。+C1+C2=10.801+0.8+2=13.601mm加鋼材圓整值后名義厚度n=14mm。根據(jù)JB/T 4746-2002鋼制壓力容器

14、用封頭查得，相應(yīng)封頭的質(zhì)量為650.1kg。封頭的相關(guān)設(shè)計(jì)匯總?cè)缦卤?-2。結(jié)構(gòu)尺寸如圖3-1。表3-2 封頭的設(shè)計(jì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)封頭材料Q345R封頭類型EHA橢圓形封頭封頭總深（mm）615封頭內(nèi)表面積（mm2）6.0233封頭直邊高度（mm）40封頭內(nèi)曲面深度（mm）575封頭名義厚度（mm）14封頭質(zhì)量（kg）650.1圖3-1 封頭結(jié)構(gòu)尺寸3.3 法蘭和接管的結(jié)構(gòu)及材料選擇液化石油氣儲(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。各接口都應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的接管，通過(guò)法蘭與外界連接。（1）法蘭的結(jié)構(gòu)及材料選擇設(shè)計(jì)壓力1.771MPa，根據(jù)

15、HT/G 20592-2009鋼制管法蘭表3.1.4，選用PN=6MPa，板式平焊法蘭PL。根據(jù)HT/G 20592-2009鋼制管法蘭表8.1.1，PN=6MPa時(shí)，液位計(jì)口選接管公稱直徑32mm，壓力表口，溫度計(jì)口選接管公稱直徑20mm，其余管口可選接管公稱直徑DN=80mm。由介質(zhì)特性和使用工況，根據(jù)HT/G 20592-2009鋼制管法蘭表3.2.2，選擇密封面形式為突面RF。根據(jù)各管公稱直徑及HT/G 20592-2009鋼制管法蘭表8.2.2-1得各法蘭的尺寸如表3-3所示。 表3-3 各法蘭的尺寸 (mm)部件公稱尺寸DN鋼管外徑A1連接尺寸法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B1AB法蘭外徑D螺

16、栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n（個(gè))螺栓ThAB排污口8088.989190150184M161890.591氣相平衡口8088.989190150184M161890.591氣相口8088.989190150184M161890.591出液口8088.989190150184M161890.591進(jìn)液口8088.989190150184M161890.591液位計(jì)口3242.43812090144M121643.539溫度計(jì)口2026.9259065114M101427.526壓力表口2026.9259065114M101427.526安全閥口8088.989190150184M1

17、61890.591排空口8088.989190150184M161890.591 根據(jù)HT/G 205922009鋼制管法蘭表4.0.1，接管法蘭材料選用16MnD。（2）接管的結(jié)構(gòu)及材料選擇接管選用無(wú)縫鋼管。根據(jù)壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)中表1-2-2確定接管的相關(guān)尺寸，如表3-4所示。 表3-4 各接管的尺寸 (mm)名稱公稱直徑管子外徑管口伸出量管子壁厚數(shù)量排污管808915041氣相平衡管808915041氣相管808915041出液管808915041進(jìn)液管808915041液位計(jì)管32381003.52溫度計(jì)管202510031壓力表管202510031安全閥管808915041排

18、空管808915041接管材料選用16MnD。3.4 人孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人孔是為了檢查壓力容器在使用過(guò)程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷的結(jié)構(gòu)。人孔從是否承壓來(lái)看有常壓人孔和承壓人孔。從人孔所用法蘭類型來(lái)看，承壓人孔有板式平焊法蘭人孔、帶頸平焊法蘭人孔和帶頸對(duì)焊法蘭人孔。在人孔法蘭與人孔蓋之間的密封面，根據(jù)人孔承壓的高低、介質(zhì)的性質(zhì)，可以采用突面、凹凸面、榫槽面或環(huán)連接面。從人孔蓋的開啟方式及開啟后人孔蓋的所處位置看，人孔又可分為回轉(zhuǎn)蓋人孔、垂直吊蓋人孔和水平吊蓋人孔三種。人孔的結(jié)構(gòu)采用帶整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)的回轉(zhuǎn)蓋，采用板式平焊法蘭連接，密封面采用突面RF形式。人孔的公稱直徑取DN=500mm，以方

19、便工作人員的進(jìn)入檢修。根據(jù)HG/T 21517-2014回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔表3-3確定人孔。人孔的相關(guān)尺寸如下表3-5所示。 表3-5 人孔的相關(guān)尺寸 （mm）密封面型式公稱壓力PN（MPa）公稱直徑dwsdDD1H1H2b突面2.55005301250673066028012844b1b2ABLdD螺柱螺母螺柱總質(zhì)量（kg）數(shù)量直徑長(zhǎng)度4648405200300302040M332170303根據(jù)HG/T 21517-2014回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔表3-1，人孔筒節(jié)的材料選用Q345R。人孔位置選在距封頭切線2000mm處。3.5 支座的材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）支座負(fù)荷的計(jì)算儲(chǔ)罐總質(zhì)量m

20、=m1+2m2+m3+m4式中m1筒體質(zhì)量，kg；m1=V=DL =7.851032.30.01415.2 =12070kgQ345R鋼材密度，查閱資料，為7.85103kg/m3；m2封頭質(zhì)量，kg；m3充液質(zhì)量，kg；m3=V=V筒+2V封 =10002.32415.2+21.7588m3 =66670kg式中水的密度大于液化石油氣，水壓試驗(yàn)充滿水，故取密度1000kg/m3。m4附件質(zhì)量，人孔質(zhì)量為303kg，其余接管質(zhì)量為200kg，附件質(zhì)量為503kg。儲(chǔ)罐總質(zhì)量為m=m1+2m2+m3+m4 =12070+2650.1+66670+505 =80545.2kg單個(gè)支座負(fù)荷Q=m2=

21、80545.22=40272.6kg （2）支座型式和尺寸的選擇根據(jù)JB/T 4712-2007容器支座，液化石油氣儲(chǔ)罐支座選用輕型鞍式支座。支座型式特征如下表3-6所示，支座尺寸如下表3-7所示。表3-6 支座的型式特征型式包角墊板筋板數(shù)輕型焊制120有6 表3-7 支座的尺寸 (mm)公稱直徑DN允許載荷Q(kN)鞍座高度h底板腹板筋板l1b112l3b2b332300410250166024014102552082908墊板螺栓配置鞍座質(zhì)量kg增加100mm高度增加的質(zhì)量kg弧長(zhǎng)b44e間距l(xiāng)2螺孔d螺紋孔長(zhǎng)l268050010100146024M204021520（3）支座位置的確定當(dāng)

22、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對(duì)值相等，從而使上述兩截面上保持等強(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，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸A不超過(guò)0.2L值，根據(jù)JB/T 4731-2005鋼制臥式容器規(guī)定A0.2L總=0.2(L+2h)，A最大不超過(guò)0.25L。否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過(guò)大。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭h=40mm，故A0.2L總=0.2(L+2h)=0.2(15200+240)=3056mm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

23、。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對(duì)支座處圓筒截面的加強(qiáng)作用。因此，JB/T 4731-2005鋼制臥式容器還規(guī)定當(dāng)滿足A0.2L時(shí)，最好使A0.5Rm，其中Rm=Ri+n/2。即 A0.5(1150+142)=578.5mm取A=550mm。式中A支座中心到封頭切線的距離；L總為筒體和兩封頭的總長(zhǎng)。 鞍座標(biāo)記為：JB/T 4712.1-2007，支座 A2300-F。3.6 安全裝置的設(shè)計(jì)3.6.1 安全閥的選用本液化石油氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力在1.6MPa以上，屬于第三類壓力容器，必須設(shè)置安全閥。（1）安全閥最大泄放量的計(jì)算一般情況下，液化石油氣儲(chǔ)罐不保溫，儲(chǔ)罐安全泄放量可按下式計(jì)算。W=2

24、.55105FAe0.82H1式中 W液化石油氣儲(chǔ)罐的安全質(zhì)量泄放量，kg/h；Hl液相液化石油氣的蒸發(fā)潛熱，液化石油氣50時(shí)的汽化潛熱取300kJ/kg；F容器外壁校正系數(shù)，儲(chǔ)罐在地面上無(wú)保溫，取F=1.0；Ae儲(chǔ)罐的濕潤(rùn)面積，m2。對(duì)橢圓形封頭的臥式儲(chǔ)罐有Ae=D0(l+0.3D0)式中 D0儲(chǔ)罐外徑，mm；D0=Di+2n=2300+214=2328mml為臥式儲(chǔ)罐總長(zhǎng)，mm。l=L+2H+2n=15200+2615+214=16458mm Ae=D0l+0.3D0=2.328(16.458+0.32.328)=125.48W=2.55105FAe0.82H1 =2.551051.012

25、5.480.82300 =44694kg/h（2）安全閥噴嘴面積及內(nèi)徑的計(jì)算液化石油氣儲(chǔ)罐安全閥起跳排放出的是氣體，其噴嘴面積可按一般氣體安全閥噴嘴面積通用公式計(jì)算，安全閥的排氣能力決定于安全閥的噴嘴面積。即根據(jù)安全閥出口壓力的大小不同，安全閥的排氣能力應(yīng)按臨界條件和亞臨界條件兩種狀況進(jìn)行計(jì)算。液化石油氣儲(chǔ)罐安全閥放空氣體一般排入火炬系統(tǒng)或直接高空排放，其出口側(cè)壓力P0很小，因此安全閥的排氣能力可按臨界條件計(jì)算。根據(jù)安全閥的設(shè)置和選用A13.16WC0XPMZT式中 W安全閥的質(zhì)量泄放流量，kg/h; A安全閥的最小泄放面積，mm2；X氣體的特性系數(shù)，僅與氣體的絕熱系數(shù)k有關(guān)，對(duì)于液化石油氣，

26、絕熱指數(shù)k1.15，根據(jù)安全閥的設(shè)置與選用表16.1，得X=332； C0流量系數(shù)，與安全閥的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，無(wú)參考數(shù)據(jù)時(shí)，可按下述規(guī)定選取：對(duì)全啟式安全閥： C0=0.60.7；對(duì)帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥： C0=0.40.5；對(duì)不帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥： C0=0.250.35；液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)置的安全閥，需要有較大的排氣能力，應(yīng)選用全啟式安全閥，取C0=0.65；Z安全閥進(jìn)口處氣體的壓縮因子，液化石油氣的壓縮因子Z0.7；T安全閥進(jìn)口處介質(zhì)的熱力學(xué)溫度，安全閥排放溫度T=323343 K。M氣體的摩爾質(zhì)量，取50 kg/kmol。A13.16WC0XPMZT =13.16

27、.653321.771500.7323 =3273mm2全啟式安全閥內(nèi)徑d為d=4A=43273=64.6mm根據(jù)鍋爐壓力容器安全表5-5安全閥的公稱直徑，取內(nèi)徑d為80mm，流通直徑d0則為50mm。根據(jù)化工管路手冊(cè)，選用A42F-16C液化石油氣安全閥。3.6.2 液位計(jì)的選用常用液面計(jì)有玻璃管液面計(jì)、玻璃板液面計(jì)、磁性液面計(jì)和彩色石英管液面計(jì)等。玻璃管液面計(jì)：主要用于公稱壓力不大于1.6MPa，使用溫度為0200，介質(zhì)流動(dòng)性較好的液體。雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、維修方便、價(jià)格低廉，但存在適用范圍較窄，怕碎、不堅(jiān)固、不安全、不耐壓、顯示不清楚、使用溫度低等弱點(diǎn)。玻璃板液面計(jì)：主要用于透明或

28、較透明的介質(zhì)中，其公稱壓力比玻璃管液面計(jì)稍高，可達(dá)到6.3MPa，使用最高溫度達(dá)到了250。它不僅有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、觀察直觀、安裝方便、維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，且比玻璃管液面計(jì)適用范圍更為廣泛。但其也具有與玻璃管液面計(jì)相似的缺點(diǎn)即：指示清晰度差；測(cè)量范圍較小，在超過(guò)其測(cè)量范圍時(shí)要采用組合式玻璃板液面計(jì)，其體積大、笨重、且存在觀察盲區(qū)；易破裂等。磁性液面計(jì)：常用于密度不小于0.45g/cm3的液體，主要是透明和半透明的介質(zhì)，但有時(shí)也可用于原油等較高粘度介質(zhì)的液位檢測(cè)，其測(cè)量范圍較之玻璃管液面計(jì)和玻璃板液面計(jì)大很多，最大可達(dá)到7m，且適用的公稱壓力達(dá)到了16MPa，適用溫度范圍也達(dá)到了40300。彩色石英管液面

29、計(jì)：適用于水、油、酸等多種介質(zhì)，特別適用于兩種混合不易分辨的介質(zhì)液位，如油水混合液體等，且適用與重油等高粘度介質(zhì)的液位檢測(cè)。其優(yōu)點(diǎn)有：氣、液相顯示清晰，特別適用于遠(yuǎn)距離觀察與夜間巡視；無(wú)盲區(qū)、密封性能好、耐高溫高壓、防粘稠、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)等。缺點(diǎn)有：測(cè)量范圍不大，不適用于一些高液位的測(cè)量。綜上所述，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，選用玻璃管液面計(jì)。3.6.3 壓力表的選用壓力表的選型主要參照使用環(huán)境、測(cè)量介質(zhì)、精度、量程以及外形尺寸。由于儲(chǔ)罐工作壓力為1611kPa，壓力在40kPa以上，選用彈簧管壓力表。根據(jù)生產(chǎn)工藝、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、檢測(cè)方法等要求，液化石油氣儲(chǔ)罐為一般測(cè)量用壓力表，精度等

30、級(jí)選用1.6級(jí)。壓力表在管道和設(shè)備上安裝，表盤直徑選用l00mm。3.7 焊接接頭設(shè)計(jì)壓力容器受壓部分的焊接接頭分為A、B、C、D四類，封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭采用A類焊縫。焊接方法：采用手工電弧焊，其原理是利用電弧熱量融化焊條和母材，由融化的金屬結(jié)晶凝固而形成接縫，焊接材料為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼，應(yīng)用范圍廣，適用短小焊縫及全位置施焊，可適用在靜止、沖擊和振動(dòng)載荷下工作的堅(jiān)固密實(shí)的焊縫焊接，這種方法靈活方便，適應(yīng)性強(qiáng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，維修方便，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度高。封頭與圓筒等厚采用對(duì)接焊接。平行長(zhǎng)度任取。坡口形式為雙面V型坡口。根據(jù)Q345R的抗拉強(qiáng)度為490Mpa和屈服點(diǎn)為325Mpa選擇E5

31、0系列的焊條，型號(hào)為E5014。該型號(hào)的焊條是鐵粉鈦型藥皮，適用于全位置焊接，熔敷效率較高，脫渣性較好，焊縫表面光滑，焊波整齊，角焊縫略凸，能焊接一般的碳鋼結(jié)構(gòu)。插入式接管插入殼體，接管與殼體間的焊接有全焊透和部分焊頭兩種，它們的焊接接頭均屬T形或角接接頭。選擇HG20583-1998標(biāo)準(zhǔn)中代號(hào)為G2的接頭形式。選擇全焊透工藝，可用于交變載荷，低溫及有較大溫度梯度工況。各裝置及接管、人孔的定位尺寸見裝配圖。4 儲(chǔ)罐的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)根據(jù)GB150.3-2011固定式壓力容器第三部分：設(shè)計(jì)中的規(guī)定，殼體開孔滿足下述全部要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)：a）設(shè)計(jì)壓力p2.5 MPa；b）兩相鄰開孔中心的間距（對(duì)曲面間

32、距以弧長(zhǎng)計(jì)算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和；對(duì)于三個(gè)或以上相鄰開孔，任意兩孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的2倍；c）接管外徑小于或等于89 mm；d）接管壁厚滿足表4-1 要求。 表4-1 接管壁厚要求 (mm)接管外徑253238454857657689接管壁厚3.54.05.06.0 注：1.鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值Rm540 MPa 時(shí)，接管與殼體的連接宜采用全焊透的結(jié)構(gòu)型式。2.表中接管壁厚的腐蝕裕量為1 mm，需要加大腐蝕裕量時(shí)，應(yīng)相應(yīng)增加壁厚。所以，只需要對(duì)人孔進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)即可。（1）因開孔而削弱的金屬截面積AA=d+2nt-C1-fr =66410.827+21

33、0.82735-21-1 =7189.128mm式中 筒體計(jì)算壁厚，mm； d開孔直徑，為接管內(nèi)徑加2倍附加厚度，附加厚度取2mm，即d=664mm； fr強(qiáng)度削弱系數(shù)，因與筒體采用相同材料，取1； nt人孔鋼板厚度，mm；（2）補(bǔ)強(qiáng)面積Ae筒體富裕金屬截面積A1A1=B-dn-C- =2664-66414-2-10.827 =778.872mm2式中 n筒體名義厚度，mm。人孔接管的富裕金屬截面積A2A2=2h1(nt-Ct2)-tfr =226.435-2-301 =158.4mm2式中 t接管計(jì)算壁厚，取30mm； h1外側(cè)有效高度，h1=dnt=66435=26.4mm；焊縫金屬的截面

34、積A3A3=2121010=100mm2補(bǔ)強(qiáng)面積AeAe=A1+A2+A3 =778.872+158.4+100 =1037.272mm2需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積A4A4=A-Ae=7189.128-1037.272=6151.856mm2 （3）確定補(bǔ)強(qiáng)圈的結(jié)構(gòu)尺寸取補(bǔ)強(qiáng)圈厚度與筒體相同，則補(bǔ)強(qiáng)圈外徑為D=A4+660+235 =6151.85614+660+235 =1149.4mm取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑為1150mm。5 儲(chǔ)罐的強(qiáng)度計(jì)算及應(yīng)力校核根據(jù)JB/T 4731-2005鋼制臥式容器中的要求及步驟進(jìn)行儲(chǔ)罐的強(qiáng)度計(jì)算及應(yīng)力校核。計(jì)算中的符號(hào)說(shuō)明：m容器質(zhì)量，kg； g重力加速度，取9.81m/s2

35、；L封頭切線間距離，mm；Ra圓筒平均半徑，1157mm；hi封頭曲面深度，mm；A鞍座底板中心線到封頭切線的距離，mm；pc計(jì)算壓力，MPa； e圓筒有效厚度，mm； K1K9系數(shù)，由JB/T 4731-2005鋼制臥式容器查得； t設(shè)計(jì)溫度下容器殼體材料的許用應(yīng)力，MPa； he封頭的有效厚度，mm；K系數(shù)，容器不焊在支座上，k取1；b支座的軸向?qū)挾?，mm；b2圓筒的有效寬度，取b2=b+1.56Ran=24+1.14=223mm；5.1 儲(chǔ)罐的強(qiáng)度計(jì)算5.1.1 圓筒軸向應(yīng)力（1）支座反力F=mg2=80545.29.812=.2N（2）筒體軸向彎矩計(jì)算 筒體軸向最大彎矩位于圓筒中間截面

36、或鞍座平面上。 圓筒中間截面上的軸向彎矩M1=FL41+2Ra2-hi2L21+4hi3L-4AL =.21+-+4575316430-4 =1339106Nmm=1339kNm鞍座平面上的軸向彎矩M2=-FA1-1-AL+Ra2-hi22AL1+4hi3L =-.25501-1-+11572-57522550+4575316430 =-5.2106Nmm=-5.2kNm（3）圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算圓筒中間橫截面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算：最高點(diǎn)處1=pcRa2e-M13.14Ra2e =1.7711157211-13391063.141157211 =64.2MPa最低點(diǎn)處2=pcRa

37、2e+M13.14Ra2e =1.7711157211+13391063.141157211 =122.1MPa鞍座平面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力計(jì)算：軸向應(yīng)力3=pcRa2e-M23.14K1Ra2e =1.7711157211-5.21063.141.01157211 =93.3MPa在橫截面最低點(diǎn)處的軸向應(yīng)力4=pcRa2e+M23.14K2Ra2e =1.7711157211+-5.21063.141.01157211 =93MPa5.1.2 圓筒切向剪應(yīng)力 因?yàn)锳Ra/2，圓筒被封頭加強(qiáng)，故圓筒切向剪應(yīng)力=K3FRae=0.88.2115711=27.32MPa5.1.3 封

38、頭切向剪應(yīng)力 因?yàn)锳Ra/2，圓筒被封頭加強(qiáng)，故封頭切向剪應(yīng)力h=K4FRahe=0.401.2115711=12.45MPa5.1.4 圓筒周向應(yīng)力圓筒無(wú)加強(qiáng)圈，其周向應(yīng)力按下式計(jì)算：在橫截面的最低點(diǎn)處5=-kK5Feb2=-10.76.211223=122.4MPa在鞍座邊角處6=-F4eb2-3K6F2e2 =-.2411223-30.013.22112 =-104MPa5.2 儲(chǔ)罐的應(yīng)力校核5.2.1 圓筒及封頭的應(yīng)力校核（1）圓筒軸向應(yīng)力校核max1，2，3，4=122.1MPat=189MPa圓筒軸向應(yīng)力符合強(qiáng)度要求。（2）圓筒切向剪應(yīng)力校核=27.32MPa0.8t=0.8189

39、=151.2MPa圓筒切向剪應(yīng)力符合強(qiáng)度要求。（3）封頭切向剪應(yīng)力校核h=12.45MPa1.25t-h=1.25189-185.15=51.1MPa式中 h內(nèi)壓在封頭中引起的應(yīng)力，按下式計(jì)算：h=KpcDi2he=11.7712300211=185.15MPa式中 K橢圓形封頭形狀系數(shù)，按下式計(jì)算：K=162+Di2hi2=162+230025752=1封頭切向剪應(yīng)力符合強(qiáng)度要求。（4）圓筒周向應(yīng)力校核5=122.4MPat=189MPa6=104MPa1.25t=1.25189=236.25MPa圓筒周向應(yīng)力符合強(qiáng)度要求。5.2.1 支座的應(yīng)力校核 （1）支座腹板的水平分力支座腹板的水平分

40、力為FS=K9F=0.204.2=80595.13N支座腹板有效截面內(nèi)的水平方向平均拉應(yīng)力為9=FsHsb0=80595.132508=40.3MPa式中 Hs計(jì)算高度， 250mm； b0支座腹板厚度，8mm。 （2）支座腹板的應(yīng)力校核9=40.3MPa23sa=23113MPa式中 sa支座材料的許用應(yīng)力，170MPa。 支座設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求。6 安全管理（1）液化石油氣的危險(xiǎn)性液化石油氣的危險(xiǎn)性質(zhì)主要是極易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物。遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險(xiǎn)。與氟、氯等接觸會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回燃。此外，液化石油氣還具

41、有易爆性，液化石油氣的爆炸極限為1.5%9.5%，其爆炸極限范圍比汽油大，爆炸下限低，比汽油更易發(fā)生燃燒爆炸。易產(chǎn)生靜電積聚，在收發(fā)作業(yè)中易產(chǎn)生大量的靜電積聚，易引起靜電事故。易膨脹性，液化石油氣的膨脹系數(shù)大約是同溫度下水的1015倍。當(dāng)溫度升高時(shí)，液化石油氣的體積增大，壓力急劇升高，一旦超過(guò)容器承壓極限，就會(huì)造成容器破裂，增大火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)性。具有凍傷危險(xiǎn)性，液化石油氣氣化潛熱很大，在使用時(shí)減壓后由液態(tài)汽化變?yōu)闅怏w，這時(shí)會(huì)吸收大量熱量。若容器破裂，液化石油氣由容器中噴出，濺到人身上，將會(huì)造成凍傷；毒性，當(dāng)人大量吸入液化石油氣后會(huì)中毒，使人昏迷、嘔吐、不適，嚴(yán)重時(shí)可使人窒息死亡，也可引起多種慢性病。（2）液化石油氣儲(chǔ)罐的安全管理為保證液化石油氣儲(chǔ)罐的安全，應(yīng)做好相應(yīng)安全管理工作，杜絕的危險(xiǎn)發(fā)生，做到以下幾點(diǎn)：a.儲(chǔ)罐在首次投入使