中北大學(xué)60M3液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

1、1設(shè)計(jì)目的：1) 使用國(guó)家最新壓力容器標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，掌握典型過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的全過(guò)程。2) 掌握查閱、綜合分析文獻(xiàn)資料的能力，進(jìn)行設(shè)計(jì)方法和方案的可行性研究和論證。3) 掌握電算設(shè)計(jì)計(jì)算，要求設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，且正確掌握計(jì)算機(jī)操作和專業(yè)軟件的使用。4) 掌握工程圖紙的計(jì)算機(jī)繪圖。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：1 原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)條件表序號(hào)項(xiàng) 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱液化石油氣儲(chǔ)罐2用 途液化石油氣儲(chǔ)配站3最高工作壓力MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20485公稱容積（Vg）10/20/25/40/50M36工作壓力波動(dòng)情況可不考慮7裝量系數(shù)(V

2、)0.98工作介質(zhì)液化石油氣（易燃）9使用地點(diǎn)室外10安裝與地基要求儲(chǔ)罐底壁坡度0.010.0211其它要求管口表接管代號(hào)公稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式用途或名稱液位計(jì)接口放氣管人 孔安全閥接口排污管液相出口管液相回流管液相進(jìn)口管氣相管壓力表接口溫度計(jì)接口2設(shè)計(jì)內(nèi)容1）設(shè)備工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2）設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算與校核；3）技術(shù)條件編制；4）繪制設(shè)備總裝配圖；5）編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：1）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：主要內(nèi)容包括：封面、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、目錄、設(shè)計(jì)方案的分析和擬定、各部分結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算和確定、設(shè)計(jì)總結(jié)、參考文獻(xiàn)等； 2）總裝配圖設(shè)計(jì)

3、圖紙應(yīng)遵循國(guó)家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)和化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求有關(guān)規(guī)定，圖面布置要合理，結(jié)構(gòu)表達(dá)要清楚、正確，圖面要整潔，文字書(shū)寫(xiě)采用仿宋體、內(nèi)容要詳盡，圖紙采用計(jì)算機(jī)繪制。 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)4主要參考文獻(xiàn)：1 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，GB150-1998鋼制壓力容器，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，19982 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，19993 全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求，2000，114 鄭津洋、董其伍、桑芝富，過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社，20015 黃振仁、魏新利，過(guò)程裝備成套技術(shù)設(shè)計(jì)指南，化學(xué)工業(yè)出版社，20026 國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)

4、計(jì)院，化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，19967 蔡紀(jì)寧主編，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年5設(shè)計(jì)成果形式及要求：1）完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份； 2）草圖一張（A1圖紙一張）3）總裝配圖一張 (A1圖紙一張)； 6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2015年06月29日：布置任務(wù)、查閱資料并確定設(shè)計(jì)方法和步驟 06月29、30、7月1、2日：機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算（強(qiáng)度計(jì)算與校核）及技術(shù)條件編制07月3日07月7日：設(shè)計(jì)圖紙繪制（草圖和裝配圖）07月8日07月9日：撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)07月10日：答辯及成績(jī)?cè)u(píng)定基層教學(xué)負(fù)責(zé)人審查意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日前言壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學(xué)工

5、業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開(kāi)孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計(jì)及完成不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。目前，世界各國(guó)均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國(guó)家指定的專門機(jī)構(gòu)，按照國(guó)家規(guī)定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督檢查和技術(shù)檢驗(yàn)。本次課程設(shè)計(jì)目的主要是使用國(guó)家最新壓力容器標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，掌握典型過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的全過(guò)程；掌握查閱和綜合分析文獻(xiàn)資料的能力，進(jìn)行設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)方案的可行性研究和論證；掌握電算設(shè)計(jì)計(jì)

6、算，要求設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，且正確掌握計(jì)算機(jī)操作和專業(yè)軟件的使用；掌握工程圖紙的計(jì)算機(jī)繪圖。3 目錄第一章 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)介紹及介質(zhì)特性7 1.1 液化石油氣儲(chǔ)罐介紹7 1.2 液化石油氣的發(fā)展及應(yīng)用7 1.3 液化石油氣的組成及物理特性7 1.4 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的問(wèn)題和難點(diǎn)7第二章 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)的確定82.1 設(shè)計(jì)溫度82.2 設(shè)計(jì)壓力82.3 設(shè)計(jì)儲(chǔ)量9第三章 主體材料的確定9第四章 工藝計(jì)算104.1 筒體和封頭的設(shè)計(jì)104.2 筒體長(zhǎng)度的確定104.3 圓筒厚度的設(shè)計(jì)114.4 橢圓封頭厚度的設(shè)計(jì)11第五章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)125.1 接管法蘭墊片螺栓的選擇125.2 人孔的設(shè)計(jì)185.3

7、人孔補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)195.4 鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)215.5 視鏡設(shè)計(jì)235.6 液面設(shè)計(jì)與安全閥設(shè)計(jì)245.7 焊接設(shè)計(jì)24第六章 強(qiáng)度校核2639 第一章 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)介紹及介質(zhì)特性1、液化石油氣儲(chǔ)罐介紹液化石油氣儲(chǔ)罐是盛放液化石油氣的常用設(shè)備，常用儲(chǔ)罐一般有兩種形式：球形儲(chǔ)罐和圓筒形儲(chǔ)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(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。一般貯存總量大于500m 3或單罐容積大于200m 3時(shí)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(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

8、500m 3, 單罐容積小于100m 3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。本文主要進(jìn)行臥式圓筒形貯罐的設(shè)計(jì)。 2、液化石油氣的發(fā)展及應(yīng)用隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，液化石油氣作為一種化工基本原料和新型燃料，已愈來(lái)愈受到人們的重視。在化工生產(chǎn)方面，液化石油氣經(jīng)過(guò)分離得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用來(lái)生產(chǎn)合塑料、合成橡膠、合成纖維及生產(chǎn)醫(yī)藥、炸藥、染料等產(chǎn)品。用液化石油氣作燃料，由于其熱值高、無(wú)煙塵、無(wú)炭渣，操作使用方便，已廣泛地進(jìn)入人們的生活領(lǐng)域。此外，液化石油

9、氣還用于切割金屬，用于農(nóng)產(chǎn)品的烘烤和工業(yè)窯爐的焙燒等。液化石油氣具有污染少、發(fā)熱量高、易于運(yùn)輸、壓力穩(wěn)定、儲(chǔ)存設(shè)備簡(jiǎn)單、供應(yīng)方式靈活等特點(diǎn)，所以被廣泛用作工業(yè)、商業(yè)和民用燃料。但液化石油氣中含有危害污染物質(zhì)較多對(duì)人體、環(huán)境都有很大的傷害，所以對(duì)液化石油氣儲(chǔ)罐的要求也很嚴(yán)格。因而，提高液化石油氣儲(chǔ)罐的技術(shù)水平對(duì)安全儲(chǔ)備液化石油氣具有重要意義。3、液化石油氣的組成及物理特性常溫下對(duì)天然石油氣或石油煉制過(guò)程中產(chǎn)生的石油氣施加壓力，使其以液體狀態(tài)存在時(shí)稱液化石油氣。液化石油氣是以丙烷、丁烷為主要成分的多組分有機(jī)混合物，其組成部分由于石油產(chǎn)地的不同，各地石油氣組成成分也不同。取其大致比例如下：表1組成成

10、分異辛烷乙烷丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷乙炔各成分百分比0.012.2549.323.4821.963.791.190.02對(duì)于設(shè)計(jì)溫度下各成分的飽和蒸氣壓力如下：表2 各溫度下各組分的飽和蒸氣壓力溫度，飽和蒸汽壓力，MPa異辛烷乙烷丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷乙炔-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.0011液化石油氣常溫常壓下

11、呈氣體狀態(tài)，適當(dāng)提高壓力或降低溫度即可轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，體積將縮小200倍300倍。氣態(tài)液化石油氣比空氣重且易燃易爆，比重是空氣的1.5倍，爆炸極限僅為2%。為方便運(yùn)輸、儲(chǔ)存和分配，通常采用常溫常壓以保持體積較小的液化狀態(tài)，所以液化石油儲(chǔ)罐為壓力容器。液化石油氣液體的密度以單位體積的質(zhì)量表示，即kg/m3.它隨著溫度和壓力的不同而發(fā)生變化。因此，在表示液化石油氣氣體的密度時(shí)，必須規(guī)定溫度和壓力的條件。它的密度受溫度影響較大，溫度上升密度變小,同時(shí)體積膨脹。由于液體壓縮性很小，因此壓力對(duì)密度的影響也很小，可以忽略不計(jì)。4、儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)問(wèn)題以及設(shè)計(jì)難點(diǎn)液化石油氣作為一種化工基本原料和新型燃料，已愈來(lái)愈受到

12、大家的重視。由于該氣體具有易燃易爆的特點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)這種儲(chǔ)罐時(shí)，要注意與一般氣體儲(chǔ)罐的不同點(diǎn)，尤其要注意安全問(wèn)題，還要注意在制造、安裝方面的特點(diǎn)。儲(chǔ)罐主要有筒體、封頭、人孔、支座以及各種接管組成。儲(chǔ)罐上設(shè)有液相管、液相回液管、氣相管、排污管以及安全閥、壓力表、溫度計(jì)、液面計(jì)等。所以對(duì)液化石油氣的儲(chǔ)罐要求也很嚴(yán)格。臥式液化石油氣貯罐也是一個(gè)儲(chǔ)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(dòng)部頒發(fā)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(簡(jiǎn)稱容規(guī)) 的監(jiān)督。本文主要討論臥式圓筒形液化石油氣貯罐的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用整體設(shè)計(jì)確定臥式液化石油氣儲(chǔ)罐的主要尺寸，同時(shí)要采用有效措施提高儲(chǔ)罐

13、的耐腐性和耐熱性，并且要防止介質(zhì)的泄漏。設(shè)計(jì)時(shí)，要注意安全與防火，還要注意在制造、安裝等方面的特點(diǎn)。有效提高液化石油氣儲(chǔ)罐的技術(shù)水平對(duì)安全儲(chǔ)備液化石油氣具有重要意義。 第2章 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)的確定1、設(shè)計(jì)溫度 根據(jù)本設(shè)計(jì)工藝要求，使用地點(diǎn)為太原市的室外，用途為液化石油氣儲(chǔ)配站工作溫度為-2048，介質(zhì)為易燃易爆的氣體。 從表中我們可以明顯看出,溫度從50降到-25時(shí),各種成分的飽和蒸氣壓力下降的很厲害,可以推斷,在低溫狀態(tài)下,由飽和蒸氣壓力引起的應(yīng)力水平不會(huì)很高。由上述條件選擇危險(xiǎn)溫度為設(shè)計(jì)溫度。為保證正常工作，對(duì)設(shè)計(jì)溫度留一定的富裕量。所以，取最高設(shè)計(jì)溫度t=50，最低設(shè)計(jì)溫度t=25。根據(jù)儲(chǔ)

14、罐所處環(huán)境，最高溫度為危險(xiǎn)溫度，所以選t=50為設(shè)計(jì)溫度。2、設(shè)計(jì)壓力 該儲(chǔ)罐用于液化石油氣儲(chǔ)配供氣站，因此屬于常溫壓力儲(chǔ)存。工作壓力為相應(yīng)溫度下的飽和蒸氣壓。因此，不需要設(shè)保溫層。根據(jù)道爾頓分壓定律，我們不難計(jì)算出各種溫度下液化石油氣中各種成分的飽和蒸氣分壓，如表：表3各種成分在相應(yīng)溫度下的飽和蒸氣分壓溫度, 飽和蒸氣分壓, MPa異辛烷乙烷丙烷異丁烷正丁烷異戍烷正戍烷乙烯-2500.0290.09460.0140.00880.000950.0000830-2000.0310.1270.01760.01050.001140.0001090000.0530.22040.03590.02240.

15、001290.00025602000.0840.3940.0690.0450.002880.0006305000.1580.08250.15730.10980.007580.00190有上述分壓可計(jì)算再設(shè)計(jì)溫度t=50時(shí)，總的高和蒸汽壓力P=0.01%0+2.25%7+47.3%1.744+23.48%0.67+21.96%0.5+3.79%0.2+1.19%0.16+0.02%0.0011=1.25901 MPa因?yàn)椋篜異丁烷（0.2）P液化氣(1.25901)P丙烷（1.744）當(dāng)液化石油氣在50時(shí)的飽和蒸汽壓力高于異丁烷在50時(shí)的飽和蒸汽壓力時(shí)，若無(wú)保冷設(shè)施，則取50時(shí)丙烷的飽和蒸汽壓力

16、作為最高工作壓力。根據(jù)HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定，對(duì)于在規(guī)定的充裝系數(shù)范圍內(nèi)為，常溫下盛裝液化石油氣容器設(shè)計(jì)壓力的確定，確定此時(shí)設(shè)計(jì)壓力為Pc=1.77 MPa。由過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)表4-11，可得出此時(shí)液化石油氣法蘭公稱壓力為2.5MPa。3、設(shè)計(jì)儲(chǔ)量參考相關(guān)資料，石油液化氣密度一般為500-600Kg/m3，取石油液化氣的密度為580Kg/m3，盛裝液化石油氣體的壓力容器設(shè)計(jì)儲(chǔ)存量為：W=Vt=0.960580=3.13t第三章 主體材料的確定根據(jù)介質(zhì)的易燃易爆、有毒、有一定的腐蝕性等特性，存放溫度為-2048，最高工作壓力等條件。根據(jù)GB150-2011表4-1以及材料的

17、經(jīng)濟(jì)性，選用筒體材料為低合金鋼Q345R（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB713）t=189MPa。選用Q345R為筒體材料，適用于介質(zhì)含有少量硫化物，具有一定腐蝕性，壁厚較大（8mm）的壓力容器。 表4第四章 工藝計(jì)算1、筒體和封頭的設(shè)計(jì)：對(duì)于承受內(nèi)壓，且設(shè)計(jì)壓力Pc=1.77MPa3 符合要求3、圓筒厚度的設(shè)計(jì)： 液柱靜壓力： 根據(jù)設(shè)計(jì)為臥式儲(chǔ)罐，所以儲(chǔ)存液體最大高度h maxD=2700mm。 P靜（max）=gh maxgD=5809.82.7=15.346Kpa 則P靜可以忽略不記。選用筒體材料為低合金鋼16MnR（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為GB6654）t=189MPa。選用Q345R為筒體材料，適用于介質(zhì)含有少量

18、硫化物，具有一定腐蝕性，壁厚較大（8mm）的壓力容器。根據(jù)GB150，初選厚度為625mm，最低沖擊試驗(yàn)溫度為-20，熱軋?zhí)幚怼?=mm 對(duì)于低碳鋼和低合金鋼，需滿足腐蝕裕度C21mm，取C2=2mm由常用鋼板厚度負(fù)偏差表可查的，在的鋼板標(biāo)準(zhǔn)下Q345R的負(fù)偏差。 d=+C2=15.97mm ， n=d+C1=115.97+0.8=16.77mm 圓整后取名義厚度n=18mm ，t沒(méi)有變化，故取名義厚度18mm合適。水壓試驗(yàn)校核壓力的確定 取 試驗(yàn)壓力：PT=1.25P =1.251.947=2.433MPa水壓試驗(yàn)的應(yīng)力Q345R鋼制容器在常溫水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)許可應(yīng)力因?yàn)椋释搀w厚度滿足水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)

19、強(qiáng)度要求。4、橢圓封頭厚度的設(shè)計(jì)： 為了得到良好的焊接工藝，封頭材料的選擇同筒體設(shè)計(jì)，同樣采用Q345R。 =同理，選取C2=2 mm ，C1=0.8 mm 。 n=+C1+C2=13.94+2+0.8=16.74mm 圓整后取名義厚度為n=18mm跟筒體一樣，選擇厚度為18mm的Q345R材料合適。第5章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、接管，法蘭，墊片和螺栓的選擇1）、接管和法蘭查化工工藝手冊(cè)表25-5液化石油氣儲(chǔ)罐的具體尺寸，選取開(kāi)孔流速為u=20m/s，流量Q=45L/s,根據(jù)公式，算出管子內(nèi)徑d=59mm,根據(jù)強(qiáng)度校核和管子外徑規(guī)格，可以選用管子的外徑為89mm。液化石油氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置排污口，氣相平衡口，

20、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。根據(jù)壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)PN=2.5MPa時(shí)，確定選接管公稱通徑為DN=80mm。接管外徑的選用以B國(guó)內(nèi)沿用系列（公制管）為準(zhǔn)，對(duì)于公稱壓力0.25PN25MPa的接管，查壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)普通無(wú)縫鋼管，選材料為20R。對(duì)應(yīng)的管子尺寸如下如表:表6接管尺寸序號(hào)名稱公稱直徑管子外徑數(shù)量管口伸出量管子壁厚管子理論質(zhì)量kga1、a2液位計(jì)接口202521003.50.244f放氣管8089115061.26b人孔5005301300917.34e1、e2安全閥接口8089115061.26g排污管505711

21、503.50.694j液相出口管8089115061.26h液相回流管8089115061.26k液相進(jìn)口管8089115061.26i氣相管8089115061.26d壓力表接口202521003.50.244c溫度計(jì)接口202521003.50.244 表7 mm由于除人孔外的所有接管均滿足以上要求，所以其他接管無(wú)需補(bǔ)強(qiáng)。人孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算將在下面給出。根據(jù)法蘭公稱壓力為PN=2.5MPa，查HG/T 20592-1997 鋼制管法蘭、墊片、緊固件 標(biāo)準(zhǔn) 表4-4，選用PN=2.5MPa帶頸對(duì)焊法蘭（WN），由介質(zhì)特性和使用工況，查密封面型式的選用，表3.0.2。選擇密封面型式為凹凸面（MFM）

22、，壓力等級(jí)為1.016.0MPa，接管法蘭材料選用Q345R。根據(jù)各接管公稱通徑，查表4得各法蘭的尺寸。 表8根據(jù)工藝需要開(kāi)有不同的孔，對(duì)應(yīng)孔所選用的法蘭詳細(xì)參數(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如下：圖3 接管法蘭結(jié)構(gòu)法蘭尺寸如表：表 9接管法蘭結(jié)構(gòu)尺寸表【3】 表10 序號(hào)名稱公稱直徑DN鋼管外徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺栓Th法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度H法蘭質(zhì)量(Kg)NSRB Ba1、a2液位計(jì)口202510575144M1216403.264401.05f放氣管8089200160188M16241105.6126585.03b安全閥口8089200160188M16241105.

23、6126585.03e1、e2排污口5057165125184M162074485483.11g液相出口8089200160188M16241105.6126585.03j液相回流管8089200160188M16241105.6126585.03h液相進(jìn)口8089200160188M16241105.6126585.03k氣相管8089200160188M16241105.6126585.03i壓力表口202510575144M1216403.264401.05d溫度計(jì)口202510575144M1216403.264401.05B、墊片的選擇墊片選用查閱課本P143表4-11墊片選用表，根

24、據(jù)介質(zhì)液化石油氣，公稱壓力PN=2.5MPa及工作溫度50選用墊片形式為纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊，查鋼制管法蘭、墊片、緊固件，表4.0.2-1，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力為Pc=2.5MPa，采用金屬纏繞式墊片帶內(nèi)環(huán)形（代號(hào)為B），選擇法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。纏繞金屬為304不銹鋼，填充材料為柔性石墨或石棉。 表11對(duì)應(yīng)墊片尺寸如表： 表12得對(duì)應(yīng)墊片尺寸如表： 表13墊片尺寸符號(hào)管口名稱公稱直徑DN(mm)內(nèi)環(huán)內(nèi)徑D1(mm)纏繞墊內(nèi)環(huán)厚度T1(mm)內(nèi)徑D2外徑D3厚度Ta液位計(jì)口202736502.51.8b放氣管80861061202.51.8c人孔5005125495753.22.4

25、d安全閥80861061202.51.8e排污口505773872.51.8f液相出口80861061202.51.8g液相回流管80861061202.51.8h液相進(jìn)口80861061202.51.8i氣相管80861061202.51.8j壓力表口202736202.51.8k溫度計(jì)口202736202.51.8C、 螺栓（螺柱）的選擇根據(jù)密封所需壓緊力大小計(jì)算螺栓載荷，選擇合適的螺柱材料。計(jì)算螺栓直徑與個(gè)數(shù)，按螺紋和螺栓標(biāo)準(zhǔn)確定螺栓尺寸。選擇螺栓材料為Q345R。螺母的材料選用及具體尺寸應(yīng)符合以下要求：查HG/T 20592-1997鋼制管法蘭、墊片、緊固件中表5.0.07-9和附錄中

26、標(biāo)A.0.1，得螺柱的長(zhǎng)度和平墊圈尺寸：螺母的選用要與法蘭專用螺栓配合使用，螺母的相關(guān)尺寸應(yīng)滿足以下要求:螺母的材料選用及具體尺寸應(yīng)符合以下要求： 表14表15 螺栓及墊圈尺寸名稱管口名稱公稱直徑螺紋螺柱長(zhǎng)緊固件用平墊圈 mmd1d2ha液位計(jì)管20M127513242.5b放氣管80M169017303d安全閥80M169017303e排污口50M169017303f液相出口80M1610017303g液相回流管80M1610017303h液相進(jìn)口80M1610017303i氣相管80M1610017303j壓力表口20M127013242.5k溫度計(jì)口20M127013242.55.2、人

27、孔的設(shè)計(jì) 人孔的選取查壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)，可選凹凸面的法蘭。由使用地為太原市室外，確定人孔的公稱直徑DN=500mm，以方便工作人員的進(jìn)入檢修。配套法蘭與上面的法蘭類型相同，根據(jù)HG/T 21518-2005回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔，查表3-1，由PN=2.5MPa選用凹凸面的密封形式MFM，采用8.8級(jí)35CrMoA等長(zhǎng)雙頭螺柱連接。其明細(xì)尺寸見(jiàn)下表：圖3-6回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔表16人孔尺寸表密封面型式凹凸面MFMD7304348公稱壓力PN MPa2.566048螺柱數(shù)量20公稱直徑DN500350A415螺母數(shù)量40213B200螺柱尺寸d506b44L300總質(zhì)量kg320密

28、封面形式公稱壓力公稱直徑dwsdD凹凸面2.5MPa50053012500730660280123bABL螺柱數(shù)量螺母數(shù)量螺柱尺寸總質(zhì)量kg444348405200300302040M36180331人孔外伸長(zhǎng)度為300mm5.3、人孔補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)1 )補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別按HG/T 21518-2005,選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔，設(shè)：厚度附加量c=2mm開(kāi)孔直徑d=di+2c=504mm ， 則dDi2=2700/2=1350mm故可以采用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。接管材料選用Q345R號(hào)鋼，其許用應(yīng)力t=189MnPa，根據(jù)GB150-2011中，其中：殼體開(kāi)孔處的計(jì)算厚度13.97mm。接管

29、的有效厚度強(qiáng)度削弱系數(shù)，所以開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積為：A=50413.97=7040.88mm22)有效補(bǔ)強(qiáng)范圍2.1補(bǔ)強(qiáng)有效寬度B的確定：按GB150中有：B1=2d=2504=1008 mm，B2=d+2n+2nt=504+218+218=576 mmB=max（B1 ， B2）=1008 mm2.2有效高度的確定外側(cè)有效高度的確定，根據(jù)GB150中式8-8，得： h1= ，mm內(nèi)側(cè)有效高度的確定，根據(jù)GB150-2011中式8-9，得：h2=，3)有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)GB150中式8-10 式8-13，分別計(jì)算如下：Ae=A1+A2+A33.1筒體多余面積3.2管的多余面積接管厚度：焊縫金屬截面積

30、：焊角取6.0mm，則3.3補(bǔ)強(qiáng)面積Ae=A1+A2+A3=619.92+2403.85+36=3059.77mm2，因?yàn)锳eA=7040.88mm2，所以開(kāi)孔需另行補(bǔ)強(qiáng)。A4= A Ae=7040.88-3059.77=3981.11 mm2補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)：根據(jù)DN500取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D=840mm。因?yàn)锽D，所以在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍。補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑d=530+15.2=530mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：=A4(D-d)=13.50mm圓整取名義厚度為15mm,但為便于制造時(shí)準(zhǔn)備材料，補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度也可以取為封頭的厚度為18mm。根據(jù)GB-150，JB/T4736-2002，補(bǔ)強(qiáng)圈焊接形式D型， D1=d0+(612)

31、。表3-6 補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)及附件的選擇接管公稱直徑DN/mm外徑D2內(nèi)徑D1厚度（）重量（Kg）5008405301846.75.4鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鞍座選型該臥式容器采用雙鞍座式支座，根據(jù)工作溫度為-2048，按JB/T 4731-2005 表5-1選擇鞍座材料為16MnR，使用溫度為-20250，許用應(yīng)力為sa= 189MPa。估算鞍座的負(fù)荷：計(jì)算儲(chǔ)罐總重量 m=m1+2m2+m3+m4 。其中：m1 為筒體質(zhì)量：對(duì)于Q345R普通碳素鋼，取=7.85103kg/m3m2為單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4746-2002 鋼制壓力容器用封頭中標(biāo)B.2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知。m3為充液

32、質(zhì)量：液化石油氣水 故m3（max）=水V=1000V=1000（/41.726+20.6999）=600003.74 kg 。m4為附件質(zhì)量：選取人孔后，查得人孔質(zhì)量為331 kg，其他接管質(zhì)量總和估為400 kg。綜上述：總質(zhì)量 m=m1+2m2+m3+m4=11386.21+21256.3+60003.74+3312+400 74964.55kg。 每個(gè)鞍座承受的重量為 G/2=mg / 2=74964.559.8/2=377.32 kN由此查JB 4712.1-2007 容器支座。選取輕型，焊制A，包角為120，有墊板的鞍座.，筋板數(shù)為4。查JB 4712.1-2007表3得鞍座尺寸如

33、表5，示意圖如下圖：表18鞍座支座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑DN2600腹板10墊板610允許載荷QkN440筋板29510鞍座高度h250268e120底板1880360螺栓間距16403008鞍座質(zhì)量Kg29814墊板弧長(zhǎng)3030增加100mm增加的高度Kg26由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，得h=H-Di4=715-675=40 mm故A0.2(L+2h)=0.2(10100+240)=2036mm圖3-11鞍座 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，

34、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，為此中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB 4731 鋼制臥式容器規(guī)定A0.2L=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。由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 ，有 h=H-Di / 4=715-2700 / 4=40mm故 A0.2(L+2h)=0.2(9500+240)=1916mm由于接管比較多，所以固定支座位于儲(chǔ)罐接管較多的左端。此外，由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗彎剛度，故封頭對(duì)于圓筒的抗彎剛度具有局部的加強(qiáng)作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對(duì)支座處圓筒截面的加強(qiáng)作用。因此，JB 4731

35、 還規(guī)定當(dāng)滿足A0.2L時(shí)，最好使A0.5R m（Rm=Ri+n/2），即Rm=2700/2+18/2=1359mm 。A0.5Rm =0.51359=679.5mm ,取A=679mm 。綜上述：A=679 mm （A為封頭切線至封頭焊縫間距離，L為筒體和兩封頭直邊段的總長(zhǎng)）5.5、視鏡設(shè)計(jì)查HG/T21619-1986壓力容器視鏡，所選視鏡玻璃用鋼化硼硅玻璃，襯墊為石棉橡膠板，壓緊環(huán)、接緣、螺栓、螺母所用材料為A3，視鏡的尺寸如下表： 表5-6視鏡尺寸公稱直徑公稱壓力DD1b1b2H螺柱重量標(biāo)準(zhǔn)圖圖號(hào)數(shù)量直徑不銹鋼502.451301003426846M125.1HGJ501-86-135

36、.6、液面計(jì)設(shè)計(jì)與安全閥設(shè)計(jì)由于儲(chǔ)罐工作溫度為-2048，查壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)，選取磁性液面計(jì)。公稱直徑為DN=20mm。選取兩個(gè)L=1100mm的液位計(jì)。由操作壓力P=1.9184MPa，工作溫度為-2048，盛放介質(zhì)為液化石油氣體。選擇安全閥的公稱壓力PN=25kg/cm2，最高工溫度為150，材料為可鍛鑄件的彈簧微啟式安全閥，型號(hào)為A41H-25。公稱直徑DN=80mm。5.7、焊接的設(shè)計(jì) 1焊接接頭的設(shè)計(jì)為保證焊接質(zhì)量，易于檢查。筒體上的所有焊縫及環(huán)向接頭、封頭上的拼接接頭，都采用對(duì)接焊。對(duì)于人孔和筒體的焊接部位，因?yàn)閮砂搴穸炔畲笥?m，必須進(jìn)行削薄加工，以使兩側(cè)面厚度基本相等

37、。2.容器焊接接頭坡口設(shè)計(jì) 、筒體和封頭的焊接：因?yàn)橥搀w的厚度=12mm（3,20），所以選用殼體的縱焊縫為內(nèi)外壓對(duì)稱的Y形坡口，殼體的環(huán)焊縫為內(nèi)外不對(duì)稱的Y形坡口，且內(nèi)側(cè)較小。坡口的結(jié)構(gòu)尺寸：b=2mm，p=2mm，=60。 3.接管與筒體的焊接=45+5 b=20.5 p20.5 H1=t t =8 k30.78圖8.1帶補(bǔ)強(qiáng)圈焊接接頭結(jié)構(gòu)4. 焊接方法與材料 對(duì)于一般的壓力容器焊接，方法均為手工電弧焊。焊接材料為焊條。筒體和接管間的焊接屬于低碳鋼和低合金鋼之間的焊接。應(yīng)選用強(qiáng)度較低的鋼材等強(qiáng)度的焊條焊接。焊條類型：E5018 鐵粉低氫鉀型 第六章 強(qiáng)度校核內(nèi)壓圓筒校核計(jì)算單位中北大學(xué)計(jì)算

38、所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.95MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 2700.00mm材料 Q345R ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 185.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 185.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 325.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 14.29mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 15.70mm名義厚度 dn = 18.00mm重量 11461.80Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值

39、PT = 1.25P = 2.4330 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 292.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 210.42 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 2.13904MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 168.52MPastf 185.00MPa校核條件stf st結(jié)論 合格內(nèi)壓橢圓封頭校核計(jì)算單位 中北大學(xué)計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.95MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 2700.00mm曲面深度 hi

40、 715.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 185.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 185.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值 PT = 1.25Pc= 2.4330 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力stsT 0.90 ss = 292.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 194.65MPa校核條件sT sT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 0.9275計(jì)算厚度 dh = = 13.22mm有效厚度 deh =dnh - C1-

41、C2= 15.70mm最小厚度 dmin = 4.05mm名義厚度 dnh = 18.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 1177.17 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 Pw= = 2.31242MPa結(jié)論 合格右封頭計(jì)算計(jì)算單位 中北大學(xué)計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.95MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 2700.00mm曲面深度 hi 715.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 185.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 185.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接

42、頭系數(shù) f 1.00壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值 PT = 1.25Pc= 2.4330 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力stsT 0.90 ss = 292.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 194.65MPa校核條件sT sT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 0.9275計(jì)算厚度 dh = = 13.22mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 15.70mm最小厚度 dmin = 4.05mm名義厚度 dnh = 18.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 1177.17 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 Pw= = 2.31242MPa結(jié)論 合格開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算單位中北大學(xué)接 管: N1, 50018計(jì)算方法: GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算壓力 pc1