本科毕业论文-50液化石油气储罐设计.doc

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1、目 录 中文摘要 外文摘要 1 前言.1 2 选题背景.2 3 方案论证.2 4 工艺设计3 4.1 液化石油气参数的确定3 4.2 设计温度3 4.3 设计压力4 4.4 设计储量5 5 机械设计5 5.1 初步选型：5 5.2 筒体设计.5 5.3 封头设计.6 6 壁厚设计.7 6.1 各项参数7 6.2 筒体壁厚设计计算8 6.3 封头壁厚设计与强度校核10 7 开孔补强和人孔的设计.11 7.1 人孔设计选型11 7.2 人孔补强计算12 8 安全阀和液面计选型15 8.1 安全阀的选型与校核15 8.2 液面计的选型18 9 接管，法兰，垫片和螺栓的选择.19 9.1、接管和法兰.

2、19 9.2 垫片的选择22 9.3 螺栓（螺柱）的选择.23 10 鞍座选型和结构设计24 10.1 鞍座选型.24 10.2 鞍座位置的确定27 11 焊接接头的设计28 11.1 筒体和封头的焊接：.28 11.2 接管与筒体的焊接：.28 12 主要参数汇总表28 13 总结29 参考文献30 致谢32 1 前言 第 1 页 （共 32 页） 1 1 前言前言 随着石油化学工业的发展，液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已 愈来愈受到人们的重视。在化工生产方面，液化石油气经过分离得到乙烯、丙烯、 丁烯、丁二烯等，用来生产合塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料 等产品。然

3、而,由于液化石油气具有易燃易爆的特性,与空气混合能形成爆炸性混合物.遇 热和明火有燃烧爆炸的危险。因此，液化石油气的储存安全性、可靠性、实用性、 经济性就自然被作为设计液化石油气储罐的基本考虑因素。本次设计的50立方米液 化石油气储罐常用于乡镇的液化石油气加气站储存液化石油气，对于生产生活具有 重要意义。 本次设计中综合考虑经济性、实用性、安全可靠性等。各项设计参数都参考了 行业使用标准或国家标准，这样使设计有章可循，并考虑结构方面的要求，合理进 行设计。其设计包括了液化石油气储罐的工艺设计、机械设计、壁厚设计、人孔的 开孔及补强、安全阀、液面计等部件的选型，对应的接管、法兰、垫片等选取，支

4、座的选型，焊接头的设计等。 通过这些时间的学习，现在储罐的发展趋势为：（1）大型化 通过大量大型储 罐的设计、建造和使用发现,采用大容量油罐储油具有节省钢材、减少占地面积、方 便操作管理、减少油罐附件及管线长度和节省投资等优点 （2）新型材料的应用油 罐的大型化而产生的主要问题之一就是对材料的要求更高。为了避免底层罐壁过厚 带来的整体热处理问题和解决焊接问题,对于大型油罐的设计,均采用高强度钢。大 型油罐一般采用屈服强490MPa 级的钢材。武钢联合有关单位自主研制的WH610D2 钢 板不仅具有高强度、高韧性,而且具有优良的焊接性能,尤其是能够适用于大线能量 焊接工艺条件 对于公称容积小于1

5、00立方的液化石油气储罐，目前国内研究已趋向于成熟，因 此，这次的设计相对于其他小型储罐的设计没有太大的区别。安全性和经济性作为 设计的两大准则。 50 液化石油气储罐设计 第 2 页（共 32 页） 2 2 选题背景选题背景 题目来源：随着我国经济社会的全面发展,能源行业亦面临着巨大的发展空间。 中国的能源结构中，煤炭占据着很大的比例，石油液化气作为一种较清洁能源，现 在正被广泛地使用。但是液化石油气具有遇明火易燃易爆的危险性和一定的毒，随 之而来的问题就是液化石油气的储存问，液化石油气的储罐要求非常严格。因此， 液化石油气储罐的设计对于日常生活和石油天然气行业的发展就显得尤为重要。尤 其是

6、在安全性何方或防爆方面。液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备, 常 温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形贮罐。在一般中、小型液化石油气站内 大多选用卧式圆筒形石油液化气贮罐,因为圆筒形石油液化气贮罐具有加工制造安装 简单, 安装费用少等优点。卧式圆柱形石油液化气贮罐应用也极为广泛。由于它具 有承受较高的正压和负压的能力，有利于减少油品的蒸发损耗，也减少了发生火灾 的危险性。 本课题的目的：本课题所设计的储罐公称容积为 50 立方米，属于小型储罐，这 种小型储罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和负压的能力，有利于减 少油品的蒸发损耗，也减少了发生火灾的危险性。它可在机械，一成批制

7、造，然后 运往工地安装，便于搬运和拆迁，机动性较好。缺点是容量一般较小，用的数量多， 占地面积大。它适用于小型分配油库、农村油库、城市加油站、部队野战油库或企 业附属油库。在大型油库中也用来作为附属油罐使用，如放空罐和计量罐等。本课 题所设计的液化石油气储罐对于日常生活生产具有重要意义。 3 3 方案论证方案论证 根据本次设计的储罐容量为 50 立方米，而且使用地点问湖北荆州，设此储罐在 液化石油气加气站使用。此储罐容量小于 100 立方米，根据经验，选用卧式储罐； 根据液化石油气大体的成分，初步计算出液化石油气的设计压力为 1.9MP 左右，故 根据化工工艺设计手册（下）常用设备系列，Pc5

8、0m 计封 2 D 33 公称容积误差小于百分之五 且比较接近，所以结构设计合理。 50.132350 0.3%5% 50 e 6 壁厚设计 第 7 页 （共 32 页） 6 6 壁厚设计壁厚设计 6.16.1 各项参数各项参数 （1）设计温度 T=50。 （2）差得液化石油气的密度约为 580Kg/m3,设计压力 P=1.92MPa，液体静压力 ，由计算可知液体静压力可以 2 LP =gh=5809.82.7=1534.68Pa5%P=9.6 10 Pa水 忽略不计。 （3）材料选择：根据介质的易燃易爆、有毒、有一定的腐蚀性等特性，存放温 度为-2048，最高工作压力等条件。根据 GB150

9、-1998 表 4-1，选用筒体材料为低 合金钢 16MnR（钢材标准为 GB6654）t=185MPa。选用 16MnR 为筒体材料，适用 于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性，壁厚较大（8mm）的压力容器。 （4）腐蚀裕量 C2：查腐蚀数据手册 ，Q345R 耐天然气腐蚀，其 这里取，若设计寿命为 20 年，则腐蚀余量取为aK0.1mm/yaK =0.1mm/y 。2aC =BK =20 0.1=2mm （5）焊缝系数：根据压力容器安全技术监察规程规定，液化石油气储罐 应视为第三类压力容器，筒体纵焊缝应采用全焊透双面焊缝，且 100%无损探伤，所 以。1.0 （7）液柱静压力：根据设计为卧

10、式储罐，所以储存液体最大高度 h maxD=2600mm。 P静（max）=gh maxgD=5809.82.3=14.05Kpa 可以忽略不记。 3 max6 14.05 10 /100%0.56%5% 2.1417 10 c PP 静 （7）许用应力：假设钢板厚度在 1635mm 之间，查表 3.1 得。 50 =185aMP 表表 5 5 16351635 钢板许用应力钢板许用应力 在下列温度（）下的许用应力（MPa） 2010016MnR 185185 50 液化石油气储罐设计 第 8 页（共 32 页） （8）钢板负偏差 C1：对于低碳钢和低合金钢，需满足腐蚀裕度 C21mm， 取

11、C2=2mm 查标准 HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表 7-1 知，钢板厚度 负偏差 C1=0.25mm。而当钢材的厚度负偏差不大于 0.25mm，且不超过名义厚度的 6%时，负偏差可以忽略不计，故取 C1=0，C=C1+C2=2+0 =2。 6.26.2 筒体壁厚设计计算筒体壁厚设计计算 6.2.16.2.1 壁厚计算壁厚计算 根据 GB150，初选厚度为 625mm，最低冲击试验温度为-20，热轧处理。 （6） 2.14172600 =16.02mm 2 -2 185 0.92.1417 ci t c PD P d=+C2=16.02+2=18.0mm ， n=d+C1=

12、16.51+0=16.51mm 圆整后取名义厚度 n=18mm ，t没有变化，故取名义厚度 18mm 合适。 式中： 筒体的计算厚度，mm； 计算压力，MPa； c P 焊接接头系数； 筒体的内直径，mm； i D 设计温度下筒体材料的许用应力，MPa； t ，1.92 c PMPa12600 i D 185 t MPa 6.2.2 筒体水压试验校核 对于 Q345R 材料，试验时水温应高于 5，其常温许用应力和在试验压力下的 2 ci t c PD P 6 壁厚设计 第 9 页 （共 32 页） 许用应力，屈服点，卧置试压。内压容器液压试验压 =163a t MPy=325Mpa 力规定为：

13、 （7） 50 TP =max1.25P / P+0.1 =max1.25 1.92+0.1 =2.4MPa ， ，1. 92 式中： 试验压力，； T PaMP 设计压力，；PaMP 容器元件材料在试验温度下的许用应力，； MPa 容器元件材料在设计温度下的许用应力，； tMPa 不计 -6 LiP =Dg=2.69800 100.02548MPa5%P水，故可忽略 应力校核时应计入液柱静压，由于压力试验时容器承受的试验压力高于 T P 其设计压力，因此在压力试验时应按式（3-3）对试验压力下容器壳体的周向应力P 进行校核。 T （8） () 2 Tie T e P D 式中： 试验压力下的

14、筒壁周向薄膜应力，； T aMP 试验压力，； T PMPa 圆筒内直径，； i Dmm 圆筒的有效厚度，； e mm 水压试验下的筒壁周向薄膜应力 圆筒的有效厚度 (9) 12 180216 en CCmm 50 液化石油气储罐设计 第 10 页（共 32 页） 所以筒体壁厚满足水压试验时的强度要求。 6.36.3 封头壁厚设计与强度校核封头壁厚设计与强度校核 6.3.16.3.1 封头计算封头计算 厚度按下列公式计算： (10) 2 0.5 ci t c KPD P 式中： 系数，对标准椭圆形封头；K1K 封头的计算厚度，mm； 设计压力，MPa； c P 焊接接头系数； 封头的内直径，m

15、m； i D 设计温度下筒体材料的许用应力，MPa； t 将数据， 带入（10）式，1.92 c PMPa12600 i D 同理，选取 C2=2 mm ，C1=0 mm 。 n=+C1+C2=13.53+2+0=15.53mm 取名义厚度为 n=18mm，跟筒体一样， 选择厚度为 18mm 的 16MnR 材料合适。 ()2.4(260016) 196.20.9 22 16 0.9325292.5 Tie Ts e P D MPa MPa 1 1.922600 15.53 2 0.52 185 1.00.5 1.92 ci t c KPD mm P 7 开孔补强和人孔的设计 第 11 页 （

16、共 32 页） 6.3.2 封头最小壁厚校核：封头最小壁厚校核： 因为： (11) 182160.15%3.9 eni CDmm 因此选择名义厚度为 20mm 的封头厚度满足要求。 6.3.36.3.3 设计温度下的应力校核设计温度下的应力校核 在设计温度下根据公式可得： （12） ()1.92(260016) 22 16 159.6 185 cie t e t P Dt t MPaMPa 满足要求 7 7 开孔补强和人孔的设计开孔补强和人孔的设计 7.1 人孔设计选型人孔设计选型 图图 2 2 水平吊盖人孔水平吊盖人孔 查压力容器与化工设备实用手册 ，因筒体长度 85009000mm，只需开

17、一个人 孔，可选水平吊盖人孔。由使用地为荆州市室外，确定人孔的公称直径 DN=500mm， 50 液化石油气储罐设计 第 12 页（共 32 页） 以方便工作人员的进入检修。配套法兰与上面的法兰类型相同，根据 HG/T 21518- 2005回转盖带颈对焊法兰人孔 ，查表 3-1，由 PN=2.5MPa 选用凹凸面的密封形式 MFM，8.8 级 35CrMoA 等长双头螺柱连接。其明细见下表 6 表表 6 6 人孔法兰形式表（参照回转盖带颈对焊法兰）人孔法兰形式表（参照回转盖带颈对焊法兰） 图图 3 3 回回 转盖带颈转盖带颈 对焊法兰对焊法兰 人孔人孔 7.27.2 人孔补强计算人孔补强计算

18、 7.2.17.2.1 人孔选型人孔选型 对筒体：， =185a t MP 1 0.35Cmm 2 2Cmm 密 封 面 形 式 公 称 压 力 公 称 直 径 dw s dD 1 D 1 H 2 Hb 1 b 2 bABL 0 d 螺 柱 数 量 螺 母 数 量 凹 凸 面 2 . 5 M P a 5 0 0 5 3 0 1 2 5 0 0 7 3 0 6 6 0 2 7 0 1 3 4 4 8 5 4 5 5 4 0 5 2 0 0 3 0 0 3 0 2 0 4 0 7 开孔补强和人孔的设计 第 13 页 （共 32 页） 根据公称压力 PN2.5MPa，公称直径 DN500mm，选择回

19、转不锈钢人孔，密封面 型式 FM，尺寸为，接管材质为 20 号钢管。530 12mm 对接管，按 GB/150 标准，则 t =185a t MP =185a t MP 1 10%10% 121.2 tnt Cmm 12 1.223.2 tt CCCmm min,1min1,11 t t r t f 开孔直径接管计算厚度 （13）225302 1223.2512.4 ott ddCmm 接管有效厚度 （14）103.26.8 etntt Cmm 开孔所需要的补强面积 2 2(1)512.4 168198.4 etr Adfmm （15） 有效补强范围确定如下 有效补强宽度 （16） 2 2(1

20、)512.4 168198.4 etr Adfmm 外侧有效补强高度 （17） 1 min,300min 512.4 12,30078.41 nt hd 内侧有效补强高度 2 min,00 nt hd 1.92(5302 12) 2.64 2 2 185 1.01.92 i t t Pd mm P 50 液化石油气储罐设计 第 14 页（共 32 页） 在有效补强范围以内，壳体的多余补强面积为 （18） 1 ()()2()(1) eeter ABdf 2 512.4(1613.53)1265.63mm 在有效补强范围以内，接管的多余补强面积为 （19） 2122 2 ()2() ettrett

21、r AhfhCf 2 278.41 (122.64)1467.84mm 在有效补强范围内，焊缝面积为（焊缝腰高取较薄板 222 3 12144Amm 的厚度） 。 在有效补强范围内，总有效补强面积 （20） 2 123 1265.63 1467.841442877.47 e AAAAmm 因为 22 2877.478198.4 e AmmAmm 所以开孔后需要补强。 7.2.2 补强圈的计算与选型补强圈的计算与选型 补强圈的计算如下： 补强圈材料选用与壳体相同材料，即 16MnR 应该增加的补强面积 按JB/T 4736-2002 补强圈 标准中 C 型 15坡口，时，补强圈500 N Dmm

22、 外径，所以所需要的补强圈的厚度 2 84Dmm 2 8198.42877.475320.93 ee AAA mm 8 安全阀和液面计选型 第 15 页 （共 32 页） （21） 4 2 5320.93 15.65 840-500 o A mm Dd 考虑到腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，取补强圈的名义厚度。补强圈20 nc mm 标记为： 50020Q345R N DC/4736JB T 图图 4 4 补强圈示意图补强圈示意图 8 8 安全阀和液面计选型安全阀和液面计选型 8.18.1 安全阀的选型与校核安全阀的选型与校核 8.1.18.1.1 安全阀的选型安全阀的选型 液化石油气储罐的设计压力

23、在 1.6MP 以上，属于第三类压力容器，必须设置安 全阀。安全阀的选型时，首先要根据安全阀的排放压力进行初步选型，再根据设备 超压所需的最大泄放量应小于所选安全阀的最大泄放量为标准进一步校核。 50时液化石油气的饱和蒸汽压最高为 1.744MPa(表压)，安全阀的排放压力： （22） 1.744 1.10.12.02() d PMPa绝对 选择型号为 A42Y-16C 的弹簧式全启封闭型安全阀，密封面材料为硬质合金，阀 体为碳钢，公称压力为 2.5MPa（25kg/cm2） 。按我国压力容器安全技术监察规程 规定，液化石油气储罐的安全泄放量用下式计算： 50 液化石油气储罐设计 第 16 页

24、（共 32 页） （23） 50.82 2.55 10 F A G q A 式中： 液化石油气储罐的安全泄放量，kg/h； G 在泄放状态下液化气体的汽化潜热，kJ/kg；q 系数，对于容器在地面上时，=1；FF 容器的受热面积，m2； A （24） 2 (0.3)2700+19282000.32700+192) 77.56 oo AD LD m （）（ 对封头为椭圆形的卧式容器安装在地面上，无喷淋装置，查有关手册可得排放 状态，液化石油气的汽化潜热为，系数。将数据带入公式可得427.1kJ / kgq 1F 储罐的安全泄放量为： （25） 50.8250.82 2.55 102.55 101

25、 77.56 2115.99/ 427.1 FA Gkg h q 安全阀额定排量可按下式计算： （26） do M GCP A X ZT 式中： 安全阀的额定排量，kg/h；G 安全阀的排放压力（绝对） ，MPa； d P 安全阀的排气温度，K；T 介质的分子量，；M/g mol 安全阀的排气面积，； o A 2 mm 气体的特性系数；X 8 安全阀和液面计选型 第 17 页 （共 32 页） 已知丙烷的绝热指数，则其特性系数为1.13k （27） 11.13 1 11.13 1 22 39.48()39.481.13 ()25.05 11.13 1 k k Xk k 全启式安全阀的公称直径与

26、流道直径如下表 4.3 所示。可得的全100DN 启式安全阀（PN2.5） ，流道直径为。所以安全阀的流道面积为：80 o dmm （28） 222 11 805026.55 44 oo Admm 表表 7 7 全启式安全阀的公称直径与流道直径表全启式安全阀的公称直径与流道直径表 公称直径（mm）202532405080100150 PN1.6,2.5,6.42025325065100 PN10202532405080 PN16,321520 全 启 式 PN1.6,2.5,4.0,6.416202532406580 PN1612 流 道 直 径 mm 微 启 式3214 查有关数据可得液化石

27、油气的临界压力；临界温度4.26() c PMPa绝对 ；饱和蒸汽压为 1.92的液化石油气，其饱和温度约排放370 c TKMPa327(54)K 状态的液化石油气，其对比压；对比温度 r P/1.92/ 4.260.45 c P P 。查表得液化石油气在此条件下的压缩系数为。 r /327 / 3700.884 c TP P0.75Z 液化石油气的分子量约为。44.1M 将上述数据带入以下公式，得安全阀的额定排量为： （29） 44.1 0.75 1.925026.5525.05 323 0.73 78414.4/ do M GCP A X ZT kg h 比较安全阀的排量与容器的安全泄放

28、量可知：安全阀设定泄放量和额定泄放量 ，选择，DN100，PN2.5，型号 A42Y-16 启封78414.4/2115.99/Gkg hGkg h 闭型的弹簧式全安全阀符合要求。 50 液化石油气储罐设计 第 18 页（共 32 页） 图图 5 5 安全阀示意图安全阀示意图 8.1.28.1.2 安全阀法兰的确定安全阀法兰的确定 查 HG510658 知安全阀进口法兰的型号为凹凸面对焊法兰，其尺寸如下： 表表 8 8 安全阀法兰规格型号安全阀法兰规格型号 公 称 直 径 管 子 法兰重量双头 螺栓 橡胶石棉垫 DNdHDD1D2D4D6bh凸面凹面数 量 直径/ 长度 外 径 内 径 厚 度

29、 10010823019016214915024627.256.538M16751491082 8.28.2 液面计的选型液面计的选型 根据容器的工作温度为-20480C,设计压力为 Pc=1.92MP，密度为 580kg/m3， 查化工容器及设备设计简明手册玻璃管液面计适用于工作压力小于 1.6MP；选 8 安全阀和液面计选型 第 19 页 （共 32 页） 择磁性液面计：测量范围 300-10000mm,工作压力：（高压性）=4.0MP, 介质温度： （标准型）-200C-1500C，。故选择磁性液面计 3 450/kg m25 图图 6 6 磁性液面计磁性液面计 50 液化石油气储罐设计

30、 第 20 页（共 32 页） 9 9 接管，法兰，垫片和螺栓的选择接管，法兰，垫片和螺栓的选择 9.19.1、接管和法兰、接管和法兰 图图 7 7 筒体整体、接管、人孔分布图筒体整体、接管、人孔分布图 液化石油气储罐应设置排污口，气相平衡口，气相口，出液口，进液口，人孔， 液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。 根据压力容器与化工设备实用手册PN=2.5MPa 时，可选接管公称通径 DN=80mm。 根据设计压力 PN=1.9184MPa，查 HG/T 20592-97钢制管法兰表 4-4，选用 PN2.5MPa 带颈平焊法兰（SO） ，由介质特性和使用工况，查密封面型式的选用，表

31、 3.0.2。选择密封面型式为突面（RF） ，压力等级为 1.04.0MPa，接管法兰材料选用 16MnR。根据各接管公称通径，查表 4-4 得各法兰的尺寸。 9 接管，法兰，垫片和螺栓的选择 第 21 页 （共 32 页） 图图 8 8 带颈平焊钢制管法兰带颈平焊钢制管法兰 表表 9 9 法兰尺寸法兰尺寸 连接尺寸法兰 内径 B1 名称 公 称 通 径 DN 钢管 外径 B 法兰 外径 D 螺栓 孔中 心圆 直径 K 螺 栓 孔 直 径 L 螺栓 孔数 量 n 螺栓 Th 法兰 厚度 C 法兰 高度 H 法兰 颈 B 系列 坡口 宽度 b 液位 计口 3238140 100188M16183

32、060395 放气 管 8089200 160188M162440118916 安全 阀口 100 108100 160188M162440118916 排污 口 8089200 160188M162440118916 液相 出口 8089200 160188M162440118916 液相 进口 8089200 160188M162440118916 压力 表口 202510575144M12162645264 温度 计口 202510575144M12162645264 接管外径的选用以 B 国内沿用系列（公制管）为准，对于公称压力 0.25PN25MPa 的接 管，查压力容器与化工设备实

33、用手册普通无缝钢管，选材料为 16MnR。对应的管子尺寸如 50 液化石油气储罐设计 第 22 页（共 32 页） 下如表： 表表 1010 管子尺寸管子尺寸 名称公称直 径 管子外 径 数量管口伸 出量 管子壁 厚 伸长量 质量 （kg） 液位计 管 323821003.50.447 放气管8089115041.26 安全阀100108115041.26 排污口8089115041.26 液相出 口 8089115041.26 液相进 口 8089115041.26 压力表 口 2025115030.244 温度计 口 2025110030.244 9 接管，法兰，垫片和螺栓的选择 第 23

34、 页 （共 32 页） 9.29.2 垫片的选择垫片的选择 查钢制管法兰、垫片、紧固件 ，表 4.0.2-3 凹凸面法兰用 MFM 型垫片尺寸， 根据设计压力为 Pc=1.9184MPa，采用金属包覆垫片，选择法兰的密封面均采用 MFM（凹凸面密封） 。金属材料为纯铝板 L3，标准为 GB/T 3880，最高工作温度 200，最大硬度 40HB。填充材料为非石棉纤维橡胶板，代号为 NAS，最高工作温度 为 290。得对应垫片尺寸如下： 图图 9 9 垫片垫片 表表 1111 垫片尺寸垫片尺寸 管口名称公称直径 DN(mm) 内径 D1(mm) 外径 D2(mm) 厚度 (mm) 液位计口326

35、1.5823 放气管801201423 人孔5005305753 安全阀801201423 排污口801201423 液相出口801201423 液相进口801201423 气相管2045.5613 压力表口2045.5613 温度计口2045.5613 50 液化石油气储罐设计 第 24 页（共 32 页） 9.39.3 螺栓（螺柱）的选择螺栓（螺柱）的选择 根据密封所需压紧力大小计算螺栓载荷，选择合适的螺柱材料。计算螺栓直径 与个数，按螺纹和螺栓标准确定螺栓尺寸。选择螺栓材料为 Q345。 查钢制管法兰、垫片、紧固件中表附录，得螺柱的长度和平垫圈尺寸： 图图 1010 双头螺柱双头螺柱 图

36、图 3 3 螺母螺母 表表 1212 螺栓及垫片尺寸螺栓及垫片尺寸 紧固件用平垫圈 mm管口名 称 公称直 径 螺纹螺柱长 d1d2h 液位计 管 32M168517303 放气管80M1610017303 安全阀80M1610017303 10 鞍座选型和结构设计 第 25 页 （共 32 页） 排污口80M1610017303 液相出 口 80M1610017303 液相回 流管 80M1610017303 液相进 口 80M1610017303 气相管80M1610017303 压力表 口 20M127513242.5 温度计 口 20M127513242.5 1010 鞍座选型和结构设

37、计鞍座选型和结构设计 10.110.1 鞍座选型鞍座选型 常用卧式容器支座形式主要有鞍式支座,圈座和支腿三种。鞍式支座是应用最广 泛的一种卧式支座。鞍式支座适用于较重的大设备，由一块鞍形板、两块支撑板、 一块底板及一块竖板组成。支撑板焊于鞍形板和底板之间，竖板被焊接在它们的一 侧，底板搁在地基上，并用地脚螺栓加以固定。卧式设备一般用两个鞍式支座支承， 当设备过长，超过两个支座允许的支承范围的，应增加支座数目。双鞍座中一个支 座为固定支座，另一个鞍座为滑动支座。所以本次设计选择鞍式支座。 根据工作温度为-2048，按 JB/T 4731-2005 表 5-1 选择鞍座材料为 16MnR， 使用温

38、度为-20250，许用应力为sa= 170MPa。 估算鞍座的负荷：计算储罐总重量 m=m1+2m2+m3+m4 (30) 其中：m1 为筒体质量：对于 16MnR 普通碳素钢，取 =7.85103kg/m3 50 液化石油气储罐设计 第 26 页（共 32 页） m1=DL (31) =2.68.51810-37.85103=9805.3722kg m2为单个封头的质量：查标准 JB/T 4746-2002 钢制压力容器用封头中标 B.2 EHA 椭圆形封头质量，可知 m2=1064.2kg m3为充液质量：液化石油气水 故 m3（max）=水V=1000V (32) =1000（/42.6

39、28.5+22.5131） =50168.72kg m4为附件质量：选取人孔后，查得人孔质量为 331 kg，其他接管质量总和估 为 400 kg。 综上述：总质量 m=m1+2m2+m3+m4 =9805.3722+21064.2+50168.72 +400 =45593.845kg 62502.4922kg (33) 每个鞍座承受的重量为 G/2=mg/2=62502.49229.8/2=306.2 kN (34) 由此查 JB 4712.1-2007 容器支座。选取轻型，焊制 A，包角为 120，有垫 板的鞍座.，筋板数为 6。查 JB 4712.1-2007 表 3 得鞍座尺寸如表 5

40、，示意图如下图： 表表 1313 鞍座支座结构尺寸鞍座支座结构尺寸 公称直 径 DN2600腹板210b4500 允许载 荷 Q/kN440 l3295410 鞍座高 度 h250 筋板 b2268 垫板 e120 10 鞍座选型和结构设计 第 27 页 （共 32 页） l11800b3290 螺栓间 距 l21640 b130038 螺孔/孔 长 D/l20/40 底板 114弧长3030重量kg298 图图 4 4 鞍座鞍座 10.210.2 鞍座位置的确定鞍座位置的确定 因为当外伸长度 A=0.207L 时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截 面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上

41、保持等强度，考虑到支座截面处除弯 矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小 于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸 A 不超过 0.2L 值，为此中国现行标准 JB 4731 钢制卧式容器规定 A0.2L=0.2（L+2h） ，A 最大不超过 0.25L.否则由于容器外 伸端的作用将使支座截面处的应力过大。 由标准椭圆封头 50 液化石油气储罐设计 第 28 页（共 32 页） (35)2 2() i D Hh 有 h=H-Di / 4=690-2600/4=40mm 故 A0.2(L+2h)=0.2(8500+240)=1716mm 由于接管比较多，所以固定支座位于

42、储罐接管较多的左端。此外，由于封头的 抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，故封头对于圆筒的抗弯刚度具有局部的加强作用。 若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。 因此，JB 4731 还规定当满足 A0.2L 时，最好使 A0.5R m（Rm=Ri+n/2） ， 即 Rm=1716+18/2=1725mm 。 A0.5Rm =0.51716=858 mm ,取 A=860 mm 综上述：A=860 mm （A 为封头切线至封头焊缝间距离，L 为筒体和两封头直边 段的总长） 注：接管和法兰按最大重量的选取。注：接管和法兰按最大重量的选取。 1111 焊接接头的设计焊接接头的设计

43、11.111.1 筒体和封头的焊接：筒体和封头的焊接： b=02 p=236 2060 70 采用 Y 型对接焊接头和手工电弧焊，综合考虑材料选用 16MnR 焊条类型：E5018 铁粉低氢钾型 图图 5 5 Y Y 型坡口型坡口 12 主要参数汇总表 第 29 页 （共 32 页） 11.211.2 接管与筒体的焊接：接管与筒体的焊接： b=2+0.5 p=2+0.5 00 1 455 1 Ht 1 kt 2 k(8) cc 3 k0.7(8) cc 图图 6 6 带补强圈焊接接头结构带补强圈焊接接头结构 1212 主要参数汇总表主要参数汇总表 表表 1414 储罐各项参数储罐各项参数 钢制

44、卧式容器设计人杨雪静 计算条件简图 设计压力 P1.92MP 设计温度50 0C 筒体材料名称16MnR(正火) 封头材料名称16MnR(热轧) 封头类型椭圆形 筒体内径2600mm 筒体长度8500mm 筒体名义厚度18mm 筒体厚度附加量 C2mm 筒体焊接头系数1 封头名义厚度18mm 筒体质量9805.3722kg 封头质量1064.2kg 50 液化石油气储罐设计 第 30 页（共 32 页） 封头厚度附加量2mm 鞍座材料名称16MnR 鞍座宽度500mm 鞍座包角120 0C 鞍座高度 H250mm 支座形心至封头切线距离 A 860mm 支座垫板名义厚度14mm 储罐底壁坡度0

45、.010.02 13 总结 压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国 民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密 封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表 计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易 发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世 界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规 和标准实施监督检查和技术检验。 近两个星期的液化石油气储罐设计，可以说是对自己综合知识、能力的挑战。 从刚开始设计时的蒙头苍蝇到如今

46、的灵活运用。在设计期间我锻炼了很多，也收获 了很多！首先，通过液化石油气储罐的设计，我全面综合的了解了液化石油气的组 成成分和各参数的确定。其次，通过大量相关资料和书籍的参考，我对液化石油气 储罐的设计过程有了初步的了解。着手开始设计的那段时间确实比较痛苦，感觉无 从下手。正所谓万事开头难，通过与同学们的讨论，我找到了一种绝处逢生的感觉， 有了头绪和思路之后设计就显得水到渠成了。 不管是筒体、封头、鞍座、法兰、接管还是螺栓螺柱，每一种结构的设计都需 要有相关工具书作指导和标准的参考，设计起来的工作量很大。不过我在设计过程 13 总结 第 31 页 （共 32 页） 中也找了很多快乐，和大家讨论时的积极劲儿，这让我设计起来非常有动力。我按 着设计的时间安排一步一步的完成设计。到画草图和 CAD 制图时我们又迎来了新的 挑战，这次 CAD 的制图，让我们的 CAD 制图技术得到了很大提高