课程设计（论文）30m3液化石油气储罐说明书.doc

目 录1课程设计任务书2设备的筒体和封头设计 21筒体的内径和长度的确定.22 筒体和封头的厚度设计计算 2. 3厚度的校核计算3其它零部件的设计 3.1液位计的设计3.2 管口设计3.3人孔设计3.4 支座设计4焊接结构设计5焊条选择6技术要求7. 参考资料及文献 课程设计任务书题目 30m3液化石油气储罐设计设计条件表序号项目数值单位备注1最高工作压力1.90MPa2工作温度常温3公称容积（Vg）30m34装量系数(v)0.905工作介质液化石油气6使用地点太原市，室外7管口条件液相进口管DN50；液相出口管DN50；安全阀接口DN80；压力表接口DN25；气相管DN50;放气管DN50；排污管DN50；液位计接口DN25，人孔DN450。2设备的筒体和封头设计 21筒体的内径和长度的确定 由设计任务书可知：V=30m3 设 L=3D 则有： 取内径为2300mm，由于筒体的内径较大，所以采用钢板卷制，公称直径为其内径DN2300mm. 选用标准椭圆形封头 EHA椭圆形封头内表面积及容积公称直径（mm）总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m323006156.02331.7588 则筒体长度 取L=6400mm 则实际体积 则体积相对误差为： 符合设计要求。 22筒体和封头的厚度设计计算 物料的物理及化学性质,按最危险工况设计温度饱和蒸汽压（bar）饱和密度Kg/升介质性质-20204050-20204050丙烯2.969.6515.8619.990.570.5150.4750.45易燃采用常温常压储存。根据上表的数据，取最高压力，即50丙烯的饱和蒸汽压19.99bar(绝压)所以储罐的工作压力为： 安全阀开启压力取： 设计压力取： 液柱压力（安装满时计算）： 所以可以忽略液柱的压力。计算压力 （1）压力容器类别确定一、划分总原则综合考虑压力容器中介质的危害程度、容器所受的压力的高低和容器容积的大小来确定容器的危险程度。二、介质的危险程度及分组压力容器的介质分为以下两组，包括气体、液化气体以及最高温度高于或等于标准沸点的液体：（1） 第一组介质，毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。（2） 第二组介质，除第一组以外的介质 由于该储罐为中压（1.6MPa<P <10MPa）,介质为液化石油气，液化石油气属于易爆介质，属于第一组介质，查压力容器的分类图1-1属于第三类容器 所以焊接时采用全部无损伤检测，双面焊接。接头系数=1腐蚀余量为 C2=3mm，钢板负偏差为C1=0.3mm. 钢板材料使用条件表材料名称使用条件Q235-B容器设计压力P1.6MPa,钢板使用温度0350，壳体厚度不大于20mm，不得用于毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器。Q235-C容器设计压力P2.5MPa,钢板使用温度0400，壳体厚度不大于30mm。Q245R或Q345R容器设计压力P35MPa,钢板使用温度-20475，对容器中的介质没有限制。由于介质的工作温度为-2050，所以选Q345R钢板许用应力表（摘自过程装备基础朱孝钦 主编）钢号使用状态厚度/mm常温强度指标在下列温度（）的许用应力/MPab/MPas/MPa20100150200250Q245R热扎或正火<164002451331331321231101636400235133132126116104Q345R热扎或正火<165103451701701701701561636490325163163163159147 选Q345R筒体厚度：假设 计算厚度 +C1+C2=16.59mm>16mm筒体厚度： 计算厚度 设计厚度 符合计算范围。 所以向上圆整后名义厚度n=18mm.标准椭圆形封头厚度计算厚度 设计厚度 符合计算范围。 所以向上圆整后名义厚度n=18mm. （2）液压试验采用水压试验 试验压力： 校核：有效厚度 而 。2.3厚度的校核计算 （1）质量确定 由于接管、人孔、液位计等质量相对于筒体和封头的质量较小，所以这里主要考虑筒体和封头质量 容器质量 正常操作状态下最大质量 水压试验时最大质量： （2） 建立力学模型，计算圆筒的弯矩 该卧式容器可简化为外伸梁受均布载荷，如图1baLx图1 L=L+40×2=6480mm 0.2L=1296 a=1200mm 其中了为按容积转化为相当于筒体容积的长度： 即 故 由重力产生的最大弯矩为： 正常操作状态时： 水压试验时：（3）计算圆筒跨中截面最大拉应力和最大压应力，进行应力校核 正常操作时，最大拉应力由介质压力及弯矩引起，位于该截面的最低点 整个跨中截面不会出现压应力水压试验在盛满水而为加压时有最大应力 而 正常操作时强度条件： 合格液压试验强度条件： 合格 其稳定条件为：查图得B=158MPa, 则稳定条件为合格 容器可以安全使用3其它零部件的设计 3.1液位计的设计 （1）液位计类型 由于该储罐的介质为液化石油气，工作温度常温，所以选用磁性液位计。 （2）液位计中心距 可简化容器为一圆筒，液体达到总体积的90%（本储罐的装量系数为0.0），可近似认为截面面积达到全面积的90%，所以下图所示的阴影面积为全面积的10%。即 即 迭代求解得：=46.6° 所以最高液面到筒体中心线的距离为： 所以选用中心距为1400mm的液位计，不对称安装。R （3）法兰与接管 由于介质为液化石油气，应采用带颈对焊法兰（突面）、带加强环的缠绕垫片（带外环）和专用级高强度螺栓组合，而且它的腐蚀性不大，所以材料不需要选太好的。为了有良好焊缝，接管材料选16Mn。同时接管伸出较长，需要支撑结构。综上所述，具体如下表名称标记数量总质量/kg备注液位计HG/T 21584-95 UZ 2.5-1400-0.45 AF 304 C120法兰HG/T 20592 法兰WN20-2.5 RF S=3.522垫片HG 20610 缠绕垫 D 25-25 123222接管25×3.5 L=395mm10.97接管25×3.5 L=495mm1.221.22全螺纹螺柱M12×2×80 8.8级 材料 35CrMoA80.48螺母M12 8级 材料 30CrMo16032筋板40×3 材料Q235A4现场确定长度3.2 管口设计 （1）管口中心线位置的确定 根据管口的性质可确定其安放位置，排污管在筒体的下方，其它在筒体的上方。 根据GB 150规定，按壳体开孔不另行补强设计要求设计法兰管的位置。要求如下 a.设计压力小于或等于2.5MPa。 b.两相邻开孔中心线的间距应不小于两孔直径之和的两倍。 c.接管公称外径小于或等于89mm。 d.接管最小壁厚满足下表：接管公称外径253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.01接管的腐蚀余量为1mm集中布管，顺序为：人孔，液相进口管、液相出口管、安全阀接口、压力表接口，气相进口管，气相出口管在壳体上方，排污口在壳体下方。1.离焊缝最近的人孔，所以它离焊缝距离应该不小于，则取人孔与焊缝距离为640mm；2.两相邻开孔中心线的间距应不小于两孔直径之和的两倍,则液相进口与液相出口距离为260mm，液相出口与安全阀接口距离为320mm、安全阀接口与压力表接口距离为气相进口管距离为280mm, 压力表接口与气相进口管距离为220mm,气相进口管与气相出口管距离为260mm。 （2）接管与法兰选取 考虑安全阀接口外径较大，紧固件较大（如螺柱），壳体内壁到法兰密封面的距离取200mm,其它也取200mm。根据壳体开孔不另行补强条件d条可确定接管厚度： 液相进口管，液相出口管，气相进口管，气相出口管，排污管5mm 安全阀接口接管6.0mm 压力表接管，液位计接管3.5mm由于本储罐装的是液氨，法兰采用带颈对焊法兰，缠绕垫片（带外环）。综上所述标准号名称材料数量总质量/kg备注HG20592法兰 WN50(B)-25 FM S=5.016Mn515.55液相进口管，液相出口管，气相进口管，气相出口管，排污管法兰HG20592法兰 WN25(B)-25 FM S=3.516Mn11.26压力表接管法兰HG20592法兰 WN25(B)-25 RF S=3.516Mn23.0液位计接管法兰HG20592法兰 WN80(B)-25 FM S=6.016Mn15.0安全阀接管法兰GB6479接管57×5.0 L=1500,L=12340,L=15516Mn524.76其中L=155取3条，其它一条GB6479接管32×5.0 L=150 L=495 L=39516Mn32.97压力表接管，液位计接管GB6479接管89×7.0 L=14516Mn11.77安全阀接管3.3人孔设计 （1）人孔选择 该卧式容器公称直径大于6000mm，设置两个个人孔，其公称直径取DN450。根据HG/T 21518-2005 钢制人孔和手孔选取：人孔 RF t-35CM (W·D-1232) B 450-2.5 HG/T 21518-2005具体结构和材料见标准（HG/T 21518-2005 钢制人孔和手孔）。（2）补强圈计算1.圆筒开孔所需补强面积 开孔直径 d=480-12*2+2×（2+0.3）mm=472.6mm 圆筒计算厚度 =14.91mm 接管有效厚度 et=12-1-0.3mm=10.7mm 强度削弱系数f=1.0 所以A=6837.7mm22.壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积： 有效补强范围的宽度B=917.2mm 所以A1=362.3mm23.接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积： 有效补强范围外侧高度h1=74.18mm有效补强范围内侧高度h2=0 mm 接管计算厚度 所以A2=1167.6mm24焊缝金属面积不考虑，可取A3=05另加补强面积：A4=A-A1-A2-A3=6837.7-362.3-1167.6=5307.8mm2所以补强圈厚度：考虑焊缝的补强作用，取c=20mm 标记：dN450×20-C-Q345R JB/T 4736质量：42.3kg3.4 支座设计 根据JB/T 4712-2007容器支座要求选择支座，圆筒的直径在1000mm以上，选轻型鞍座可满足要求，同时每个支座所受载荷为： 满足承载要求。 标记： JB/T 4712.1-2007 ，支座 A2300-F JB/T 4712.1-2007， 支座A2300-S 4焊接结构设计。1）、壳体A，B类焊接接头的设计该容器上的A,B类接头必须采用对接焊，不允许采用搭接焊。对接焊易于焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。该容器上的接管与壳体以及补强圈之间的焊接一般只能采用角接和搭接。2）、壳体C，D类焊接接头的设计 平盖，管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体，接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头，但已规定为A，B类的焊接接头除外。接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头均属于D类焊接接头，但已规定为A，B类的除外。3）、焊接接头坡口设计容器筒体，封头与接管法兰的厚度均在=326mm的范围，为了减小焊接变形和残余应力，因此可取接头坡口形式为X形。4、常用焊接方法与焊条的选择采用手工电弧焊，该方法设备简单，便于操作，使用于各种焊接，在压力容器制造中应用十分广泛，钢板对接，接管与筒体、封头的连接等都可以采用。考虑母材力学性能与化学成分，对低碳钢和低合金钢构件，要求等强度原则选择焊条，即要求焊缝与母材的强度相等或基本相等，而不要求焊缝的化学成分与木材相同。不同类型的低合金钢之间进行异种钢焊接时，应选与其中强度较低的钢材等强度的焊条进行焊接，再综合考虑金属进行热处理后，对其力学性能的影响构件的结构与刚性和经济性，该容器所用焊条使用型号如下表： 接头母材焊条型号焊条牌号Q345R+Q345RE5016(GB/T5117)J506Q235-A+Q235-AE4316(GB/T5117)J426Q235-A+Q345RE4303(GB/T5117)J422 6技术要求 （1）由于本储罐为中压容器，且盛装液氨的卧式容器，需要做焊后整体热处理。 （2）无损检测要求：对于A、B类焊接接头进行局部无损检测，合格级别RT-级，检测技术等级AB级。接管与壳体之间的焊缝采用MT-级。 7. 参考资料及文献、 GB150-1998钢制压力容器。北京：中国标准出版社，1998、 TSG R0004-2009。固定式压力容器安全技术监察规程。国家质量监督检验检疫总局颁布， 2009.8.31、 国家医药管理局上海医药设计院。化工工艺设计手册（第二版）。北京：化学工业出版社，1996、 吴粤焱主编。压力容器安全技术手册。北京：机械工业出版社，1999、 HG/T20668-2000化工设备设计文件编制规定。国家石油和化学工业局发布，2001.06实施、 全国化工设备设计技术中心站。化工设备图样技术要求。2000年11月、 JB/T4712-2007容器支座。北京：新华出版社，2007、 HG 2059220637-97 钢制管法兰、垫片、紧固件。、 JB 47004707-2000。压力容器法兰。昆明：云南科技出版社，2000、 HG/T21584-95 磁性液位计、 JB/T4736-2002，JB/T4746-2002。补强圈 钢制压力容器用封头、 HG/T20580-20585钢制化工容器设计基础规定等六项标准、 JB/T4730-2005承压设备无损检测。北京：新华出版社，2005、 JB/T4709-2000钢制压力容器焊接规程。昆明：云南科技出版社，2000、 HG/T2151421535-2005钢制人孔和手孔。北京：中国计划出版社，2005、 李世玉主编。压力容器设计工程师培训教程。北京：新华出版社，2005设计小结本次课程设计是结合所学课程的一次综合性设计,最后设计方案的确定接近实际操作,设计过程中我们逐步了解压力容器的设计步骤和只是需求,在逐步摸索中,我们学会如何查阅各种标准以及进行有理有据的选择,但涉及知识体系过于繁杂巨大,虽然大部分数据的由来由表查得,由于经验不足,在估算方面,难免会有较大的出入,而且在实际选择过程中有许多不到之处,在以后的学习中进一步向老师和同学请教!在此向耐心指导我们此次设计的刘俊明老师表示衷心的感谢