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正规设计

太原理工大学

课程设计说明书

题目：

液化石油气储罐设计

院系：

化学工程学院

专业：

化学工程与工艺

班级：

工艺0903

姓名：

指导教师：

完成时间：

2012年1月12日

1.课程设计任务书

课程设计题目

（一）

30M3液化石油气储罐设计

课程设计要求及原始数据

一.课程设计要求

1按照国家压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。

2掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案的可行性

研究和论证。

、

3设计计算采用手算计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠

4独立完成。

二原始数据设计条件表

序号

项目

数值

备注

1

名称

液化石油气储罐

2

用途

液化石油气储配站

3

最高工作压力

1.77

4

工作温度

-20～50

5

公称容积（M3）

30

6

工作压力波动情况

可不考虑

7

装量系数（φv）

0.90

8

工作介质

液化石油气

9

使用地点

太原市，室外

课程设计主要内容

1.课程工艺设计

2.设备结构设计

3.设备强度设计

4.技术条件编制

5.绘制设备总装配图

6.编制设计说明书

专业班级化学工程与工艺0903学生李国鹏

要求设计工作起止日期2011.12.31~2012.01.12

指导教师签字日期

教研室主任审查签字日期

系主任批准签字日期

摘要

该压力容器采用Q345R材料进行设计以及加工的，设计体积为30m³，通过筒体封头厚度的计算，同焊接等方式相结合，接管与液位计的选择和确定等工艺加工过程制造适合在-20~50℃条件下工作的液化石油气储罐，该储罐长度与宽度之比在5左右，适合在特定空间下工作。

通过设计压力容器不但要精通CAD的用法和技巧性问题同时还要认真仔细分析每一个压力容器制造过程中的注意是一项，在以后的工作与学习环境当中不断认识和理解压力容器。

Q345是一种低碳合金钢，价格相对其优越性显得价格低廉一般压力容器通常会选用这样的钢材。

在压力容器的设计中有很多要考虚的因素，需要有水压校核和气压校核，通常情况下用水压做水压试压，但是往往在设计时会有很大空余量，感觉很多浪费了，但是当考虑到安全问题的时候就会想到压力容器相当于一个炸弹的威力，因此有余额是正常合理的，不要因为细小利益而失去大的利益。

生命安全高于一切。

目录

1.设备封头和筒体的设计6

1.1材料选择6

1.2筒体的内径和长度的确定7

1.3筒体和封头的厚度设计计算8

2.其他零部件的设计10

2.1人孔的设计10

2.2.法兰和接管的设计12

2.3液位计的设计13

2.4支座的设计14

3.焊接接头设计15

4.主要参考文献（资料）：

17

1.设备封头和筒体的设计

1.1材料选择

设计压力容器外壳要选择低碳钢低合金钢Q345R的屈服极限比碳素钢的屈服极限高出许多采用这类钢材制造压力容器可以减小设备重量降低制造成本同时给设备的运输和安装也带来很大方便，以强度设计为主的中压设备首选低合金钢。

综合考虑设备结构制造工艺实际工作条件（温度-20~475℃、压力<=35MPa、介质特性无要求等）以及材料的力学性能物理性能耐腐蚀性能价格与供应等诸多条件，Q345R为该压力容器筒体以及封头的最佳材料。

1.2筒体的内径和长度的确定

由设计任务书可知：

V=30m3

在一般情况下根据实际情况来设计液化石油气储罐的长度和高度，现假设所需筒体实际内径2000mm。

内径为2000mm，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DN2000mm.

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/m3

2000

525

4.4930

1.125

则筒体长度

取L′=8840mm

则实际体积

1.3筒体和封头的厚度设计计算

液化石油气饱和蒸汽压和饱和密度

温度℃

-15

10

30

50

饱和蒸汽压

MPa

液化石油气

0.183

0.319

0.722

10182

丙烷

0.279

0.616

1.058

1.709

饱和液密度

Kg/m3

液化石油气

571

543

512

485

物料的物理及化学性质,按最危险工况设计。

由于组分不明，丙烷的50℃饱和蒸汽压为工作压力即1.609MPa。

设计压力即为Pc=1.1*1.609=1.77MPa。

有压力可知该容器为中压容器所盛介质为易燃性故为第三类压力容器，在封头与筒体连接处可以选择对接焊100%无损伤测试将焊接接头系数定为1

静液压：

P

=ρgh=485*9.81*2=0.0095Mpa

0.0095<1.77*5%因此可以忽略静压力

筒体厚度假设筒体厚度

δ<16mm

则将σ]

=170MPa

带入得

δ=PcDi/（2[σ]

Ф-Pc）=10.47mm与所假设一致

材质正负偏差0.3mm腐蚀余量2mm则计算厚度为12.77mm将该厚度圆整可得筒体名义厚度为14mm有效厚度δe=11.7mm

封头厚度的设计同样假设δ<16mm

根据标准椭球形封头计算公式

δ=PcDi/（2[σ]

Ф-0.5Pc）=10.44mm10.44+C1+C2=12.74mm

经过圆整可以得到名义厚度δn=14mm有效厚度δe=11.7mm

水压试验

P

=1.25Pc[σ]/[σ]

取[δ]≈[σ]

则P

=1.25Pc=1.25*1.77=2.21MPa

经校核P

（Di+δe）/2δe≤0.9δb符合要求.

该过程所涉及数据经总结可列为一下表格

标准椭球形封头计算

计算单位

计算条件

椭圆封头简图

计算压力Pc

1.77

MPa

设计温度t

50.00

C

内径Di

2000.00

mm

封头深度H

525.00

mm

封头外延长度

25.00

mm

材料

16MnR

试验温度许用应力

170.00

MPa

设计温度许用应力t

170.00

MPa

钢板负偏差C1

0.3

mm

腐蚀裕量C2

2.00

mm

焊接接头系数

1.00

厚度及重量计算

计算厚度

=

=10.44

mm

有效厚度

e=n-C1-C2=11.7

mm

名义厚度

n=14.00

mm

重量

485.8

Kg

筒体的相关信息

卧式容器（双鞍座）

计算单位

计算条件

计算压力pC

1.77

MPa

设计温度t

50

℃

圆筒材料

16MnR（正火）

圆筒材料常温许用应力[]

170

MPa

圆筒材料设计温度下许用应力[]t

170

MPa

圆筒材料常温屈服点σ

345

MPa

工作时物料密度

485

kg/m3

液压试验介质密度

1000

kg/m3

圆筒内直径

Di

2000

mm

圆筒名义厚度

14

mm

圆筒厚度附加量

2.3

mm

圆筒焊接接头系数

1

封头名义厚度

14

mm

封头厚度附加量Ch

2.3

mm

两封头切线间距离

8840

mm

封头深度

525

mm

试验压力pT

2.21

MPa

2.其他零部件的设计

2.1人孔的设计

人孔、手孔、视镜、液面计结构设计

人孔手孔

人孔和手孔统称为检查孔。

压力容器开设检查孔的目的是为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷以及装拆设备的内部零部件。

一般当设备的工公称直径在900mm以下时根据需要设置适当的数量的手孔，超过900mm的应开设人孔，本次设计中公称直径为2000mm，故应开设人孔。

人孔有圆形和长圆形两种。

人孔大中小设置原则是方便人进出。

因此人孔的公称直径在在400-600mm，可根据容器致敬以及所处地区的冷暖程度来选择，太原气候适宜因此可开设500mm的人孔，当人孔经常打开时可选择快开人孔。

容器的公称直径大于等于1000mm且筒体与封头为焊接连接时，容器应至少设置一个人孔。

卧式容器筒体长度大于等于6000mm时，应考虑设置两个人孔。

因此本次设计应开始两个人孔。

现行人孔标准为HG/T21514-21535—2005《钢制人孔和手孔》。

该标准包括碳钢、低碳合金及不锈钢材料制造的所有人孔的结构类型、技术条件及尺寸系列等。

设计时可根据设计条件直接选用。

人孔正视图

公称压力2.5MPa，公称直径500H1=280A型盖轴耳MFM型密封面Ⅳ类材料

其中等长双头螺柱采用CrMoA、垫片材料采用：

内外环和金属带为0Cr18Ni9、非金属带为柔性石墨、D型缠绕垫的回转盖带劲对焊法兰孔其标记为

人孔MFMⅣs-35CM（W.D-222）A500-2.5HG/T21518-2005

人孔俯视图

密封形式

公称压力MPa

公称直径

dw*S

d

D

D1

H1

H2

b

凹凸面（MFM）

2.5

500

530*12

506

730

660

280

123

44

b1

b2

A

B

L

d0

螺柱（数）

43

48

405

200

300

30

20

螺母（数）

螺柱

总质量（Kg）

40

M33*2*170

302

2.2.法兰和接管的设计

由于所盛装的介质是液化石油气，因此所选择的法兰为带颈对焊法兰（凹凸面）

接管设计

接管外径选用以B系列为标准根据《钢制管法兰》HG/T20592-2009化工行业标准可以确定所应用的钢管于法兰

在选用凹凸面法兰时可以根基实际情况对上面的的法兰采用凹面（FM）型下部分采用凸型以便垫圈的安放

接管代号

公称尺寸

接管内外径

法兰外径与厚度

公称压力

连接尺寸标准

连接

用途或名称

H

DN50

57*5

165

20

PN2.5

PJ-HG20599

M

气相平衡管

E

DN80

89*6

200

24

PN2.5

PJ-HG20599

FM

排空口

M1

DN500

530*12

730

56

PN2.5

PJ-HG20599

MFM

人孔

M2

DN500

530*12

730

56

PN2.5

PJ-HG20599

MFM

人孔

B

DN20

25*4

105

16

PN2.5

PJ-HG20599

FM

压力表

C

DN20

25*4

105

16

PN2.5

PJ-HG20599

FM

温度计

D

DN80

89*6

200

24

PN2.5

PJ-HG20599

FM

安全阀

F

DN80

89*6

200

24

PN2.5

PJ-HG20599

M

液相进口

G

DN50

57*5

165

20

PN2.5

PJ-HG20599

M

液相出口

LG1

DN20

25*4

105

16

PN2.5

PJ-HG20599

M

液位计口

LG2

DN20

25*4

105

16

PN2.5

PJ-HG20599

M

液位计口

A

DN80

89*6

200

20

PN2.5

PJ-HG20599

FM

排污管

对于法兰采用标准件其形式与人孔相通可以进行确定

2.3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，工作温度在（-20,50），查表可见磁性液位计比较合适。

在该设计过程中，试验压力为为最大压力

PT=1.25*1.77=2.215MPa中心距2100mm需要在设计时特殊制作，介质密度0.485g/cm³结构型式为普通型显示方式可以为翻版（球柱）F材质选择0Cr18Ni10Ti（321）报警方式为上下限位报警器C

则液位计的标记为：

HG/T21584-95UZ2.5M-2128-0.485AF321C

2.4支座的设计

（1）鞍式支座分为重型和轻型两种轻型用A表示重型用B表示根据所用设计筒体直径和所承受载荷大小来进行选择首先进行整体的质量计算

鞍式支座

筒体以及所装液体总质量的计算

圆筒质量（两切线间）（Kg）

6146.94

封头质量（曲面部分）（Kg）

485.8*2=971.6

附件质量（Kg）

法兰

法兰估计为20Kg、

人孔；302*2=604

管子1；（89*6）1.73*4=6.9

包括排液管进液管安全阀排空管

管子2；（57*5）0.714*3+14.387=16.528

包括出液管气相平衡管

容器内充液质量（Kg）

工作时；13104.6

水压试验时；30022

工作时总质量（Kg）

20870.6

实验时总质量（Kg）

37787.9

测试时总重量（KN）

370

由此可以根据《鞍式支座第一部分：

鞍式支座》JB/T4712.1-2007

可以选择DN1000-2000mm、120度包角重型带垫式支座

有数据可知

公称直径

允许载荷[Q]/kN

高度

底板

腹板

筋板

垫板

螺孔间距l

鞍座质量/kg

增高100mm所增质量/kg

l

b

l

b

b

弧长

b

e

2000

875

250

1420

220

16

14

330

190

260

12

2330

460

10

90

1260

225

24

根基已知数据更好的展示了该垫板坚固的特点

由于存在温差应力可以

3.焊接接头设计

手工电弧焊常用对接接头坡口形式及尺寸

名称

坡口形式

坡口尺寸

适用范围

不开坡口

δ=3～6

b=0～2.5

薄板的壳体纵环对接焊缝

V形

δ=3～26

b=0～3

P=1～4

α=40°～60°

壳体纵环对接焊缝

X形

δ=12～60

b=0～3

P=1～3

α=40°～60°

壳体的纵缝（常为内外对称的X形坡口）

壳体的环缝（常为内外不对称的X形坡口内侧较小）

U形

δ=20～60

b=0～3

P=1～3

α=1°～8°

R=6～8

厚壁筒的单面环焊缝,但需氩弧焊打底

带垫板V形

δ=6～26

b=3～6

P=0～2

α=45°～55°

直径500mm以内的纵环焊缝（无法作双面焊的）,可不清根

如图所示为焊接的一些形式，在选择焊接形式上有着很重要的一点就是确定焊接接头系数从而来计算应力

在筒体封头和筒体之间的连接时可采用V型焊接厚度范围在3~26mm而本次设计的筒体在14mm取其中间范围因此更加容易焊接

手工电弧设备简单便于操作是用于各种焊接在压力容器中应用十分广泛。

钢板对接接管与筒体封头的连接等都可以采用手工电弧焊。

焊条的选用:

焊条要考虑以几个因素：

对低碳钢和低合金钢要按等强度原则选用焊条容器设计时要选择焊条即焊缝与母材强度相同或基本相同不要求化学成分相同

关于补强圈的设计

人孔比较大，应该进行不强不强厚度如何计算可根据书中给出的数据500mm人孔的JB/T4736-2002中数据D2=840，D1=D0+13由此可以采用截面积

接管公称直径DN/mm

外径D

/mm

内径D

/mm

500

840

543

500

840

543

（D

=d

+（12～16））D1=530+13=543mm

补强圈厚度计算：

δ1=D1*δ/（D2-D1）=19.1mm

4.主要参考文献（资料）：

[1]国家质量技术监督局.GB150-1998《钢制压力容器》

[2].国家质量技术监督局.《压力容器安全技术监察规程》.

[3]JBT4736-2002《补强圈》.2002

[4]《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》HG20660-2000

[5]《钢制压力容器用封头》JB/4746-2002

[6]《碳钢焊条》JB/T5117-1995

[7]《装备教科书》