1、太原理工大學(xué)過程設(shè)備設(shè)計課程設(shè)計說明書 題目：20m3液化石油氣儲罐設(shè)計 專業(yè)：過程裝備與控制工程 班級：1102班 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師:晁攸明,張興芳,孫海洋2014年 12 月23 日20m3液化石油氣儲罐設(shè)計課程設(shè)計要求按照國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范進(jìn)行設(shè)計,掌握典型過程設(shè)備設(shè)計的過程一工藝設(shè)計- 5-1.設(shè)計壓力的確定- 5 -2.設(shè)計溫度的確定- 6 -二.機(jī)械設(shè)計- 6 -1.結(jié)構(gòu)設(shè)計- 7-1.1設(shè)計條件- 7 -1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計- 8 -材料選擇- 8-筒體和封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計- 10-筒體整體、接管、人孔分布圖- 10 -法蘭設(shè)計- 10 -接管設(shè)計- 13 -墊片的選擇- 13

2、-螺栓(螺柱)的選擇- 14-人孔和手孔結(jié)構(gòu)設(shè)計- 15-支座結(jié)構(gòu)設(shè)計- 17 -焊接接頭設(shè)計- 21 -2.強(qiáng)度計算- 23 -2.1液柱靜壓力計算- 23-2.2容器的筒體和封頭厚度設(shè)計- 24 -筒體厚度設(shè)計- 24-封頭厚度設(shè)計- 24-2.2開孔補(bǔ)強(qiáng)圈計算- 25 -3.強(qiáng)度校核- 26 -3.1水壓試驗應(yīng)力計算并校核- 26-3.2 氣密性實驗- 26 -結(jié)束語- 40 -參考文獻(xiàn)- 41 -1 工藝設(shè)計1.設(shè)計壓力的確定2.設(shè)計溫度的確定二.機(jī)械設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1設(shè)計條件 表22 管口表公稱規(guī)格連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)密封面用途或名稱PN25 DN20HG/T 20952-2009FM差壓傳

3、感器PN25 DN500HG/T 21518-2005MFM人孔PN25 DN20HG/T 20952-2009FM溫度計接管PN25 DN20HG/T 20952-2009FM壓力計接管PN25 DN100HG/T 20952-2009FM安全閥接管PN25 DN50HG/T 20952-2009FM排空管PN25 DN50HG/T 20952-2009FM排污管PN25 DN50HG/T 20952-2009FM氣相平衡管PN25 DN50HG/T 20952-2009FM氣相管PN25 DN50HG/T 20952-2009FM出液管PN25 DN50HG/T 20952-2009FM進(jìn)

4、液管PN25 DN20HG/T 20952-2009FM連通排污管PN25 DN50HG/T 20952-2009FM備用管1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計材料選擇筒體和封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計1.2.3筒體整體、接管、人孔分布圖法蘭設(shè)計 表24 接管設(shè)計墊片的選擇查過程設(shè)備設(shè)計第三版表4-11墊片的選用，根據(jù)介質(zhì)為液化石油氣、公稱壓力為2.5MPa、工作溫度為500oC以及密封面為凸面得出墊片的形式可以選用纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊，其材料可以選用0Cr13、鋼帶-石棉板、石墨-0Cr13等骨架。 圖3-5凹凸面型墊片螺栓（螺柱）的選擇 根據(jù)密封所需壓緊力大小計算螺栓載荷，選擇合適的螺柱材料。計算螺栓直徑與個數(shù)，按螺紋和螺栓

5、標(biāo)準(zhǔn)確定螺栓尺寸。選擇螺栓材料為Q345。查鋼制管法蘭、墊片、緊固件中表5.7-9和附錄中標(biāo)A.0.1，得螺柱的長度和平墊圈尺寸：圖3-6雙頭螺柱圖3-7螺母人孔和手孔結(jié)構(gòu)設(shè)計支座結(jié)構(gòu)設(shè)計焊接接頭設(shè)計筒體和封頭的焊接：=620 =6070 b=02 p=2 3采用Y型對接接頭和手工電弧焊圖3-11 Y型坡口 接管與筒體的焊接：=45+5 b=20.5 p20.5 H1=t t =8 k30.78圖3-13帶補(bǔ)強(qiáng)圈焊接接頭結(jié)構(gòu)2.強(qiáng)度計算2.1.液柱靜壓力：根據(jù)設(shè)計為臥式儲罐，所以儲存液體最大高度h maxD=2000mm。P靜（max）=gh max=0.499.82000=0.0096Mpa

6、 P液P設(shè) 5%=0.089Mpa 則 P靜 可以忽略不記。 Pc=P設(shè)=1.77Mpa2.2容器的筒體和封頭厚度設(shè)計筒體厚度設(shè)計封頭厚度設(shè)計2.3開孔補(bǔ)強(qiáng)圈計算 3.強(qiáng)度校核 3.1水壓試驗應(yīng)力計算并校核 3.2 氣密性實驗鋼制臥式容器計算單位太原理工大學(xué) 過控11計 算 條 件 簡 圖設(shè)計壓力 p1.77MPa設(shè)計溫度 t50筒體材料名稱Q345R封頭材料名稱Q345R封頭型式橢圓形筒體內(nèi)直徑 Di2000mm筒體長度 L5700mm筒體名義厚度 dn12mm支座墊板名義厚度 drn10mm筒體厚度附加量 C1.3mm腐蝕裕量 C11mm筒體焊接接頭系數(shù) F1封頭名義厚度 dhn12mm封

7、頭厚度附加量 Ch1.3mm鞍座材料名稱Q235-B鞍座寬度 b220mm鞍座包角 120支座形心至封頭切線距離 A475mm鞍座高度 H250mm地震烈度 八(0.2g)度內(nèi)壓圓筒校核計算單位太原理工大學(xué) 過控11計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計算條件筒體簡圖計算壓力 Pc 1.77MPa設(shè)計溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 2000.00mm材料 Q345R ( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗溫度下屈服點 ss 345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 1.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.0

8、0厚度及重量計算計算厚度 d = = 9.41mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 10.70mm名義厚度 dn = 12.00mm重量 3393.84Kg壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型 液壓試驗試驗壓力值PT = 1.25P = 1.7700 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 166.31 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力 Pw= = 2.01154MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力 st = = 166.31MPastf 189.00MPa校核條件stf

9、 st結(jié)論 合格左封頭計算計算單位 太原理工大學(xué) 過控11計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 Pc 1.77MPa設(shè)計溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 2000.00mm曲面深度 hi 500.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 1.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值 PT = 1.25Pc= 1.7700 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力stsT 0.90 ss = 3

10、10.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 165.86MPa校核條件sT sT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù) K = = 1.0000計算厚度 dh = = 9.39mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 10.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名義厚度 dnh = 12.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 415.41 Kg壓 力 計 算最大允許工作壓力 Pw= = 2.01690MPa結(jié)論 合格右封頭計算計算單位 太原理工大學(xué) 過控11計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 Pc 1.77MPa設(shè)計溫度 t 50.00 C

11、內(nèi)徑 Di 2000.00mm曲面深度 hi 500.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 1.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值 PT = 1.25Pc= 1.7700 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力stsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 165.86MPa校核條件sT sT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù) K = = 1.0000計算厚度 dh = = 9.39m

12、m有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 10.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名義厚度 dnh = 12.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 415.41 Kg壓 力 計 算最大允許工作壓力 Pw= = 2.01690MPa結(jié)論 合格臥式容器（雙鞍座）計算單位太原理工大學(xué) 過控11計 算 條 件簡 圖 計算壓力 pC1.77MPa 設(shè)計溫度 t50 圓筒材料Q345R 鞍座材料Q235-B 圓筒材料常溫許用應(yīng)力 s189MPa 圓筒材料設(shè)計溫度下許用應(yīng)力st189MPa 圓筒材料常溫屈服點 ss345MPa 鞍座材料許用應(yīng)力 ssa147MPa 工作時物料密度 485kg

13、/m3 液壓試驗介質(zhì)密度 1000kg/m3 圓筒內(nèi)直徑Di2000mm 圓筒名義厚度 12mm 圓筒厚度附加量 1.3mm 圓筒焊接接頭系數(shù) 1 封頭名義厚度 12mm 封頭厚度附加量 Ch1.3mm 兩封頭切線間距離 5750mm 鞍座墊板名義厚度 10mm 鞍座墊板有效厚度 10mm 鞍座軸向?qū)挾?b220mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心至封頭切線距離 A475mm 封頭曲面高度 500mm 試驗壓力 pT1.77MPa 鞍座高度 H250mm腹板與筋板組合截面積 20080mm2 腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)369095mm3 地震烈度8(0.2g)圓筒平均半徑 Ra 1006mm

14、物料充裝系數(shù) 0.9一個鞍座上地腳螺栓個數(shù)2地腳螺栓公稱直徑20mm地腳螺栓根徑17.294mm鞍座軸線兩側(cè)的螺栓間距1260mm地腳螺栓材料16Mn支 座 反 力 計 算 圓筒質(zhì)量(兩切線間)3423.71kg 封頭質(zhì)量(曲面部分)413.367kg 附件質(zhì)量0kg 封頭容積(曲面部分)1.0472e+09mm3 容器容積(兩切線間)V = 2.01586e+10mm3 容器內(nèi)充液質(zhì)量工作時, 8799.21壓力試驗時, = 20158.6kg 耐熱層質(zhì)量0kg總質(zhì)量工作時, 13049.6壓力試驗時, 24409kg單位長度載荷19.9548 37.3248N/mm支座反力64021.6

15、119751119751N筒 體 彎 矩 計 算圓筒中間處截面上的彎矩工作時= 5.58607e+07壓力試驗= 1.04486e+08Nmm支座處橫截面彎矩操作工況： -1.60909e+06壓力試驗工況： -3.00976e+06Nmm系 數(shù) 計 算K1=1K2=1K3=0.879904K4=0.401056K5=0.760258K6=0.0132129K6=0.010861K7=K8=K9=0.203522C4=C5=筒 體 軸 向 應(yīng) 力 計 算軸向應(yīng)力計算操作狀態(tài) 84.8494 83.2538MPa -1.64285 -0.0473229MPa水壓試驗狀態(tài) -3.07134 -0.

16、0885161MPa 86.2794 83.295MPa應(yīng)力校核許用壓縮應(yīng)力0.0010058根據(jù)圓筒材料查GB150圖4-34-12 B = 131.858MPa131.858131.858MPa 189 合格|,| 131.858 合格|,| 131.858 合格sT2 ,sT3 0.9ss = 310.5 合格MPa筒體和封頭的切應(yīng)力時(時,不適用)MPa時圓筒中：9.78883封頭中：4.4617MPa應(yīng)力校核封頭橢圓形封頭, 165.421碟形封頭, 半球形封頭, MPa圓筒封頭 t = 0.8 s t = 151.2 70.8294MPa圓筒, t t = 151.2 MPa 合格

17、封頭, th t h = 70.8294 MPa 合格鞍 座 處 圓 筒 周 向 應(yīng) 力無加強(qiáng)圈圓筒圓筒的有效寬度391.401mm無墊板或墊板不起加強(qiáng)作用時在橫截面最低點處MPa在鞍座邊角處L/Rm8時, MPaL/Rm8時, MPa無加強(qiáng)圈筒體墊板起加強(qiáng)作用時鞍座墊板寬度 ； 鞍座墊板包角橫截面最低點處的周向應(yīng)力-1.12369MPa鞍座邊角處的周向應(yīng)力L/Rm8時, MPaL/Rm8時, -19.1826MPa鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力L/Rm8時, MPaL/Rm8時, -30.9985MPa應(yīng)力校核 |s5| s t = 189 合格 |s6 | 1.25s t = 236.25

18、 合格 |s6 | 1.25s t = 236.25 合格MPa有加強(qiáng)圈圓筒加強(qiáng)圈參數(shù)加強(qiáng)圈材料, e = mm d = mm加強(qiáng)圈數(shù)量, n = 個組合總截面積, A0 = mm2組合截面總慣性矩, I0 = mm4設(shè)計溫度下許用應(yīng)力MPa加強(qiáng)圈位于鞍座平面上 在鞍座邊角處圓筒的周向應(yīng)力：MPa 在 鞍 座 邊 角 處 ，加 強(qiáng) 圈 內(nèi) 緣 或 外 緣 表 面 的 周 向 應(yīng) 力 ：MPa有加強(qiáng)圈圓筒加強(qiáng)圈靠近鞍座橫 截 面 最 低 點 的 周 向 應(yīng) 力 無墊板時，（ 或 墊 板 不 起 加 強(qiáng) 作 用 ） 采用墊板時，（墊板起加強(qiáng)作用）MPa 在橫截上靠近水平中心線的周向應(yīng)力：MPa 在

19、橫截上靠近水平中心線處，不與筒壁相接的加強(qiáng)圈內(nèi)緣 或 外 緣 表 面 的 周 向 應(yīng) 力 ：MPa加強(qiáng)圈靠近鞍座鞍座邊角處點處的周向應(yīng)力 無墊板或墊板不起 加強(qiáng) 作用L/Rm8時, MPa 無墊板或墊板不起 加強(qiáng) 作用L/Rm8時, MPa 采用墊板時，（墊板起加強(qiáng)作用）L/Rm8時, MPa采用墊板時，（墊板起加強(qiáng)作用）L/Rm8時, MPa應(yīng)力校核|s5| st = 合格|s6 | 1.25st = 合格|s7 | 1.25st = |s8 | 1.25stR = MPa鞍 座 應(yīng) 力 計 算水平分力24371.8N腹板水平應(yīng)力計算高度250mm鞍座腹板厚度10mm鞍座墊板實際寬度430m

20、m鞍座墊板有效寬度391.401mm腹板水平應(yīng)力無 墊 板 或 墊 板 不 起 加 強(qiáng) 作 用 , 墊板起加強(qiáng)作用, 3.79978MPa應(yīng)力判斷 s9 s sa = 98 合格MPa腹板與筋板組合截面應(yīng)力由地震水平分力引起的支座強(qiáng)度計算圓筒中心至基礎(chǔ)表面距離 1262mm軸向力20486.9 N, -13.1772MPa, MPa|ssa| 1.2sbt= 176.4 合格地腳螺栓應(yīng)力拉應(yīng)力 43.742MPasbt 1.2sbt = 204 MPa 合格剪應(yīng)力 MPatbt 0.8Kosbt = 136 MPa 合格溫差引起的應(yīng)力 47900.2N -20.5339MPa|stsa| ss

21、a = 147 合格注：帶#的材料數(shù)據(jù)是設(shè)計者給定的開孔補(bǔ)強(qiáng)計算計算單位太原理工大學(xué) 過控11接 管: N1, 53010計算方法: GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計 條 件簡 圖計算壓力 pc1.77MPa設(shè)計溫度50殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)1殼體內(nèi)直徑 Di2000mm殼體開孔處名義厚度n12mm殼體厚度負(fù)偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C21mm殼體材料許用應(yīng)力t189MPa接管軸線與筒體表面法線的夾角() 0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角() 接管實際外伸長度 300mm接管連接型式 插入式接管接管實際內(nèi)伸長度 0mm

22、接管材料 16Mn接管焊接接頭系數(shù) 1名稱及類型 管材接管腐蝕裕量 1mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱 Q345R凸形封頭開孔中心至 封頭軸線的距離 mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 840mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 12mm接管厚度負(fù)偏差 C1t 1mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差 C1r 0.3mm接管材料許用應(yīng)力t 181MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力t 189MPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計 算非圓形開孔長直徑 514mm開孔長徑與短徑之比 1 殼體計算厚度 9.4091mm接管計算厚度t 2.5059 mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr 1接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr 0.9577開孔補(bǔ)強(qiáng)計算直徑 d 514mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B 1004 mm接管有效外伸長度 h1 71.694mm接管有效內(nèi)伸長度 h2 0 mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A 4843mm2殼體多余金屬面積 A1 632 mm2接管多余金屬面積 A2 754mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 180 mm2A1+A2+A3= 1566mm2 ，小于A，需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積 A43627mm2A-(A1+A2+A3)3277mm2結(jié)論: