液化石油气卧式储罐课程设计Word格式.docx
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1.1设计任务及原始参数
1.2液化石油气的性质
2工艺参数计算
3
2.1设计压力的确定
2.2设计温度的确定
2.3设计存储量的确定
3储罐的结构设计
4
3.1筒体的材料选择及结构设计
3.2封头的材料选择及结构设计
5
3.3法兰和接管的结构及材料选择
6
3.4人孔的结构设计
8
3.5支座的材料选择及结构设计
3.6安全装置的设计
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3.6.1安全阀的选用
3.6.2液位计的选用
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3.6.3压力表的选用
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3.7焊接接头设计
4储罐的补强设计
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5储罐的强度计算及应力校核
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5.1储罐的强度计算
5.1.1圆筒轴向应力
5.1.2圆筒切向剪应力
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5.1.3封头切向剪应力
5.1.4圆筒周向应力
5.2储罐的应力校核
5.2.1圆筒及封头的应力校核
5.2.1支座的应力校核
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6安全管理
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7设计总结
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参考文献
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1概述
1.1设计任务及原始参数
本次设计要求根据给定的资料和数据，设计一个液化石油气储配站使用的液化石油气卧式储罐。
相关要求及数据如下表1-1所示。
表1-1液化石油气储罐的原始数据
存储介质
液化石油气
工作压力（MPa）
1.61
工作温度（℃）
-20~50
公称直径（mm）
2300
容积（m3）
60
充装系数
0.9
其他要求
100%探伤
1.2液化石油气的性质
液化石油气在常温常压下呈气态，在常温加压或常压低温下很容易从气态转变为液态，便于运输及贮存，故称液化石油气。
液化石油气主要组成有丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等四种。
除上述主要成分外，有的还含有少量的戊烷、硫化物和水等。
通常所说的液化石油气都存在液、气两种形态，液、气态处于动态平衡中。
液化石油气沸点很低，储罐内液化石油气受热膨胀，很可能会将储罐内空间充满，导致钢瓶胀裂发生爆炸。
液化石油气的饱和蒸汽压是随温度而变化的，温度升高，蒸汽压也增大。
此外液化石油气的蒸汽压和组份有关，不同组份有不同的蒸汽压。
大约温度每升高1℃，蒸汽压力增大约0.02—0.03MPa。
液化石油气极易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。
遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。
与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。
其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。
此外，液化石油气还具有易爆性，液化石油气的爆炸极限为1.5%—9.5%，其爆炸极限范围比汽油大，爆炸下限低，比汽油更易发生燃烧爆炸。
易产生静电积聚，在收发作业中易产生大量的静电积聚，易引起静电事故。
易膨胀性，液化石油气的膨胀系数大约是同温度下水的10—15倍。
当温度升高时，液化石油气的体积增大，压力急剧升高，一旦超过容器承压极限，就会造成容器破裂，增大火灾爆炸的危险性。
具有冻伤危险性，液化石油气气化潜热很大，平时液化石油气是加压液化储于钢瓶或罐中，在使用时减压后由液态汽化变为气体，这时会吸收大量热量。
若容器破裂，液化石油气由容器中喷出，溅到人身上，将会造成冻伤；
毒性，当人大量吸入液化石油气后会中毒，使人昏迷、呕吐、不适，严重时可使人窒息死亡，也可引起多种慢性病。
2工艺参数计算
2.1设计压力的确定
根据TSG_R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》，设计压力是指设定的卧式容器顶部的最高压力，其值不低于工作压力。
当容器上装有安全阀时，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不得低于安全阀的开启压力。
安全阀开启压力是指阀瓣在运行条件下开始升起，介质连续排出的瞬时压力，其值小于等于1.05~1.1倍容器的工作压力。
规定的工作压力为1.61MPa，取设计压力为工作压力的1.1倍，即设计压力应为：
式中Pd——设计压力，MPa；
P——工作压力，MPa。
2.2设计温度的确定
设计温度是指容器在正常操作时，在相应的设计压力下，壳壁或元件金属可能达到的最高或最低温度（壳体沿截面厚度的平均温度）。
当壳壁或元件金属的温度低于-20℃，按最低温度确定设计温度，除此之外，设计温度一律按最高温度选取。
液化气储罐的工作温度为-20℃~50℃，所以设计温度取最高温度50℃。
2.3设计存储量的确定
液态丙烷的密度为507kg/m3，液态丁烷的密度为583kg/m3，在丙烷:
丁烷=5:
5时，液态液化石油气的密度为545kg/m3。
设液态液化石油气的密度为545kg/m3进行计算，液化气储罐的设计存储量应为：
式中W——设计存储量，kg；
——充装系数；
V——容积，m3；
ρ——液化石油气密度，kg/m3。
3储罐的结构设计
3.1筒体的材料选择及结构设计
（1）筒体的材料选择
根据GB150.2-2011《固定式压力容器第二部分：
材料》中表2的规定，储罐筒体的材料选用Q345R，钢板标准为GB713。
由于储罐的工作温度为-20℃~50℃，相应温度下选许用应力为189MPa，钢板厚度为3~16mm。
（2）筒体长度设计
筒体直径DN=2300mm，根据JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》，选用EHA椭圆形封头，封头容积
=1.7588m3。
式中L——筒体长度，m。
筒体长度取整为15200mm。
（3）筒体厚度的设计
根据GB150.3-2011《固定式压力容器第三部分：
设计》计算筒体厚度。
储罐设计要求需100%探伤，所以取其焊接系数
。
式中
——圆筒内直径，mm；
——筒体计算厚度，mm；
——计算压力，MPa；
——设计温度下封头材料的许用应力，MPa；
——焊接接头系数。
根据《锅炉压力容器安全》中的建议，取钢板厚度负偏差C1=0.8mm，腐蚀裕度C2=2mm。
加钢材圆整值后名义厚度
筒体的相关设计汇总如下表3-1。
表3-1筒体的设计
项目
数据
筒体材料
Q345R
筒体长度（mm）
15200
筒体名义厚度（mm）
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3.2封头的材料选择及结构设计
（1）封头的材料选择
材料》中表2的规定，封头材料选用Q345R，钢板标准为GB713。
（2）封头的结构设计
由上一节筒体的长度设计的结论可知，选用EHA椭圆形封头。
根据JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》，总深H=615mm，内表面积A=6.0233m2。
——筒体公称直径，mm；
h——封头直边高度，mm。
封头内曲面深度
（3）封头厚度的计算
设计》计算封头厚度。
由GB150.3-2011《固定式压力容器第三部分：
设计》中的规定，取K=1.00。
——与封头连接的圆筒内直径，mm；
——封头计算厚度，mm；
K——椭圆形封头形状系数；
根据JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》查得，相应封头的质量为650.1kg。
封头的相关设计汇总如下表3-2。
结构尺寸如图3-1。
表3-2封头的设计
封头材料
封头类型
EHA椭圆形封头
封头总深（mm）
615
封头内表面积（mm2）
6.0233
封头直边高度（mm）
40
封头内曲面深度（mm）
575
封头名义厚度（mm）
封头质量（kg）
650.1
图3-1封头结构尺寸
3.3法兰和接管的结构及材料选择
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。
各接口都应设置相应的接管，通过法兰与外界连接。
（1）法兰的结构及材料选择
设计压力1.771MPa，根据HT/G20592-2009《钢制管法兰》表3.1.4，选用PN=6MPa，板式平焊法兰PL。
根据HT/G20592-2009《钢制管法兰》表8.1.1，PN=6MPa时，液位计口选接管公称直径32mm，压力表口，温度计口选接管公称直径20mm，其余管口可选接管公称直径DN=80mm。
由介质特性和使用工况，根据HT/G20592-2009《钢制管法兰》表3.2.2，选择密封面形式为突面RF。
根据各管公称直径及HT/G20592-2009《钢制管法兰》表8.2.2-1得各法兰的尺寸如表3-3所示。
表3-3各法兰的尺寸
（mm）
部件
公称尺寸DN
钢管外径A1
连接尺寸
法兰厚度
C
法兰内径B1
A
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（个）
螺栓
Th
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