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乐橙10立方米卧式液化石油气储罐课程设计(内附

发布时间:2020-10-31 10:27

  过程装备与控制工程《过程装备设计》课程设计任务书 一、设计目的 1、复习巩固《过程装备设计》中的理论内容; 2、掌握设备设计的步骤、方法。熟悉常用设备设计的标准。 二、设计题目及设计任书 课程设计题目: ( 10 )M3( 1.57 )MPaDN(1800 )液化石油气(氨气)储罐设计 每人一题,从表中依次选取。 1、液化石油气储罐设计 见卧罐参数表,每人一组数据 2、设备简图 见附件。 3、设计内容与要求 (1)概述 简述储罐的用途、特点、使用范围等 主要设计内容 设计中的体会 (2)工艺计算 根据安装地点的气象记录确定容器的操作温度; 根据操作温度、介质特性确定操作压力; 筒体、封头及零部件的材料选择; (3)结构设计与材料选择 封头与筒体的厚度计算 封头、法兰、接管的选型和结构尺寸拟定; 根据容器的容积确定总体结构尺寸。 支座选型和结构确定 各工艺开孔的设置; 各附件的选用; (4)容器强度的计算及校核 水压试验应力校核 卧式容器的应力校核 开孔补强设计 焊接接头设计 (5)设计图纸 总装配图一张A1 三、参考文献 1. GB150《钢制压力容器》 2. HGJ20580-20585一套 3. JB4731-2005T+钢制卧式容器 4. HG20592-20635钢制管法兰、垫片、紧固件 5. HG21514-21535-2005 钢制人孔和手孔 6. JB/T 4736 《补强圈》 7. JB/T 4746 《钢制压力容器用封头》 8. JB/T 4712 《鞍式支座》 9. 《压力容器安全技术监察规程》2010 10. 郑津洋、董其伍、桑芝富.《过程设备设计》.化学工业出版社.2010 目 录 摘要 I Abstract II 第一章 绪论 - 1 - 1.1液化石油气储罐的用途与分类 - 1 - 1.2液化石油气特点 - 1 - 1.3液化石油气储罐的设计特点 - 2 - 第二章 工艺计算 - 3 - 2.1设计题目 - 3 - 2.2设计数据 - 3 - 2.3设计压力、温度 - 3 - 2.4主要元件材料的选择 - 4 - 第三章 结构设计与材料选择 - 6 - 3.1筒体与封头的壁厚计算 - 6 - 3.2筒体和封头的结构设计 - 7 - 3.3鞍座选型和结构设计 - 8 - 3.4接管、法兰、垫片和螺栓的选择 - 11 - 3.5 人孔的选择 - 16 - 3.6安全阀安全阀的选型 - 16 - 第四章 设计强度的校核 - 19 - 4.1水压试验应力校核 - 19 - 4.2筒体轴向弯矩计算 - 19 - 4.3筒体轴向应力计算及校核 - 20 - 4.4筒体和封头中的切应力计算与校核 - 22 - 4.5封头中附加拉伸应力 - 22 - 4.6筒体的周向应力计算与校核 - 22 - 4.7鞍座应力计算与校核 - 23 - 第五章 开孔补强设计 - 27 - 5.1 补强设计方法判别 - 27 - 5.2有效补强范围 - 28 - 5.3 有效补强面积 - 28 - 第六章 储罐的焊接设计 - 30 - 6.1焊接的基本要求 - 30 - 6.2焊接的工艺设计 - 31 - 设计总结 - 33 - 参考文献 - 34 - 摘要 本次设计的卧式储罐其介质为液化石油气。液化石油气是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。液化石油气是由碳氢化合物所组成,主要成分为丙烷、丁烷以及其他烷系或烯类等。丙烷加丁烷百分比的综合超过60%,低于这个比例就不能称为液化石油气。 液化石油气具有易燃易爆的特点,液化石油气储罐属于具有较大危险的储存容器。针对液化石油气储罐的危险特性,结合本专业《过程设备与压力容器设计》所学的知识,在设计上充分考虑液化石油气储罐各项参数,确保液化石油气储罐能安全运行,对化工行业具有重要的现实意义。 本次设计的主要标准有:GB150.3-2010《固定式压力容器》、《压力容器安全技术监察规程》、JB4731-2005《钢制卧式容器》。各零部件标准主要有:JB/T 4736-2002《补强圈》、HG 20592-20614《钢制管法兰、垫片、紧固件》、JB/T 4712.1-2007《鞍式支座》、HG21514-21535-2005《钢制人孔和手孔》等。 本次设计的步骤为:先根据容器要求确定压力容器所属类别,确定储罐主体及其接管所用材料、储罐主体的直径和长度,其次进行筒体和封头的壁厚计算并校核,然后计算人孔的开口补强面积和补强圈的厚度,再根据筒体和各个接管的总质量选择支座,最后进行安全阀的选型和校核。 关键词:液化石油气,压力容器,卧式储罐,设计 Abstract The horizontal design of its medium tanks of liquefied petroleum gas . Liquefied petroleum gas is a basic chemical raw materials and new fuel has become more and more attention. In the chemical production , liquefied petroleum gas through isolated ethylene , propylene, butylene , butadiene , etc., for production of plastics, synthetic rubber , synthetic fibers and the production of pharmaceuticals , explosives , dyes and other products. LPG is composed of hydrocarbons , mainly composed of propane , butane and other departments or alkyl vinyl and so on. Percent propane plus butane consolidated over 60% lower than this ratio can not be called LPG . Features with flammable liquefied petroleum gas , liquefied petroleum gas tanks are dangerous with large storage containers . LPG tanks for hazardous characteristics , combined with the professional process equipment and pressure vessel design knowledge learned in the design fully consider the parameters of LPG tanks , LPG ??tanks to ensure safe operation , has important practical implications for the chemical industry . The main design criteria are : GB150.3-2010 Stationary Pressure Vessels , Safety Technology Supervision pressure vessel , JB4731-2005 steel horizontal container . There are various parts standard : JB / T 4736-2002 reinforcing circle , HG 20592-20614 steel pipe flanges , gaskets , fasteners , JB / T 4712.1-2007 saddle mount , HG21514-21535-2005 steel manholes and hand holes and so on . The design procedure : first determining the pressure vessel Category determined over the tank body and the material used , the diameter and length of the main tank container according to requirements , and secondly the cylinder head wall thickness calculation and verification, then calculate the thickness of the manhole opening reinforcement area and reinforcement ring , and then choose based on the total mass of the cylinder and bearing various takeover , the final selection and check valve . Keywords : LPG , pressure vessels ,horizontal tanks,design 第一章 绪论 1.1液化石油气储罐的用途与分类 液化石油气储罐有压缩气体或液化气体储罐等,液化石油气储罐按容器的容积变化与否可分为固定容积储罐和活动容积储罐两类,大型固定容积液化石油气储罐制成球形,小型的则制成圆筒形。活动容积储罐又称低压储气罐,俗称气柜,乐橙其几何容积可以改变,密闭严密,不致漏气,并有平衡气压和调节供气量的作用,压力一般不超过60MPa。 目前我国普遍采用常温压力贮罐,常温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形贮罐。球形贮罐和圆筒形贮罐相比:前者具有投资少,金属耗量少,占地面积少等优点,但加工制造及安装复杂,焊接工作量大,故安装费用较高。一般贮存总量大于500m3时选用球形贮罐比较经济; 而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单,安装费用少等优点,但金属耗量大占地面积大,所以在总贮量小于500m3,单罐容积小于100m3时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形贮罐, 只有某些特殊情况下(站内地方受限制等) 才选用立式。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。 1.2液化石油气特点 液化石油气是无色气体或黄棕色油状液体有特殊臭味。液化石油气是从石油的开采、裂解、炼制等生产过程中得到的石油尾气副产品,通过一定程序,对石油尾气加以回收利用,采取加压的措施,使其变成液体,装在受压容器内,液化气的名称即由此而来。它在气瓶内呈液态状,一旦流出会汽化成比原体积大约二百五十倍的可燃气体,并极易扩散,遇到明火就会燃烧或爆炸。 气态的液化石油比空气重约1.5倍,该气体的空气混合物爆炸范围是1.7%至9.7%,遇明火即发生爆炸。所以使用时一定要防止泄漏,不可麻痹大意,以免造成危害。因此,往槽车、贮罐以及钢瓶充灌时要严格控制灌装量,以确保安全。因为液化石油气是由多种碳氢化合物组成的,所以液化石油气的液态比重即为各组成成份的平均比重,如在常温20℃时,液态丙烷的比重为0.50,液态丁烷的比重为0.56至0.58,因此,液化石油气的液态比重大体可认为在0.51左右,即为水的一半。 液化石油气呈液态时的特点。(1)容积膨胀系数比汽油、煤油以及水等都大, 约为水的16倍, 因此,往槽车、贮罐以及钢瓶充灌时要严格控制灌装量,以确保安全;(2)容重约为水的一半。因为液化石油气是由多种碳氢化合物组成的,所以液化石油气的液态比重即为各组成成份的平均比重,如在常温20℃时,液态丙烷的比重为0.50,液态丁烷的比重为0.56至0.58, 因此,液化石油气的液态比重大体可认为在0.51左右,即为水的一半。 1.3液化石油气储罐的设计特点 卧式液化石油气储罐也是一个储存压力容器, 也应按GB—150《钢制压力容器》进行制造、试验和验收,并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》(简称容规) 的监督。液化石油气储罐, 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。储罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。储罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。 第二章 工艺计算 2.1设计题目 101.57Mpa液化石油气储罐的设计 2.2设计数据 表2-1 设计数据 序号 项目 数值 单位 1 名称 10液化石油气储罐 2 用途 液化石油气储配站 3 最大工作压力 1.57 Mpa 4 工作温度 50 5 公称直径 1800 mm 6 容积 10 7 装量系数 0.9 8 工作介质 液化石油气(易燃) 9 其他要求 100%无损检测 2.3设计压力、温度 设计压力取最大工作压力的1.10倍, 工作温度为50℃,设计温度取55℃ 2.4主要元件材料的选择 2.4.1 筒体、封头材料的选择 根据GB150.2-2010表2,选用筒体、封头材料为低合金钢Q345R(钢材标准为GB713)。Q345R适用范围: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。 表2-2 石油化工设备的腐蚀裕 腐蚀程度 极轻微腐蚀 轻微腐蚀 腐蚀 重腐蚀 腐蚀速率 腐蚀裕量 通过表2-2,取腐蚀余量,钢板负偏差。 表2-3 Q345R在16-36mm范围下的许用应力 Q345R 在下列温度(℃)下的许用应力(MPa) 100 150 200 250 185 185 153 143 130 许用应力:假设钢板厚度在16~36mm之间,查表2-3,得 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。 2.4.2 鞍座材料的选择 根据JB/T4731,鞍座选用材料为Q235-A,其许用应力 2.4.3地脚螺栓的材料选择 地脚螺栓选用符合GB/T 700规定Q235的许用应力 第三章 结构设计与材料选择 3.1筒体与封头的壁厚计算 3.1.1筒体壁厚的设计 计算压力: 液柱静压力: 故液柱静压力可以忽略,。 圆筒的厚度在16至36mm范围内,查GB150.2-2010《固定式压力容器第二部分》中表4-1,可得:在设计温度50下,屈服极限强度, 许用应力利用中径公式,筒体计算厚度: 查标准HG20580-HG20585-2010《钢制化工容器相关标准》表A-1知, 钢板厚度负偏差为0.30mm。 查表2-3取:钢材的腐蚀裕量取, 则筒体的设计厚度: 则筒体的名义厚度: 向上圆整后,取名义厚度, 筒体的有效厚度 3.1.2封头壁厚的设计 选用标准椭圆形封头,其形状系数K=1,封头采用钢板整体冲压而成,焊接接头系数取,故封头计算厚度 同上,取,。 则,封头的设计厚度 则,封头的名义厚度: 向上圆整后,名义厚度=12mm,封头的有效厚度 3.2筒体和封头的结构设计 3.2.1 封头的结构尺寸 根据JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中EHA椭圆形封头内表面积、容积。如表3-1 表3-1 :EHA椭圆形封头内表面积、容积 公称直径DN /mm 总深度H /mm 内表面积A/ 容积/ 1800 475 3.6535 0.8270 由,得 如下图3.1 图3.1椭圆形封头简图 3.2.2 筒体的长度计算 根据 ,充装系数为0.9。 即可求得筒体长 圆整后,=6.0m 满足在2~5范围内的要求,故选择DN=1800mm是合理的选择。 3.3鞍座选型和结构设计 3.3.1 鞍座选型 该卧式容器采用双鞍式支座,材料选用Q235-A。估算鞍座的负荷: 储罐总质量 ——筒体质量: ——单个封头的质量:查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》EHA椭圆形封头质量 可知, ——充液质量: ——附件质量: 综上所述, 则有: 每个鞍座承受的重量为59.86KN。 由此查JB4712.1-2007容器支座,选取轻型,焊制为A,包角为120°,有垫板筋板数为4的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表3-2: 表3-2:鞍式支座结构尺寸 公称直径 DN 1800 腹板 10 垫板 430 允许载荷 Q/kN 295 筋板 295 10 鞍座高度 h 250 190 e 80 底板 1280 260 螺栓间距 1120 220 8 螺孔 D 24 12 垫板 弧长 2100 螺纹 M20 鞍座质量 Kg 162 增加100mm高度,增加的质量16kg 3.3.2 鞍座位置的确定 因为当外伸长度A=0.207L时,双支座跨度中央的弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等。为了减小支座截面处的最大弯矩,使其应力分布合理,一般取,其中为两封头切线间的距离,为鞍座中心线至封头切线的距离。 故 鞍座的安装位置如图3.2所示: 图3.2 鞍座示意图 此外,当鞍座邻近封头师,则封头对支座处筒体有刚性加强作用,为了充分利用这一加强效应,在满足A≤0.2L的情况下应尽量使,最好使(为筒体中面半径)。 即 ,取A=450mm,综上有:A=450mm (A为鞍座中心线至封头切线的距离,L为两封头切线接管、法兰、垫片和螺栓的选择 3.4.1接管和法兰 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。法兰简图如图3.3所示,接管和法兰布置如图3.4所示: 图3.3 法兰结构简图 图3.4储罐各管口示意图 查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中PN10带颈对焊钢制管法兰(除人孔法兰外),选取各管口公称直径,查得各法兰的尺寸、质量,法兰密封面均采用FM型式。 表3-3:接管和法兰尺寸 序号 名称 公称直径(DN) 钢管外径法兰焊端外径(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(个) 螺栓Th 法兰厚度(C) 法兰颈 法兰高度H 法兰质量 N S R a 进气口 80 89 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4 b 人孔 500 530 670 620 26 20 M24 28 562 7.1 16 12 90 39.5 c 出气口 80 89 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4 d 温度计口 20 25 105 75 14 4 M12 18 40 2.3 6 4 40 1 e 压力表口 20 25 105 75 14 4 M12 18 40 2.3 6 4 40 1 f 安全阀口 100 108 220 180 18 8 M16 20 131 3.6 12 8 52 4.5 k1-2 液位计口 32 38 140 100 18 4 M16 18 56 2.6 6 6 42 2 g 排空口 50 57 165 125 18 4 M16 18 74 2.9 8 5 45 2.5 h 排污口 80 89 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4 m 进液口 80 89 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4 S 出液口 80 89 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4 3.4.2 垫片 查HG/T 20592-20635《钢制管法兰、垫片、紧固件》得: 表3-4 垫片尺寸表 符号 管口名称 公称直径 内径D1 外径D2 a 进气口 80 89 120 b 人孔 500 530 575 c 出气口 80 89 120 d 温度计口 20 27 50 e 压力表口 20 27 50 f 安全阀口 100 115 149 k1-2 液位计口 32 43 65 g 排空口 50 61 87 h 排污口 80 89 120 m 进液口 80 89 120 S 出液口 80 89 120 注:1:垫片型式为石棉橡胶板。 2:填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。 3:人孔法兰垫片厚度为3mm,其他法兰垫片厚度为1.5mm 3.4.3 螺栓(螺柱)的选择 查HG/T 20592-20635《钢制管法兰、垫片、紧固件》,得螺柱的长度和平垫圈尺寸: 表3-5 螺栓及垫片 符号 六角头螺栓和螺柱 公称直径 DN 螺纹 数量 N(个) 质量(kg) 质量(kg) a 80 M16 8 65 149 90 144 b 500 M24 20 90 482 125 450 c 80 M16 8 65 149 90 144 d 20 M12 4 55 64 75 60 e 20 M16 4 55 64 75 60 f 100 M16 8 65 149 90 144 k1-2 32 M16 4 60 141 85 136 g 50 M16 4 60 141 85 136 h 80 M16 8 65 149 90 144 m 80 M16 8 65 149 90 144 S 80 M16 8 65 149 90 144 3.5 人孔的选择 根据HG/T 21518-2005,选用公称压力PN=4.0MPa,公称直径DN500mm的回转盖带颈对焊法兰人孔,密封面为凹凸面(MFM),接管为20号钢,其明细尺寸见下表: 表3-6 人孔尺寸表(单位:mm) 密封面型式 凹凸面 D 755 52 48 公称压力 4 670 57 螺柱数量 20 公称直径 500 360 A 430 螺母数量 40 53014 222 螺柱尺寸 d 498 b 57 总质量kg 417 3.6安全阀安全阀的选型 50℃时液化石油气的饱和蒸汽压为1.62MPa(表压),安全阀的排放压力: 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: 式中:——液化石油气储罐的安全泄放量,kg/h; ——在泄放状态下液化气体的汽化潜热,kJ/kg;液化石油气的汽化潜 热 q=427.1(KJ/kg)( 50℃) F——系数 对于容器在地面上时,F=1; ——储罐的受热面积,m2。 对椭圆形封头的卧式储罐,。以上计算的公式中:为储罐外径,m;L为卧式储罐总长,m。 则 安全阀额定排量可按下式计算: 式中: ——安全阀的额定排量,kg/h; ——安全阀的排放压力(绝对),MPa; ——安全阀的排气温度,K; ——介质的分子量,; ——安全阀的排气面积,; 已知丙烷的绝热指数,则其特性系数为 全启式安全阀的公称直径与流道直径如下表3-7所示。可得的全启式安全阀(PN2.5),流道直径为。 所以安全阀的流道面积为: 表3-7 全启式安全阀的公称直径与流道直径表 公称直径(mm) 15 20 25 32 40 50 80 100 150 200 流道直径 mm 全启式 PN1.6,2.5,6.4 20 25 32 50 65 100 125 PN10 20 25 32 40 50 80 PN16,32 15 20 PN1.6,2.5,4.0,6.4 12 16 20 25 32 40 65 80 微启式 PN16 12 8 32 14 查有关数据可得液化石油气的临界压力;临界温度;饱和蒸汽压为1.88的液化石油气,其饱和温度约为排放状态的液化石油气,其对比压力;对比温度。查表得液化石油气在此条件下的压缩系数为。液化石油气的分子量约为。 将上述数据带入以下公式,得安全阀的额定排量为: 对比安全阀的排量与容器的安全泄放量可知: 选择,DN100,PN2.5,型号为A42Y-16C的弹簧式全启封闭型安全阀符合要求。 第四章 设计强度的校核 4.1水压试验应力校核 试验压力: ,所以水压试验合格。 图4.1 双鞍座卧式储罐载荷、支座反力、剪力及弯矩图 4.2筒体轴向弯矩计算 工作时支座反力: 圆筒中间处截面上的弯矩: 鞍座处横截面弯矩: 4.3筒体轴向应力计算及校核 4.3.1圆筒中间横截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力 最高点处: 最低点处: 4.3.2压力及轴向弯矩引起的轴向应力 因鞍座平面上,鞍座处筒体有加强圈或已被封头加强,取鞍座包角,查《过程设备设计》表5-1得,,。 鞍座横截面最高处点轴向应力: 鞍座横截面最低点处轴向应力: 4.3.3筒体轴向应力校核 因轴向许用临界应力由 006 根据圆筒材料查标准可得。 , ,合格 ,合格 ,合格 4.4筒体和封头中的切应力计算与校核 因,筒体无加强圈,但被封头加强,查《过程设备设计》中表5-2得,,其最大切应力位于靠近鞍座边角处: 因圆筒,故切应力校核合格。 4.5封头中附加拉伸应力 由内压力引起的拉伸应力 (K=1.0) 则 故封头拉伸应力校核合格。 4.6筒体的周向应力计算与校核 圆筒的有效宽度 ,当容器焊在支座上时,取,查JB/4731-2005可得,。 4.6.1鞍座在横截面最低点处周向应力 4.6.2鞍座角边处的周向应力 因为 ,所以有 应力校核: 合格 合格 4.7鞍座应力计算与校核 4.7.1腹板水平应力及强度校核 由可得,水平分力。 计算高度, 鞍座腹板厚度, 腹板水平应力: 应力校核 合格 4.7.2腹板与筋板组合截面应力计算及校核 圆筒中心至基础表面距离: 查表知:地震强度为8度(0.20g)时,水平地震影响系数 则水平地震力 筋板面积: 鞍座底板与基础间的静摩擦力: 因水平地震力,故按公式 则: 形心: 腹板与筋板组合截面断面系数: 取鞍座底板与基础间(水泥)静摩擦系数; 即 合格。 4.7.3地震引起的地脚螺栓应力 鞍座上地脚螺栓n=2,筒体轴线两侧螺栓间距 每个地脚螺栓的横截面积: 倾覆力矩: 由倾覆力引矩起地脚螺栓拉应力: 地脚螺栓选GB/T150规定的Q235, 合格 地脚螺栓切应力: 合格 第五章 开孔补强设计 根据GB150中8.3,当设计压力小于或等于2.5MPa时,在壳体上开孔,两相邻开孔中心的间距不小于两孔直径之和的两倍,且接管公称外径不大于89mm时,接管厚度满足要求,不另行补强,故该卧式储罐中DN=500mm的人孔需要补强。 5.1 补强设计方法判别 按HG/T 21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。 开孔直径 , 则 且,故可以采用等面积法进行开孔补强计算。 接管材料选用20号钢,其许用应力 根据GB150-1998中式8-1: 式中:壳体开孔处的计算厚度; 接管的有效厚度; 强度削弱系数, 则开孔削弱所需补强截面积 5.2有效补强范围 5.2.1有效宽度B的确定 按GB150中式8-7,有效宽度: 5.2.2有效高度的确定 根据GB150中式8-8,得: 外侧有效补强高度 内侧有效补强高度 5.3 有效补强面积 根据GB150中式8-10及式8-13,分别计算如下: 5.3.1 筒体多余面积 5.3.2接管的多余面积 接管厚度: 所以 5.3.3焊缝金属截面积 焊角取6mm,则 5.3.4补强面积 因 故,则开孔后需另加补强,补强面积: 5.3.5补强圈设计 根据接管公称直径DN500选补强圈,参照《JB/T 4736-2002 补强圈》 取补强圈外径,因,所以补强圈在有效补强范围内。 补强圈的计算厚度: 补强圈厚度: 圆整取名义厚度为16mm即可。 第六章 储罐的焊接设计 此次设计结构形式为单层的第三类储存压力容器,用来盛装生产用的液化石油气双鞍座卧式储罐。设计压力为1.727Mpa,设计温度为55摄氏度范围内,设备空重约为13000Kg,体积为10立方米,属于中压容器。液化石油气为易燃易爆介质,且有毒,且该储罐必须在有遮阳和水喷淋情况下使用,所以液化石油气卧式储罐是典型的重要焊接结构,焊接接头是其最重要的连接结构,焊接接头的性能会直接影响储存液化石油气的质量和安全。 6.1焊接的基本要求 1.设备的施工应符合GB150-1998《钢制压力容器》,验收应接受《压力容器安全技术监督规程》中的相关规定; 2.焊接采用电弧焊,焊条型号,低合金钢之间E5016,碳钢间E4303; 3.焊接接头的形式及尺寸按图要求,角焊缝的焊脚高度为较薄件的厚度,法兰的焊接按相应的法兰标准规定,对接接头与角接接头需全焊透,接管焊缝成形表面均应圆滑过渡,不得有裂纹、咬边、及棱角; 4.壳体钢板按GB6654-1996《压力容器钢板》及修改单中正火状态供货,且逐张进行超声检测,质量标准应不低于JB/T4730. 3-2005中规定的II级, 壳体的A类纵向焊接接头制备产品焊接试板,按《容规》第25条进行材料复验,坡口表面进行IOO%磁粉检测,并符合JB4730. 4-2005中规定的I级; 5.筒体长度小于15m,塔体直线mm,安装垂直度允差为12mm; 6.裙座螺栓孔中心圆直径允差以及任意两孔弦长允差均为2mm; 7.壳体用钢板轧制,逐张进行-19℃夏比(V型缺口)冲击试验(横向),三个试样冲击平均值不得低于20J,允许其中一个试样冲击功小于平均值,但不得小于14J; 8.钢管应逐根按JB/T4730. 3-2005中I级为合格; 9.支座简体与封头的焊接接头必须采用全焊透连续焊,并进行磁粉检测,符合JB/T4730. 4-2005中I级为合格; 10.设备压力试验合格后对全部焊缝按JB/T4730.4-2005进行磁粉检测,符合I级为合格,复验焊缝; 11.热处理后,设备本体不得再行施焊; 12.对储罐中A、B、D类焊接接头进行硬度检测,其硬度应小于等于200HB。检测数量按照每条A、D类焊接接头测一组,每条B类焊接接头每隔120度测一组,每组包括母材、热影响区和焊缝各一处。 6.2焊接的工艺设计 图6.1 A、B、C、D分别表示焊接接头的形式 6.2.1坡口形式 由于焊接厚度为18mm,因而需要开坡口,由于厚度比较厚,若开V型坡口的话,产生较大的开口,一方面会浪费较多的焊条,而且焊接费时间,若开U型坡口的话,可以减小开口,而且U型坡口有利于焊剂的流入,同时可以减小焊接应力,减少裂纹的产生,故最终选择U型坡口。 6.2.2焊接姿势 平焊 6.2.3焊接材料的选择 焊条的选用主要考虑焊缝的使用性和施焊的工艺性,配合HIOMnSi等焊丝可焊接低碳钢和某些低合金钢(16Mn)结构。故选择焊剂SJl01,根据焊接丁艺要求,选用焊条J507,并查常用焊丝焊剂表,选用焊丝HlOMnSi,焊剂SJIOI。 6.2.4内面焊接—焊条电弧焊 查相关标准,由被焊工件的厚度选择焊条直径为5mm,确定焊接电流为200-270A,焊接电压选择为22-30V,采用短弧焊接,长度一般为2-6mm。焊接线KJ/cm,焊接速度约为18cm/min,平焊,焊接层数4层。 6.2.5外面焊接—埋弧焊 选择焊丝直径为5mm,根据焊接速度要求选择MZ-IOOO型焊机,其他参数同内面焊接参数。 6.2.6筒节纵向焊缝焊接工艺 由GB150-1998《钢制压力容器》规定,圆筒部分的纵向接头,球形封头与圆筒连接的环向接头,各类凸形封头中的所有焊接接头以及嵌入式接管,与壳体对接连接的接头均属A类焊接接头。所以,此类焊缝坡口采用机加工坡口,并清除油锈,用碳弧气刨并打磨。 焊接的工序为,清理坡口,并进行磁粉检测(MT);进行装配点焊;内部进行焊条电弧焊;外部清根并打磨,进行MT检测;外部进行埋弧焊;焊后热处理。 6.2.7筒节环向焊缝焊接工艺 由GB150-1998《钢制压力容器》规定,壳体部分的环向焊接接头,锥形封头与接管连接的接头等均属于B焊头,已经规定的除外,所以此类焊缝坡口采用机加工坡口,并清除油锈,用碳弧气刨并打磨。 焊接的工序为,清理坡口,并进行磁粉检测(MT);进行装配点焊;内部进行焊条电弧焊;外部清根并打磨,进行MT检测;外部进行埋弧焊;焊后热处理。 设计总结 液化石油气储罐有压缩气体或液化气体储罐等,液化石油气储罐按容器的容积变化与否可分为固定容积储罐和活动容积储罐两类,大型固定容积液化石油气储罐制成球形,小型的则制成圆筒形。活动容积储罐又称低压储气罐,俗称气柜,其几何容积可以改变,密闭严密,不致漏气,并有平衡气压和调节供气量的作用,压力一般不超过60MPa。 我设计的是1.727MPa设计压力下,全容积为10m3回流卧式储罐,容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准,设计时可直接选用。本设计书主要介绍了储罐的的筒体、封头的设计计算,低压通用零部件的选用。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准,这样让设计有章可循,并考虑到结构方面的要求,合理地进行设计。通过查取相关国家标准,根据实际要求按照常规设计的方法与步骤,根据设计取得相关数据,各项数据经校核后符合设计要求。 经过三周的课程设计,课堂上学的知识得到了运用,一些公式的意义得到了理解,熟悉了各种查国标的方法,CAD的制图能力也得到了锻炼,课程设计是很有意义的一种考核和锻炼。由于课程设计时间和本人知识水平的有限,本设计可能有一些不足或错误,希望得到老师的指正。 最后感谢卢霞老师对我们课程设计的悉心指导。 参考文献 [1] GB150-1998《钢制压力容器》 [2] JB4712.1-2007《鞍式支座》 [3] JB/T 4731-2005《钢制卧式压力容器》 [4] HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》 [5] JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》 [6] HG/T 21517-2005《回转盖带颈平焊法兰人孔》 [7]HG20592-20635-97《钢制管法兰、垫片、紧固件》 [8] HG/T 20592-2009《钢制管法兰》 [9] HG/T 20609-2009《钢制管法兰用金属包覆垫片》 [10] JB_T4712.1-4712.4-2007《容器支座》 [11] HG/T 20613-2009《钢制管法兰用紧固件》 [12] 郑津洋等《过程设备设计》 [13] 国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》 v 武汉工程大学邮电与信息工程学院《压力容器与过程设备》课程设计说明书 1

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