30m3液化石油气储罐说明书

目 录

1．课程设计任务书 2．设备的筒体和封头设计

2．1筒体的内径和长度的确定. 2．2 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

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课程设计任务书

题目 30m液化石油气储罐设计

设计条件表

序号 1 2 3 4 5 6 7

项目 最高工作压力 工作温度 装量系数(υv) 工作介质 使用地点 管口条件 数值 1.90 常温 0.90 液化石油气 太原市，室外 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。 单位 MPa ℃ m 33

备注 公称容积（Vg） 30

2．设备的筒体和封头设计

2

2．1筒体的内径和长度的确定

3

由设计任务书可知：V=30m 设 L=3D 则有： VD2L4D23D43D330

4 D33042.33m 3

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） 2300 则筒体长度

总深度H/mm 615 内表面积A/m 6.0233 2容积V/m 1.7588 3LV总2V封头D243010921.75881096377mm

3.14230024 取L′=00mm 则实际体积

V实际

D2L42V封头3.14230020021.7588109mm330.095m34 则体积相对误差为：

V实际VV100%30.09530100%0.003%5%

30 符合设计要求。

2．2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 饱和蒸汽压（bar） 饱和密度Kg/升 介质性质 温度 -20 20 40 50 -20 20 40 50 丙烯 2.96 9.65 15.86 19.99 0.57 0.515 0.475 0.45 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：PMPa W19.990.1MPa0.1MPa1.9 安全阀开启压力取：p开启1.101.9MPa2.0MPa

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设计压力取：p2.1MPa 液柱压力（安装满时计算）：

p液gh0.56kg/L9.81N/kg0.0025m1.4108MPa 1.4108 100%100%0 p2.1所以可以忽略液柱的压力。 计算压力 pcp2.1MPa

p液（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

属于第三类容器

4

所以焊接时采用全部无损伤检测，双面焊接。

接头系数υ=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 Q235-B Q235-C Q245R或Q345R 使用条件 容器设计压力P≤1.6MPa,钢板使用温度0～350℃，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。 容器设计压力P≤2.5MPa,钢板使用温度0～400℃，壳体厚度不大于30mm。 容器设计压力P≤35MPa,钢板使用温度-20～475℃，对容器中的介质没有。

由于介质的工作温度为-20℃～50℃，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 <16 <16 400 510 245 235 345 325 在下列温度（℃）的许用应力/MPa 100 133 132 170 163 150 132 126 170 163 200 123 116 170 159 250 110 104 156 147 133 133 170 163 σb/MPa σs/MPa ≤20 Q245R 热扎或 正火 Q345R 热扎或 正火 选Q345R

筒体厚度：假设 d16mm时 计算厚度 16～36 400 16～36 490 2PctPcDi2.1220014.29mm

217012.1 δ+C1+C2=16.59mm>16mm 筒体厚度： 16mmd36mm时 计算厚度 2PctPcDi2.1230014.91mm

216312.1 设计厚度 nC1C214.9120.317.21mm 符合计算范围。 所以向上圆整后名义厚度δn=18mm. 标准椭圆形封头厚度 计算厚度 20.5PctPcDi2.1230014.86mm

216310.52.1 5

设计厚度 nC1C214.8620.317.16mm 符合计算范围。 所以向上圆整后名义厚度δn=18mm.

（2）液压试验 采用水压试验

试验压力：PT1.25P 校核：

有效厚度 enC180.3215.7mm

T1.252.11632.625MPa 163TpTDie2.625230015.7193.59MPa

2e215.7 而 0.9s0.91325292.5MPa T0.9S符合要求。

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

m容DiLn2A封n 3.14230010318103785026.0233181037850

8233.2kg 正常操作状态下最大质量

mm容V液氨8233.230.0950.5610323671.9kg 水压试验时最大质量：

mm容V水8233.230.09511038328.2kg （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1b

3 6

qmg Lx a’ L′ 图1

a0.2L L=L`+40×2=80mm 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 L''VDi24307.25m7250mm 23.142.34 故a'(L'(L2a))/21625mm 由重力产生的最大弯矩为： M正常操作状态时：

1'21mg2mgqLqL'a'L'L'a' 828Di2DiM23671.99.8123671.99.817.2527.251.62521.71103Nm

82.322.3

水压试验时：

MT

38328.39.8138328.39.817.2527.251.62535.14103Nm

82.322.3（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

maxpcDM2.32.110621.7110377.24MPa 224e0.785De40.01570.7852.30.0157

pcDM2.32.110621.71103min4e0.785D2e40.01570.7852.320.015776.58MPa



min0整个跨中截面不会出现压应力

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水压试验在盛满水而为加压时有最大应力

maxPTD4e0.785D2eMT2.32.6251040.0157T635.1410396.67MPa 0.7852.320.0157 而

Tmin35.141030.538MPa 220.785De0.7852.30.0157M正常操作时强度条件：max

t 77.24MPa163Mpa 合格 液压试验强度条件：

Tmax0.9s

96.67Mpa292.5Mpa 合格

其稳定条件为：max -min ,-Tmin cr

A0.094R0e0.0940.0013

2.320.01570.01572cr查图得B=158MPa, 则

B158MPa

max76.58MPa,0.583MPa

cr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

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212R2sincos0.15R2 3602180sincos 即 27 R2θ R  迭代求解得：θ=46.6° 所以最高液面到筒体中心线的距离为： hDcos790.2mm 2

所以选用中心距为1400mm的液位计，不对称安装。 （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 液位计 法兰 垫片 接管 接管 全螺纹螺柱 螺母 筋板

标记 数量 总质量/kg 20 2 2 0.97 0.48 0．32 2 2 1 8 16 4 备注 现场确定长度 HG/T 21584-95 UZ 2.5-1400-0.45 AF 304 C 1 HG/T 20592 法兰WN20-2.5 RF S=3.5 HG 20610 缠绕垫 D 25-25 1232 υ25×3.5 L=395mm υ25×3.5 L=495mm M12×2×80 8.8级 材料 35CrMoA M12 8级 材料 30CrMo 40×3 材料Q235A 1.22 1.22 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mm。 d.接管最小壁厚满足下表： 接管公称外径 最小壁厚 25 3.5 32 38 45 4.0 48 57 5.0 65 76 6.0 1．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。

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1.离焊缝最近的人孔，所以它离焊缝距离应该不小于2.5R360mm，则取

in人孔与焊缝距离为0mm；

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 15.55 1.26 3.0 5.0 24.76 2.97 1.77 备注 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 压力表接管法兰 液位计接管法兰 安全阀接管法兰 其中L=155取3条，其它一条 压力表接管，液位计接管 安全阀接管 HG20592 法兰 WN50(B)-25 FM S=5.0 HG20592 法兰 WN25(B)-25 FM S=3.5 HG20592 法兰 WN25(B)-25 RF S=3.5 HG20592 法兰 WN80(B)-25 FM S=6.0 GB79 GB79 GB79

16MnⅡ 5 16MnⅡ 1 16MnⅡ 2 16Mn 1 5 3 1 接管υ57×5.0 16Mn L=1500,L=12340,L=155 接管υ32×5.0 L=150 16Mn L=495 L=395 接管υ×7.0 L=145 16Mn

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 Ⅲ 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

Ad2et(1f)

开孔直径 d=480-12*2+2×（2+0.3）mm=472.6mm 圆筒计算厚度 δ=14.91mm

接管有效厚度 δet=12-1-0.3mm=10.7mm

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强度削弱系数fτ=1.0

2

所以A=6837.7mm

2.壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积： A1f) 1(Bd)(e)2et(e)( 有效补强范围的宽度B=917.2mm

2

所以A1=362.3mm

3.接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积： A22h1(ett)f2h2(etC2)f 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 t2

2pctpcDi2.83mm

所以A2=1167.6mm

4．焊缝金属面积不考虑，可取A3=0

2

5．另加补强面积：A4=A-A1-A2-A3=6837.7-362.3-1167.6=5307.8mm 所以补强圈厚度：

A419.3mm

760485考虑焊缝的补强作用，取δc=20mm

标记：dN450×20-C-Q345R JB/T 4736 质量：42.3kg

3.4 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：

Qmmaxg3859.81N191.2kN410kN 22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

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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δ=3~26mm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 Q345R+Q345R Q235-A+Q235-A Q235-A+Q345R 焊条型号 E5016(GB/T5117) E4316(GB/T5117) E4303(GB/T5117) 焊条牌号 J506 J426 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-Ⅱ级，检测技术等级AB级。接管与壳体之间的焊缝采用MT-Ⅰ级。 7. 参考资料及文献

１、 GB150-1998钢制压力容器。北京：中国标准出版社，1998

２、 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

３、 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

４、 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

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５、 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

６、 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 ７、 JB/T4712-2007容器支座。北京：新华出版社，2007 ８、 HG 20592~20637-97 钢制管法兰、垫片、紧固件。

９、 JB 4700~4707-2000。压力容器法兰。昆明：云南科技出版社，2000 １０、 HG/T21584-95 磁性液位计

１１、 JB/T4736-2002，JB/T4746-2002。补强圈 钢制压力容器用封头 １２、 HG/T20580-20585钢制化工容器设计基础规定等六项标准 １３、 JB/T4730-2005承压设备无损检测。北京：新华出版社，2005

１４、 JB/T4709-2000钢制压力容器焊接规程。昆明：云南科技出版社，2000 １５、 HG/T21514~21535-2005钢制人孔和手孔。北京：中国计划出版社，2005 １６、 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

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