石油存储罐压力容器毕业设计

目录

毕业设计任务书…………………………………………………………………..Ⅰ 开题报告…………………………………………………………………………..Ⅲ 指导教师审查意见………………………………………………………………..Ⅺ 评阅教师评语……………………………………………………………………..Ⅻ 答辩会议记录………………………………………………………………… ⅩⅢ 中文摘要…………………………………………………………………………ⅩⅣ 外文摘要…………………………………………………………………………ⅩⅤ 1前言 ...................................................................................................................... 1 2选题背景 .............................................................................................................. 2 3方案论证 .............................................................................................................. 2 4 工艺设计 ............................................................................................................. 3 4.1 液化石油气参数的确定 ............................................................................... 3 4.2 设计温度 ....................................................................................................... 3 4.3 设计压力 ....................................................................................................... 4 4.4 设计储量 ....................................................................................................... 5 5 机械设计 ............................................................................................................. 5 5.1 初步选型： ....................................................................................................................... 5 5.2 筒体设计 ............................................................................................................................ 5 5.3 封头设计 ............................................................................................................................ 6 6壁厚设计 .............................................................................................................. 7 6.1各项参数 ............................................................................................................................ 7 6.2筒体壁厚设计计算 ......................................................................................................... 8 6.3封头壁厚设计与强度校核 ......................................................................................... 10 7开孔补强和人孔的设计 .................................................................................... 11 7.1人孔设计选型 ................................................................................................................. 11 7.2人孔补强计算 ................................................................................................................. 12 8 安全阀和液面计选型 ....................................................................................... 15 8.1安全阀的选型与校核 ................................................................................................... 15 8.2液面计的选型 ................................................................................................................. 18 9接管，法兰，垫片和螺栓的选择 .................................................................... 19 9.1、接管和法兰 .................................................................................................................. 19

9.2 垫片的选择 ..................................................................................................................... 22 9.3 螺栓（螺柱）的选择 .................................................................................................. 23 10 鞍座选型和结构设计 ..................................................................................... 24 10.1鞍座选型 ........................................................................................................................ 24 10.2 鞍座位置的确定 ......................................................................................................... 27 11 焊接接头的设计 ............................................................................................. 28 11.1 筒体和封头的焊接： ................................................................................................ 28 11.2 接管与筒体的焊接： ................................................................................................ 28 12 主要参数汇总表 ............................................................................................. 28 13 总结 ................................................................................................................. 29 参考文献 ............................................................................................................... 30 致谢 ....................................................................................................................... 32

1前言

1前言

随着石油化学工业的发展，液化石油气作为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。然而,由于液化石油气具有易燃易爆的特性,与空气混合能形成爆炸性混合物.遇热和明火有燃烧爆炸的危险。因此，液化石油气的储存安全性、可靠性、实用性、经济性就自然被作为设计液化石油气储罐的基本考虑因素。本次设计的50立方米液化石油气储罐常用于乡镇的液化石油气加气站储存液化石油气，对于生产生活具有重要意义。

本次设计中综合考虑经济性、实用性、安全可靠性等。各项设计参数都参考了行业使用标准或国家标准，这样使设计有章可循，并考虑结构方面的要求，合理进行设计。其设计包括了液化石油气储罐的工艺设计、机械设计、壁厚设计、人孔的开孔及补强、安全阀、液面计等部件的选型，对应的接管、法兰、垫片等选取，支座的选型，焊接头的设计等。

通过这些时间的学习，现在储罐的发展趋势为：（1）大型化 通过大量大型储罐的设计、建造和使用发现,采用大容量油罐储油具有节省钢材、减少占地面积、方便操作管理、减少油罐附件及管线长度和节省投资等优点 （2）新型材料的应用油罐的大型化而产生的主要问题之一就是对材料的要求更高。为了避免底层罐壁过厚带来的整体热处理问题和解决焊接问题,对于大型油罐的设计,均采用高强度钢。大型油罐一般采用屈服强490MPa 级的钢材。武钢联合有关单位自主研制的WH610D2 钢板不仅具有高强度、高韧性,而且具有优良的焊接性能,尤其是能够适用于大线能量焊接工艺条件

对于公称容积小于100立方的液化石油气储罐，目前国内研究已趋向于成熟，因此，这次的设计相对于其他小型储罐的设计没有太大的区别。安全性和经济性作为设

计的两大准则。

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50液化石油气储罐设计

2选题背景

题目来源：随着我国经济社会的全面发展,能源行业亦面临着巨大的发展空间。中国的能源结构中，煤炭占据着很大的比例，石油液化气作为一种较清洁能源，现在正被广泛地使用。但是液化石油气具有遇明火易燃易爆的危险性和一定的毒，随之而来的问题就是液化石油气的储存问，液化石油气的储罐要求非常严格。因此，液化石油气储罐的设计对于日常生活和石油天然气行业的发展就显得尤为重要。尤其是在安全性何方或防爆方面。液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备, 常温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形贮罐。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形石油液化气贮罐,因为圆筒形石油液化气贮罐具有加工制造安装简单, 安装费用少等优点。卧式圆柱形石油液化气贮罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和负压的能力，有利于减少油品的蒸发损耗，也减少了发生火灾的危险性。

本课题的目的：本课题所设计的储罐公称容积为50立方米，属于小型储罐，这种小型储罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和负压的能力，有利于减少油品的蒸发损耗，也减少了发生火灾的危险性。它可在机械，一成批制造，然后运往工地安装，便于搬运和拆迁，机动性较好。缺点是容量一般较小，用的数量多，占地面积大。它适用于小型分配油库、农村油库、城市加油站、部队野战油库或企业附属油库。在大型油库中也用来作为附属油罐使用，如放空罐和计量罐等。本课题所设计的液化石油气储罐对于日常生活生产具有重要意义。

3方案论证

根据本次设计的储罐容量为50立方米，而且使用地点问湖北荆州，设此储罐在液化石油气加气站使用。此储罐容量小于100立方米，根据经验，选用卧式储罐；根据液化石油气大体的成分，初步计算出液化石油气的设计压力为1.9MP左右，故根据化工工艺设计手册（下）常用设备系列，Pc<4MP,承受内压的容器，常采用卧式椭圆形封头容器。优点：便于成批制造，然后运往工地安装，便于搬运和拆迁，机动性较好；而且避免了立式储罐过高引起人们恐慌。缺点：容量一般较小，用的数量多，占地面积大。

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4 工艺设计

4 工艺设计

4.1 液化石油气参数的确定

液化石油气的主要组成部分由于石油产地的不同，各地石油气组成成分也不同。取其大致比例如下：

表1 液化石油气成分

组成成分 异辛烷 乙烷 丙烷 异丁正丁异戊正戊乙烷 烷 烷 烷 1.19 炔 0.02 各成分百0.01 分比 2.25 49.3 23.48 21.96 3.79 对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下：

表2 各温度下各组分的饱和蒸汽压

温度，℃ -25 -20 0 20 50 饱和蒸汽压力，MPa 异辛烷 0 0 0 0 0 乙烷 1.3 1.38 丙烷 0.2 0.27 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 乙炔 0.06 0.04 0.025 0.007 0 0.009 0 0.075 0.048 0.03 2.355 0.466 0.153 0.102 0.034 0.024 0 3.721 0.833 0.294 0.205 0.076 0.058 0 7 1.744 0.67 0.5 0.2 0.16 0.0011 4.2 设计温度

根据本设计工艺要求，使用地点为荆州市的室外，用途为液化石油气储配站工作温度为-20—48℃，介质为易燃易爆的气体。从表中我们可以明显看出,温度从50℃降到-25℃时,各种成分的饱和蒸气压力下降的很厉害,可以推断,在低温状态下,由饱和蒸气压力引起的应力水平不会很高。由上述条件选择危险温度为设计温度。为保证正常工作，对设计温度留一定的富裕量。所以，取最高设计温度t=50℃，最低设计温

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50液化石油气储罐设计

度t=﹣25℃。根据储罐所处环境，最高温度为危险温度，所以选t=50℃为设计温度。

4.3 设计压力

该储罐用于液化石油气储配供气站，因此属于常温压力储存。工作压力为相应温度下的饱和蒸气压。因此，不需要设保温层。

根据道尔顿分压定律，我们不难计算出各种温度下液化石油气中各种成分的饱和蒸气分压，如表：

表3 各成分在相应温度下的饱和蒸汽压

温度, ℃ 异辛乙烷 烷 -25 0 丙烷 饱和蒸气分压, MPa 异丁正丁 烷 烷 0.000083 0.000109 0.000256 0.00063 0 0 0 异戍烷 正戍烷 乙烯 0 0.029 0.0946 0.014 0.0088 0.00095 -20 0 0.031 0.127 0.0176 0.0105 0.00114 0.0224 0.00129 0.00288 0 0 0.053 0.2204 0.0359 20 0 0.084 0.394 0.069 0.045 50 0 0.158 0.0825 0.1573 0.1098 0.00758 0.0019 0

有上述分压可计算再设计温度t=50℃时，总的高和蒸汽压力

yipi=0.01%×0+2.25%×7+47.3%×1.744+23.48%×0.67+ （1） P=∑i=1n=821.96%×0.5+3.79%×0.2+1.19%×0.16+0.02%×0.0011

=1.25901 MPa 因为：P异丁烷（0.2）

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5 机械设计

当液化石油气在50℃时的饱和蒸汽压力高于异丁烷在50℃时的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，则取50℃时丙烷的饱和蒸汽压力作为最高工作压力。对于设置有安全泄放装置的储罐，设计压力应为1.05~1.1倍的最高工作压力。所以有Pc=1.1×1.744 =1.92MPa。

4.4 设计储量

参考相关资料，石油液化气密度一般为500-600Kg/m3，取石油液化气的密度为580Kg/m3，盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为：

W=?Vρt=0.9×50×580=26.1t （2）

5 机械设计

5.1 初步选型：

对于承受内压，且设计压力Pc=2.1417MPa<4MPa的压力容器，根据化工工艺设计手册（下）常用设备系列，采用卧式椭圆形封头容器。 筒体和封头的选形

5.2 筒体设计

查GB150-1998，为了有效的提高筒体的刚性，一般取L/D=3~6，为方便设计，此处取

L/D=4 （3）

所以

连解得：D=2515.8mm 。

得:L=10063.2mm

?D2L4?50 （4）

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50液化石油气储罐设计

5.3 封头设计

查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积得：

表4 EHA椭圆封头内表面积、容积

公称直径DN /mm 总深度H /mm 内表面积A/m2 容积V封/m3 2600

690 7.6545 2.5131 图1 椭圆形封头

由 2V封 +?D2L/4=50 （5） 得L=8475.07mm 圆整得 L=8500mm

e?50.1323?50?0.3%?5P则V计 =2 V封+?D2L/4=51.1323 m3>50m3 公称容积误差小于百分之五 且比较接近，所以结构设计合理。

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6壁厚设计

6壁厚设计

6.1各项参数

（1）设计温度T=50℃。

（2）差得液化石油气的密度约为580Kg/m3,设计压力P=1.92MPa，液体静压力

PL=?水gh=580?9.8?2.7=1534.68Pa＜5%P=9.6?102Pa，由计算可知液体静压力可以忽略不计。

（3）材料选择：根据介质的易燃易爆、有毒、有一定的腐蚀性等特性，存放温度为-20~48℃，最高工作压力等条件。根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为低合金钢16MnR（钢材标准为GB6654）[σ]t=185MPa。选用16MnR为筒体材料，适用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性，壁厚较大（≥8mm）的压力容器。

（4）腐蚀裕量C2：查《腐蚀数据手册》，Q345R耐天然气腐蚀，其Ka＜0.1mm/y这里取Ka=0.1mm/y，若设计寿命为20年，则腐蚀余量取为C2=BKa=20?0.1=2mm。

（5）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??1.0。

（7）液柱静压力：根据设计为卧式储罐，所以储存液体最大高度h max≤D=2600mm。

P静（max）=ρgh max≤ρgD=580×9.8×2.3=14.05Kpa P静max14.05?103/Pc??100%?0.56%?5%可以忽略不记。 62.1417?10（7）许用应力：假设钢板厚度在16~35mm之间，查表3.1得[?]50℃=185MPa。

表5 16~35钢板许用应力

16MnR 在下列温度（℃）下的许用应力（MPa） ?20 100 185 185

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50液化石油气储罐设计

（8）钢板负偏差C1：对于低碳钢和低合金钢，需满足腐蚀裕度C2≥1mm，取C2=2mm

查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-1知，钢板厚度负偏差C1=0.25mm。而当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取C1=0，C=C1+C2=2+0 =2。

6.2筒体壁厚设计计算

6.2.1壁厚计算

根据GB150，初选厚度为6~25mm，最低冲击试验温度为-20℃，热轧处理。 ?=PcDi2.141?72600 m??16.02mt2[σ]Φ-Pc2?185?0.9?2.1417（6）

∴ δd=δ+C2=16.02+2=18.0mm ， δn=δd+C1=16.51+0=16.51mm

圆整后取名义厚度δn=18mm ，[σ]t没有变化，故取名义厚度18mm合适。

??

PcDi2[?]t??Pc式中：

?——筒体的计算厚度，mm； Pc——计算压力，MPa；

?——焊接接头系数；

Di——筒体的内直径，mm；

[?]t——设计温度下筒体材料的许用应力，MPa； Pc?1.92MPa，??1，Di?2600，[?]t?185MPa 6.2.2筒体水压试验校核

对于Q345R材料，试验时水温应高于5℃，其常温许用应力和在试验压力下的许用应力[?]?[?]t=163MPa，屈服点?y=325Mpa，卧置试压。内压容器液压试验

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6壁厚设计

压力规定为：

PT=max{1.25P[?]/[?]50℃，P+0.1} =max{1.25?1.92，1.92+0.1} （7） =2.4MPa

式中：

MPa； PT——试验压力，P——设计压力，MPa；

[?]——容器元件材料在试验温度下的许用应力，MPa；

[?]t——容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa；PL=Di?水g=2.6?9800?10-6≈0.02548MPa＜5%P，故可忽略不计

应力校核时应计入液柱静压，由于压力试验时容器承受的试验压力PT高于其设计压力P，因此在压力试验时应按式（3-3）对试验压力下容器壳体的周向应力?T进行校核。

?T?式中：

?T——试验压力下的筒壁周向薄膜应力，MPa； PT——试验压力，MPa； Di——圆筒内直径，mm； ?e——圆筒的有效厚度，mm； 水压试验下的筒壁周向薄膜应力 圆筒的有效厚度

PT(Di??e) （8）

2?e ?e??n?C1?C2?18?0?2?16mm (9)

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50液化石油气储罐设计

?T?PT(Di??e)2.4?(2600?16)??196.2MPa?0.9??s2?e2?16?0.9?325?292.5MPa 所以筒体壁厚满足水压试验时的强度要求。

6.3封头壁厚设计与强度校核

6.3.1封头计算

厚度按下列公式计算：

??式中：

KPcDi (10) t2[?]??0.5PcK——系数，对标准椭圆形封头K?1；

?——封头的计算厚度，mm； Pc——设计压力，MPa；

?——焊接接头系数；

Di——封头的内直径，mm；

[?]t——设计温度下筒体材料的许用应力，MPa；

将数据Pc?1.92MPa，??1，Di?2600， 带入（10）式，

??KPcDi1?1.92?2600??15.53mm2[?]t??0.5Pc2?185?1.0?0.5?1.92同理，选取C2=2 mm ，C1=0 mm 。

∴ δn=δ+C1+C2=13.53+2+0=15.53mm 取名义厚度为δn=18mm，跟筒体一样，选择厚度为18mm的16MnR材料合适。

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7 开孔补强和人孔的设计

6.3.2封头最小壁厚校核：

因为：

?e??n?C?18?2?16?0.15%Di?3.9mm (11)

因此选择名义厚度为20mm的封头厚度满足要求。 6.3.3设计温度下的应力校核

在设计温度下根据公式可得：

Pc(Di?te)1.92?(2600?16)? （12） 2te2?16?159.6MPa?[?]t?185MPa?t?满足要求

7 开孔补强和人孔的设计

7.1 人孔设计选型

图2 水平吊盖人孔

查《压力容器与化工设备实用手册》，因筒体长度8500<9000mm，只需开一个人孔，可选水平吊盖人孔。由使用地为荆州市室外，确定人孔的公称直径DN=500mm，

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50液化石油气储罐设计

以方便工作人员的进入检修。配套法兰与上面的法兰类型相同，根据HG/T 21518-2005《回转盖带颈对焊法兰人孔》，查表3-1，由PN=2.5MPa选用凹凸面的密封形式MFM，8.8级35CrMoA等长双头螺柱连接。其明细见下表6

表6 人孔法兰形式表（参照回转盖带颈对焊法兰）

密封面公公称称dw螺螺柱母

×d D D1 H1 H2 b b b A B L d0 压直数数形s 力 径 量 量 式 凹2凸.5053507366271345542030324

8 4 5 00 0 0

面 5 0 0MPa ×12 0 0 0 0 4 5 0 0 图3 回转盖带颈对焊法兰人孔

7.2人孔补强计算

7.2.1人孔选型

对筒体：[?]?[?]t=185MPa，C1?0.35mm，C2?2mm

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7 开孔补强和人孔的设计

根据公称压力PN2.5MPa，公称直径DN500mm，选择回转不锈钢人孔，密封面型式FM，尺寸为530?12mm，接管材质为20号钢管。

对接管，按GB/150标准，[?]tt=185MPa，[?]t=185MPa，则

C1t?10%?nt?10%?12?1.2mm Ct?C1t?C2?1.2?2?3.2mm [?]tfmin{tr?[?]t,1}?min{1,1}?1

开孔直径接管计算厚度

d?do?2?t?2Ct?530?2?12?2?3.2?512.4mm

??Pdi2[?]t??P?1.92?(530?2?12)t2?185?1.0?1.92?2.64mm

接管有效厚度

?et??nt?Ct?10?3.2?6.8mm 开孔所需要的补强面积

A?d??2??et(1?fr)?512.4?16?8198.4mm2 有效补强范围确定如下 有效补强宽度

A?d??2??et(1?fr)?512.4?16?8198.4mm2 外侧有效补强高度

h1?min{d?nt,300}?min{512.4?12,300}?78.41 内侧有效补强高度h2?min{d?nt,0}?0 在有效补强范围以内，壳体的多余补强面积为

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13） 14）

15） （16） （17）

（ （ （

50液化石油气储罐设计

A1?(B?d)(?e??)?2?et(?e??)(1?fr) （18）

?512.4?(16?13.53)?1265.63mm2

在有效补强范围以内，接管的多余补强面积为

A2?2h1(?et??t)fr?2h2(?et?C2t)fr （19） ?2?78.41?(12?2.64)?1467.84mm2

在有效补强范围内，焊缝面积为A3??2?122?144mm2（焊缝腰高?取较薄板的厚度）。

在有效补强范围内，总有效补强面积

Ae?A1?A2?A3?1265.63?1467.84?144?2877.47mm2 （20） 因为Ae?2877.47mm2?A?8198.4mm2 所以开孔后需要补强。 7.2.2 补强圈的计算与选型

补强圈的计算如下：

补强圈材料选用与壳体相同材料，即16MnR 应该增加的补强面积

Ae?A?Ae?8198.4?2877.47?5320.93mm2

按《JB/T 4736-2002 补强圈》 标准中C型15°坡口，DN?500mm时，补强圈外径D2?84mm，所以所需要的补强圈的厚度 ???A45320.93??15.65mm （21）

D2?do840-500第 14页（共32页）

8 安全阀和液面计选型

考虑到腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，取补强圈的名义厚度?nc?20mm。补强圈标记为：DN500?20?C?Q345R JB/T4736

图4 补强圈示意图

8 安全阀和液面计选型

8.1安全阀的选型与校核

8.1.1安全阀的选型

液化石油气储罐的设计压力在1.6MP以上，属于第三类压力容器，必须设置安全阀。安全阀的选型时，首先要根据安全阀的排放压力进行初步选型，再根据设备超压所需的最大泄放量应小于所选安全阀的最大泄放量为标准进一步校核。

50℃时液化石油气的饱和蒸汽压最高为1.744MPa(表压)，安全阀的排放压力： P41.?1d?1.74?0.?1M2.P0a绝对2 ( （22）

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：

2.55?105F?A0.82 G??

q （23）

式中：

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50液化石油气储罐设计

G?——液化石油气储罐的安全泄放量，kg/h； q——在泄放状态下液化气体的汽化潜热，kJ/kg；

A??Do(L?0.3Do)???（2700+19?2）?[8200?0.3?（2700+19?2)]?77.56m2F——系数，对于容器在地面上时，F=1；

A——容器的受热面积，m2；

（24）

对封头为椭圆形的卧式容器安装在地面上，无喷淋装置，查有关手册可得排放状态，液化石油气的汽化潜热为q?427.1kJ/kg，系数F?1。将数据带入公式可得储罐的安全泄放量为：

2.55?105F?A0.822.55?105?1?77.560.82G????2115.99kg/h （25）

q427.1安全阀额定排量可按下式计算： G?CPdAoX式中：

G——安全阀的额定排量，kg/h；

M （26） ZT，MPa； Pd——安全阀的排放压力（绝对）

T——安全阀的排气温度，K； M——介质的分子量，g/mol；

Ao——安全阀的排气面积，mm2；

X——气体的特性系数；

已知丙烷的绝热指数k?1.13，则其特性系数为

?11.13?12k2X?39.48k()k?1?39.48?1.13?()1.13?1?25.05 （27）

k?11.13?1第 16页（共32页）

8 安全阀和液面计选型

全启式安全阀的公称直径与流道直径如下表4.3所示。可得DN100的全 启式安全阀（PN2.5），流道直径为do?80mm。所以安全阀的流道面积为：

11Ao??do2???802?5026.55mm2 （28）

44表7 全启式安全阀的公称直径与流道直径表

公称直径（mm） 流道直径 mm 微启式 全启式 PN1.6,2.5,6.4 PN10 PN16,32 PN1.6,2.5,4.0,6.4 PN16 32 20 25 32 40 20 25 20 25 15 20 50 80 100 150 32 50 32 40 65 50 80 100 80 16 20 25 32 12 14 40 65 查有关数据可得液化石油气的临界压力Pc?4.26MPa(绝对)；临界温度

Tc?370K；饱和蒸汽压为1.92MPa的液化石油气，其饱和温度约327K(54℃)排放状态的液化石油气，其对比压Pr?P/Pc?1.92/4.26?0.45；对比温度

Tr?P/Pc?327/370?0.884。查表得液化石油气在此条件下的压缩系数为

Z?0.75。液化石油气的分子量约为M?44.1。

将上述数据带入以下公式，得安全阀的额定排量为：

G?CPdAoXM44.1?0.75?1.92?5026.55?25.05? ZT323?0.73 （29）

?78414.4kg/h比较安全阀的排量与容器的安全泄放量可知：安全阀设定泄放量和额定泄放量

G?78414.4kg/h?G??2115.99kg/h，选择，DN100，PN2.5，型号A42Y-16启封

闭型的弹簧式全安全阀符合要求。

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50液化石油气储罐设计

图5 安全阀示意图

8.1.2安全阀法兰的确定

查HG5106—58知安全阀进口法兰的型号为凹凸面对焊法兰，其尺寸如下：

表8 安全阀法兰规格型号

公称直径 DN 管子 法兰 重量 双头 螺栓 橡胶石棉垫 dH D D1 D2 D4 D6 b h 凸面 凹面 数直径/外量 长度 内厚径 径 度 100 108 230 190 162 149 150 24 62 7.25 6.53 8 M16?75 149 108 2

8.2液面计的选型

根据容器的工作温度为-20~480C,设计压力为Pc=1.92MP，密度为580kg/m3，查《化工容器及设备设计简明手册》玻璃管液面计适用于工作压力小于1.6MP；选择磁性液面计：测量范围300-10000mm,工作压力：（高压性）<=4.0MP, 介质温度：

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9接管，法兰，垫片和螺栓的选择

（标准型）-200C-1500C，???450kg/m3。?25故选择磁性液面计

图6 磁性液面计

9接管，法兰，垫片和螺栓的选择

9.1、接管和法兰

图7 筒体整体、接管、人孔分布图

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，

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50液化石油气储罐设计

液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。

根据《压力容器与化工设备实用手册》PN=2.5MPa时，可选接管公称通径DN=80mm。 根据设计压力PN=1.9184MPa，查HG/T 20592-97《钢制管法兰》表4-4，选用PN2.5MPa带颈平焊法兰（SO），由介质特性和使用工况，查密封面型式的选用，表3.0.2。选择密封面型式为突面（RF），压力等级为1.0~4.0MPa，接管法兰材料选用16MnR。根据各接管公称通径，查表4-4得各法兰的尺寸。

图8 带颈平焊钢制管法兰

表9 法兰尺寸

连接尺寸 公称钢管螺栓螺栓螺栓法兰法兰法兰内径 B1 坡口法兰法兰孔中名称 通外径 宽度 孔孔数螺栓 厚度 高度 颈 外径 心圆径 B b 直量 Th C H D 直径 B系列 DN 径 n K L 液位计口 放气管 32 38 140 100 18 8 M16 18 30 60 39 5 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 安全100 108 100 160 18 8 M16 24 40 118 第 20页（共32页）

91 6 9接管，法兰，垫片和螺栓的选择

阀口 排污口 液相出口 液相进口 压力表口 温度计口

80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 20 25 105 75 14 4 M12 16 26 45 26 4 20 25 105 75 14 4 M12 16 26 45 26 4 接管外径的选用以B国内沿用系列（公制管）为准，对于公称压力0.25≤PN≤25MPa的接管，查《压力容器与化工设备实用手册》普通无缝钢管，选材料为16MnR。对应的管子尺寸如下如表：

表10 管子尺寸

名称 公称直径 管子外径 数量 管口伸出量 管子壁厚 伸长量质量（kg） 液位计管 32 38 2 100 3.5 0.447 放气管 80 安全阀 100 排污口 80 液相出口 液相进口 80 80 89 108 89 89 1 1 1 1 150 150 150 150 4 4 4 4 1.26 1.26 1.26 1.26 89 1 150 4 1.26 第 21页 （共32页）

50液化石油气储罐设计

压力表口 温度计口

20 25 1 150 3 0.244 20 25 1 100 3 0.244 9.2 垫片的选择

查《钢制管法兰、垫片、紧固件》，表4.0.2-3凹凸面法兰用MFM型垫片尺寸，根据设计压力为Pc=1.9184MPa，采用金属包覆垫片，选择法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。金属材料为纯铝板L3，标准为GB/T 3880，最高工作温度200℃，最大硬度40HB。填充材料为非石棉纤维橡胶板，代号为NAS，最高工作温度为290℃。得对应垫片尺寸如下：

图9 垫片 表11 垫片尺寸

管口名称 公称直径DN(mm) 内径 D1(mm) 61.5 120 530 120 120 120 外径 D2(mm) 82 142 575 142 142 142 厚度 δ(mm) 3 3 3 3 3 3 液位计口 放气管 人孔 安全阀 排污口 液相出口 32 80 500 80 80 80 第 22页（共32页）

9接管，法兰，垫片和螺栓的选择

液相进口 气相管 压力表口 温度计口 80 20 20 20 120 45.5 45.5 45.5

142 61 61 61 3 3 3 3 9.3 螺栓（螺柱）的选择

根据密封所需压紧力大小计算螺栓载荷，选择合适的螺柱材料。计算螺栓直径与个数，按螺纹和螺栓标准确定螺栓尺寸。选择螺栓材料为Q345。

查《钢制管法兰、垫片、紧固件》中表附录，得螺柱的长度和平垫圈尺寸：

图10 双头螺柱

图3 螺母

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50液化石油气储罐设计

表12 螺栓及垫片尺寸

管口名公称直称 液位计管 放气管 安全阀 排污口 液相出口 液相回流管 液相进口 气相管 压力表口 温度计口

20 80 80 80 80 80 径 32 螺纹 M16 螺柱长 85 紧固件用平垫圈 mm d1 17 d2 30 h 3 M16 M16 M16 M16 100 100 100 100 17 17 17 17 30 30 30 30 3 3 3 3 M16 100 17 30 3 80 80 20 M16 M16 M12 100 100 75 17 17 13 30 30 24 3 3 2.5 M12 75 13 24 2.5 10 鞍座选型和结构设计

10.1鞍座选型

常用卧式容器支座形式主要有鞍式支座,圈座和支腿三种。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。鞍式支座适用于较重的大设备，由一块鞍形板、两块支撑板、一块底板及一块竖板组成。支撑板焊于鞍形板和底板之间，竖板被焊接在它们的一侧，底板搁在地基上，并用地脚螺栓加以固定。卧式设备一般用两个鞍式支座支承，

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10 鞍座选型和结构设计

当设备过长，超过两个支座允许的支承范围的，应增加支座数目。双鞍座中一个支座为固定支座，另一个鞍座为滑动支座。所以本次设计选择鞍式支座。

根据工作温度为-20~48℃，按JB/T 4731-2005 表5-1选择鞍座材料为16MnR，使用温度为-20~250℃，许用应力为[σ]sa= 170MPa。

估算鞍座的负荷：计算储罐总重量

m=m1+2m2+m3+m4 (30) 其中：m1 为筒体质量：对于16MnR普通碳素钢，取ρ=7.85×103kg/m3 ∴ m1=πDLδ×ρ (31)

=π×2.6×8.5×18×10-3×7.85×103=9805.3722kg

m2为单个封头的质量：查标准JB/T 4746-2002 《钢制压力容器用封头》中标B.2 EHA椭圆形封头质量，可知m2=1064.2kg

m3为充液质量：ρ

液化石油气

<ρ水

故m3（max）=ρ水×V=1000×V (32) =1000×（π/4×2.62×8.5+2×2.5131）

=50168.72kg

m4为附件质量：选取人孔后，查得人孔质量为331 kg，其他接管质量总和估为400 kg。

综上述：总质量 m=m1+2m2+m3+m4

=9805.3722+2×1064.2+50168.72 +400

=45593.845kg≈ 62502.4922kg (33) ∴ 每个鞍座承受的重量为

G/2=mg/2=62502.4922×9.8/2=306.2 kN

(34)

由此查JB 4712.1-2007 容器支座。选取轻型，焊制A，包角为120°，有垫

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50液化石油气储罐设计

板的鞍座.，筋板数为6。查JB 4712.1-2007表3得鞍座尺寸如表5，示意图如下图：

表 13 鞍座支座结构尺寸

公称直径 允许载荷 鞍座高度 DN 2600 腹板 δ2 10 b4 500 Q/kN 440 l3 295 垫板 δ4 10 h 250 筋板 b2 268 螺栓间距 螺孔/孔长 重量 e 120 l1 1800 b3 290 l2 1640 底板 b1 300 δ3 8 D/l 20/40 δ1

14 弧长 3030 kg 298 图4 鞍座

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10 鞍座选型和结构设计

10.2 鞍座位置的确定

因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截 面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB 4731 《钢制卧式容器》规定A≤0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。

由标准椭圆封头

Di?2 (35)

2(H?h)有 h=H-Di / 4=690-2600/4=40mm

故 A≤0.2(L+2h)=0.2(8500+2×40)=1716mm

由于接管比较多，所以固定支座位于储罐接管较多的左端。此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，故封头对于圆筒的抗弯刚度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。

因此，JB 4731 还规定当满足A≤0.2L时，最好使A≤0.5R m（Rm=Ri+δn/2），即Rm=1716+18/2=1725mm 。

A≤0.5Rm =0.5×1716=858 mm ,取A=860 mm

综上述：A=860 mm （A为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头直边段的总长）

注：接管和法兰按最大重量的选取。

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11 焊接接头的设计

11.1 筒体和封头的焊接：

??6~20 ??60~70 b=0~2 p=2~3

采用Y型对接焊接头和手工电弧焊，综合考虑材料选用16MnR 焊条类型：E5018 ——铁粉低氢钾型

图5 Y型坡口

11.2 接管与筒体的焊接：

?1?450?50 b=2+0.5 p=2+0.5 H1??t k1??t k2??c(?c??8) k3?0.7?c(?c?8) 图6 带补强圈焊接接头结构

12 主要参数汇总表

表14 储罐各项参数

钢制卧式容器 设计人 杨雪静 第 28页（共32页）

13 总结

计算条件 设计压力P 设计温度 筒体材料名称 封头材料名称 封头类型 筒体内径 筒体长度 筒体名义厚度 筒体厚度附加量C 筒体焊接头系数 封头名义厚度 筒体质量 封头质量 封头厚度附加量 鞍座材料名称 鞍座宽度 鞍座包角 鞍座高度H 1.92 50 16MnR(正火) 16MnR(热轧) 椭圆形 2600 8500 18 2 1 18 9805.3722 1064.2 2 16MnR 500 120 250 mm mm MP 0简图 C mm mm mm kg kg mm mm 0C mm mm 支座形心至封头切线距离860 A 支座垫板名义厚度 储罐底壁坡度

14 0.01~0.02 mm 13 总结

压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密

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50液化石油气储罐设计

封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。

近两个星期的液化石油气储罐设计，可以说是对自己综合知识、能力的挑战。从刚开始设计时的蒙头苍蝇到如今的灵活运用。在设计期间我锻炼了很多，也收获了很多！首先，通过液化石油气储罐的设计，我全面综合的了解了液化石油气的组成成分和各参数的确定。其次，通过大量相关资料和书籍的参考，我对液化石油气储罐的设计过程有了初步的了解。着手开始设计的那段时间确实比较痛苦，感觉无从下手。正所谓万事开头难，通过与同学们的讨论，我找到了一种绝处逢生的感觉，有了头绪和思路之后设计就显得水到渠成了。

不管是筒体、封头、鞍座、法兰、接管还是螺栓螺柱，每一种结构的设计都需要有相关工具书作指导和标准的参考，设计起来的工作量很大。不过我在设计过程中也找了很多快乐，和大家讨论时的积极劲儿，这让我设计起来非常有动力。我按着设计的时间安排一步一步的完成设计。到画草图和CAD制图时我们又迎来了新的挑战，这次CAD的制图，让我们的CAD制图技术得到了很大提高。总之，这次的设计让我们收获的不只是知识，同时也是各种能力的提升与锻炼。

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[25]中华人民共和国发展和改革委员会.JB/T4731~2005《钢制卧式容器》[S]

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50液化石油气储罐设计

致谢

设计过程中我遇到了很多困难也遇到了很多思想分歧，但通过大量资料的查询和相关标准的参考我们都一一解决了。这锻炼了我个人解决问题的能力，在有关经验型的知识上，如焊接接头的选择，开孔位置及补强等，指导老师给与了我很大帮助，再加上中途老师和老师在CAD制图方面技术和技巧的指导、设计方面的答疑和帮助我们解决各种设计上的问题，这些对我们的设计都有很大的帮助！此外，几位同学在文档排版方面给与了我很大帮助，在此特向三位老师和同学表示衷心感谢！

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