科技大学课程设计说明书学生：田晔学号： 4学院：化学与生物工程学院专业：过程装备与控制工程题目：（23）M3液化丙烷储罐设计指导教师：罗彩霞郭晓霞2012年12月24日课程设计任务书课程设计任务书目录第一章工艺设计 (1)1、设计温度 (1)2、设计压力 (1)3、设计储量 (1)第二章机械设计 (2)1、筒体和封头的设计 (2)第三章结构设计 (4)1、液柱静压力 (4)2、圆筒厚度的设计 (4)3、椭圆封头厚度的设计 (4)4、接管，法兰的选择 (5)4.1法兰 (5)4.2 接管 (6)5、人孔的设计 (7)5.1人孔的选取 (7)5.2补强设计方法判别 (8)5.3有效补强围 (9)5.4 有效补强面积 (9)5.5补强面积 (10)5.6补强圈设计 (10)6、液面计设计 (10)7、安全阀设计 (11)8、鞍座选型和结构设计 (12)8.1鞍座选型 (12)8.2 鞍座位置的确定 (14)9、焊接接头的设计 (14)9.1筒体和封头的焊接 (14)9.2接管与筒体的焊接 (14)第四章容器强度的校核 (15)1、圆筒的校核 (15)2、封头的校核 (16)3、鞍座的校核 (18)4、人孔的校核 (24)结束语 (25)参考文献 (26)1、设计温度根据本设计工艺要求，使用地点为市的室外，用途为液化石油气储配站工作温度为-20—40℃，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,丙烷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。
50℃下丙烷的饱和蒸汽压为P=1.744MPa，取最高工作压力Pw=1.744MPa。
2、设计压力该储罐用于液化丙烷储备站，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。
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=1.9184MPa。
3、设计储量参考相关资料，液化丙烷的密度为580Kg/m3，盛装液化丙烷的压力容器设计储存量为：=0.86×23×580=11472tW=øVρt1、筒体和封头的设计对于承受压，且设计压力Pc=1.9184MPa<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a、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 ①。
所以2342=LDππ②。
由①②连解得：D=1.942m=1942mm 。
圆整得D=2000mmb、封头设计：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1 EHA椭圆形封头表面积、容积得：公称直径DN /mm 总深度H /mm 表面积A/2m容积V封/3m 2000 525 4.4930 1.1257表2-1，EHA椭圆形封头表面积、容积图2-1椭圆形封头由2V封 +2DπL/4=35 得L=6608mm圆整得 L=7000mm 则L/D= 3.5 符合要求.则V 实际 =2 V 封+2D πL/4=24.231m 3>23m 3 且==-3535-756.36/g Vg V V 0.0502所以结构设计合理。
第三章 结构设计1、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=2000mm 。
P 静（max ）=ρgh max ≤ρgD=580×9.8×2.0=11.368Kp a%5%6815.0%100109184.110073.13/63max <=⨯⨯⨯=c P P ）静 则P 静可以忽略不记。
2、圆筒厚度的设计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-20~40℃，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Q345R （钢材标准为GB6654）[σ]t=189MPa 。
选用为筒体材料Q345R ，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。
根据GB150，初选厚度为6~25mm ，最低冲击试验温度为-20℃，热轧处理。
∴ δ=9184.11189220009184.1][2-⨯⨯⨯=-Φc ti c P D P σ=10.20mm ∵ 对于低碳钢和低合金钢，需满足腐蚀裕度C2≥1mm ，取C2=2mm 按GB3531《低温压力容器用低合金钢板》中，例举的压力容器专用钢板的厚度负偏差按GB/T709中的B 类要求，Q345R 压力容器常用钢板的负偏差为-0.30mm 。
∴ 设计厚度δd =δ+C 2=10.20+2=12.20mm ， δn =δd+C 1=12.20+0.3=12.50mm圆整后取名义厚度δn =14mm ，[σ]t 没有变化，故取名义厚度14mm 合适。
3、椭圆封头厚度的设计为了得到良好的焊接工艺，封头材料的选择同筒体设计，同样采用Q345R 。
∴ δ=9184.15.01189220009184.15.0][2⨯-⨯⨯⨯=-Φc t i c P D P σ=10.18mm同理，选取C 2=2 mm ，C 1=0.3mm 。
∴ δn =δ+C 1+C 2=13.774+2+0.3=12.48 mm 圆整后取名义厚度为δn=14mm跟筒体一样，选择厚度为14mm的Q345R材料合适。
4、接管，法兰的选择4.1法兰液化丙烷储罐应设置排污口，气相口，放空口，出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口。
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》，选用PN2.5MPa带颈对焊焊法兰（WN），由介质特性和使用工况，查密封面型式的选用。
选择密封面型式为凹凸面（MFM），压力等级为1.0~4.0MPa，接管法兰材料选用Q345R。
根据各接管公称通径，得各法兰的尺寸。
图3-1带颈对焊钢制管法兰法兰尺寸如表：表3-1法兰尺寸4.2 接管接管外径的选用以B国沿用系列（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Q345。
对应的管子尺寸如下如表：F 人孔口450 478 2 300 9G 液位计管32 38 2 见图 3.5表3-2 管子尺寸5、人孔的设计5.1人孔的选取查《压力容器与化工设备实用手册》，可选回转盖带颈对焊法兰人孔，。
由使用地为市室外，确定人孔的公称直径DN=450mm，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=2.5MPa选用凹凸面的密封形式MFM，采用8.8对焊法兰人孔》，查表3-1，由PN级35CrMoA等长双头螺柱连接。
其明细尺寸见下表：图3-2回转盖带颈对焊法兰人孔表3-3人孔尺寸表根据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大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，故该储罐中只有DN=400mm 的 人孔需要补强。
5.2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d=d i +2c=460+2×2=464mmmm 900220002D 464mm d i ==<= 故可以采用等面积法进行开孔补强计算。
接管材料选用16Mn （热轧），其许用应力[]MPa 181t=δ根据GB150-1998中式8-1，A=d 2(1)r et f δδδ+- 其中：壳体开孔处的计算厚度20.109148.15.00.1189220009148.19.05.0][2=⨯-⨯⨯⨯⨯=-=c r ic P D kP φσδ接管的有效厚度mm C C nt 7.623.0921et =--=--=δδ 强度削弱系数65.01899.122][][===r t n r fσσ 所以开孔所需补强面积为2et 4789)65.01(7.620.1021020464)1(2d A mm f =-⨯⨯⨯+⨯=-+=γδδδ5.3有效补强围1有效宽度B 的确定 按GB150中式8-7，得：928464221=⨯==d B mmmmB nt n 5109214246422d 2=⨯+⨯+=++=δδmm B B B 928),m ax (21==2有效高度的确定(1) 外侧有效高度1h 的确定 根据GB150中式8-8，得：mmd h nt 4.6269464'1=⨯==δmm H H h 16511528021"1=-=-= mm h h h 62.64),min("1'11== (2)侧有效高度2h 的确定 根据GB150-1998中式8-9，得：mm d h nt 04.67116.408'2=⨯==δmm h 0"2=222min(','')0h h h == 5.4 有效补强面积根据GB150中式8-10 ~ 式8-13，分别计算如下：123e A A A A =++ 1 筒体多余面积1A()()()()()()()213.825)65.01(20.10127.6220.101246492812d mm f B A e et e =-⨯-⨯⨯---=-----=γδδδδδ2接管的多余面积 接管厚度：mm P PcDi c t 869.39184.10.112324609184.1][2=-⨯⨯⨯=-=φδδ()()()2221269.448065.0869.37.66722h 2mm f C h f A et t et =+⨯-⨯⨯=-+-=γγδδδ3焊缝金属截面积焊角取6.0mm ，223162362A mm =⨯⨯=5.5补强面积2321mm 84.8573669.44715.374=++=++=A A A A e因为mm A A 3530e =<，所以开孔需另行补强所需另行补强面积：242.36815.11077.4788mm A A A e =-=-= 5.6补强圈设计根据接管公称直径D N =400mm ，参照补强圈标准JB/T4736取补强圈外径D 2=680mm 。