液化石油气储罐毕业设计_

液化石油气储罐毕业设计_

目录

绪论....................................................................................... ............ (2)

第一章设计参数的选择

1.1 设计题目....................................................................................... ............ (3)

1.2 原始数据....................................................................................... ............ (3)

1.3 设计压力....................................................................................... ........ . (3)

1.4 设计温

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度....................................................................................... ........ . (3)

1.5 主要元件材料的选择....................................................................................... ........... .. (3)

第二章容器的结构设计

2.1 圆筒厚度的设计....................................................................................... ........... . (4)

2.2 封头壁厚的设计....................................................................................... .......... .. (4)

2.3 筒体和封头的结构设计....................................................................................... .......... .. (5)

2.4 人孔的选

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择....................................................................................... ........ (6)

2.5 接管，法兰，垫片和螺栓（柱）............................................................................... .................. (6)

2.6 鞍座选型和结构设计....................................................................................... ......... . (9)

第三章开孔补强设计

3.1 补强方法判别..................................................................................... .......... . (11)

3.2 有效补强范围....................................................................................... ........ (11)

3.3 有效补强面

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积....................................................................................... ........ (12)

3.4 补强面积....................................................................................... ........ .. (12)

第四章强度计算

4.1 水压试验校核....................................................................................... ........ (13)

4.2 圆筒轴向弯矩计算....................................................................................... ........ . (13)

4.3 圆筒轴向应力计算并校核.................................................................................... .. . (14)

4.4 切向剪应力的计算及校

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核.................................................................................... .. . (15)

4.5 圆筒周向应力的计算和校核.................................................................................... .. (16)

4.6 鞍座应力计算并校核.................................................................................... .. (18)

4.7地震引起的地脚螺栓应力.................................................................................... .. (20)

附录:参考文献.............................................................................. ........ (22)

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绪论

液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备, 由于该气体具有易燃易爆的特点, 因此在设计这种贮罐时, 要注意与一般气体贮罐的不同点, 尤其是安

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全与防火, 还要注意在制造、安装等方面的特点。

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500m 3或单罐容积大于200m 3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500m 3, 单罐容积小于100m 3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。

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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. 56～0. 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。

卧式液化石油气贮罐设计的特点。卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器, 也应按GB150《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。液化石油气贮罐, 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及

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各种接管组成。贮罐上设有液相管、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。

第一章设计基础

承受介质静压力作用的密闭容器统称为压力容器。压力容器设计的一般过程为：按用户提供的设计条件图确定压力容器的设计参数，选择合适材料，按相关标准进行结构设计并进行强度校核，最后出具设计图

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纸，计算文件及说明文件。对一个刚进行压力容器设计人员来说，还应了解以下一些内容。

1.1压力容器标准体系

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1.2 参数定义

1.2.1压力：除注明者外，压力均为表压力。

1.2.2工作压力：在正常情况下，容器顶部可能达到的

最高压力。

1.2.3设计压力：设定的容器顶部的最高压力，与相应

的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作历力，一般为工作压力的1.05~1.1倍。1.2.4计算压力：在相应设计温度下，用以确定元件厚

度压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。1.2.5设计温度：容器在正常工作情况下，设定的元件

的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值），设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。1.2.6计算厚度：按各公试计算得到的厚度，需要时，

尚应计入其他载荷所需厚度。

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1.2.7设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和。

1.2.8名义厚度：设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上

圆整至钢材标准规格的厚度，即标注在图样上的厚度。

1.2.9有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负

偏差。其值小于设计厚度。

1.2.10厚度附加量C：厚度附加量是钢材厚主负偏差

C

1与腐蚀裕量C

2

之和。

1.2.11钢材厚度负偏差C1：钢板或钢管的厚度负偏按

钢材标准的规定，当钢材的厚度负偏差不大于

0.25mm，且不超过名义厚度的6%，负偏差可忽略

不计。

1.2.12腐蚀裕量C2：为防止容器元件由于腐蚀、机械

磨损而导致厚度削弱减薄，而预先增加的一个厚度量。

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以上是产品设计中要重点区分的几个参数，尤其是几个压力的区别，对刚接触压力容器设计的人极易混淆。

1.2 压力容器的设计准则和设计标准

1.2.1 设计准则

压力容器的设计准则与失效准则是一个问题的两个方面，采用何种设计准则就是采用何种失效准则的问题。设计压力容器时，首先应确定容器的失效准则，然后按失效准则选择强度理论和计算公式，并确定安全系数。

在压力和温度作用下丧失了正常的工作能力为失效，失效的最终表现形式为泄漏、过度变形和断裂，所以失效不完全等同于破坏。压力容器失效形式大致可为强度失效、刚度失效、失稳失效和泄漏失效。压力容器的设计准则通常有以下四种：

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1.2.1.1 弹性失效准则。按照弹性强度理论，当容器上远离边缘地区的相当应力达到屈服时，即为容器承载的极限状态。它规定了屈服极限是容器失效的应力。考虑安全系数后，容器实际应力处在弹性范围内。GB１５０对内压圆筒、内压凸形封头等元件的设计公式都是按弹性失效原理制定的。

1.2.1.2 塑性失效准则。该准则认为，容器上某一点达到屈服时，并不会导致容器的失效。只有当整体屈服时，才是容器承载的极限状态。它规定了全屈服压力是容器失效的最高压力。

仅从压力容器设计中引入塑性失效准则这一点考虑，选材时应尽量选择塑性较好的材料。对于脆性材料，尽管也是承受弯曲应力，但当器壁表面达到材料屈服强度再继续增加外载荷时，器壁表面不能产生较大的塑性变形而将导致开裂。所以，在设计中应避免使用

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脆性材料，或采取相应的限制性措施。

JB 4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》提供了以塑性失效准则为基础的设计方法。

GB150对平板、整体法兰连接的圆筒颈部等元件的设计或应力计算公式，都是按塑性失效原理制定的。

1.2.1.3 弹塑性失效准则。弹塑性失效准则适用于反复加载过程。按照应力分类的概念，当容器边缘地区出现一定量的局部塑性变形时，即为容器承载的极限状态。它考虑到由于边缘应力产生过大的塑性变形时，将会加速疲劳破坏或造成脆性断裂。由于这一失效准则，允许结构有局部的塑性变形存在，且由于应力在结构各处的分布不均匀，局部塑性区为广大弹性区所包围，故称之为弹塑性失效准则。

弹塑性准则也不适用于脆性材料。

JB 4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》提

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供了以弹塑性失效准则为基础的设计方法。

GB150对内压锥形封头和圆筒的连接、无折边球形封头对圆筒的连接等的设计公式和图表，都是按弹塑性失效原理制定的。

1.2.1.4 疲劳失效准则。该准则认为，容器在交变载荷作用下，当最大交变应力（在循环次数一定时）或循环次数（在最大交变应力一定时）达到疲劳设计曲线的规定值时，即为容器承载的极限状态。当设计规定要求考虎容器的疲劳问题时，除对容器进行强度计算外，还需进行疲劳设计，即进行容器寿命计算。“按分析设计”的容器设计规范化包括疲劳设计方法。由于疲劳设计涉及弹塑性失效准则，所以将疲劳设计列入分析设计体系，应当采用JB 4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》，它在选材、设计、结构、制造、检验等方面都严于按规则设计的GB150

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标准。

以上四个设计准则是压力容器设计最常用的几个准则，其它还有断裂失效准则、蠕变失效准则、腐蚀失效准则等，在此不作详细介绍。

1.2.2 设计标准

GB150-1998《钢制压力容器》中采用的是弹性失效准则。具体的解题方法：用平面力系解法，按弹性失效准则来判断容器的强度。对于因压力引起的不同应力状态（拉、弯、扭、剪及其组合），均采用相同的许用应力值，用调整计算公式中的有关系数的方法体现其差别，如封头、平盖、密封结构等的计算。

具体说，对于容器中存在的一次局部薄膜应力、弯曲应力、二次应力以及它们的组合，采用极限分析和安定性分析准则将这些应力控制在与使用经验相吻合的安全水平。在标准中，通过限制无件结构的某些相

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关尺寸、采用应力增大系数、考虑形状系数等方式将这些局部应力控制在许用范围内。所以在确定技术方案时，特别要注意标准中各章节及其相关内容的“前提条件”、“边界条件”。

前面已提到，压力容器设计有两种方法，即规则设计法和分析设计法。前者是基于经验方法的设计，其典型过程是确定设计载荷，选用设计公式，曲线和表格，并对所用材料取一个安全应力，最终给出容器的基本厚度，然后根据规范允许的构造细则及有关设计规则进行制造。

GB150-1998《钢制压力容器》为规则设计，按弹性失效准则应用解析方法进行应力计算，从而简化了设计计算，与JB 4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》相比具有计算简单、使用方便等特点，故得到广泛应用。在GB150-1998《钢制压力容器》与

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