储罐的设计-毕设论文.doc

重庆能源职业学院毕业设计（论文）论文（设计）题目： 储罐的设计 班 级： 2010级油储（二）班 姓 名： 黄 杰 学 号： 20102322039 指导教师： 鞠茂林 时间：2013年 6 月7日附二： 重庆能源职业学院毕业设计(论文)成绩表 系 专业 班 评审意见：指导教师对学生 所完成的课题为 的毕业设计(论文)进行的情况，完成情况的意见： 评分：平时成绩（百分制） 论文成绩（百分制） 指导教师 年 月 日 答辩：毕业设计(论文)答辩组对学生 所完成的课题为 的毕业设计(论文)经过答辩,成绩为 毕业设计(论文)答辩组负责人 答辩组成员 年 月 日 总成绩（平时成绩20%+论文成绩30%+答辩成绩50%）： 签字： 年 月 日目 录储罐的设计21 绪论31.1 储罐的应用及意义32 设计概述42.1 设计任务42.2 设计思想52.3 设计特点53储罐制造结构53.1叠壁设计53.2 大角焊缝设计64 材料及结构的选择64.1 材料选择64.2 结构选择74.2.1 封头的选择74.2.2 人孔的选择74.2.4液面计的选择85 机械计算95.1 筒体厚度设计95.3 水压试验及强度校核105.4 人孔并核算开孔补强105.5 核算承载能力并选择鞍座126 附件的选择1361 液面计的选择136.2 压力计选择146.3 接口管选择147 设计结果一览表158 设计小结16致 谢18参考文献19附录1:20附录2：21储罐的设计摘要：本文首先介绍容器的基本知识，包括压力容器的分类与结构；封头的种类与选择；容器的零部件（法兰、支座、接口管、手孔、人孔等）。然后以液化石油气储罐的设计为例，讲述了内压薄壁圆筒和标准椭圆形封头的强度设计，以及容器主要零部件的选用。关键词：容器；零部件；强度设计mechanical design of liquid ammonia storage tankAbstract: This paper first introduces the basics of container, including the classification and structure of pressure vessels; the types of sealing head and how to select it; the parts of container (flange, bearing, interface tube, hand hole, manhole, etc.). Then take the design of liquid liquefied pentroeum gas(LPG) storage tank for example, tells the strength design of cylinder of internal pressure and standard-elliptical head, and the selection of the main components of container.Key words: Containers; Parts; Strength design1 绪论1.1储罐的应用及意义储罐是储存或盛装气体、液体、液化气体 等介质的设备，在化工、石油、能源、轻 工、环保、制药及食品等行业得到广泛应 用。我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制贮罐，钢制储罐，防腐储罐在国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的。随着现代社会对能源的需求日益增大，对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产，特别是国家战略物资储备均离不开 各种容量和类型的防腐储罐等,并且各 种储存设备的需求量及要求也在不断的提高，因此我们需要在已有的各种储存设备（储罐）的基础上进行结构的创新以及新型材料的应用上得创新。使储罐既满足储存物质的需要又符合国家的新标准。2 设计概述2.1 设计任务1. 设计课题：储罐的设计2. 工艺参数最高使用温度：T=50公称直径：DN=5000mm筒体长度（不含封头）：L0=5000mm使用地点：重庆龙海石化有限公司3. 设计内容1. 筒体材料的选择2. 罐的结构尺寸3. 罐的制造施工4. 零部件型号及位置5. 相关校核计算2.2 设计思想化工容器设计的基本要求是安全性与经济性，安全是核心问题，在充分保证安全的前提下尽可能做到经济。首先根据设计任务及基本参数，查阅各种国家规定的设计标准进行容器的选型、基本结构的确定和材料的选择，其中包括储罐类型的选择，容器用钢材料的选择，封头的选择，人孔的选择，法兰的选择，液面计的选择，支座的选择。然后再根据设计参数进行工艺计算，设计出容器各组成部分的工艺数据，其中包括筒体的厚度，封头的厚度，水压实验及强度核算，人孔及开孔补强，承载能力及鞍座的设计等等1。2.3 设计特点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液罐的的筒体、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2。3储罐制造结构3.1叠壁设计采用国际上通用的美国API650中的变设计点方法进行设计。从实测结果知，油罐的最大应力不在最下一圈壁板上，而是在2.63.6m。对第一、二圈的纵、横焊缝进行100射线探伤检测，其焊接接头系数取1.0，控制第一圈与第二圈壁板厚度之差不超过5mm。使罐壁的环向应力更接近实际应力，并不超过260MPa且分布均匀，既提高使用安全性，又经济合理。3.2 大角焊缝设计大角焊缝即罐底圈壁与底边缘板的T形内角焊缝见（图1），是应力集中的峰值区，它承受液压引起的拉伸应力和弯矩，以及地震或风载引起的弯矩和剪切力等。随着罐内液位的升降，该焊缝周围底板产生一定的弹性变形，并有可能引起高应力循环疲劳破坏。因此该焊缝不能是全焊透结构，而且节点刚性不能太大，应设法从焊缝结构、焊接工艺和探伤检测等方面采取措施，尽可能地降低大角焊缝处的峰值应力，并使其具有一定的柔韧性。罐底板焊接图14 材料及结构的选择 4.1 材料选择纯液化石油气腐蚀性小,储罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20R、16MnR.这两种钢种。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板， 16MnR钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。在GB 150钢制压力容器2中，对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力，16MnR的许用应力见表3-1。表4-1压力容器用16MnR钢板的许用应力钢号钢板标准使用状态厚度mm常温强度指标在下温度()下的许用压力/MpabMpasMpa2010015016MnRGB6654热轧，正火6-1651034517017017016-3649032516316316336-604703051571571574.2 结构选择 4.2.1 封头的选择化工容器上常用的封头型号有半球形封头，椭圆形封头，锥形封头，平盖型。半球形应力小，但深度大，冲压困难，制造困难，一般用于高压容器上。椭圆形应力分布比较均匀，深度小，易于冲压成型。是目前中低压容器中应用较广泛的封头之一。所以本设计选用椭圆形封头。锥形封头一般多用于立式容器上，故不选用。平盖型结构简单，制造容易，但材料耗费多。故不选用。总之，从受力情况，制造角度以及费用综合考虑后，本设计选用标准椭圆形封头1。本设计上下封头均选用标准椭圆形封头。根据JB/T 47462002标准，所选的封头DN300023，曲面高度h1=850mm，直边高度h0=60mm，材料选用16MnR。下封头与支座焊接，直边高度取80。 4.2.2 人孔的选择压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径(人、手孔的公称压力与法兰的公称压力概念类似。公称直径则指其简节的公称直径)、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性。通常可以根据操作需要,在这考虑到人孔盖直径较大较重,故选用碳钢水平吊盖人孔，人孔筒节轴线垂直安装。表4-2水平吊盖带颈对焊法兰人孔(突面)标准尺寸 (mm)公称压力 公称 dWS D D1 d b b1 b2 A H1 H2 d0MPa 直径 2.2 600 58012 750 700 600 58 50 56 560 380 264 424.2.3 法兰型式法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。甲型平焊法兰有PN0.25 MPa 0.6 MPa 1.0 MPa1.6 MPa，在较小范围内（DN300 mm -2000 mm）适用温度范围为-20-300。乙型平焊法兰用于PN0.25 MPa-1.6 MPa压力等级中较大的直径范围，适用的全部直径范围为DN300 mm -3000 mm，适用温度范围为-20-350。对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性。用于更高压力的范围（PN0.6 MPa-6.4MPa）适用温度范围为-20-45。法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。法兰设计时，须注意以下二点：管法兰钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照HG5010或GB 9119GB 91126中的规定5。4.2.4液面计的选择液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。在中低压容器中常用前两种。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在0250。但透光式适用工作压力较反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa，介质温度在0250的范围。液面计与容器的连接型式有法兰连接、颈部连接及嵌入连接，分别用于不同型式的液面计。液面计的选用:（1）玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。板式液面计承压能力强,但是比较笨重、成本较高。（2）玻璃板液面计一般选易观察的透光式,只有当物料很干净时才选反射式。（3）当容器高度大于3m时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观察效果受到限制，应改用其它适用的液面计。液化石油气为较干净的物料,易透光,不会出现严重的堵塞现象所以在此选用玻璃管液面计5。5 机械计算5.1 筒体厚度设计p设计压力。贮罐在夏季最高温度可达到目的50，其最高工作压力根据混合液化石油气50的饱和蒸汽压不同，分别把50时的异丁烷、丙烷、丙烯作为其最高工作压力。通常把50时的丙烷的液体饱和蒸气压1.61 MPa作为液化石油气贮罐的最高设计压力。取此压强的1.1倍,故取P=1.8 MPa作为设计压力3。=5000mm在操作温度-550的范围内,估计些筒体的厚度在32 mm 左右,为安全计=163 MPa(查钢制压力容器中使用的许用应力表) 3。焊接接头采用V坡口双面焊接,采用局部无损检测,其焊接接头系数由焊接接头系数表查得=0.85。壁厚附加量C，在钢制压力容器2中，只考虑腐裕量，不计钢板厚度负偏差，单面腐蚀取=1 mm。筒体厚度圆整后选取厚度为34mm的16MnR钢板来制造筒体。5.3 水压试验及强度校核GB 150-1998钢制压力容器2规定液压试验压力如下： 式中试验压力，MPa；P设计压力，MPa； 、t分别为液压试验温度和设计温度下壳壁材料的许用应力，MPa。将p=1.8MPa， =t=163MPa代入式(4.2)得液压试验的试验压力为：选取前两者中压力较大值作为水压试验压力为=2.25MPa水压试验时的应力为： 14mm16MnR钢板在常压下的许用应力：,故筒体满足水压试验时的强度要求。根据现场测量数据记录表见附录1、附录2。5.4 人孔并核算开孔补强 根据储罐是在常温下及最高工作压力为1.8 MPa的条件下工作,人孔的标准按公称压力为1.8MPa等级选取，考虑到人孔盖直径较大较重,故选用碳钢水平吊盖人孔(JB583-79)，公称直径450mm,凹凸法兰密封面（C型），该人孔结构中有吊钩和销轴，检修时只须松开螺栓将盖板旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖松取下。查得如下图水平吊盖人孔（JB583-7925;材料与零部件5,486页）各零件的名称、材料及尺寸如下：件号名称数量/（个）材料尺寸/mm标准号1筒节1Q235A4802煤栓20A4直径长度=M27120GB30-763螺母1Q235AD=640，D1=585GB30-764法兰1Q235A=3GB41-765垫片1Q235AB1=42，b2=44GB95-766盖1Q235Ad=207吊环1Q235Ad=368转臂1Q235A螺纹M20外径50，内径369吊钩1Q235A10螺母2Q235A673.511垫圈1Q235A=1012环11013无缝钢管11Q235AA14支撑板1另外,还要考虑人孔补强,确定补强圈尺寸,由于人孔的筒节不是采用无缝钢管,故不能直接选用补强圈标准。本设计所选用的人孔筒节内径为d=450mm,壁厚=10mm。故补强圈尺寸如下：查表得人孔的筒体尺寸为48010，由标准查得补强强圈内公式=484mm,外径=760。不计焊缝系数的筒体计算壁厚开孔补强的有关计算参数如下：考虑腐蚀后的开孔内径460+21=462补强区的宽度B2d=2462=924mm接管的计算壁厚附加量补强区的外侧高度补强区的内侧高度h2=0二者中取较小值h2=0。在有效补强范围内，可作为补强的截面积按下式计算 式中补强面积,； 开孔被削弱的金属面面积,；壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积,;接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积,；焊缝金属截面积,。由教材公式计算因开孔被削弱的金属面面积A,Ad=46227.8=12844由教材公式计算筒体超过承压所需的多余金属截面积若不计焊缝补强的金属截面面积，则补强金属截面面积由教材公式求得补强圈的厚度由于考虑到筒体的厚度为34mm,故选取补强圈为29mm厚的16MnR补强圈,其标记为:补强圈Dg45029 JB 1207-73。5.5 核算承载能力并选择鞍座首先粗略计算鞍座负荷储罐总质量式中罐体的质量，Kg水压试验时水的质量，Kg附件的质量，Kg罐体质量:筒体公称直径=5000 mm，那么每米长的容积为19.625 ，由材料与零部件5查得封头容积=1.39/m，则 解得 L=4.98m 取 L=5m为宜。罐体的自重（化工设备设计手册第一册，化学工业出版社，328页2）可查得，公称直径为5000壁厚为34mm的筒体每米长的重量为3940g,封头的自重为3399Kg，罐体自重为： Kg水压试验时罐内的水重为:=100455Kg其它附件质量:人孔质量约为210Kg,其他附件重量约为200 Kg，共410Kg。=410Kg于是，设备总质量为 Kg其总重力Q为1116KN，查材料与零部件5得，公称直径为5000 mm，高度H400 mm的A型鞍座，其单个承载能力为1178 KN 1116KN.故其承载能力足够。标记为：DN5000-AM-400 JB 1167-81 DN1600-AM-200 JB 1167-81。6 附件的选择61 液面计的选择储罐常用玻璃液面计,由储罐公称直径5000选择长度为1800mm 液面计两支，体材料(针形阀)为碳钢,体温型, 液面计接管为无缝钢管，液面计相配的接口管尺寸为: 354mm,平焊管法兰HG 5010-58 Pg16Dg20 液面计标记为：玻璃管液面计 AD L1800 HG 5-227-80 6.2 压力计选择（1）量程装在锅炉、压力容器上的压力表，其最大量程（表盘上刻度极限值）应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力的153倍，最好取2倍。若选用的压力表量程过大，由于同样精度的压力表，量程越大，允许误差的绝对值和肉眼观察的偏差就越大，则会影响压力读数的准确性；反之，若选用的压力表量程过小，设备的工作压力等于或接近压力表的刻度极限，则会使压力表中的弹性元件长期处于最大的变形状态，易产生永久变形，引起压力表的误差增大和使用寿命降低。另外，压力表的量程过小，万一超压运行，指针越过最大量程接近零位，而使操作人员产生错觉，造成更大的事故。因此，压力表的使用压力范围，应不超过刻度极限的6070。 （2）测量精度压力表的精度是以允许误差占表盘刻度极限值的百分数来表示的。精度等级一般都标在表盘上，选用压力表时，应根据设备的压力等级和实际工作需要来确定精度。额定蒸汽压力小于2.45MPa的锅炉和低压容器所用的压力表，其精度不应低于25级；额定蒸汽压力大于2.45MPa的锅炉和中、高压容器的压力表，精度不应低于1.5级。 （3）表盘直径为了使操作人员能准确地看清压力值，压力表的表盘直径不应过小。在一般情况下，锅炉和压力容器所用压力表的表盘直径不应小于100mm，如果压力表装得较高或离岗位较远，表盘直径还应增大又考虑到液化石油气有一定腐蚀性,所以综合考虑选用隔膜压力表, 技术指标为：精度等级：(1.6) 公称直径：50 接头螺纹：1.5 G1 测量范围：0-2.4Mpa 76.3 接口管选择1 进料管采用无缝钢管1006mm (管壁加厚，具有补强作用).管的一端伸入罐切成45,管长400 mm。配用凸面式平焊管法兰Pg16Dg65 GB9119.8-8。2 出料管采用可拆的压出管1006mm,伸入到罐内离罐底约100 mm,外套无缝钢管1157mm(管壁加厚，具有补强作用),都配用凸面板式平焊管法兰（GB9119.8-88），凸面管法兰盖（GB9119.8-88）和石棉橡胶垫片（GB9126.2-88）。3 排污管在罐的右端最底部设个排污管，规格是805mm，管端焊有与截止阀J141-16相配的管法兰HG20592 法兰PL50-1.6 RF Q235A。排污管与罐体连接处焊有一厚度为12mm的补强圈。4 放空管接口管采用805mm无缝钢管,管法兰Pg16Dg50 HG 5010-58 。5 安全阀接口管安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定.本贮罐选用805mm的无缝钢管, 管法兰Pg16Dg50 HG 5010-58。6 压力表接口管压力表接口管由最大工作压力决定, ,因此选用采用805mm无缝钢管,管法兰采用HG 5010-58 Pg16Dg50。各接管外伸高度都是300mm。7 设计结果一览表序号名称指标材料1设计压力1.8MPa2工作温度503物料名称液化石油气4容积100m35筒体DN5000mm34mm，L=5000mm16MnR6封头DN5000mm34mm，h=80mm16MnR7鞍座JB/T4712-92 鞍座A5000-FJB/T4712-92 鞍座A5000-SQ235A.F8人孔HG21524-95 人孔RF （AG）450-2.5组合件9补强圈Dg4502916MnR10液面计液面计HG 5-227-80组合件11液面计接管35mm5mm，L=700mm10（GBT 8163）12进料管80mm5mm，L=500mm10（GBT 8163）13出料管80mm5mm，L=300mm10（GBT 8163）14压料接管25mm3mm，L=3000mm10（GBT 8163）15排污管80mm5mm，L=300mm10（GBT 8163）16放空管80mm5mm，L=300mm10（GBT 8163）17安全阀接管80mm5mm，L=300mm10（GBT 8163）18法兰640mm14mmQ235A8 设计小结经过储罐的设计，其各部分结构如下：根据GB/T 90192001标准，筒体DN300023，长度为8000mm，材料选16MnR。上下封头均选用标准椭圆形封头。根据JB/T 47462002标准，封头DN300023，曲面高度h1=850mm，直边高度h0=60mm，材料选用16MnR。下封头与支座焊接，直边高度取80。根据JB/T 471292标准,选用A3000F的卧式鞍座,材料为Q235A .F。选用573.5 l=400，材料为10（GBT 8163）的进料接管；573.5 l=300，材料为10（GBT 8163）的排污接管；805 l=300，材料为10（GBT 8163）的放空管接管；805 l=300，材料为10（GBT 8163）的安全阀接管。根据HGT 2155093标准,选用AI 2.5126050的防霜液面计。根据HG 2152495标准,选用PN2.5 DN450的人孔。根据JB/T47362002标准,选用760484 =34的补强圈，材料为16MnR。致 谢毕业论文暂告收尾，这也意味着我在能源学院的三年的学习生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这三年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。感谢油气储运专业各个老师与各位同学，与他们的交流使我受益颇多。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！参考文献1匡国柱 史启才化工设备设计手册2005 2上海化工设计院. 钢制压力容器GB150-89 1984.3华东化工学院制图教研室编 化工制图人民教育出版社1980；4李健伟 茅晓东典型化工设备机械设计指导 东理工大学出版社 19955材料与零部件6金属化工设备零部件7国家质量技术监督局 压力容器安全技术监察规程 19998李多民 俞惠敏 化工过程设备机械基础 中国石化出版社 2007.29韩叶象 化工机械基础课程设计 北京化工学院出版社附录1:V5107罐充水试验记录表充水日期充水时间记录数据（mm)冲水日期充水时间记录数据（mm)3月11日17:0011603 月14日11:00377021:30136517:00400000:3014903月15日06:3044703月12日03:30162011:30462006:30176016:00478008:00183022：00495009:00188023:30501013:0020403月16 日06:30533017:00218511：00541021:30237017：3057003月13日09:0028303月17日07:40630016:00301516:00656020:0032203月18日06:0075603月14日06:30361010:307750附录2：灌基础沉降观测记录工程名称： 灌容积： 引用水准点编号：G1第1 页灌 型 号：V5107 灌重量：170 m3 水准点高程：214.797 年2013年3月10 日17:40第2次3月17日16:32 时第3 次 3月 19日 15:12时第4次3月23日 14:16时第5 次 4月1日 17:00时边测高程（m）高程 (m）沉降量(mm)高程（m）沉降量（mm）高程（m）沉降量（mm）高程（m）沉降量（mm）本次累计本次累计本次累计本次累计1214.855214.849 6 6214.848 1 7 214.845 3 10214.844 1 112214.850214.846 4 4 214.846 0 4 214.844 2 6214.843 1 73214.852214.844 8 8 214.844 1 9 214.843 0 8214.841 2 104214.859214.850 9 9 214.849 1 10 214.846 3 13214.842 4 175214.855214.845 10 10 214.844 11 1 214.837 7 18214.831 6 246214.838214.829 9 9 214.826 3 12 214.819 8 19214.814 5 247214.852214.844 8 8 214.842 3 11 214.836 6 16214.830 6 228214.855214.849 6 6 214.848 1 7 214.843 5 12214.841 2 1421