50m3卧式石脑油储罐设计.doc

吉林化工学院 油气储运专业 课 程 设 计II题目 50m3 卧式石脑油储罐设计 教 学 院专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2012年 12 月 13 日油气储运课程设计任务书1、设计题目： 50m3 卧式石脑油储罐设计2、设计条件：（1）操作温度：（20）（2）设计温度：（25）（3）操作压力：（0.8MPa）（4）设计压力：（0.88MPa）（5）介质：石脑油；（6）全容积：50m3；（7）设备及附件材料自选。3、设计任务：（1）储罐分类、卧式储罐发展概况、介质物性；（2）设计参数选择；（3）储罐结构设计；（4）开孔补强设计计算；（5）储罐强度计算；（6）卧式储罐装配图（A3）。参考文献：1 GB150-1998,钢制压力容器2 JB/T 4731-2005,钢制卧式压力容器3 HG20580-1998,钢制化工容器设计基础规定4 JB/T4746-2002,钢制压力容器用封头5 HG/T 21517-2005,回转盖带颈平焊法兰人孔6 HG/T 20592-2009,钢制管法兰7 HG/T 20609-2009,钢制管法兰用金属包覆垫片8 HG/T 20613-2009,钢制管法兰用紧固件9 JB4712.1-2007,鞍式支座10 郑津洋等.过程设备设计.北京:化学工业出版社, 2010摘要IV第一章 绪论11.1储罐分类11.2储罐发展概况11.3介质物性2第二章 设计方案32.1设计参数的确定32.1.1设计压力32.1.2设计温度32.1.3容积和装料系数32.2储罐及配件材料选择3第三章 容器的结构设计43.1圆筒厚度的设计43.2封头厚度的计算43.3筒体和封头的结构设计53.4人孔的选择63.5接管、法兰、垫片和螺栓（柱）63.5.1接管和法兰63.5.2垫片73.5.3螺栓（螺柱）的选择93.6鞍座选型和结构设计93.6.1鞍座选型93.6.2鞍座的安装位置10第四章 开孔补强设计124.1补强设计方法判别124.2有效补强范围124.2.1有效宽度B124.2.2外侧有效高度124.2.3内侧有效高度134.3有效补强面积134.4补强面积13第五章 强度计算145.1水压试验应力校核145.2圆筒轴向弯矩计算145.2.1圆筒中间截面上的轴向弯矩145.2.2鞍座平面上的轴向弯矩145.3圆筒轴向应力计算及校核155.3.1圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力155.3.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核155.3.3圆筒轴向应力校核165.4切向剪应力的计算及校核165.4.1圆筒切向剪应力的计算165.4.2圆筒被封头加强时，其最大剪应力165.4.3切向剪应力的校核165.5圆筒周向应力的计算和校核175.5.1在横截面的最低点处175.5.2在鞍座边角处175.5.3鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力185.5.4周向应力校核185.6鞍座应力计算及校核185.6.1腹板水平分力及强度校核185.6.2鞍座压缩应力及强度校核185.7地震引起的地脚螺栓应力205.7.1倾覆力矩计算205.7.2由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力205.7.3由地震引起的地脚螺栓剪应力21结束语22参考文献23摘要本文采用分析设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、接管进行设计，然后对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。 关键词：压力容器、卧式储罐、结构设计、强度校核、开孔补强第一章 绪论1.1储罐分类目前我国使用范围最广泛、制作安装技术最成熟的是拱顶储罐、浮顶储罐和卧式储罐用于储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐，防腐储罐工程是石油、化工、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业必不可少的、重要的基础设施，我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制储罐，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。钢制储罐是储存各种液体（或气体）原料及成品的专用设备，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储罐。我国的储油设施多以地上储罐为主，且以金属结构居多。1.2储罐发展概况由于我国石油资源的限制，必须充分利用国外石油资源。目前我国每年均要进口几千万吨原油和几百万吨液化石油气，才能满足国民经济和人民生活的需要。另一方面，随着全球经济一体化的发展和我国即将加入世界贸易组织(WTO)，我国必须大力增加石油储备资源，以减少国际局势动荡对我国经济的影响。以上情况迫切要求我们大力增加石油储存能力，发展大型储罐。目前(1015)万立方米的浮顶罐是世界各国储存原油的主体罐型。日本已建成了单罐容量为16万立方米的大型储罐，还设计出了18万立方米和30万立方米的特大型储罐。 我国陆续在秦皇岛、黄岛、浙江舟山和大连等地建造了十几座10万立方米的浮顶原油罐(系引进日本的技术与主要材料)，使得5万立方米和10万立方米浮顶罐已成为我国目前原油储存的主体罐型。由于大容量储罐的单位容量的耗钢量、投资及运营费用较低，为了适应我国原油进口和适当储备的形势，我们面临建造更大容量储罐的任务。 对于汽油、喷气燃料和柴油等大宗油料的储罐，随着石油和石油化工企业生产加工装置的大型化，也正朝着大型化发展。深圳某些石化企业已建成了一批(25)万立方米的内浮顶成品油料储罐。 对于液化石油气的储存，在沿海地区要大力开发大型常压低温储罐，以满足液化石油气需求量日益增长(主要由国外进口)的储存要求。对于液化石油气的生产企业，它的主体罐型将是在常温压力下储存l0003000立方米的球罐。因为在这些企业中，液化石油气的储罐储存能力一般为7天10天的生产量。由于油料周转快，要采用常压低温储存，就必须设置庞大的致冷设备，将生产装置生产的温度为40左右的液化石油气降至-4(丁烷)-42(丙烷)，而液化石油气的出厂手段一般为铁路罐车、汽车罐车或水运装船，用户都不要求进低温的液化石油气，这样就会造成能量的巨大浪费和作业困难，所以在这些液化石油气的生产企业中采用大容量常压低温储罐在经济上是不可行的。1.3介质物性介质名称及特性（无毒，易燃）：石脑油（petroleum naphtha ligroin）：一般含烷烃55.4%、单环烷烃30.3%、双环烷烃2.4%、烷基苯11.7%、苯0.1%。平均分子量为114，密度为0.76g/cm3，爆炸极限1.2%6.0%。主要成分： 主要为烷烃的C4C6成份。石脑油在常温、常压下为无色透明或微黄色液体，有特殊气味，不溶于水。密度在650-750kg/m3、。硫含量不大于0.08%，烷烃含量不超过60%，芳烃含量不超有12%，烯烃含量不大于1.0%。外观与性状： 无色或浅黄色液体。沸点()： 20160相对密度(水=1)： 0.780.97闪点()： -2引燃温度()： 350爆炸上限%(V/V)： 8.7爆炸下限%(V/V)： 1.1溶解性： 不溶于水，溶于多数有机溶剂。健康危害： 石脑油蒸汽可引起眼及上呼吸道刺激症状，如浓度过高，几分钟即可引起呼吸困难、紫绀等缺氧症状。环境危害： 对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染。燃爆危险： 本品易燃，具刺激性。危险特性： 其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。其蒸汽比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。应急处理：迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防静电工作服。尽可能切断泄漏源。防止流入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用砂土、蛭石或其它惰性材料吸收。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容。用泡沫覆盖，降低蒸汽灾害。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。第二章 设计方案2.1设计参数的确定2.1.1设计压力工作压力：0.8。设计压力取工作压力的1.1倍，即2.1.2设计温度操作温度：20。设计温度取为2.1.3容积和装料系数全容积：50 装料系数 0.9公称直径：根据筒体全容积，粗定筒体公称直径为2800mm。2.2储罐及配件材料选择由操作条件分析，该容器属于中压、常温范畴。在常温下材料的组织和力学性能没有明显变化。主要元件材料的选择：根据GB150-19981表4-1，选用筒体材料为16MnR（钢材标准为GB6654）。根据JB/T47312,鞍座选用材料为Q235-B，其许用应力。地脚螺栓选用符合GB/T 700规定的Q235，Q235的许用应力第三章 容器的结构设计3.1圆筒厚度的设计由于该容器储存介质易燃，所以该容器的焊缝都要采用全焊透结构，需要对该储罐进行100%探伤，所以取焊缝系数为。假设圆筒的厚度在616mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：疲劳极限强度，屈服极限强度，下的许用应力为，利用中径公式 式中设计厚度（mm）；P圆筒的设计压力（Mpa）；Di圆筒的公称直径（mm）；焊接接头系数；t钢板在设计温度下的许用应力（Mpa）。查标准HG20580-19983表7-1知，钢板厚度负偏差为0.25mm，而由1中3.5.5.1知，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。查3中表7-5知，对于有轻微腐蚀的介质，腐蚀裕量。则筒体的名义厚度圆整后取为3.2封头厚度的计算查标准JB/T4746-20024中表1，得公称直径选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2，根据1中椭圆形封头计算中式（7-1） (3-2)同上，取，则封头的名义厚度为圆整后取为3.3筒体和封头的结构设计由封头长短轴之比为2，即，得查标准4中表B.1 EHA和B.2 EHA表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表3-1和图3-1。取装料系数为0.9，则即算得圆整后取为表3-1 封头尺寸表公称直径DN mm总深度H mm内表面积A 容积质量Kg28007408.85033.1198678.0图3-1 椭圆形封头3.4人孔的选择根据HG/T 21517-20055，查表3-3，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见表3-2：表3-2 人孔尺寸表 单位：mm密封面型式凹凸面MFMD6702324公称压力PN MPa1.062028螺柱数量20公称直径DN500250A365螺母数量40103B175螺柱尺寸db28L250总质量kg1533.5接管、法兰、垫片和螺栓（柱）3.5.1接管和法兰该石脑油储罐应设置物料入口、物料出口、温度计口、压力表口、安全阀口、液面计口、排污口和人孔。初步确定各口方位如图3-2：图3-2 各管口方位查HG/T 20592-20096中表8.2 3-1 PN带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。查6中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查6中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。将查得的各参数整理如表3-33.5.2垫片查HG/T 20609-20097，得各管口的垫片尺寸如表3-4：表3-4 垫片尺寸表管口名称公称直径内径D1外径D2进料口80109.5142出料口80109.5142排污口80109.5142人孔500561624液位计口3261.582温度计口2045.561压力表口2045.561安全阀口80109.5142排空口5077.5107注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T 3880，代号为L3。2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：垫片厚度均为3mm。名称公称直径DN钢管外径法兰焊端外径法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n（个）螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度法兰质量NR进料口8089B200160188M16201053.2106504.0出料口8089B200160188M16201053.2106504.0排污口8089B200160188M16201053.2106504.0人孔500液位计口3238B140100184M1618562.666422.0温度计口2025B10575144M1218402.364401.0压力表口2025B10575144M1218402.364401.0安全阀口8089B200160188M16201053.2106504.0排空口5057B165125184M1618742.985452.5表3-3 各管口法兰尺3.5.3螺栓（螺柱）的选择查HG/T 20613-20098中表5.0.7-11和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸如表3-5：表3-5 螺栓及垫片名称紧固件用平垫圈 mm公称直径螺纹螺柱长H进料口80M169217303出料口80M169217303排污口80M169217303人孔500液位计口32M168517303温度计口20M127513242.5压力表口20M127513242.5安全阀口80M169217303排空口50M1690173033.6鞍座选型和结构设计3.6.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷：储罐总质量 （3-3）筒体质量：单个封头的质量，充液质量：，水压试验充满水，故取介质密度为， 则附件质量：人孔质量为，其他接管总和为200kg，即综上所述， 则每个鞍座承受的质量为，即为。查JB4712.1-20079表1，优先选择轻型支座。查9中表2，得出鞍座尺寸如表3-6：表3-6 鞍座尺寸表公称直径DN2800腹板10垫板610允许载荷QkN445筋板32010鞍座高度h250268e120底板2040360螺栓间距 18003008鞍座质量Kg32414垫板弧长3260增加100mm增加的高度Kg283.6.2鞍座的安装位置根据2中6.1.1规定，应尽量使支座中心到封头切线的距离A小于等于，当无法满足A小于等于时，A值不宜大于。为圆筒的平均内径。即取图3-3 鞍座安装位置第四章 开孔补强设计4.1补强设计方法判别根据1中式8.3，知该储罐中只有人孔需要补强。人孔开孔直径为 故可采用等面积法进行补强计算接管材料选用16MnR，其许用应力根据GB150-1998中式8-1： （4-1）式中：壳体开孔处的计算厚度接管的有效厚度强度削弱系数所以4.2有效补强范围4.2.1有效宽度B按1中式8-7，得： 4.2.2外侧有效高度根据1中式8-8，得：4.2.3内侧有效高度根据1中式8-9，得：4.3有效补强面积根据1中式8-10 至式8-13，分别计算如下： （4-3）筒体多余面积接管多余面积焊缝金属截面积，焊脚去9mm，则4.4补强面积因为，所以开孔需另行补强另行补强面积为第五章 强度计算5.1水压试验应力校核试验压力圆筒的薄膜应力为即，所以水压试验合格5.2圆筒轴向弯矩计算圆筒的平均半径为鞍座反力为5.2.1圆筒中间截面上的轴向弯矩根据2中式7-2，得：5.2.2鞍座平面上的轴向弯矩根据2中式7-3，得：图5-1（a）筒体受剪力图图5-1（b）筒体受弯矩图5.3圆筒轴向应力计算及校核5.3.1圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力根据2中式7-4至式7-7计算最高点处： （5-1）最低点处： （5-2）5.3.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算：a).当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强（即）时，轴向应力位于横截面最高点处.取鞍座包角，查表7-1（JB/T4731-2005）得，.则b).在横截面最低点处的轴向应力：5.3.3圆筒轴向应力校核 （5-3）查图4-810得，,则满足条件5.4切向剪应力的计算及校核5.4.1圆筒切向剪应力的计算根据2中式7-9计算，查2中表7-2，得： （5-4）5.4.2圆筒被封头加强时，其最大剪应力根据2中式7-10，计算得： （5-5）5.4.3切向剪应力的校核圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的0.8倍，即。封头的切向剪应力，应满足而故圆筒满足强度要求。根据2中式7-12 （5-6）则 （5-7）故封头满足强度要求5.5圆筒周向应力的计算和校核根据鞍座尺寸表知：即，所以此鞍座垫片作为加强用的鞍座。5.5.1在横截面的最低点处根据2中式718 其中（容器焊在支座上） （5-8）查2中表7-3知， 则5.5.2在鞍座边角处由于 根据2中式720:由于 查2中表7-3知，则 （5-9）5.5.3鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力由于，根据2中式7225.5.4周向应力校核根据2中式7.3.4.3故圆筒周向应力强度满足要求。5.6鞍座应力计算及校核5.6.1腹板水平分力及强度校核根据2中表77鞍座包角，查2中表75得：。则垫板起加强作用，则：其中，则则查2中表51，得：，则由于，所以其强度满足要求。5.6.2鞍座压缩应力及强度校核根据2中表76，取则 ，钢底板对水泥基础的则 所以压应力应按2中式729计算： （5-9）其中 ，筋板面积 腹板面积：形心：腹板与筋板组合截面断面系数：代入公式得取 则根据2中式732进行校核即满足强度要求。5.7地震引起的地脚螺栓应力5.7.1倾覆力矩计算5.7.2由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力根据2中式7-34计算 （5-10）其中n为承受倾覆力矩的地脚螺栓个数，；为筒体轴线两侧的螺栓间距；为每个地脚螺栓的横截面面积，；则取载荷系数，则由于，所以强度符合要求。5.7.3由地震引起的地脚螺栓剪应力根据2中式7-35计算 （5-11）其中为承受剪应力的地脚螺栓个数，；则 由于 故符合强度要求。结束语通过这两个周的学习，还是学到了不少的知识！不仅纠正了课程学习过程中出现的许多错误，还在试验中验证了自己的一些猜想。通过这次设计对我们独自解决问题的能力也有所提高。在整个过程中，我查阅了相关书籍及文献，取其相关知识要点应用到课设中，而且其中有很多相关设备选取标准可以直接选取，这样设计出来的设备更加符合要求。设计中的CAD设备图使我在绘图的整个过程中，对制图软件的操作更加熟悉。这次课设的书写中对格式的要求也很严格，在老师的指导下我们按照毕业设计的格式要求完成课设。这就为我们做毕业设计打下了基础。因为的知识有限，所做出的设计存在许多缺点和不足，请徐老师做出批评和指正，最后感谢徐老师对这次课设的评阅。参考文献1 GB150-1998,钢制压力容器2 JB/T 4731-2005,钢制卧式压力容器3 HG20580-1998,钢制化工容器设计基础规定4 JB/T4746-2002,钢制压力容器用封头5 HG/T 21517-2005,回转盖带颈平焊法兰人孔6 HG/T 20592-2009,钢制管法兰7 HG/T 20609-2009,钢制管法兰用金属包覆垫片8 HG/T 20613-2009,钢制管法兰用紧固件9 JB4712.1-2007,鞍式支座10 郑津洋等.过程设备设计.北京:化学工业出版社, 2010油气储运课程设计教师评分表评价单元评价要素评价内涵满分评分平时成绩20%出勤能按时到指定设计地点进行课程设计，不旷课，不迟到，不早退。10纪律学习态度认真，遵守课程设计阶段的纪律，作风严谨，按时完成课程设计规定的任务，按时上交课程设计有关资料。10说明书质量30%说明书格式符合课程设计说明书的基本要求，用语、格式、图表、数据、量和单位及各种资料引用规范等。10工艺设计计算根据选定的方案和规定的任务进行物料衡算，热量衡算，主体设备工艺尺寸计算，附属设备的选型等。20制图质量30%制图图形图纸的布局、线形、字体、箭头、整洁等。20制图正确性符合化工原理课程设计任务书制图要求，正确绘制流程图和工艺条件图等。10答辩20对设计方案的理解答辩过程中，思路清晰、论点正确、对设计方案理解深入，主要问题回答正确20指导教师综合评定成绩：实评总分；成绩等级 指导教师（签名）： 年 月 日 注：按优（90-100分）、良（80-89分）、中（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（60分以下）五级评定成绩。