《液氩储罐 液氩储罐结构设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液氩储罐 液氩储罐结构设计（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、沈阳理工大学任务说明书目录绪论2第一章 设计参数的选择31.1设计题目31.2设计数据31.3设计压力31.4设计温度31.5主要元件材料的选择3第二章设备的结构设计42.1圆筒厚度的设计42.2封头厚度的设计42.3筒体和封头的结构设计42.4鞍座选型和结构设计52.5接管、法兰的选择6第三章容器保冷层设计83.1材料的选择83.2厚度计算8第四章容器强度的校核94.1水压试验应力校核： 94.2筒体轴向弯矩计算94.3筒体轴向应力计算及校核104.4筒体和封头中的切向剪应力计算与校核114.5筒体的周向应力计算与校核114.6 鞍座应力计算与校核11第四章开孔补强设计145.1补强设计方法
2、判别145.2有效补强范围145.3有效补强面积145.4补强面积15第五章 液氩储罐的焊接 16参考文献17沈阳理工大学任务说明书绪论随着我国化学工业的蓬勃发展，各地建立了大量的液化气储配站。对于储存量小于500 m 3或单罐 容积小于150m3时。一般选用卧式圆筒形储罐。液化气储罐是储存易燃易爆介质.直接关系到人民生 命财产安全的重要设备。因此属于设计、制造要求高、检验要求严的三类压力容器。本次设计的为100m 3 液化石油气储罐设计即为此种情况。工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。设计温度为-20r以下的压 力容器被称为低温压力容器，对于低温压力容器首先要选用合
3、适的材料，材料在使用温度下应具有良好 的韧性。经细化晶粒处理的低合金钢可用到-45C, 2.5%镍钢可用到-60C, 3.5%镍钢可用至l-104C,9% 镍钢可用到-196C。低于-196C时可选用奥氏体不锈钢等。因此鉴于本次课题低温液氩储罐为单层绝热储罐。内胆材质采用奥氏体不锈钢(0Cr18Ni10Ti),外 层保冷材料为泡沫玻璃。同时采用了双组分快速固化液体涂料。由筒体、封头、法兰和密封元件、开孔 和接管、支座、绝热保冷层六大部组成。筒体是圆筒形压力容器的主要承压元件，它构成了完成化学反应或储存物所需的最大空间。筒体一 般是由钢板卷制或压制成型后组装焊接而成。当筒体直径较小是，可采用无缝
4、钢管制作。对于即轴向尺 寸较大的筒体，采用环焊缝将几个筒节拼焊制成。根据筒体的承载要求和钢板厚度，其纵焊缝和环向焊 缝可采用开坡口或不坡口的对接接头。对于承受高压的厚壁容器筒体，除了采用单层厚钢板制作外，也 可以采用层板包扎、热套、绕带或绕板等工艺制作多层筒体结构。封头即是容器的端盖。根据形状的不 同，分为球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和平板封头等结构形式。为了避免在低温压力容器上产生过高的局部应力，在设计容器时应避免有过高的应力集中和附加应 力；在制造容器时严格检验，以防止容器中存在危险的缺陷。对于因焊接而引起的过大残余应力，在焊 后应进行消除焊接残余应力处理。为保证压力容器的安全使用，在制
5、造严格按照有关标准、规范，对压力容器的原材料和加工制造过 程进行严格的质量检验，因此，对投入运行的压力容器也需要进行定期检验。压力容器的检验内容主要 有：对材料的化学成分和力学性能的常规理化检验；对焊接接头的各种性能检验；对压力容器各部分存 在的各类缺陷的无损检测；用高于操作压力的液体对容器进行耐压试验等。质量检验在压力容器制造过 程中占重要的地位。在有些反应堆压力容器的生产周期中，有一半的时间都是用于质量检验。沈阳理工大学任务说明书第一章设计参数的选择1.1设计题目液氩储罐结构设计（12 m3）1.2设计数据如下表1：表1设计数据序号项目数值单位备注1名称液氩储罐（12mJ2用途大量贮存液氩
6、3最大工作压力1.6MPa4工作温度-186C5公称直径1600mm6容积12m37单位容积充装里0.42t/ m38装量系数0.99工作介质液氩（低腐蚀性）10其他要求100%无损检测1.3设计压力设计压力取最大工作压力的1.1倍，即P = 1.1 x 1.6 = 1.76MPa。1.4设计温度工作温度为-186C，设计温度取-186-5=191 C。1.5主要元件材料的选择1.筒体材料的选择：根据GB150-1998表4-1 ,选用筒体材料为不锈钢0Cr18Ni10Ti （钢材标准为GB13296） g t = 137 MPa。2鞍座材料的选择：根据JB/T4731，鞍座选用材料为0Cr1
7、8Ni10Ti,其许用应力g t = 137 MPa。3.地脚螺栓的材料选择：由于工作温度为超低温，地脚螺栓选用0Cr18Ni10Ti,其许用应力g t = 137 MPa。沈阳理工大学任务说明书第二章设备的结构设计2.1圆筒厚度的设计计算压力P:液柱静压力：P = pgh = 1400 x 9.8 x 1.6 = 2.2 x 10 4 Pa1P / P = 2.2 x 10 4 /1.76 x 10 6 = 1.2% 5% ,1故液柱静压力可以忽略，即P = p = 1.76 MPac该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为0 = 1.0。圆筒的厚度在616mm范围内，查GB150-1998
8、中表4-1,可得：温度在20下，许用应力b t = 137 MPa利用中径公式，计算厚度:PD1.76 x 1600o =i= 10 .3mm20 b t P2 x 1.0 x 137 1.76c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0.8mm。查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-5知,不锈钢在无特殊腐蚀情况下，腐蚀 裕量C取0。本例取C =0。2 2则筒体的设计厚度o =0+ C + C = 10.3 + 0.8 + 0 = 11.1mm。n12圆整后，取名义厚度劳=12 mm。o 0筒体的有效厚度 =C厂C2 = 10 1
9、= 9mmen122.2封头厚度的设计查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表1,得公称直径DN = D = 1600 mm。i选用标准椭圆形封头，型号代号为EHA,则-D- = 2，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-12 hi计算：PD1.76 x 1600o =i = 10.3mm20 b t P2 x 1.0 x 137 1.76c同上，取 c = 0.8mm，C = 0。1 2圆整后，取封头的名义厚度0 = 12mm，有效厚度0 =0 C + C = 11.2mm ,nen12封头型记做 EHA1600X 12-0Cr18Ni10Ti JB/T 4746-2
10、002。2.3筒体和封头的结构设计1600=25 mm。41.封头的结构尺寸（封头结构如下图1）由 一Di= 2，得 h = H - D = 4252( H h)4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，如下表2：表2 : EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN /mm总深度H /mm内表面积A/ m 2容积V封/ m 316004252.90070.58642.筒体的长度计算兀一.DiV = D 2 X L + 2V，而充装系数为0.9,4 i封V兀则： =D 2 x L + 2V ，0.94封100 兀即 =x 1600 2 x L
11、 + 0.5864，0.94计算得 L=6048mm,取 L=6000mm,实际充装量V = 11.9 m 3。2.4鞍座选型和结构设计1.鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用0Cr18Ni10Ti。估算鞍座的负荷：储罐总质量m = m + 2 m + m + m1234m 筒体质量：m =冗DL 8p = 3.14 x 1.6 x 6 x 12 x 10 -3 x 7.93 x 10 3 = 2463 .4kg1 1m 单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.2 EHA椭圆形封2头质量，可知，m = 272 .0kg2m 充液质量：p = 1400 k
12、g / m3，故 m = p V = 1400 x 11 .9 = 16660 kg3 液氩3m 附件质量：人孔质量为300kg，其他接管质量总和估为400kg，绝热层质量200kg，即4m = 900 kg4综上所述，m = m + m + m + m = 2.03 x 10 4 kg ， G = mg = 198 .94 kN，每个鞍座承受的重量1234为 F = 99 .47 kN由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型,焊制为BI,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007表6得鞍座结构尺寸如下表3：表3：鞍式支座结构尺寸公称直径DN1600底板l11120腹板
13、528允许载荷Q/kN250b1200螺栓配置间距960鞍座咼度h2505112螺孔D24筋板l3255垫板弧长1870螺纹M20b2170390孔长140b324058鞍座质里11658e70100mm增加质里122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，鞍座中心与封头切线的距离A满足A 0.2 L （L为两封头切线间的距离），最后使A 0.5 R （ R = R +f为圆筒的平均
14、半径）。mmi22.5接管、法兰的选择液氩储罐应设置出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。1小直径接管和法兰查HG/T 20592-2009钢制管法兰中表8.2 3-1 PN10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HG/T 20592-2009钢制管法兰中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查HG/T 20592-2009钢制管法兰中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM （凹凸面密封）。表4接管和法兰尺寸序 号名称公称直 径DN钢管外径 法兰焊端 外径钢管 厚度s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 冋度H法兰质量NSHRa出液口8089B4200160
