115立方米卧式液化石油气储罐设计-本科论文.doc

油气储运课程设计任务书
1、设计题目： 115m3 卧式液化石油气储罐设计
2、设计条件：
（1）操作温度：45℃
（2）设计温度：50℃
（3）操作压力：1.568MPa
（4）设计压力：1.725MPa
（5）介质：液化石油气；
（6）全容积：115m3；
（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）。
4、设计要求：
由于设计参数是每个人各不相同，所以，基本上能够保证学生独立完成任务能力的锻炼，并可在碰到确实需要讨论的个别难题时仍然可以相互讨论，从而培养学生合作解决问题的能力。课程设计是在课程学习阶段结束后，学生们独立进行的工程设计工作，是总结性的、重要的教学实践环节，其目的是培养学生综合运用所学知识，理论联系实践，分析解决工程实践问题的能力。
本设计学生必须完成一张A2 装配图(包括至少四个详图)和编制技术性设计说明书一份。

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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使用授权说明

本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书
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涉密论文按学校规定处理。

作者签名： 日期： 年 月 日
导师签名： 日期： 年 月 日
摘要：通过本次设计，锻炼了查找文献的能力，提高了计算机水平，并且对卧式储罐等大型储罐有了进一步的了解，加深了对本专业课程的认识，在设计的同时，也锻炼了学习的逻辑思维能力和实际动手能力，为今后的工作奠定了良好的基础。
从液化石油气的特点，探讨有关卧式圆筒形液化石油气储罐的设计主要对其设计参数、材料选择、结构设计、安全附件及制造与检验等几个方面进行分析和计算。

关键字：液化石油气　卧式储罐　设计强度

Abstract: Through the design of the literature search, exercise capacity, improve the level of computer, and the horizontal tanks and other large storage tanks have the further understanding, deepened the understanding of professional courses, in the design at the same time, also training the learning ability of logical thinking and the actual operation ability, for the future work of laying good foundation from a liquefied petroleum gas characteristics, discuss related to the horizontal cylindrical liquefied petroleum gas tank design of its main design parameters, material selection, structure design, manufacture and inspection of safety accessories and several aspects of analysis and calculation.

Keywords: liquefied petroleum gas horizontal tank design strength

目 录

第一章 绪论 7
第二章 设计参数的选择 7
第三章 容器的结构设计 9
3.1圆筒厚度的设计 9
3.2封头厚度的计算 9
3.3筒体和封头的结构设计 10
3.4人孔的选择 11
3.5接管，法兰，垫片和螺栓（柱） 11
3.5.1接管和法兰 11
3.5.2垫片 12
3.5.3螺栓（螺柱）的选择 13
3.6鞍座选型和结构设计 13
3.6.1鞍座选型 13
3.6.2鞍座的安装位置 14
第四章 开孔补强设计 15
4.1补强设计方法判别 15
4.2有效补强范围 15
4.2.1有效宽度B 15
4.2.2外侧有效高度 15
4.2.3内侧有效高度 16
4.3有效补强面积 16
4.4补强面积 16
第五章 强度计算 17
5.1水压试验应力校核 17
5.2圆筒轴向弯矩计算 17
5.2.1圆筒中间截面上的轴向弯矩 17
5.2.2鞍座平面上的轴向弯矩 17
5.3圆筒轴向应力计算及校核 18
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 18
5.3.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核 18
5.3.3圆筒轴向应力校核 19
5.4切向剪应力的计算及校核 19
5.4.1圆筒切向剪应力的计算 19
5.4.2圆筒被封头加强（）时，其最大剪应力 19
5.4.3切向剪应力的校核 20
5.5圆筒周向应力的计算和校核 20
5.5.1在横截面的最低点处： 20
5.5.2在鞍座边角处 20
5.5.3鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力 21
5.5.4周向应力校核 21
5.6鞍座应力计算及校核 21
5.6.1腹板水平分力及强度校核 21
5.6.2鞍座压缩应力及强度校核 22
5.7地震引起的地脚螺栓应力 23
5.7.1倾覆力矩计算 23
5.7.2由倾覆力矩引起的地脚螺栓拉应力 24
5.7.3由地震引起的地脚螺栓剪应力 24
参考文献 25

7

第一章 绪论
卧式油罐（Horizontal oil tank）是用以储存原油、植物油，化工溶剂、水或其他石油产品的长形容器。卧式油罐是由端盖及卧式圆形或椭圆形罐壁和鞍座所构成，通常用于生产环节或加 油站。
钢板是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。下面成都304不锈钢管教授给大家详细介绍一下，按厚度为薄钢板(厚度<=4毫米)和厚钢板(厚度& gt;4毫米)在实际工作中 ，常将厚度<=20毫米的钢板称为中板，厚度>20-60毫米的钢板称为厚板，厚度>60毫米的钢板称为特厚板，统称为中厚钢板。宽度 比较小，长度很长的钢板，称为钢带，列为一个独立的品种。钢板有很大的覆盖和包容能力，可用作屋面板、苫盖材料以及制造容器、储油罐、包装箱、火车车箱、 汽车外壳、工业炉的壳体等：可按使用要求进行剪裁与组合，制成各种结构件和机械零件，还可制成焊接型钢，进一步扩大钢板的使用范围；可以进行弯曲和冲压成 型，制成锅炉、容器、冲制汽车外壳、民用器皿、器具、还可用作焊接钢管、冷弯型钢的坯料。由于上述特点，使钢材总产量的50%以上。
   我国为适应大规模基本建设的需要，过去工业产品和高档耐用消费品，对钢板的要求急剧增长。为适应新形势发展的需要，这些年我国钢板的生产也有了很大发展， 并建成了像武钢等一批先进的钢板生产骨干企业。 钢板成张或成卷供应。成张钢板的规格以厚度*宽度*长度的毫米数表示。熟悉板、带材的规格，在宽度和长度上充分利用，对提高材料利用率，减少不适当的边角 余料、降低工时及产品成本，有十分重要的意义。成都304不锈钢卷板教授提醒大家在选购板、带材时，应尽量选用为产品坯料整倍的规格。如果属于定型产品， 选用接近定尺的板、带材时，可订购定尺或倍尺的合理料，实行套材的下料方法，能显著提高板、带材的利用率。企业与企业间，行业与行业间边角余料的多次利 用，也是被实践证明提高材料利用率，节约材料的有效方法。
  储油罐是储存油品的容器，他是石油库的主要设备。适用于储存工业或民用设施中常用的燃料油及各种石油化工原料。储油罐按材质可分金属可分和非金属油罐，按 所处位置可分地下油罐，半地下油罐和地上油罐，按安装形式可分，立式，卧式，按形状可分圆柱形，方箱型，球形。
  防腐 储油罐的外表面防腐设计应符合国家现行标准《钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》的有关规定，并应采用不低于加强级的防腐绝缘保护层；储油罐的内壁防腐措施应根据罐内贮存介质确定。安全 油罐上一般有以下安全设施：机械呼吸阀、液压安全阀、阻火器、测量孔、人孔、采光孔、进出油管、泡沫发生器、静电接地线、避雷针、梯子和栏杆等。在油罐使用过程中，这些安全设施要求保持完好的状态。
第二章 设计参数的选择
2.1、设计参数的确定
序号
项目
数值
单位
备注
1
名称
液化石油气储罐
2
用途
液化石油气储配站
3
最高工作压力
1.568
MPa

4
工作温度
45

5
公称直径
3400
mm

6
公称容积
110

7
装量系数
0.9

8
工作介质
液化石油气（易燃）
9
其他要求
100%探伤

2.1.1、设计压力
设计压力取工作压力的1.1倍，即

2.1.2、设计温度
设计温度取50℃。

2.2、主要元件材料的选择
2.2.1 筒体材料的选择
根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为16MnR（钢材标准为GB6654）。16MnR适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性，壁厚较大（）的压力容器。
2.2.2 鞍座材料的选择
根据JB/T4731,鞍座选用材料为Q235-B，其许用应力
2.2.3 地脚螺栓的材料选择
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，所以取焊缝系数为错误！未找到引用源。。
假设圆筒的厚度在10~24mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：
疲劳极限强度错误！未找到引用源。，屈服极限强度错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。下的许用应力为错误！未找到引用源。，利用中径公式
（3-1）
查标准HG20580-1998[3]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，故取错误！未找到引用源。。
查[3]中表7-5知，对于有轻微腐蚀的介质，腐蚀裕量错误！未找到引用源。。
则筒体的名义厚度错误！未找到引用源。
圆整后取为错误！未找到引用源。
3.2封头厚度的计算
查标准JB/T4746-2002[4]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，取错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。
则封头的名义厚度为错误！未找到引用源。
圆整后取为错误！未找到引用源。
3.3筒体和封头的结构设计
由封头长短轴之比为2，即错误！未找到引用源。，得错误！未找到引用源。
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

即错误！未找到引用源。
算得错误！未找到引用源。
圆整后取为错误！未找到引用源。
表3-1 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
容积

质量
Kg
3400
890
12.95
5.520
135

图3-1 椭圆形封头

3.4人孔的选择
根据HG/T 21517-2005[5]，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MFM
D
670

23

24
公称压力PN MPa
1.0

620

28
螺柱数量
20
公称直径DN
500

250
A
365
螺母数量
40

103
B
175
螺柱尺寸

d

b
28
L
250
总质量kg
153
3.5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 20592-2009[6]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3-3
3.5.2垫片
查HG/T 20609-2009[7]，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
80
109.5
142
出料口
80
109.5
142
排污口
80
109.5
142
人孔
500
561
624
液位计口
32
61.5
82
温度计口
20
45.5
61
压力表口
20
45.5
61
安全阀口
80
109.5
142
3.5.3螺栓（螺柱）的选择
查HG/T 20613-2009[8]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
80
M16
92
17
30
3
出料口
80
M16
92
17
30
3
排污口
80
M16
92
17
30
3
人孔
500

液位计口
32
M16
85
17
30
3
温度计口
20
M12
75
13
24
2.5
压力表口
20
M12
75
13
24
2.5
安全阀口
80
M16
92
17
30
3
排空口
50
M16
90
17
30
3

3.6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JB4712.1-2007[9]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
DN
3400
腹板

22

垫板

100
允许载荷
Q
kN
3044

筋板

452

14
鞍座高度
h
250

330
e
80

底板

2760

425
螺栓间距

2250

380

16
鞍座质量
Kg
962

22
垫板
弧长
4900
增加100mm增加的高度
Kg
79

3.6.2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
鞍座的安装位置如图3-3所示：
第四章 开孔补强设计
根据[1]中式8.3，知该储罐中只有人孔需要补强。
4.1补强设计方法判别
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）
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6mm，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4-8[10]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7—18
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7—20:

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7—22

5.5.4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7—7
鞍座包角，查[2]中表7—5得：。则
垫板起加强作用，则：

其中，，
则
则
查[2]中表5—1，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7—6，取
则 ，钢底板对水泥基础的
则
所以压应力应按[2]中式7—29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7—32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

设计时要有一个明确的思路，要考虑多种因素包括环境条件和介质的性质等再选择合适的设计参数，对罐体的材料和结构确定之后还要进行一系列校核计算，校核合格之后才能确定所选设备型符合要求。

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。在设计的最后附有CAD设备图，在绘图的整个过程中，我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，请老师做出批评和指正。最后感谢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。

29