邮电与信息工程学院
课程设计说明书
课题名称： 压力容器及过程设备课程设计 学生学号： 专业班级： 学生姓名： 学生成绩：指导教师： 卢霞 课题工作时间： 2015/12/11 至 2015 /12/25
过程装备与控制工程《过程装备设计》课程设计任务书
一、设计目的
1、复习巩固《过程装备设计》中的理论内容；
2、掌握设备设计的步骤、方法。熟悉常用设备设计的标准。 二、设计题目及设计任书
课程设计题目：
（ 10 ）M3（ 1.65 )Mpa,DN(1800)mm液化石油气储罐设计
每人一题，从表中依次选取。 1、液化石油气储罐设计 见卧罐参数表，每人一组数据 2、设备简图 见附件。
3、设计内容与要求 （1）概述
简述储罐的用途、特点、使用范围等 主要设计内容 设计中的体会 （2）工艺计算
根据安装地点的气象记录确定容器的操作温度； 根据操作温度、介质特性确定操作压力； 筒体、封头及零部件的材料选择；
（3）结构设计与材料选择 封头与筒体的厚度计算
封头、法兰、接管的选型和结构尺寸拟定； 根据容器的容积确定总体结构尺寸。 支座选型和结构确定 各工艺开孔的设置； 各附件的选用；
（4）容器强度的计算及校核 水压试验应力校核 卧式容器的应力校核 开孔补强设计 焊接接头设计 （5）设计图纸 总装配图一张A1
课程设计评审标准（指导教师用）
目录
摘要 .................................................................................................................................................................. I Abstract ..........................................................................................................................................................II 第一章 绪论 ................................................................................................................................................... 1
1.1液化石油气储罐的用途与分类 ....................................................................................................... 1 1.2液化石油气特点 ............................................................................................................................... 1 1.3液化石油气储罐的设计特点 ........................................................................................................... 2 第二章 工艺计算 ........................................................................................................................................... 3
2.1设计题目 ........................................................................................................................................... 3 2.2 设计数据 .......................................................................................................................................... 3 2.3 设计压力、温度 .............................................................................................................................. 4 2.4 主要元件材料的选择 ...................................................................................................................... 4 第三章 结构设计与材料选择 ....................................................................................................................... 6
3.1筒体与封头的壁厚计算 ................................................................................................................... 6 3.2筒体和封头的结构设计 ................................................................................................................... 7 3.3鞍座选型和结构设计 ....................................................................................................................... 8 3.4接管，法兰，垫片和螺栓的选择 ................................................................................................. 10 3.5人孔的选择 ..................................................................................................................................... 15 3.6安全阀的设计 ................................................................................................................................. 15 第四章 设计强度的校核 ............................................................................................................................. 19
4.1水压试验应力校核 ......................................................................................................................... 19 4.2筒体轴向弯矩计算 ......................................................................................................................... 20 4.3筒体轴向应力计算及校核 ............................................................................................................. 20 4.4筒体和封头中的切应力计算与校核 ............................................................................................. 21 4.5筒体的周向应力计算与校核 ......................................................................................................... 22 4.6鞍座应力计算与校核 ..................................................................................................................... 23 第五章 开孔补强设计 ................................................................................................................................. 26
5.1 补强设计方法判别 ........................................................................................................................ 26 5.2有效补强范围 ................................................................................................................................. 27 5.3 有效补强面积 ................................................................................................................................ 27 5.4补强面积 ......................................................................................................................................... 28 第六章 储罐的焊接设计 ............................................................................................................................. 29
6.1焊接的基本要求 ............................................................................................................................. 29 6.2焊接的工艺设计 ............................................................................................................................. 30 设计总结 ....................................................................................................................................................... 32 参考文献 ....................................................................................................................................................... 33
摘要
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500m3或单罐容积大于200m3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500m3, 单罐容积小于100m3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。 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。
关键词：液化石油气，压力容器，卧式储罐，设计
Abstract
LPG storage tanks containing liquefied petroleum gas is commonly used equipment, since the
gas has explosive characteristics, therefore the design of this tank, pay attention to the gas
tank and the general difference, especially security and fire protection Also note that the
characteristics in terms of manufacturing, installation and the like. Now widely used in China
normal pressure tank, room temperature storage tanks are generally two forms: spherical tank
and cylindrical tank. Spherical tank and cylindrical tank compared: the former with less
investment, less metal consumption, small footprint, etc., but the manufacturing and
installation of complex welding heavy workload, so the higher installation costs. When the
choice is generally greater than the total storage tank volume is greater than 500 or 200 single
spherical tank more economical; and a cylindrical tank with a manufacturing installation is
simple, less installation costs, etc., but a large area of large metal consumption, so Total
storage is less than 500, a single tank volume more economical choice of horizontal tank is
less than 100. Cylindrical tank according to the installation can be divided into horizontal and
vertical. In general, the most use of liquefied petroleum gas station within small horizontal
cylindrical tank, only under certain special circumstances (restricted local station, etc.) was
chosen vertical. This article focuses on horizontal cylindrical LPG tank design. LPG was
characteristic of liquid when. (1) The volume expansion coefficient than that of gasoline,
kerosene and water are all big, about 16 times the water, therefore, to when tankers, tank and
cylinder filling to strictly control the filling volume, to ensure safety; (2) Bulk density is about
half water. Because LPG is composed by a variety of hydrocarbons, so the proportion of
liquid LPG is the average proportion of each component ingredients, such as at room
temperature 20 ℃, the proportion was 0.50 liquid propane, liquid butane 0.58 specific gravity
of 0.56, therefore, the proportion of LPG liquid generally believed about 0.51, that is half full
of water. Horizontal LPG tank design features. Horizontal LPG storage tank is a pressure
vessel, also should GB150 "steel pressure vessel" in the manufacture, testing and acceptance;
and accept the Ministry of Labor issued "Pressure Vessel Safety Technology Supervision"
(referred to content regulation) supervision . Liquefied petroleum gas tank, whether horizontal
or belong to a third tank pressure vessel. Tank main cylinder, head, manholes, bearings and
various takeover components. With a liquid tube, liquid return tube, gas pipes, sewage pipes
as well as the safety valve, pressure gauge, thermometer, level gauge on the tank, etc.
Keywords: Liquefied petroleum gas, pressure vessels, horizontal tank design
第一章 绪论
1.1液化石油气储罐的用途与分类
液化石油气储罐有压缩气体或液化气体储罐等，液化石油气储罐按容器的容积变化与否
可分为固定容积储罐和活动容积储罐两类，大型固定容积液化石油气储罐制成球形，小
型的则制成圆筒形。活动容积储罐又称低压储气罐，俗称气柜，其几何容积可以改变，
密闭严密，不致漏气，并有平衡气压和调节供气量的作用，压力一般不超过60MPa。
目前我国普遍采用常温压力储罐, 常温储罐一般有两种形式: 球形储罐和圆筒形储罐。
球形储罐和圆筒形储罐相比: 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500立方米
或单罐容积大于200立方米时选用球形储罐比较经济；而圆筒形储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。圆筒形储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储罐, 只有某些
特殊情况下(站内地方受限制等) 才选用立式。所以在总贮量小于500立方米, 单罐容
积小于100立方米时选用卧式储罐比较经济。
1.2液化石油气特点
液化石油气是无色气体或黄棕色油状液体有特殊臭味。液化石油气是从石油的开采、裂
解、炼制等生产过程中得到的石油尾气副产品，通过一定程序，对石油尾气加以回收利
用，采取加压的措施，使其变成液体，装在受压容器内，液化气的名称即由此而来。它
在气瓶内呈液态状，一旦流出会汽化成比原体积大约二百五十倍的可燃气体，并极易扩
散，遇到明火就会燃烧或爆炸。
气态的液化石油比空气重约1.5倍，该气体的空气混合物爆炸范围是1.7%~9.7%，遇明
火即发生爆炸。所以使用时一定要防止泄漏，不可麻痹大意，以免造成危害。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。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。
1.3液化石油气储罐的设计特点
卧式液化石油气储罐也是一个储存压力容器, 也应按GB—150《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。液化石油气储罐, 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。储罐主要有筒体、封
头、人孔、支座以及各种接管组成。储罐上设有液相管、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。
第二章 工艺计算
2.1设计题目
16错误！未找到引用源。,0.79Mpa液化石油气储罐的设计
2.2 设计数据
2.3 设计压力、温度
2.3.1 设计压力取最大工作压力的1.1倍，p=1.1⨯1.77=1.947Mpa
2.3.2 工作温度为50℃，设计温度取50℃
2.4主要元件材料的选择
2.4.1 筒体、封头材料的选择
根据GB150.2-2010表2，选用筒体、封头材料为低合金钢Q345R（钢材标准为GB713）。
Q345R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（≥8mm）的压
力容器。
表2-2 石油化工设备的腐蚀裕
通过表2-2，取腐蚀余量C2=2mm，钢板负偏差错误！未找到引用源。0.30mm。
表2-3 Q345R在16-36mm范围下的许用应力
t[σ]=185Mpa，并查GB 150许用应力：假设钢板厚度在16～36mm之间，查表2-3，得
得Q345R的常温屈服极限ReL=325Mpa。
焊缝系数ϕ：根据《压力容器安全技术监察规程》规定，液化石油气储罐应视为第三类
压力容器，筒体纵焊缝应采用全焊透双面焊缝，且100%无损探伤，所以φ=1.0。
2.4.2 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[ϕ]sa=147Mpa。
2.4.3地脚螺栓的材料选择
地脚螺栓选用符合GB/T 700规定的Q235-B，Q235的许用应力[ϕ]bt=147Mpa。
第三章 结构设计与材料选择
3.1筒体与封头的壁厚计算
3.1.1筒体和封头的结构设计
计算压力Pc：
查的液化石油气的密度为580kgm3，公称直径h=1800mm=1.8m，
则液柱静压力：P.64pa。 1=ρ液gh=580⨯9.81⨯1.8=10241
p110241.64==0.0052%
故液柱静压力可以忽略，pc=p=1.947Mpa。
圆筒的厚度在16～36mm范围内，查GB150.2-2010《固定式压力容器第二部分》中表4-1，
可得：在设计温度50错误！未找到引用源。下，屈服极限强度σs=325Mpa， 许用应
力[σ]t=185Mpa,利用中径公式，计算厚度：
δ=pcDi1.947⨯1800==9.522mm 2[σ]tφ-pc2⨯185⨯1-1.947
查标准HG20580-HG20585-2010《钢制化工容器相关标准》表A-1知，
钢板厚度负偏差为0.30mm。
查表2-2取：钢材的腐蚀裕量取C2=2,
则筒体的设计厚度：δd=δ+C2=9.522+2=11.522mm
按GB713， C1=0.3mm
则筒体的名义厚度：δn≥δd+C1=11.428+0.3=11.728mm
考虑钢板常用规格厚度，向上圆整可取筒体名义厚度δn=10mm。
筒体的有效厚度为：δe=δn-C1-C2=10-2-0.3=9.322mm
3.1.2封头壁厚的设计
查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径DN=Di=2000mm，
选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，其形状系数K=1根据GB150.3-2010中椭圆形封
头计算中式5-1计算：
δ=KPCDi1⨯0.869⨯18002==9.728mm 2[σ]tφ-0.5Pc2⨯185⨯1-0.5⨯1.947
同上，取C2=2mm，错误！未找到引用源。。则，封头的设计厚度
δd=δ+C2=9.728+2=11.728mm
同上，取C1=0.3mm，则封头名义厚度为：
δn≥δd+C1=6.703+0.3=7.003mm
考虑钢板常用规格厚度，向上圆整可取筒体名义厚度δn=10mm。
封头的有效厚度为：δe=δn-C1-C2=10-0.3-2=7.7mm。
1800⨯10-Q345R JB/T4746 封头型记做 ：EHA
3.2筒体和封头的结构设计
3.2.1 封头的结构尺寸
根据JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中EHA椭圆形封头内表面积、容积。如表
3-1
表3-1 ：EHA椭圆形封头内表面积、容积
由
DDi1800=25mm =2，得h=H-i=475-442H-h如下图
3.1
图3.1椭圆形封头简图
3.2.2 筒体的长度计算
根据 错误！未找到引用源。，充装系数为0.9。 即可求得，10=π
4⨯1.822⨯L+2⨯0.8207，
计算得L=4.94m,取L=5m。
3.3鞍座选型和结构设计
3.3.1 鞍座选型
该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-A。估算鞍座的负荷： 储罐总质量m=m1+2m2+m3+m4，
错误！未找到引用源。——圆筒质量：
m1=π(Di+δn)Lδnγs=3.14⨯(1800+10)⨯5000⨯10⨯7.85⨯10-6=1269.89kg；
圆筒容积V1为：
V1=π
4Di2L⨯10-9=3.14⨯20002⨯5000⨯10-9=15.7m3 4
总容积V:V=V1+2V封=15.7+2⨯1.1257=17.9514m3
错误！未找到引用源。——单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用
封头》EHA椭圆形封头质量，
可知，m2=345.3kg，
错误！未找到引用源。——充液质量：
m3=Vρφ0=17.9514⨯580⨯0.9=5022.00kg
错误！未找到引用源。——附件质量：人孔质量为302kg，其他接管质量总和估计为400kg； 所以m4=702kg
综上所述：m=m1+2m2+m3+m4=2477.2+2⨯345.3+9370.6+702=13240.4kg则有： 错误！未找到引用源。G=mg=132.40KN 每个鞍座承受的重量为66.2KN。
由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为A,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表3-2：
。
表3-2：鞍式支座结构尺寸
3.3.2 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，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB 4731《钢制卧式容器》规定A≤0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。 由标准椭圆封头由
DDi2000
=25mm =2，得h=H-i=525-
442H-h故 A≤0.2(L+2h)=0.2⨯(5000+2⨯25)=1010mm
鞍座的安装位置如图3.2所示：
图3.2 鞍座示意图
此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。 因此，JB4731还规定当满足A≤0.2L时，最好使
200010Dδ⎫⎛
+=1005mm A≤0.5Ra Ra=i+n⎪，即，Ra=2222⎭⎝
A≤0.5Ra=502.5mm ，取A=500mm，综上有：A=500mm(A为封头切线至鞍座中心
线的距离，L为两封头切线间的距离)。
3.4接管，法兰，垫片和螺栓的选择
3.4.1接管和法兰
液化石油气储罐应设置排污口，气相平衡口，气相口，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。法兰简图如图3.3所示,接管和法兰布置如图3.4所示：
图3.3 法兰结构简图
图3.4储罐各管口示意图
查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中PN10带颈对焊钢制管法兰(除人孔法兰外)，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸、质量，法兰密封面均采用FM型式。
表3-3：接管和法兰尺寸
3.4.2 垫片
查HG/T 20592-20635《钢制管法兰、垫片、紧固件》凹凸面法兰用MFM型垫片尺寸表4.0.2-3得：
表3-4 垫片尺寸表
注：1：垫片型式为石棉橡胶板。 2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。
3：人孔法兰垫片厚度为3mm，其他法兰垫片厚度为1.5mm 3.4.3 螺栓（螺柱）的选择
查HG/T 20592-20635《钢制管法兰、垫片、紧固件》,PN10带颈对焊钢制管法兰螺柱的
长度和平垫圈尺寸如表3-5:
表3-5 螺栓及垫片
3.5人孔的选择
根据HG/T 21518-2005，选用公称压力PN=4.0Mpa,公称直径Dn=500mm的回转盖带颈对焊法兰人孔，密封面为凹凸面（MPM），接管为20号钢，其明细尺寸见下表3-6：
表3-6 人孔尺寸表（单位：mm）
3.6安全阀的设计
3.6.1安全阀最大泄放量的计算
一般造成设备超压的原因主要有三种：一是操作故障；二是火灾三是动力故障。根据资料，对于易燃液化气体如液化石油气，在发生火灾时，安全阀的泄放量最大。在火灾情况下，设备吸热，液相迅速汽化，引起设备的压力升高，这种情况下液相的汽化量即为安全阀的泄放量。泄放量决定于火灾时单位时间内传人设备的热量和液体的气化潜热。一般情况下，液化石油气储罐不保温，储罐安全泄放量可按式计算：
2.55⨯105FAr0,82
Ws=
q
式中： Ws——液化石油气储罐的安全泄放量，kg；
q——液相液化石油气的蒸发潜热，KJ；容器安装在地面上查有关手册 得：液化石油气的汽化潜热 q=427.1(KJ/kg)( 50℃) F——系数 储罐在地面上，取F=1
Ar——储罐的受热面积，m2。
对椭圆形封头的卧式储罐，Ar=πD0(L+0.3D0)。以上计算Ar的公式中：D0为储罐外径； L为卧式储罐的总长，从上面计算中可知L=5m，
D0=Di+2δn=2000+2⨯10=2020mm=2.02m。
Ar=πD0(L+0.3D0)=π⨯2.02⨯(5+0.3⨯2.02)=35.56m2 2.55⨯105FAr0.822.55⨯105⨯1⨯(35.56)则Ws==
q427.13.6.2安全阀喷嘴面积的计算
液化石油气储罐安全阀起跳排放出的是气体，其喷嘴面积可按一般气体安全阀喷嘴面积通用公式计算，安全阀的排气能力决定于安全阀的喷嘴面积。即根据安全阀出口压力(背压)的大小不同，安全阀的排气能力应按临界条件和亚临界条件两种状况进行计算：
p0⎛2⎫≤ ⎪pd⎝k+1⎭
kk-1
0.82
=11163.5kg/h
临界条件下
p0
p02k/(k-1)
≥()pk+1，亚临界条件下 d 。
式中：
ps
——安全阀的出口侧压力(绝压)，Mpa；
——安全阀的定压，Mpa；
——安全阀的排放压力(绝压)，；取pd=pc=0.869Mpa
pd
k——绝热系数，对于液化石油气，
液化石油气储罐安全阀放空气体一般排入火炬系统或直接高空排放，其出口侧压力(背压)p0很小，即
p0
2k/(k-1)
)=0.5744k+1
Ws=7.6⨯10CKpdA
-2
M ZT
式中： Ws——安全阀的排放能力，kg/h;
K——安全阀的排放系数，与安全阀的结构型式有关，应根据试验数据确定，无参考数据时，可按下述规定选取：
对全启式安全阀， K=0．6～0．7； 对带调节圈的微启式安全阀， K=0．4～0．5； 对不带调节圈的微启式安全阀， K=0．25～0．35；
液化石油气储罐设置的安全阀，需要有较大的排气能力，应选用全启式安全阀，取K=0．65；
A——安全阀的喷嘴面积，m2；
C——气体的特性系数，仅与气体的绝热系数k有关，可按下式算：
C=k(
2(k+1)/(k-1)
)k+1
对于液化石油气，绝热指数k≈1.15，计算得C=332； Z——安全阀进口处气体的压缩系数，液化石油气的压缩系数Z≈0.7； T——安全阀进口处介质的热力学温度 M——气体的摩尔质量，kg/kmol，
查《液化石油气储罐安全阀的工艺计算》得：安全阀排放温度T=323～343 K,取T=330k摩尔质量 M≈50 kg/kmol,从上面计算得：F=1,q=427.1kJ/kg,Ar=35.56m2，
pd=pc=0.869Mpa。 则安全阀的喷嘴面积为：
3.355⨯106FAr0.823.355⨯106⨯1⨯18.7
A===1684.536mm2
M50
CKpdq332⨯0.65⨯0.869⨯427.1⨯
ZT330⨯0.7
得出安全阀喷嘴面积为
A=
πd02
4
d0=46.3mm
最后得出安全阀的内径：
3.6.3安全阀的选型
查《化工管路手册》上册444页，（九）安全阀，各种安全阀的产品名称、型号、技
术数据，根据介质为石油气，发现无公称压力为2.5MPa的安全阀，所以选用公称压力为4.0MPa的安全阀,公称直径DN=100mm，型号为A40Y-40 A40Y-40I，其尺寸参数如下表：
第四章 设计强度的校核
4.1水压试验应力校核
试验压力：pT=1.25p=1.25⨯0.869=1.08625Mpa
σT=pT(Di+δe)1.08625⨯(2000+7.7)==141.61Mpa 2δe2⨯7.7
0.9φReL=0.9⨯1.0⨯325=292.5Mpa>σT，合格。
图4.1 双鞍座卧式储罐载荷、支座反力、剪力及弯矩图
4.2筒体轴向弯矩计算 11工作时支座反力：F'=G=⨯132.40=66.2kN,hi=H-h=525-25=500mm，22
Ra=1005mm。
圆筒中间处截面上的弯矩： ⎡⎤
2-hi2L24A⎥F'L⎢1+2(RaM1=-⎢⎥4hi24⎢L⎥1+⎢⎥3L⎣⎦
⎡⎤22266200⨯5000⎢1+2(1005-50050004⨯500⎥=-⎢⎥4⨯50045000⎢⎥1+3⨯5000⎣⎦
=4.47⨯107N∙mm
支座处横截面弯矩：
2⎡-hi2⎤ARa⎢1-+⎥M2=-F'A⎢1-⎥i⎢⎥1+⎢⎥3L⎣⎦ ⎡50010052-5002⎤⎢1-+⎥=-66200⨯500⨯⎢1-⎥ ⎢⎥1+⎢⎥3⨯5000⎣⎦
=-1.13⨯107N∙mm
4.3筒体轴向应力计算及校核
4.3.1圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力： 最高点处：
pcRaM10⨯10054.47⨯107
σ1=-2=-=-1.83Mpa 2δeπRaδe2⨯7.73.14⨯10052⨯7.7
最低点处：
pcRaM10.869⨯10054.47⨯107
σ2=+2=+=58.54Mpa22δeπRaδe2⨯7.73.14⨯1005⨯7.7
4.3.2压力及轴向弯矩引起的轴向应力
因鞍座平面上A
鞍座横截面最高处点轴向应力： σ3=
pcRaM2-22δeK1πRaδe
7
=0.869⨯1005-1.13⨯10-=52.17Mpa22⨯7.71.0⨯3.14⨯1005⨯7.7
鞍座横截面最低点处轴向应力：
σ4=
=pcRaM2+22δeK2πRaδe70⨯1005-1.13⨯10+=-0.463Mpa22⨯7.71.0⨯3.14⨯1005⨯7.7
4.3.3筒体轴向应力校核
因轴向许用临界应力由：
A=0.094δe0.094⨯7.7==0.00072 Ra1005
根据圆筒材料查《压力容器与过程装备》图4-9得：B=B0=100Mpa
[σ]t
cr=min([σ]t,B)=100Mpa，[σ]cr=min(0.8ReL,B0)=100Mpa
σ2,σ3.
σ1,4
σ1,2
4.4筒体和封头中的切应力计算与校核
4.4.1 筒体的切应力计算与校核 因A≤Ra，筒体仅被封头加强，查《压力容器与过程装备》表5-2得K3=0.880,K4=0.4012
其最大剪应力位于靠近鞍座边角处：
K3F⎛L-2A⎫0.880⨯66200⎛5000-2⨯500⎫ ⎪ ⎪τ===5.31Mpa ⎪ ⎪Raδe⎝L+4hi⎭1005⨯7.7⎝5000+4⨯3⎭
圆筒[τ]=0.8[σ]=149.6Mpa>τ，故筒体切向剪应力校核合格。 t
4.4.2封头的切应力与校核
由已知数据，可计算出封头的切应力：
τh=K4F0.401⨯66200==3.43Mpa Raδe1005⨯7.7
封头的形状系数为：
22⎡⎛⎫Di⎤1⎡⎛2000⎫⎤1⎪⎥=⨯⎢2+ K=⎢2+ ⎪⎥=1 6⎢⎝2hi⎪62⨯500⎭⎥⎢⎭⎥⎣⎝⎦⎣⎦
则由内压力引起的拉伸应力：
σh=KpcDi1⨯0.869⨯2000==4.71Mpa t2σφ-pc2⨯185⨯1-0.869
t因为1.25[σ]-σh=1.25⨯185-4.71=226.54Mpa≥τh
则封头切应力校核合格。
4.5筒体的周向应力计算与校核
查《JB4731-2005T+钢制压力容器》7.4鞍座设计得鞍座的有效宽度：b≥Ra=253.61， 则筒体的有效宽度b2=b+1.Raδe=220+1.56⨯⨯7.7=390mm，当容器焊在支座上事，取k=0.1，查《压力容器与过程装备》表5-3得：K5=0.760,K6=0.013. 在横截面最低点处：σ5=-
L5000==4.96
所以有：
σ6=-
=-12K6FRaF-4δeb2Lδe26620012⨯0.013⨯66200⨯1005- 4⨯7.7⨯3905000⨯7.72
=-40.52Mpa
应力校核
σ5
σ6
4.6鞍座应力计算与校核
4.6.1腹板水平应力及强度校核
由θ=120可得K9=0.204，水平分力Fs=K9F=0.204⨯66200=13504.8N ⎛R⎫计算高度Hs=min a,H⎪=min(335,250)=250mm， ⎝3⎭
鞍座腹板厚度b0=10mm，
鞍座实际垫板宽度b4=430mm，
鞍座垫板有效宽度br=min(b4,b2)=min(430,390)=390mm 因为A
b0=10mm则
σ9=Fs13504.8==2.11Mpa Hsb0+brδre250⨯10+390⨯10
2[σ]sa=2⨯147=98Mpa 合格 33应力校核σ9
4.6.2腹板与筋板组合截面应力及强度校核
因为鞍座的高度H=250mm，垫板有效厚度δ4=10mm，则圆筒中心至基础表面距离Hv=Ra+H+δ4=1005+250+10=1265mm
查《压力容器与过程装备》表5-6可得设计地震烈度为8度(0.2g)时的水平地震影响系
数α1=0.16，则水平地震力：FEV=α1mg=0.16⨯132.4(kN)=21184N
筋板面积：A1=b2δ3=390⨯8=3120mm2
腹板面积：A2=(l1-20)δ2=(1420-20)⨯10=14000mm2 l11420-10-15-δ3-l3=-10-15-8-330=347mm 22
δ8 Z1=x+3=347+=351mm Z2=Z1+l3=351+330=681mm 22 x=
那么： Asa=6A1+A2=3120⨯6+14000=32960mm2
形心：yc='= yc6A1(b2+δ226⨯3120⨯(390+102==113.592mm Asa32960b2+δ2390-10-yc=-113.592=76.408mm 22
⎡bδ2Iy=2⎢3⨯23+A1Z12+Z212⎣()⎤δ2(l1-20)⎥+12⎦3
⎡390⨯8+3120⨯3512+6812 =2⎢3⨯12⎣
=5.95⨯109mm4()⎤10⨯(1420-20)+ ⎥12⎦3
3⎡b2⎤δ23(l1-20)δ3'⎥+Iz=6⎢+A1xyc+A2yc12⎣12⎦
⎡3903⨯8⎤103(1420-20)+3120⨯347⨯76.408⎥++14000⨯113.592 =6⨯⎢1212⎣⎦
=7.35⨯108mm4
腹板与筋板组合截面断面系数：
b220l1420ϕmax=1-10=-10=100mm Zmax=1-10=-10=700mm 2222
Zry=Iy
Zmax5.95⨯109Iz7.35⨯1086==8.5⨯10mm Zrz===7.35⨯106mm 700ϕmax100
Zr=min(Zry,Zrz)=Zrz=7.35⨯106mm
取钢地板对水泥基础f=0.4，因为α1
σsa=-
=-FEVHvFFEVH--Asa2ZrAsaL-2A6620021184⨯25021184⨯1265 --6329602⨯7.35⨯1032960⨯5000-2⨯500=-2.571Mpa
即 σsa
t
4.6.3地脚螺栓应力及强度校核
鞍座地脚螺栓n=2，筒体轴向两侧螺栓间距l2=1260mm，地脚螺栓的根茎D=24mm 每个地脚螺栓的横截面积：
π1Abt=D2=⨯3.14⨯242=452.16mm2 44
0-0倾覆力矩：ME=FEVHv=21184⨯1265=2.7⨯107N∙mm 0-0FEVHvME2.7⨯107
拉应力：σbt====23.52Mpa nlAbtnlAbt2⨯1260⨯452.16
因σbt
因τbt
第五章 开孔补强设计
根据GB150中8.3，当设计压力小于或等于2.5MPa时，在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于89mm时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该卧式储罐中DN=500mm的人孔需要补强。
5.1 补强设计方法判别
5.1.1补强计算方法判别
按HG/T 21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。
设：厚度附加量c=2mm，
开孔直径：d=di+2C=500+2⨯2=504mm。 因为d
故可以采用等面积法进行开孔补强计算。
接管材料选用20号钢，其许用应力[σ]r=140Mpa，根据《压力容器与过程装备》中式3-46，A=dδ+2δδet(1-fr)
其中：壳体开孔处的计算厚度：
δ=pcDi0.869⨯2000==4.708mm t2σφ-pc2⨯185-0.869
接管的有效厚度δet=δnt-C=14-2=12mm，
强度削弱系数fr=[σ]rσt=140=0.76 185
则开孔所需补强面积为：
A=dδ+2δδet(1-fr)=504⨯4.708+2⨯4.708⨯12⨯(1-0.76)=2399.95mm2
5.2有效补强范围
5.2.1有效宽度B的确定
按GB150中式8-7，得：
B1=2d=2⨯504=1008mm B2=d+2δn+2δnt=504+2⨯10+2⨯14=552mm 因此：B=max(B1,B2)=1008mm
5.2.2有效高度的确定
(1)外侧有效补强高度
根据GB150中式8-8，得：
''=接管实际外伸长度=H1=280mm h1'=dδnt=⨯14=84mm h1
',h1'')=84mm h1=min(h1
(2)内侧有效高度的确定
根据GB150-1998中式8-9，得：
''=0mm '=dδnt=⨯14=84mm h2h2
'.h2'')=0mm h2=min(h2
5.3 有效补强面积
根据GB150中式8-10中式8-13，分别计算如下： Ae=A1+A2+A3
5.3.1 筒体多余面积A1
A1=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr)
=(1008-504)(7.7-4.708)-2⨯12⨯(7.7-4.708)(1-0.76) =1490.73mm2
5.3.2 接管的多余面积A2
接管的厚度：
δt=pcdi0.869⨯500==1.56mm 2σrφ-pc2⨯140⨯1-0.869
A2=2h1(δet-δt)fr+2h2(δet-c)fr
=2⨯84⨯(12-1.56)⨯0.76+0=1332.98mm2
5.3.3焊缝金属截面积A3
焊脚取6mm，因为是内平齐接管，所以：
1A3=⨯2⨯6⨯6=36mm2 2
5.4补强面积
Ae=A1+A2+A3=1490.73+1332.986+36=2859.72mm2 因为Ae>A，所以开孔不需另行补强。
第六章 储罐的焊接设计
此次设计结构形式为单层的第三类储存压力容器，用来盛装生产用的液化石油气双鞍座卧式储罐。设计压力为0.869Mpa，设计温度为50摄氏度范围内，设备空重约为14000Kg，体积为16立方米，属于中压容器。液化石油气为易燃易爆介质，且有毒，且该储罐必须在有遮阳和水喷淋情况下使用，所以液化石油气卧式储罐是典型的重要焊接结构，焊接接头是其最重要的连接结构，焊接接头的性能会直接影响储存液化石油气的质量和安全。
6.1焊接的基本要求
1.设备的施工应符合GB150-1998《钢制压力容器》，验收应接受《压力容器安全技术监督规程》中的相关规定；
2.焊接采用电弧焊，焊条型号，低合金钢之间E5016，碳钢间E4303；
3.焊接接头的形式及尺寸按图要求，角焊缝的焊脚高度为较薄件的厚度，法兰的焊接按相应的法兰标准规定，对接接头与角接接头需全焊透，接管焊缝成形表面均应圆滑过渡，不得有裂纹、咬边、及棱角；
4.壳体钢板按GB6654-1996《压力容器钢板》及修改单中正火状态供货，且逐张进行超声检测，质量标准应不低于JB/T4730. 3-2005中规定的II级， 壳体的A类纵向焊接接头制备产品焊接试板，按《容规》第25条进行材料复验，坡口表面进行IOO%磁粉检测，并符合JB4730. 4-2005中规定的I级；
5.裙座螺栓孔中心圆直径允差以及任意两孔弦长允差均为2mm；
6.壳体用钢板轧制，逐张进行-19℃夏比（V型缺口）冲击试验（横向），三个试样冲击平均值不得低于20J，允许其中一个试样冲击功小于平均值，但不得小于14J；
7.钢管应逐根按JB/T4730. 3-2005中I级为合格；
8.支座简体与封头的焊接接头必须采用全焊透连续焊，并进行磁粉检测，符合JB/T4730. 4-2005中I级为合格；
9.设备压力试验合格后对全部焊缝按JB/T4730.4-2005进行磁粉检测，符合I级为合格，复验焊缝；
10.热处理后，设备本体不得再行施焊；
11.对储罐中A、B、D类焊接接头进行硬度检测，其硬度应小于等于200HB。检测数
量按照每条A、D类焊接接头测一组，每条B类焊接接头每隔120度测一组，每组包括母材、热影响区和焊缝各一处。
6.2焊接的工艺设计
图6.1 A、B、C、D分别表示焊接接头的形式
6.2.2坡口形式
由于焊接厚度为10mm，因而需要开坡口，由于厚度比较厚，若开V型坡口的话，产生较大的开口，一方面会浪费较多的焊条，而且焊接费时间，若开U型坡口的话，可以减小开口，而且U型坡口有利于焊剂的流入，同时可以减小焊接应力，减少裂纹的产生，故最终选择U型坡口。
6.2.3焊接姿势
采用Y型对接接头和手工电弧焊。
6.2.4焊接材料的选择
焊条的选用主要考虑焊缝的使用性和施焊的工艺性，配合HIOMnSi等焊丝可焊接低碳钢和某些低合金钢(16Mn)结构。故选择焊剂SJl01，根据焊接丁艺要求，选用焊条J507，并查常用焊丝焊剂表，选用焊丝HlOMnSi，焊剂SJIOI。
6.2.5内面焊接—焊条电弧焊
查相关标准，由被焊工件的厚度选择焊条直径为5mm，确定焊接电流为200-270A，焊接电压选择为22-30V，采用短弧焊接，长度一般为2-6mm。焊接线能量约为
qv=18KJ/cm，焊接速度约为18cm/min，平焊，焊接层数4层。
6.2.6外面焊接—埋弧焊
选择焊丝直径为5mm，根据焊接速度要求选择MZ-IOOO型焊机，其他参数同内面焊接参数。
6.2.7筒节纵向焊缝焊接工艺
由GB150-1998《钢制压力容器》规定，圆筒部分的纵向接头，球形封头与圆筒连接的环向接头，各类凸形封头中的所有焊接接头以及嵌入式接管，与壳体对接连接的接头均属A类焊接接头。所以，此类焊缝坡口采用机加工坡口，并清除油锈，用碳弧气刨并打磨。
焊接的工序为，清理坡口，并进行磁粉检测(MT)；进行装配点焊；内部进行焊条电弧焊；外部清根并打磨，进行MT检测；外部进行埋弧焊；焊后热处理。
6.2.8筒节环向焊缝焊接工艺
由GB150-1998《钢制压力容器》规定，壳体部分的环向焊接接头，锥形封头与接管连接的接头等均属于B焊头，已经规定的除外，所以此类焊缝坡口采用机加工坡口，并清除油锈，用碳弧气刨并打磨。
焊接的工序为，清理坡口，并进行磁粉检测(MT)；进行装配点焊；内部进行焊条电弧焊；外部清根并打磨，进行MT检测；外部进行埋弧焊；焊后热处理。
设计总结
压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
近三个星期的液化石油气储罐设计，可以说是对自己综合知识、能力的挑战。从刚开始设计时的蒙头苍蝇到如今的灵活运用。在设计期间我锻炼了很多，也收获了很多！首先，通过液化石油气储罐的设计，我全面综合的了解了液化石油气的组成成分和各参数的确定。其次，通过大量相关资料和书籍的参考，我对液化石油气储罐的设计过程有了初步的了解。着手开始设计的那段时间确实比较痛苦，感觉无从下手。正所谓万事开头难，通过与同学们的讨论合作，我们找到了一种绝处逢生的感觉，有了头绪和思路之后设计就显得水到渠成了。
不管是筒体、封头、鞍座、法兰、接管还是螺栓螺柱，每一种结构的设计都需要有相关工具书作指导和标准的参考，设计起来的工作量很大。不过我在设计过程中也找了很多快乐，大家讨论时的积极劲儿，这让大伙儿设计起来非常有动力。我们按着设计的时间安排一步一步的完成设计。到画草图用CAD制图时我们又迎来了新的挑战，这次CAD的制图，让我们的CAD制图技术得到了很大提高。总之，这次的设计让我收获的不只是知识，同时也是各种能力的提升与锻炼。
设计过程中我遇到了很多困难，但通过大量资料的查询和相关标准的参考我们都一一解决了。再加上卢霞老师技术和技巧的指导，对我们的设计都有很大的帮助！在此，特向指导老师表示衷心的感谢！谢谢老师！
参考文献
[1] 国家质量技术监督局，GB150-1998《钢制压力容器》，中国标准出版社，1998
[2] 国家质量技术监督局，《压力容器安全技术监察规程》，中国劳动社会保障出版社，
1999
[3] 全国化工设备设计技术中心站，《化工设备图样技术要求》，2000，11
[4] 郑津洋、董其伍、桑芝富，《过程设备设计》，化学工业出版社，2001
[5] 黄振仁、魏新利，《过程装备成套技术设计指南》，化学工业出版社，2002
[6] 国家医药管理局上海医药设计院，《化工工艺设计手册》，化学工业出版社， 1996
[7] 蔡纪宁主编，《化工设备机械基础课程设计指导书》，化学工业出版社，2003 年
邮电与信息工程学院
课程设计说明书
课题名称： 压力容器及过程设备课程设计 学生学号： 专业班级： 学生姓名： 学生成绩：指导教师： 卢霞 课题工作时间： 2015/12/11 至 2015 /12/25
过程装备与控制工程《过程装备设计》课程设计任务书
一、设计目的
1、复习巩固《过程装备设计》中的理论内容；
2、掌握设备设计的步骤、方法。熟悉常用设备设计的标准。 二、设计题目及设计任书
课程设计题目：
（ 10 ）M3（ 1.65 )Mpa,DN(1800)mm液化石油气储罐设计
每人一题，从表中依次选取。 1、液化石油气储罐设计 见卧罐参数表，每人一组数据 2、设备简图 见附件。
3、设计内容与要求 （1）概述
简述储罐的用途、特点、使用范围等 主要设计内容 设计中的体会 （2）工艺计算
根据安装地点的气象记录确定容器的操作温度； 根据操作温度、介质特性确定操作压力； 筒体、封头及零部件的材料选择；
（3）结构设计与材料选择 封头与筒体的厚度计算
封头、法兰、接管的选型和结构尺寸拟定； 根据容器的容积确定总体结构尺寸。 支座选型和结构确定 各工艺开孔的设置； 各附件的选用；
（4）容器强度的计算及校核 水压试验应力校核 卧式容器的应力校核 开孔补强设计 焊接接头设计 （5）设计图纸 总装配图一张A1
课程设计评审标准（指导教师用）
目录
摘要 .................................................................................................................................................................. I Abstract ..........................................................................................................................................................II 第一章 绪论 ................................................................................................................................................... 1
1.1液化石油气储罐的用途与分类 ....................................................................................................... 1 1.2液化石油气特点 ............................................................................................................................... 1 1.3液化石油气储罐的设计特点 ........................................................................................................... 2 第二章 工艺计算 ........................................................................................................................................... 3
2.1设计题目 ........................................................................................................................................... 3 2.2 设计数据 .......................................................................................................................................... 3 2.3 设计压力、温度 .............................................................................................................................. 4 2.4 主要元件材料的选择 ...................................................................................................................... 4 第三章 结构设计与材料选择 ....................................................................................................................... 6
3.1筒体与封头的壁厚计算 ................................................................................................................... 6 3.2筒体和封头的结构设计 ................................................................................................................... 7 3.3鞍座选型和结构设计 ....................................................................................................................... 8 3.4接管，法兰，垫片和螺栓的选择 ................................................................................................. 10 3.5人孔的选择 ..................................................................................................................................... 15 3.6安全阀的设计 ................................................................................................................................. 15 第四章 设计强度的校核 ............................................................................................................................. 19
4.1水压试验应力校核 ......................................................................................................................... 19 4.2筒体轴向弯矩计算 ......................................................................................................................... 20 4.3筒体轴向应力计算及校核 ............................................................................................................. 20 4.4筒体和封头中的切应力计算与校核 ............................................................................................. 21 4.5筒体的周向应力计算与校核 ......................................................................................................... 22 4.6鞍座应力计算与校核 ..................................................................................................................... 23 第五章 开孔补强设计 ................................................................................................................................. 26
5.1 补强设计方法判别 ........................................................................................................................ 26 5.2有效补强范围 ................................................................................................................................. 27 5.3 有效补强面积 ................................................................................................................................ 27 5.4补强面积 ......................................................................................................................................... 28 第六章 储罐的焊接设计 ............................................................................................................................. 29
6.1焊接的基本要求 ............................................................................................................................. 29 6.2焊接的工艺设计 ............................................................................................................................. 30 设计总结 ....................................................................................................................................................... 32 参考文献 ....................................................................................................................................................... 33
摘要
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500m3或单罐容积大于200m3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500m3, 单罐容积小于100m3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。 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。
关键词：液化石油气，压力容器，卧式储罐，设计
Abstract
LPG storage tanks containing liquefied petroleum gas is commonly used equipment, since the
gas has explosive characteristics, therefore the design of this tank, pay attention to the gas
tank and the general difference, especially security and fire protection Also note that the
characteristics in terms of manufacturing, installation and the like. Now widely used in China
normal pressure tank, room temperature storage tanks are generally two forms: spherical tank
and cylindrical tank. Spherical tank and cylindrical tank compared: the former with less
investment, less metal consumption, small footprint, etc., but the manufacturing and
installation of complex welding heavy workload, so the higher installation costs. When the
choice is generally greater than the total storage tank volume is greater than 500 or 200 single
spherical tank more economical; and a cylindrical tank with a manufacturing installation is
simple, less installation costs, etc., but a large area of large metal consumption, so Total
storage is less than 500, a single tank volume more economical choice of horizontal tank is
less than 100. Cylindrical tank according to the installation can be divided into horizontal and
vertical. In general, the most use of liquefied petroleum gas station within small horizontal
cylindrical tank, only under certain special circumstances (restricted local station, etc.) was
chosen vertical. This article focuses on horizontal cylindrical LPG tank design. LPG was
characteristic of liquid when. (1) The volume expansion coefficient than that of gasoline,
kerosene and water are all big, about 16 times the water, therefore, to when tankers, tank and
cylinder filling to strictly control the filling volume, to ensure safety; (2) Bulk density is about
half water. Because LPG is composed by a variety of hydrocarbons, so the proportion of
liquid LPG is the average proportion of each component ingredients, such as at room
temperature 20 ℃, the proportion was 0.50 liquid propane, liquid butane 0.58 specific gravity
of 0.56, therefore, the proportion of LPG liquid generally believed about 0.51, that is half full
of water. Horizontal LPG tank design features. Horizontal LPG storage tank is a pressure
vessel, also should GB150 "steel pressure vessel" in the manufacture, testing and acceptance;
and accept the Ministry of Labor issued "Pressure Vessel Safety Technology Supervision"
(referred to content regulation) supervision . Liquefied petroleum gas tank, whether horizontal
or belong to a third tank pressure vessel. Tank main cylinder, head, manholes, bearings and
various takeover components. With a liquid tube, liquid return tube, gas pipes, sewage pipes
as well as the safety valve, pressure gauge, thermometer, level gauge on the tank, etc.
Keywords: Liquefied petroleum gas, pressure vessels, horizontal tank design
第一章 绪论
1.1液化石油气储罐的用途与分类
液化石油气储罐有压缩气体或液化气体储罐等，液化石油气储罐按容器的容积变化与否
可分为固定容积储罐和活动容积储罐两类，大型固定容积液化石油气储罐制成球形，小
型的则制成圆筒形。活动容积储罐又称低压储气罐，俗称气柜，其几何容积可以改变，
密闭严密，不致漏气，并有平衡气压和调节供气量的作用，压力一般不超过60MPa。
目前我国普遍采用常温压力储罐, 常温储罐一般有两种形式: 球形储罐和圆筒形储罐。
球形储罐和圆筒形储罐相比: 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500立方米
或单罐容积大于200立方米时选用球形储罐比较经济；而圆筒形储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。圆筒形储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储罐, 只有某些
特殊情况下(站内地方受限制等) 才选用立式。所以在总贮量小于500立方米, 单罐容
积小于100立方米时选用卧式储罐比较经济。
1.2液化石油气特点
液化石油气是无色气体或黄棕色油状液体有特殊臭味。液化石油气是从石油的开采、裂
解、炼制等生产过程中得到的石油尾气副产品，通过一定程序，对石油尾气加以回收利
用，采取加压的措施，使其变成液体，装在受压容器内，液化气的名称即由此而来。它
在气瓶内呈液态状，一旦流出会汽化成比原体积大约二百五十倍的可燃气体，并极易扩
散，遇到明火就会燃烧或爆炸。
气态的液化石油比空气重约1.5倍，该气体的空气混合物爆炸范围是1.7%~9.7%，遇明
火即发生爆炸。所以使用时一定要防止泄漏，不可麻痹大意，以免造成危害。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。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。
1.3液化石油气储罐的设计特点
卧式液化石油气储罐也是一个储存压力容器, 也应按GB—150《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。液化石油气储罐, 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。储罐主要有筒体、封
头、人孔、支座以及各种接管组成。储罐上设有液相管、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。
第二章 工艺计算
2.1设计题目
16错误！未找到引用源。,0.79Mpa液化石油气储罐的设计
2.2 设计数据
2.3 设计压力、温度
2.3.1 设计压力取最大工作压力的1.1倍，p=1.1⨯1.77=1.947Mpa
2.3.2 工作温度为50℃，设计温度取50℃
2.4主要元件材料的选择
2.4.1 筒体、封头材料的选择
根据GB150.2-2010表2，选用筒体、封头材料为低合金钢Q345R（钢材标准为GB713）。
Q345R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（≥8mm）的压
力容器。
表2-2 石油化工设备的腐蚀裕
通过表2-2，取腐蚀余量C2=2mm，钢板负偏差错误！未找到引用源。0.30mm。
表2-3 Q345R在16-36mm范围下的许用应力
t[σ]=185Mpa，并查GB 150许用应力：假设钢板厚度在16～36mm之间，查表2-3，得
得Q345R的常温屈服极限ReL=325Mpa。
焊缝系数ϕ：根据《压力容器安全技术监察规程》规定，液化石油气储罐应视为第三类
压力容器，筒体纵焊缝应采用全焊透双面焊缝，且100%无损探伤，所以φ=1.0。
2.4.2 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[ϕ]sa=147Mpa。
2.4.3地脚螺栓的材料选择
地脚螺栓选用符合GB/T 700规定的Q235-B，Q235的许用应力[ϕ]bt=147Mpa。
第三章 结构设计与材料选择
3.1筒体与封头的壁厚计算
3.1.1筒体和封头的结构设计
计算压力Pc：
查的液化石油气的密度为580kgm3，公称直径h=1800mm=1.8m，
则液柱静压力：P.64pa。 1=ρ液gh=580⨯9.81⨯1.8=10241
p110241.64==0.0052%
故液柱静压力可以忽略，pc=p=1.947Mpa。
圆筒的厚度在16～36mm范围内，查GB150.2-2010《固定式压力容器第二部分》中表4-1，
可得：在设计温度50错误！未找到引用源。下，屈服极限强度σs=325Mpa， 许用应
力[σ]t=185Mpa,利用中径公式，计算厚度：
δ=pcDi1.947⨯1800==9.522mm 2[σ]tφ-pc2⨯185⨯1-1.947
查标准HG20580-HG20585-2010《钢制化工容器相关标准》表A-1知，
钢板厚度负偏差为0.30mm。
查表2-2取：钢材的腐蚀裕量取C2=2,
则筒体的设计厚度：δd=δ+C2=9.522+2=11.522mm
按GB713， C1=0.3mm
则筒体的名义厚度：δn≥δd+C1=11.428+0.3=11.728mm
考虑钢板常用规格厚度，向上圆整可取筒体名义厚度δn=10mm。
筒体的有效厚度为：δe=δn-C1-C2=10-2-0.3=9.322mm
3.1.2封头壁厚的设计
查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径DN=Di=2000mm，
选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，其形状系数K=1根据GB150.3-2010中椭圆形封
头计算中式5-1计算：
δ=KPCDi1⨯0.869⨯18002==9.728mm 2[σ]tφ-0.5Pc2⨯185⨯1-0.5⨯1.947
同上，取C2=2mm，错误！未找到引用源。。则，封头的设计厚度
δd=δ+C2=9.728+2=11.728mm
同上，取C1=0.3mm，则封头名义厚度为：
δn≥δd+C1=6.703+0.3=7.003mm
考虑钢板常用规格厚度，向上圆整可取筒体名义厚度δn=10mm。
封头的有效厚度为：δe=δn-C1-C2=10-0.3-2=7.7mm。
1800⨯10-Q345R JB/T4746 封头型记做 ：EHA
3.2筒体和封头的结构设计
3.2.1 封头的结构尺寸
根据JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中EHA椭圆形封头内表面积、容积。如表
3-1
表3-1 ：EHA椭圆形封头内表面积、容积
由
DDi1800=25mm =2，得h=H-i=475-442H-h如下图
3.1
图3.1椭圆形封头简图
3.2.2 筒体的长度计算
根据 错误！未找到引用源。，充装系数为0.9。 即可求得，10=π
4⨯1.822⨯L+2⨯0.8207，
计算得L=4.94m,取L=5m。
3.3鞍座选型和结构设计
3.3.1 鞍座选型
该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-A。估算鞍座的负荷： 储罐总质量m=m1+2m2+m3+m4，
错误！未找到引用源。——圆筒质量：
m1=π(Di+δn)Lδnγs=3.14⨯(1800+10)⨯5000⨯10⨯7.85⨯10-6=1269.89kg；
圆筒容积V1为：
V1=π
4Di2L⨯10-9=3.14⨯20002⨯5000⨯10-9=15.7m3 4
总容积V:V=V1+2V封=15.7+2⨯1.1257=17.9514m3
错误！未找到引用源。——单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用
封头》EHA椭圆形封头质量，
可知，m2=345.3kg，
错误！未找到引用源。——充液质量：
m3=Vρφ0=17.9514⨯580⨯0.9=5022.00kg
错误！未找到引用源。——附件质量：人孔质量为302kg，其他接管质量总和估计为400kg； 所以m4=702kg
综上所述：m=m1+2m2+m3+m4=2477.2+2⨯345.3+9370.6+702=13240.4kg则有： 错误！未找到引用源。G=mg=132.40KN 每个鞍座承受的重量为66.2KN。
由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为A,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座结构尺寸如下表3-2：
。
表3-2：鞍式支座结构尺寸
3.3.2 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，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB 4731《钢制卧式容器》规定A≤0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。 由标准椭圆封头由
DDi2000
=25mm =2，得h=H-i=525-
442H-h故 A≤0.2(L+2h)=0.2⨯(5000+2⨯25)=1010mm
鞍座的安装位置如图3.2所示：
图3.2 鞍座示意图
此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。 因此，JB4731还规定当满足A≤0.2L时，最好使
200010Dδ⎫⎛
+=1005mm A≤0.5Ra Ra=i+n⎪，即，Ra=2222⎭⎝
A≤0.5Ra=502.5mm ，取A=500mm，综上有：A=500mm(A为封头切线至鞍座中心
线的距离，L为两封头切线间的距离)。
3.4接管，法兰，垫片和螺栓的选择
3.4.1接管和法兰
液化石油气储罐应设置排污口，气相平衡口，气相口，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。法兰简图如图3.3所示,接管和法兰布置如图3.4所示：
图3.3 法兰结构简图
图3.4储罐各管口示意图
查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中PN10带颈对焊钢制管法兰(除人孔法兰外)，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸、质量，法兰密封面均采用FM型式。
表3-3：接管和法兰尺寸
3.4.2 垫片
查HG/T 20592-20635《钢制管法兰、垫片、紧固件》凹凸面法兰用MFM型垫片尺寸表4.0.2-3得：
表3-4 垫片尺寸表
注：1：垫片型式为石棉橡胶板。 2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。
3：人孔法兰垫片厚度为3mm，其他法兰垫片厚度为1.5mm 3.4.3 螺栓（螺柱）的选择
查HG/T 20592-20635《钢制管法兰、垫片、紧固件》,PN10带颈对焊钢制管法兰螺柱的
长度和平垫圈尺寸如表3-5:
表3-5 螺栓及垫片
3.5人孔的选择
根据HG/T 21518-2005，选用公称压力PN=4.0Mpa,公称直径Dn=500mm的回转盖带颈对焊法兰人孔，密封面为凹凸面（MPM），接管为20号钢，其明细尺寸见下表3-6：
表3-6 人孔尺寸表（单位：mm）
3.6安全阀的设计
3.6.1安全阀最大泄放量的计算
一般造成设备超压的原因主要有三种：一是操作故障；二是火灾三是动力故障。根据资料，对于易燃液化气体如液化石油气，在发生火灾时，安全阀的泄放量最大。在火灾情况下，设备吸热，液相迅速汽化，引起设备的压力升高，这种情况下液相的汽化量即为安全阀的泄放量。泄放量决定于火灾时单位时间内传人设备的热量和液体的气化潜热。一般情况下，液化石油气储罐不保温，储罐安全泄放量可按式计算：
2.55⨯105FAr0,82
Ws=
q
式中： Ws——液化石油气储罐的安全泄放量，kg；
q——液相液化石油气的蒸发潜热，KJ；容器安装在地面上查有关手册 得：液化石油气的汽化潜热 q=427.1(KJ/kg)( 50℃) F——系数 储罐在地面上，取F=1
Ar——储罐的受热面积，m2。
对椭圆形封头的卧式储罐，Ar=πD0(L+0.3D0)。以上计算Ar的公式中：D0为储罐外径； L为卧式储罐的总长，从上面计算中可知L=5m，
D0=Di+2δn=2000+2⨯10=2020mm=2.02m。
Ar=πD0(L+0.3D0)=π⨯2.02⨯(5+0.3⨯2.02)=35.56m2 2.55⨯105FAr0.822.55⨯105⨯1⨯(35.56)则Ws==
q427.13.6.2安全阀喷嘴面积的计算
液化石油气储罐安全阀起跳排放出的是气体，其喷嘴面积可按一般气体安全阀喷嘴面积通用公式计算，安全阀的排气能力决定于安全阀的喷嘴面积。即根据安全阀出口压力(背压)的大小不同，安全阀的排气能力应按临界条件和亚临界条件两种状况进行计算：
p0⎛2⎫≤ ⎪pd⎝k+1⎭
kk-1
0.82
=11163.5kg/h
临界条件下
p0
p02k/(k-1)
≥()pk+1，亚临界条件下 d 。
式中：
ps
——安全阀的出口侧压力(绝压)，Mpa；
——安全阀的定压，Mpa；
——安全阀的排放压力(绝压)，；取pd=pc=0.869Mpa
pd
k——绝热系数，对于液化石油气，
液化石油气储罐安全阀放空气体一般排入火炬系统或直接高空排放，其出口侧压力(背压)p0很小，即
p0
2k/(k-1)
)=0.5744k+1
Ws=7.6⨯10CKpdA
-2
M ZT
式中： Ws——安全阀的排放能力，kg/h;
K——安全阀的排放系数，与安全阀的结构型式有关，应根据试验数据确定，无参考数据时，可按下述规定选取：
对全启式安全阀， K=0．6～0．7； 对带调节圈的微启式安全阀， K=0．4～0．5； 对不带调节圈的微启式安全阀， K=0．25～0．35；
液化石油气储罐设置的安全阀，需要有较大的排气能力，应选用全启式安全阀，取K=0．65；
A——安全阀的喷嘴面积，m2；
C——气体的特性系数，仅与气体的绝热系数k有关，可按下式算：
C=k(
2(k+1)/(k-1)
)k+1
对于液化石油气，绝热指数k≈1.15，计算得C=332； Z——安全阀进口处气体的压缩系数，液化石油气的压缩系数Z≈0.7； T——安全阀进口处介质的热力学温度 M——气体的摩尔质量，kg/kmol，
查《液化石油气储罐安全阀的工艺计算》得：安全阀排放温度T=323～343 K,取T=330k摩尔质量 M≈50 kg/kmol,从上面计算得：F=1,q=427.1kJ/kg,Ar=35.56m2，
pd=pc=0.869Mpa。 则安全阀的喷嘴面积为：
3.355⨯106FAr0.823.355⨯106⨯1⨯18.7
A===1684.536mm2
M50
CKpdq332⨯0.65⨯0.869⨯427.1⨯
ZT330⨯0.7
得出安全阀喷嘴面积为
A=
πd02
4
d0=46.3mm
最后得出安全阀的内径：
3.6.3安全阀的选型
查《化工管路手册》上册444页，（九）安全阀，各种安全阀的产品名称、型号、技
术数据，根据介质为石油气，发现无公称压力为2.5MPa的安全阀，所以选用公称压力为4.0MPa的安全阀,公称直径DN=100mm，型号为A40Y-40 A40Y-40I，其尺寸参数如下表：
第四章 设计强度的校核
4.1水压试验应力校核
试验压力：pT=1.25p=1.25⨯0.869=1.08625Mpa
σT=pT(Di+δe)1.08625⨯(2000+7.7)==141.61Mpa 2δe2⨯7.7
0.9φReL=0.9⨯1.0⨯325=292.5Mpa>σT，合格。
图4.1 双鞍座卧式储罐载荷、支座反力、剪力及弯矩图
4.2筒体轴向弯矩计算 11工作时支座反力：F'=G=⨯132.40=66.2kN,hi=H-h=525-25=500mm，22
Ra=1005mm。
圆筒中间处截面上的弯矩： ⎡⎤
2-hi2L24A⎥F'L⎢1+2(RaM1=-⎢⎥4hi24⎢L⎥1+⎢⎥3L⎣⎦
⎡⎤22266200⨯5000⎢1+2(1005-50050004⨯500⎥=-⎢⎥4⨯50045000⎢⎥1+3⨯5000⎣⎦
=4.47⨯107N∙mm
支座处横截面弯矩：
2⎡-hi2⎤ARa⎢1-+⎥M2=-F'A⎢1-⎥i⎢⎥1+⎢⎥3L⎣⎦ ⎡50010052-5002⎤⎢1-+⎥=-66200⨯500⨯⎢1-⎥ ⎢⎥1+⎢⎥3⨯5000⎣⎦
=-1.13⨯107N∙mm
4.3筒体轴向应力计算及校核
4.3.1圆筒中间横截面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力： 最高点处：
pcRaM10⨯10054.47⨯107
σ1=-2=-=-1.83Mpa 2δeπRaδe2⨯7.73.14⨯10052⨯7.7
最低点处：
pcRaM10.869⨯10054.47⨯107
σ2=+2=+=58.54Mpa22δeπRaδe2⨯7.73.14⨯1005⨯7.7
4.3.2压力及轴向弯矩引起的轴向应力
因鞍座平面上A
鞍座横截面最高处点轴向应力： σ3=
pcRaM2-22δeK1πRaδe
7
=0.869⨯1005-1.13⨯10-=52.17Mpa22⨯7.71.0⨯3.14⨯1005⨯7.7
鞍座横截面最低点处轴向应力：
σ4=
=pcRaM2+22δeK2πRaδe70⨯1005-1.13⨯10+=-0.463Mpa22⨯7.71.0⨯3.14⨯1005⨯7.7
4.3.3筒体轴向应力校核
因轴向许用临界应力由：
A=0.094δe0.094⨯7.7==0.00072 Ra1005
根据圆筒材料查《压力容器与过程装备》图4-9得：B=B0=100Mpa
[σ]t
cr=min([σ]t,B)=100Mpa，[σ]cr=min(0.8ReL,B0)=100Mpa
σ2,σ3.
σ1,4
σ1,2
4.4筒体和封头中的切应力计算与校核
4.4.1 筒体的切应力计算与校核 因A≤Ra，筒体仅被封头加强，查《压力容器与过程装备》表5-2得K3=0.880,K4=0.4012
其最大剪应力位于靠近鞍座边角处：
K3F⎛L-2A⎫0.880⨯66200⎛5000-2⨯500⎫ ⎪ ⎪τ===5.31Mpa ⎪ ⎪Raδe⎝L+4hi⎭1005⨯7.7⎝5000+4⨯3⎭
圆筒[τ]=0.8[σ]=149.6Mpa>τ，故筒体切向剪应力校核合格。 t
4.4.2封头的切应力与校核
由已知数据，可计算出封头的切应力：
τh=K4F0.401⨯66200==3.43Mpa Raδe1005⨯7.7
封头的形状系数为：
22⎡⎛⎫Di⎤1⎡⎛2000⎫⎤1⎪⎥=⨯⎢2+ K=⎢2+ ⎪⎥=1 6⎢⎝2hi⎪62⨯500⎭⎥⎢⎭⎥⎣⎝⎦⎣⎦
则由内压力引起的拉伸应力：
σh=KpcDi1⨯0.869⨯2000==4.71Mpa t2σφ-pc2⨯185⨯1-0.869
t因为1.25[σ]-σh=1.25⨯185-4.71=226.54Mpa≥τh
则封头切应力校核合格。
4.5筒体的周向应力计算与校核
查《JB4731-2005T+钢制压力容器》7.4鞍座设计得鞍座的有效宽度：b≥Ra=253.61， 则筒体的有效宽度b2=b+1.Raδe=220+1.56⨯⨯7.7=390mm，当容器焊在支座上事，取k=0.1，查《压力容器与过程装备》表5-3得：K5=0.760,K6=0.013. 在横截面最低点处：σ5=-
L5000==4.96
所以有：
σ6=-
=-12K6FRaF-4δeb2Lδe26620012⨯0.013⨯66200⨯1005- 4⨯7.7⨯3905000⨯7.72
=-40.52Mpa
应力校核
σ5
σ6
4.6鞍座应力计算与校核
4.6.1腹板水平应力及强度校核
由θ=120可得K9=0.204，水平分力Fs=K9F=0.204⨯66200=13504.8N ⎛R⎫计算高度Hs=min a,H⎪=min(335,250)=250mm， ⎝3⎭
鞍座腹板厚度b0=10mm，
鞍座实际垫板宽度b4=430mm，
鞍座垫板有效宽度br=min(b4,b2)=min(430,390)=390mm 因为A
b0=10mm则
σ9=Fs13504.8==2.11Mpa Hsb0+brδre250⨯10+390⨯10
2[σ]sa=2⨯147=98Mpa 合格 33应力校核σ9
4.6.2腹板与筋板组合截面应力及强度校核
因为鞍座的高度H=250mm，垫板有效厚度δ4=10mm，则圆筒中心至基础表面距离Hv=Ra+H+δ4=1005+250+10=1265mm
查《压力容器与过程装备》表5-6可得设计地震烈度为8度(0.2g)时的水平地震影响系
数α1=0.16，则水平地震力：FEV=α1mg=0.16⨯132.4(kN)=21184N
筋板面积：A1=b2δ3=390⨯8=3120mm2
腹板面积：A2=(l1-20)δ2=(1420-20)⨯10=14000mm2 l11420-10-15-δ3-l3=-10-15-8-330=347mm 22
δ8 Z1=x+3=347+=351mm Z2=Z1+l3=351+330=681mm 22 x=
那么： Asa=6A1+A2=3120⨯6+14000=32960mm2
形心：yc='= yc6A1(b2+δ226⨯3120⨯(390+102==113.592mm Asa32960b2+δ2390-10-yc=-113.592=76.408mm 22
⎡bδ2Iy=2⎢3⨯23+A1Z12+Z212⎣()⎤δ2(l1-20)⎥+12⎦3
⎡390⨯8+3120⨯3512+6812 =2⎢3⨯12⎣
=5.95⨯109mm4()⎤10⨯(1420-20)+ ⎥12⎦3
3⎡b2⎤δ23(l1-20)δ3'⎥+Iz=6⎢+A1xyc+A2yc12⎣12⎦
⎡3903⨯8⎤103(1420-20)+3120⨯347⨯76.408⎥++14000⨯113.592 =6⨯⎢1212⎣⎦
=7.35⨯108mm4
腹板与筋板组合截面断面系数：
b220l1420ϕmax=1-10=-10=100mm Zmax=1-10=-10=700mm 2222
Zry=Iy
Zmax5.95⨯109Iz7.35⨯1086==8.5⨯10mm Zrz===7.35⨯106mm 700ϕmax100
Zr=min(Zry,Zrz)=Zrz=7.35⨯106mm
取钢地板对水泥基础f=0.4，因为α1
σsa=-
=-FEVHvFFEVH--Asa2ZrAsaL-2A6620021184⨯25021184⨯1265 --6329602⨯7.35⨯1032960⨯5000-2⨯500=-2.571Mpa
即 σsa
t
4.6.3地脚螺栓应力及强度校核
鞍座地脚螺栓n=2，筒体轴向两侧螺栓间距l2=1260mm，地脚螺栓的根茎D=24mm 每个地脚螺栓的横截面积：
π1Abt=D2=⨯3.14⨯242=452.16mm2 44
0-0倾覆力矩：ME=FEVHv=21184⨯1265=2.7⨯107N∙mm 0-0FEVHvME2.7⨯107
拉应力：σbt====23.52Mpa nlAbtnlAbt2⨯1260⨯452.16
因σbt
因τbt
第五章 开孔补强设计
根据GB150中8.3，当设计压力小于或等于2.5MPa时，在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径不大于89mm时，接管厚度满足要求，不另行补强，故该卧式储罐中DN=500mm的人孔需要补强。
5.1 补强设计方法判别
5.1.1补强计算方法判别
按HG/T 21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔。
设：厚度附加量c=2mm，
开孔直径：d=di+2C=500+2⨯2=504mm。 因为d
故可以采用等面积法进行开孔补强计算。
接管材料选用20号钢，其许用应力[σ]r=140Mpa，根据《压力容器与过程装备》中式3-46，A=dδ+2δδet(1-fr)
其中：壳体开孔处的计算厚度：
δ=pcDi0.869⨯2000==4.708mm t2σφ-pc2⨯185-0.869
接管的有效厚度δet=δnt-C=14-2=12mm，
强度削弱系数fr=[σ]rσt=140=0.76 185
则开孔所需补强面积为：
A=dδ+2δδet(1-fr)=504⨯4.708+2⨯4.708⨯12⨯(1-0.76)=2399.95mm2
5.2有效补强范围
5.2.1有效宽度B的确定
按GB150中式8-7，得：
B1=2d=2⨯504=1008mm B2=d+2δn+2δnt=504+2⨯10+2⨯14=552mm 因此：B=max(B1,B2)=1008mm
5.2.2有效高度的确定
(1)外侧有效补强高度
根据GB150中式8-8，得：
''=接管实际外伸长度=H1=280mm h1'=dδnt=⨯14=84mm h1
',h1'')=84mm h1=min(h1
(2)内侧有效高度的确定
根据GB150-1998中式8-9，得：
''=0mm '=dδnt=⨯14=84mm h2h2
'.h2'')=0mm h2=min(h2
5.3 有效补强面积
根据GB150中式8-10中式8-13，分别计算如下： Ae=A1+A2+A3
5.3.1 筒体多余面积A1
A1=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr)
=(1008-504)(7.7-4.708)-2⨯12⨯(7.7-4.708)(1-0.76) =1490.73mm2
5.3.2 接管的多余面积A2
接管的厚度：
δt=pcdi0.869⨯500==1.56mm 2σrφ-pc2⨯140⨯1-0.869
A2=2h1(δet-δt)fr+2h2(δet-c)fr
=2⨯84⨯(12-1.56)⨯0.76+0=1332.98mm2
5.3.3焊缝金属截面积A3
焊脚取6mm，因为是内平齐接管，所以：
1A3=⨯2⨯6⨯6=36mm2 2
5.4补强面积
Ae=A1+A2+A3=1490.73+1332.986+36=2859.72mm2 因为Ae>A，所以开孔不需另行补强。
第六章 储罐的焊接设计
此次设计结构形式为单层的第三类储存压力容器，用来盛装生产用的液化石油气双鞍座卧式储罐。设计压力为0.869Mpa，设计温度为50摄氏度范围内，设备空重约为14000Kg，体积为16立方米，属于中压容器。液化石油气为易燃易爆介质，且有毒，且该储罐必须在有遮阳和水喷淋情况下使用，所以液化石油气卧式储罐是典型的重要焊接结构，焊接接头是其最重要的连接结构，焊接接头的性能会直接影响储存液化石油气的质量和安全。
6.1焊接的基本要求
1.设备的施工应符合GB150-1998《钢制压力容器》，验收应接受《压力容器安全技术监督规程》中的相关规定；
2.焊接采用电弧焊，焊条型号，低合金钢之间E5016，碳钢间E4303；
3.焊接接头的形式及尺寸按图要求，角焊缝的焊脚高度为较薄件的厚度，法兰的焊接按相应的法兰标准规定，对接接头与角接接头需全焊透，接管焊缝成形表面均应圆滑过渡，不得有裂纹、咬边、及棱角；
4.壳体钢板按GB6654-1996《压力容器钢板》及修改单中正火状态供货，且逐张进行超声检测，质量标准应不低于JB/T4730. 3-2005中规定的II级， 壳体的A类纵向焊接接头制备产品焊接试板，按《容规》第25条进行材料复验，坡口表面进行IOO%磁粉检测，并符合JB4730. 4-2005中规定的I级；
5.裙座螺栓孔中心圆直径允差以及任意两孔弦长允差均为2mm；
6.壳体用钢板轧制，逐张进行-19℃夏比（V型缺口）冲击试验（横向），三个试样冲击平均值不得低于20J，允许其中一个试样冲击功小于平均值，但不得小于14J；
7.钢管应逐根按JB/T4730. 3-2005中I级为合格；
8.支座简体与封头的焊接接头必须采用全焊透连续焊，并进行磁粉检测，符合JB/T4730. 4-2005中I级为合格；
9.设备压力试验合格后对全部焊缝按JB/T4730.4-2005进行磁粉检测，符合I级为合格，复验焊缝；
10.热处理后，设备本体不得再行施焊；
11.对储罐中A、B、D类焊接接头进行硬度检测，其硬度应小于等于200HB。检测数
量按照每条A、D类焊接接头测一组，每条B类焊接接头每隔120度测一组，每组包括母材、热影响区和焊缝各一处。
6.2焊接的工艺设计
图6.1 A、B、C、D分别表示焊接接头的形式
6.2.2坡口形式
由于焊接厚度为10mm，因而需要开坡口，由于厚度比较厚，若开V型坡口的话，产生较大的开口，一方面会浪费较多的焊条，而且焊接费时间，若开U型坡口的话，可以减小开口，而且U型坡口有利于焊剂的流入，同时可以减小焊接应力，减少裂纹的产生，故最终选择U型坡口。
6.2.3焊接姿势
采用Y型对接接头和手工电弧焊。
6.2.4焊接材料的选择
焊条的选用主要考虑焊缝的使用性和施焊的工艺性，配合HIOMnSi等焊丝可焊接低碳钢和某些低合金钢(16Mn)结构。故选择焊剂SJl01，根据焊接丁艺要求，选用焊条J507，并查常用焊丝焊剂表，选用焊丝HlOMnSi，焊剂SJIOI。
6.2.5内面焊接—焊条电弧焊
查相关标准，由被焊工件的厚度选择焊条直径为5mm，确定焊接电流为200-270A，焊接电压选择为22-30V，采用短弧焊接，长度一般为2-6mm。焊接线能量约为
qv=18KJ/cm，焊接速度约为18cm/min，平焊，焊接层数4层。
6.2.6外面焊接—埋弧焊
选择焊丝直径为5mm，根据焊接速度要求选择MZ-IOOO型焊机，其他参数同内面焊接参数。
6.2.7筒节纵向焊缝焊接工艺
由GB150-1998《钢制压力容器》规定，圆筒部分的纵向接头，球形封头与圆筒连接的环向接头，各类凸形封头中的所有焊接接头以及嵌入式接管，与壳体对接连接的接头均属A类焊接接头。所以，此类焊缝坡口采用机加工坡口，并清除油锈，用碳弧气刨并打磨。
焊接的工序为，清理坡口，并进行磁粉检测(MT)；进行装配点焊；内部进行焊条电弧焊；外部清根并打磨，进行MT检测；外部进行埋弧焊；焊后热处理。
6.2.8筒节环向焊缝焊接工艺
由GB150-1998《钢制压力容器》规定，壳体部分的环向焊接接头，锥形封头与接管连接的接头等均属于B焊头，已经规定的除外，所以此类焊缝坡口采用机加工坡口，并清除油锈，用碳弧气刨并打磨。
焊接的工序为，清理坡口，并进行磁粉检测(MT)；进行装配点焊；内部进行焊条电弧焊；外部清根并打磨，进行MT检测；外部进行埋弧焊；焊后热处理。
设计总结
压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
近三个星期的液化石油气储罐设计，可以说是对自己综合知识、能力的挑战。从刚开始设计时的蒙头苍蝇到如今的灵活运用。在设计期间我锻炼了很多，也收获了很多！首先，通过液化石油气储罐的设计，我全面综合的了解了液化石油气的组成成分和各参数的确定。其次，通过大量相关资料和书籍的参考，我对液化石油气储罐的设计过程有了初步的了解。着手开始设计的那段时间确实比较痛苦，感觉无从下手。正所谓万事开头难，通过与同学们的讨论合作，我们找到了一种绝处逢生的感觉，有了头绪和思路之后设计就显得水到渠成了。
不管是筒体、封头、鞍座、法兰、接管还是螺栓螺柱，每一种结构的设计都需要有相关工具书作指导和标准的参考，设计起来的工作量很大。不过我在设计过程中也找了很多快乐，大家讨论时的积极劲儿，这让大伙儿设计起来非常有动力。我们按着设计的时间安排一步一步的完成设计。到画草图用CAD制图时我们又迎来了新的挑战，这次CAD的制图，让我们的CAD制图技术得到了很大提高。总之，这次的设计让我收获的不只是知识，同时也是各种能力的提升与锻炼。
设计过程中我遇到了很多困难，但通过大量资料的查询和相关标准的参考我们都一一解决了。再加上卢霞老师技术和技巧的指导，对我们的设计都有很大的帮助！在此，特向指导老师表示衷心的感谢！谢谢老师！
参考文献
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[2] 国家质量技术监督局，《压力容器安全技术监察规程》，中国劳动社会保障出版社，
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[3] 全国化工设备设计技术中心站，《化工设备图样技术要求》，2000，11
[4] 郑津洋、董其伍、桑芝富，《过程设备设计》，化学工业出版社，2001
[5] 黄振仁、魏新利，《过程装备成套技术设计指南》，化学工业出版社，2002
[6] 国家医药管理局上海医药设计院，《化工工艺设计手册》，化学工业出版社， 1996
[7] 蔡纪宁主编，《化工设备机械基础课程设计指导书》，化学工业出版社，2003 年