第一章 工艺设计
参数的确定
液化石油气的主要组成部分由于石油产地的不同，各地石油气组成成分也不同。取其大致比例如下：
表二，各温度下各组分的饱和蒸气压力
根据本设计工艺要求，使用地点为太原市的室外，用途为液化石油气储配站工作温度为-20—48℃，介质为易燃易爆的气体。
从表中我们可以明显看出,温度从50℃降到-25℃时,各种成分的饱和蒸气压力下降的很厉害,可以推断,在低温状态下,由饱和蒸气压力引起的应力水平不会很高。
由上述条件选择危险温度为设计温度。为保证正常工作，对设计温度留一定的富裕量。所以，取最高设计温度t=50℃，最低设计温度t=﹣25℃。根据储罐所处环境，最高温度为危险温度，所以选t=50℃为设计温度。 1、设计压力
该储罐用于液化石油气储配供气站，因此属于常温压力储存。工作压力为相应温度下的饱和蒸气压。因此，不需要设保温层。
根据道尔顿分压定律，我们不难计算出各种温度下液化石油气中各种成分的饱和蒸气分压，如表三：
表三，各种成分在相应温度下的饱和蒸气分压
有上述分压可计算再设计温度t=50℃时，总的高和蒸汽压力
n=8
P=∑yipi=0.01%×0+2.25%×7+47.3%×1.744+23.48%×0.67+21.96%×0.5+3.79%×
i=1
0.2+1.19%×0.16+0.02%×0.0011=1.25901 MPa
因为：P异丁烷（0.2）
当液化石油气在50℃时的饱和蒸汽压力高于异丁烷在50℃时的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，则取50℃时丙烷的饱和蒸汽压力作为设计压力。 50℃时根据GB150的规定，取液化石油气饱和蒸汽压为1.77MPa
对于设置有安全泄放装置的储罐，设计压力应为1.05~1.1倍的最高工作压力。所以有Pc=1.1*1.77=1.947MPa。
取设计压力P=2.5MPa 3、设计储量
参考相关文件，液化石油气的密度一般取500-600Kg/m3
则取石油液化气的密度为580Kg/m3，盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为：
W=øVρt=0.9*5*580=2.61t 二、机械设计
筒体和封头的设计：
对于承受内压，且设计压力Pc=1.947MPa
根据《容规》，压力容器的L/D=3∽6;取L/D=4（最合适）一
πDL
2
所以
4
=5
② 。
则得：D=1168mm
圆整得D=1200mm，查得封头尺寸为: V封=0.2545m3 ，总深度H=325mm
由2V封 +πD2L/4=5 得L=3971mm
圆整得 L=4000mm 则L/D= 3.33 符合要求. 则 计算容积 V计 =2 V封+πD2L/4=5.03 m3 工作容积 V工 =ФV计=4.527 m3
b、封头设计：
因为封头与筒体配套使用，所以DN=2000mm。根据TB/4746-2000查得封头尺寸如下：
则V计=2V封+πD2L/4=2×0.2545+(3.14×1.22 )×4/4=5.03m3>5m3 且比较接近，所以结构设计合理。
三、设备的结构设计 1、计算压力Pc： 液柱静压力：
根据设计为卧式储罐，所以储存液体最大高度h max≤D=2000mm。 P静（max）=ρgh max≤ρgD=580×9.8×1.2=6.821×103 pa P静（max）/Pc=
6.821⨯101.947⨯10
36
⨯100%=0.35%
2、圆筒厚度的设计：
根据介质的易燃易爆、有毒、有一定的腐蚀性等特性，存放温度为-20~48℃，最高工作压力等条件，由JB 7421-2005选用16MnR为筒体材料，适用温度为-20~250℃。根据GB150，初选厚度为6~25mm，最低冲击试验温度为-20℃，热轧处理。
根据GB150查得16MnR钢在厚度为3~16mm，使用温度为-20~48℃时的许用应力[σ]=181MPa 。
∴ δ=
PcDi2[σ]Φ-Pc
t
=
1.947⨯12002⨯181⨯1-1.947
=6.49
mm>3mm
∵ 对于16MnR ，需满足腐蚀裕度C2≥1mm，取C2=2mm，C1=0.8mm。 ∴ δd=δ+C2=6.49+2=8.49mm ， δn=δd+C1+Δ=8.49+0.8+Δ=11mm 16MnR属于低合金钢，查工艺设计手册（下）中的板材规范，选择厚度 δ=12mm的钢板
∴ δe=12-0.8-2=9.2mm 3、椭圆封头厚度的设计：
为了得到良好的焊接工艺，封头材料的选择同筒体设计。 ∴ δ=
PcDi
2[σ]Φ-0.5Pc
t
=
1.947⨯12002*⨯181⨯1-0.5⨯1.947
=6.47mm
同理，选取C2=2 mm ，C1=0.8 mm 。
∴ δn=δ+C1+C2+Δ=6.47+0.8+2=11 mm
跟筒体一样，选择厚度为12mm的16MnR为材料冲压成型。
∴ δe=12-0.8-2=9.2mm 4、容器法兰的设计
查JB/T 4700-4707—2000《压力容器法兰》， 根据储罐公称直径
DN=1200mm，公称压力PN=2.5MPa，查表1 法兰分类及参数表，选取长颈对焊法兰，标准号为JB/T 4703，密封面为凹凸面密封。
根据介质有一定的腐蚀能力，选用法兰材料（锻件）为16Mn，查表7 长颈法兰适用材料及最大许用工作压力，可知：16Mn法兰在公称压力PN=2.5MPa、工作温度为 -20~200℃事的最大许用工作压力为2.5MPa ,能满足使用要求。
由B/T 4700-4707—2000《压力容器法兰》，长颈对焊法兰尺寸表1查得法兰尺寸如下表：
PN=2.5MPa是长颈对焊法兰的尺寸
5.接管，法兰，垫片和螺柱的选择 5.1、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。
通过查GB20592-1997接管法兰标准中，当公称压力PN=2.5MPa时，取公称通径DN=50mm，选用带颈对焊法兰，密封面式为凹凸面密封。
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。
接管法兰尺寸
接管尺寸
5.2压力容器法兰垫片的选择
储罐盛装液化石油气，根据介质性质选择耐油石棉橡胶垫片，其结构尺寸如下表：
5.3 储罐盛装液化石油气，根据介质性质选择耐油石棉橡胶垫片，在PN=2.5MnP查资料由GBT 19006。2-2003标准其结构尺寸如下表：
5.4螺柱，螺母的选择
由于螺柱螺母不直接接触介质，仅存在大气腐蚀，且为了保护螺柱，螺母的强度必须比螺柱低一个等级，则可选螺柱螺母材料为普通不锈钢即可！
选用双头螺柱，根据GB20592-1997中对双头螺柱和螺母的相关规定，可选取双头
由GB20592-1997，查得双头螺柱的参数如下： 紧固件用平垫圈
6，人孔，视镜，液面计，压力计，温度计以及安全阀结构设计
由于筒体的公称直径为1200mm，则应该开设人孔，圆形人孔的直径规定为400-600mm,可选取人孔直径为500mm。
人孔可根据HG/T21514-2005查表可选择封闭形式为凹凸面，其外形如下图：
视镜用凸缘构成的不带颈视镜。
由于筒体公称直径为1200mm,叫上支座高度整体高度也会在3m以下，且物料中没有结晶等易堵塞固体，而筒体压力在1.947MPa大于1.6MPa，则选用板式液面计。
管道留孔
根据化工工艺设计手册（下），对于法兰管道，一般留孔应大于外径加10mm。
管道间距：对于PN≤2.5MPa的管道，采用化工工艺设计手册（下）系列间距。
7，支座的结构设计
该卧式容器采用双鞍座式支座，根据工作温度为-20-48℃，按JB/T 4731-2005 表5-1选择鞍座材料为16MnR，使用温度为-20~250℃，许用应力为[σ]sa= 170MPa。
估算鞍座的负荷：计算储罐总重量 m=m1+2m2+m3+m4 。
m1 为筒体质量：对于16MnR普通碳素钢，取ρ=7.85×103kg/m3 ∴ m1=πDLδ×ρ=3.14×1.2×4×12×10-3×7.85×103=1419.7824kg
m2为单个封头的质量：查标准JB/T 4746-2002 《钢制压力容器用封头》中标B.2 EHA椭圆形封头质量，可知m2=154.6kg 。
m3为充液质量：ρ液化石油气
故m3（max）=ρ水×V=1000V=1000（π/4×1.22×4+2×0.2545）=5032.89 kg 。 为附件质量：选取人孔后，查得人孔质量为302 kg，其他接管质量总和估为400 kg。
综上述：
总质量 m=m1+2m2+m3+m=1419.7824+154.6*2+5032.89+400 ≈ 7162kg。 ∴ 每个鞍座承受的重量为 G/2=mg / 2=7162×10/2=35.81kN
因为当外伸长度A=0.207L时因为当外伸长度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
Di2(H-h)
2 ，有 h=H-Di / 4=325-1200 / 4=25 mm
故 A≤0.2(L+2h)=0.2(4000+2×25)=810 mm
鞍座的安装分为F型和S型两种支座配套使用。由于接管比较多，所以固定支座位于储罐接管较多的左端。
由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，故封头对于圆筒的抗弯刚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，JB 4731 还规定当满足A≤0.2L时，最好使A≤0.5R m（Rm=Ri+δn/2），即Rm=600+12/2=606mm 。
A≤0.5R =0.5×606=303 mm ,取A=300 mm 。
综上述：A=300 mm （A为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头的总长）
8，安全阀的设计
由操作压力P=1.947MPa，工作温度为-20~48℃，盛放介质为液化石油气体。选择安全阀的公称压力PN=25kg/cm2，最高工温度为150℃，材料为可锻铸件的弹簧微启式安全阀，型号为A41H-25。公称直径DN=80mm。
2
9，尺寸计算：对于椭圆形封头，折算为同直径的长度3H的圆筒。 曲面深度：Hi=H-h=325-25=300mm
∴ 重量载荷作用的总长度为L'=L+2h+4H/3=4000+2×25+4×300/3=4450mm。
五， 焊接的设计 5.1 焊接接头的设计
为保证焊接质量，易于检查。筒体上的所有焊缝及环向接头、封头上的拼接接头，都采用对接焊。对于人孔和筒体的焊接部位，因为两板厚度差大于3m，必须进行削薄加工，以使两侧面厚度基本相等。 5.2容器焊接接头坡口设计
5.2.1 壳体对接接头的坡口设计
因为筒体的厚度δ=12mm∈（3,20），所以选用壳体的纵焊缝为内外压对称的Y形坡口，壳体的环焊缝为内外不对称的Y形坡口，且内侧较小。坡口的结构尺寸：b=2mm，p=2mm，α=60°。
5.2.1 接管与带补强圈的焊接结构设计
接管与客体及补强圈之间的焊接采用角接，为了保证有良好的强度，选用单面全焊投的焊接形式。 5.3 焊接方法与材料
对于一般的压力容器焊接，方法均为手工电弧焊。焊接材料为焊条。筒体和接管间的焊接属于低碳钢和低合金钢之间的焊接。应选用强度较低的钢材等强度的焊条焊接。
注：带#的材料数据是设计者给定的
第一章 工艺设计
参数的确定
液化石油气的主要组成部分由于石油产地的不同，各地石油气组成成分也不同。取其大致比例如下：
表二，各温度下各组分的饱和蒸气压力
根据本设计工艺要求，使用地点为太原市的室外，用途为液化石油气储配站工作温度为-20—48℃，介质为易燃易爆的气体。
从表中我们可以明显看出,温度从50℃降到-25℃时,各种成分的饱和蒸气压力下降的很厉害,可以推断,在低温状态下,由饱和蒸气压力引起的应力水平不会很高。
由上述条件选择危险温度为设计温度。为保证正常工作，对设计温度留一定的富裕量。所以，取最高设计温度t=50℃，最低设计温度t=﹣25℃。根据储罐所处环境，最高温度为危险温度，所以选t=50℃为设计温度。 1、设计压力
该储罐用于液化石油气储配供气站，因此属于常温压力储存。工作压力为相应温度下的饱和蒸气压。因此，不需要设保温层。
根据道尔顿分压定律，我们不难计算出各种温度下液化石油气中各种成分的饱和蒸气分压，如表三：
表三，各种成分在相应温度下的饱和蒸气分压
有上述分压可计算再设计温度t=50℃时，总的高和蒸汽压力
n=8
P=∑yipi=0.01%×0+2.25%×7+47.3%×1.744+23.48%×0.67+21.96%×0.5+3.79%×
i=1
0.2+1.19%×0.16+0.02%×0.0011=1.25901 MPa
因为：P异丁烷（0.2）
当液化石油气在50℃时的饱和蒸汽压力高于异丁烷在50℃时的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，则取50℃时丙烷的饱和蒸汽压力作为设计压力。 50℃时根据GB150的规定，取液化石油气饱和蒸汽压为1.77MPa
对于设置有安全泄放装置的储罐，设计压力应为1.05~1.1倍的最高工作压力。所以有Pc=1.1*1.77=1.947MPa。
取设计压力P=2.5MPa 3、设计储量
参考相关文件，液化石油气的密度一般取500-600Kg/m3
则取石油液化气的密度为580Kg/m3，盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为：
W=øVρt=0.9*5*580=2.61t 二、机械设计
筒体和封头的设计：
对于承受内压，且设计压力Pc=1.947MPa
根据《容规》，压力容器的L/D=3∽6;取L/D=4（最合适）一
πDL
2
所以
4
=5
② 。
则得：D=1168mm
圆整得D=1200mm，查得封头尺寸为: V封=0.2545m3 ，总深度H=325mm
由2V封 +πD2L/4=5 得L=3971mm
圆整得 L=4000mm 则L/D= 3.33 符合要求. 则 计算容积 V计 =2 V封+πD2L/4=5.03 m3 工作容积 V工 =ФV计=4.527 m3
b、封头设计：
因为封头与筒体配套使用，所以DN=2000mm。根据TB/4746-2000查得封头尺寸如下：
则V计=2V封+πD2L/4=2×0.2545+(3.14×1.22 )×4/4=5.03m3>5m3 且比较接近，所以结构设计合理。
三、设备的结构设计 1、计算压力Pc： 液柱静压力：
根据设计为卧式储罐，所以储存液体最大高度h max≤D=2000mm。 P静（max）=ρgh max≤ρgD=580×9.8×1.2=6.821×103 pa P静（max）/Pc=
6.821⨯101.947⨯10
36
⨯100%=0.35%
2、圆筒厚度的设计：
根据介质的易燃易爆、有毒、有一定的腐蚀性等特性，存放温度为-20~48℃，最高工作压力等条件，由JB 7421-2005选用16MnR为筒体材料，适用温度为-20~250℃。根据GB150，初选厚度为6~25mm，最低冲击试验温度为-20℃，热轧处理。
根据GB150查得16MnR钢在厚度为3~16mm，使用温度为-20~48℃时的许用应力[σ]=181MPa 。
∴ δ=
PcDi2[σ]Φ-Pc
t
=
1.947⨯12002⨯181⨯1-1.947
=6.49
mm>3mm
∵ 对于16MnR ，需满足腐蚀裕度C2≥1mm，取C2=2mm，C1=0.8mm。 ∴ δd=δ+C2=6.49+2=8.49mm ， δn=δd+C1+Δ=8.49+0.8+Δ=11mm 16MnR属于低合金钢，查工艺设计手册（下）中的板材规范，选择厚度 δ=12mm的钢板
∴ δe=12-0.8-2=9.2mm 3、椭圆封头厚度的设计：
为了得到良好的焊接工艺，封头材料的选择同筒体设计。 ∴ δ=
PcDi
2[σ]Φ-0.5Pc
t
=
1.947⨯12002*⨯181⨯1-0.5⨯1.947
=6.47mm
同理，选取C2=2 mm ，C1=0.8 mm 。
∴ δn=δ+C1+C2+Δ=6.47+0.8+2=11 mm
跟筒体一样，选择厚度为12mm的16MnR为材料冲压成型。
∴ δe=12-0.8-2=9.2mm 4、容器法兰的设计
查JB/T 4700-4707—2000《压力容器法兰》， 根据储罐公称直径
DN=1200mm，公称压力PN=2.5MPa，查表1 法兰分类及参数表，选取长颈对焊法兰，标准号为JB/T 4703，密封面为凹凸面密封。
根据介质有一定的腐蚀能力，选用法兰材料（锻件）为16Mn，查表7 长颈法兰适用材料及最大许用工作压力，可知：16Mn法兰在公称压力PN=2.5MPa、工作温度为 -20~200℃事的最大许用工作压力为2.5MPa ,能满足使用要求。
由B/T 4700-4707—2000《压力容器法兰》，长颈对焊法兰尺寸表1查得法兰尺寸如下表：
PN=2.5MPa是长颈对焊法兰的尺寸
5.接管，法兰，垫片和螺柱的选择 5.1、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。
通过查GB20592-1997接管法兰标准中，当公称压力PN=2.5MPa时，取公称通径DN=50mm，选用带颈对焊法兰，密封面式为凹凸面密封。
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。
接管法兰尺寸
接管尺寸
5.2压力容器法兰垫片的选择
储罐盛装液化石油气，根据介质性质选择耐油石棉橡胶垫片，其结构尺寸如下表：
5.3 储罐盛装液化石油气，根据介质性质选择耐油石棉橡胶垫片，在PN=2.5MnP查资料由GBT 19006。2-2003标准其结构尺寸如下表：
5.4螺柱，螺母的选择
由于螺柱螺母不直接接触介质，仅存在大气腐蚀，且为了保护螺柱，螺母的强度必须比螺柱低一个等级，则可选螺柱螺母材料为普通不锈钢即可！
选用双头螺柱，根据GB20592-1997中对双头螺柱和螺母的相关规定，可选取双头
由GB20592-1997，查得双头螺柱的参数如下： 紧固件用平垫圈
6，人孔，视镜，液面计，压力计，温度计以及安全阀结构设计
由于筒体的公称直径为1200mm，则应该开设人孔，圆形人孔的直径规定为400-600mm,可选取人孔直径为500mm。
人孔可根据HG/T21514-2005查表可选择封闭形式为凹凸面，其外形如下图：
视镜用凸缘构成的不带颈视镜。
由于筒体公称直径为1200mm,叫上支座高度整体高度也会在3m以下，且物料中没有结晶等易堵塞固体，而筒体压力在1.947MPa大于1.6MPa，则选用板式液面计。
管道留孔
根据化工工艺设计手册（下），对于法兰管道，一般留孔应大于外径加10mm。
管道间距：对于PN≤2.5MPa的管道，采用化工工艺设计手册（下）系列间距。
7，支座的结构设计
该卧式容器采用双鞍座式支座，根据工作温度为-20-48℃，按JB/T 4731-2005 表5-1选择鞍座材料为16MnR，使用温度为-20~250℃，许用应力为[σ]sa= 170MPa。
估算鞍座的负荷：计算储罐总重量 m=m1+2m2+m3+m4 。
m1 为筒体质量：对于16MnR普通碳素钢，取ρ=7.85×103kg/m3 ∴ m1=πDLδ×ρ=3.14×1.2×4×12×10-3×7.85×103=1419.7824kg
m2为单个封头的质量：查标准JB/T 4746-2002 《钢制压力容器用封头》中标B.2 EHA椭圆形封头质量，可知m2=154.6kg 。
m3为充液质量：ρ液化石油气
故m3（max）=ρ水×V=1000V=1000（π/4×1.22×4+2×0.2545）=5032.89 kg 。 为附件质量：选取人孔后，查得人孔质量为302 kg，其他接管质量总和估为400 kg。
综上述：
总质量 m=m1+2m2+m3+m=1419.7824+154.6*2+5032.89+400 ≈ 7162kg。 ∴ 每个鞍座承受的重量为 G/2=mg / 2=7162×10/2=35.81kN
因为当外伸长度A=0.207L时因为当外伸长度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
Di2(H-h)
2 ，有 h=H-Di / 4=325-1200 / 4=25 mm
故 A≤0.2(L+2h)=0.2(4000+2×25)=810 mm
鞍座的安装分为F型和S型两种支座配套使用。由于接管比较多，所以固定支座位于储罐接管较多的左端。
由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，故封头对于圆筒的抗弯刚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，JB 4731 还规定当满足A≤0.2L时，最好使A≤0.5R m（Rm=Ri+δn/2），即Rm=600+12/2=606mm 。
A≤0.5R =0.5×606=303 mm ,取A=300 mm 。
综上述：A=300 mm （A为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头的总长）
8，安全阀的设计
由操作压力P=1.947MPa，工作温度为-20~48℃，盛放介质为液化石油气体。选择安全阀的公称压力PN=25kg/cm2，最高工温度为150℃，材料为可锻铸件的弹簧微启式安全阀，型号为A41H-25。公称直径DN=80mm。
2
9，尺寸计算：对于椭圆形封头，折算为同直径的长度3H的圆筒。 曲面深度：Hi=H-h=325-25=300mm
∴ 重量载荷作用的总长度为L'=L+2h+4H/3=4000+2×25+4×300/3=4450mm。
五， 焊接的设计 5.1 焊接接头的设计
为保证焊接质量，易于检查。筒体上的所有焊缝及环向接头、封头上的拼接接头，都采用对接焊。对于人孔和筒体的焊接部位，因为两板厚度差大于3m，必须进行削薄加工，以使两侧面厚度基本相等。 5.2容器焊接接头坡口设计
5.2.1 壳体对接接头的坡口设计
因为筒体的厚度δ=12mm∈（3,20），所以选用壳体的纵焊缝为内外压对称的Y形坡口，壳体的环焊缝为内外不对称的Y形坡口，且内侧较小。坡口的结构尺寸：b=2mm，p=2mm，α=60°。
5.2.1 接管与带补强圈的焊接结构设计
接管与客体及补强圈之间的焊接采用角接，为了保证有良好的强度，选用单面全焊投的焊接形式。 5.3 焊接方法与材料
对于一般的压力容器焊接，方法均为手工电弧焊。焊接材料为焊条。筒体和接管间的焊接属于低碳钢和低合金钢之间的焊接。应选用强度较低的钢材等强度的焊条焊接。
注：带#的材料数据是设计者给定的