2022年55立方米液化石油气储罐设计.docx

精品学习资源中北高校信息商务学院课 程 设 计 说 明 书同学姓名：学 号： 系别：机械工程系专业：过程装备与掌握工程 题目： 55M3 液化石油气储罐设计指导老师：陆辉山职称 :副教授2021 年 06 月 29 日2021/2021学年 第 二 学期中北高校信息商务学院课程设计任务书欢迎下载精品学习资源2021/2021学年 第 二 学期系别：机械工程专业：过程装备与掌握工程学生 姓 名：学 号：课程设计题目：55M3 液化石油气储罐设计起 迄 日 期：06 月 29 日 07 月 10 日课程设计地点：校内指 导 教 师：陆辉山系主任：暴建刚下达任务书日期 :2021 年 06 月 29 日课 程 设 计 任 务 书1. 设计目地：1) 使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，把握典型过程设备设计地全过程2) 把握查阅、综合分析文献资料地才能，进行设计方法和方案地可行性讨论和论证.3 把握电算设计运算，要求设计思路清晰，运算数据精确、牢靠，且正确把握运算机操作和专业软件地使用 .4 把握工程图纸地运算机绘图.2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1原始数据设计条件表序号12项目数值单 位液化石油气储罐液化石油气储配站备注名称用途欢迎下载精品学习资源3最高工作压力1.947MPa由介质温度确定4工作温度-20 485 公称容积（ Vg）6 工作压力波动情形10/20/25/40/503可不考虑7 装量系数 V8 工作介质0.9液化石油气（易燃）9使用地点室外10安装与地基要求储罐底壁坡度0.01 0.0211其它要求100/100 探伤管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称a32HG20592-1997MFM液位计接口b80HG20592-1997MFM放气管c500HG/T21514-2005MFM人孔d80HG20592-1997MFM安全阀接口e80HG20592-1997MFM排污管f80HG20592-1997MFM液相出口管g80HG20592-1997MFM液相回流管h80HG20592-1997MFM液相进口管i80HG20592-1997MFM气相管j20HG20592-1997MFM压力表接口k20HG20592-1997MFM温度计接口M47.7课 程 设 计 任 务 书2. 设计内容1） 设备工艺、结构设计；2） 设备强度运算与校核；3） 技术条件编制；4） 绘制设备总装配图；5） 编制设计说明书 .3. 设计工作任务及工作量地要求包括课程设计运算说明书论文 、图纸、实物样品等：1） 设计说明书：主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案地分析和拟定、各部分结构尺寸地设计运算和确定、设计总结、参考文献等；欢迎下载精品学习资源2） 总装配图设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要合理，结构表达要清晰、正确，图面要干净，文字书写采纳仿宋体、内容要详尽，图纸采纳运算机绘制.课 程 设 计 任 务 书4. 主要参考文献：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，19982 国家质量技术监督局，压力容器安全技术监察规程，中国劳动社会保证出版社，19993 全国化工设备设计技术中心站，化工设备图样技术要求，2000，114 郑津洋、董其伍、桑芝富，过程设备设计，化学工业出版社，20015 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，20026 国家医药治理局上海医药设计院，化工工艺设计手册，化学工业出版社，19967 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5. 设计成果形式及要求：1） 完成课程设计说明书一份；2） 草图一张（ A1 图纸一张）3） 总装配图一张 A1 图纸一张 ；6. 工作方案及进度：欢迎下载精品学习资源2021 年 6 月 24 日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤6 月 24 日 6 月 26 日：机械设计运算（强度运算与校核）及技术条件编制6 月 27 日 7 月 2 日：设计图纸绘制（草图和装配图）7 月 3 日 7 月 9 日：撰写设计说明书7 月 10 日：答辩及成果评定系主任审查看法：签字：年月日目录第 一 章 、 工 艺 设 计11. 液 化 石 油 气 参 数 地 确 定12 . 设 计 温 度13 . 设 计 压 力1·4 . 设 计 储 量1第 二 章 、 机 械 设 计21、筒体和封头地设计2a 、 筒 体 设 计 ·····································b 、 封 头 设 计 ···································第 三 章 、 结 构 设 计31 、 液 柱 静 压 力 ······································2 、 接 管 ， 法 兰 ， 垫 片 和 螺 栓 地 选 择3a 、 接 管 和 法 兰 ······································b 、 垫 片 地 选 择 ······································c 、 螺 栓 （ 螺 柱 ） 地 选 择7欢迎下载精品学习资源3 、 人 孔 地 设 计 ······································a 、 人 孔 地 选 取 ······································b 、 人 孔 补 强 圈 设 计 ······································1 04 、 视 镜 设 计 ··································0 15 、 液 面 计 设 计 ·································1 16 、 安 全 阀 设 计 ·································2 17 、 鞍 座 选 型 和 结 构 设 计 ······································1 2a 、 鞍 座 选 型 ·································21b 、 鞍 座 位 置 地 确 定 ······································1 38 、 焊 接 接 头 地 设 计 ······························4 1a 、 筒 体 和 封 头 地 焊 接 ················ ·········· ········· 1 4欢迎下载精品学习资源b 、 接 管 与 筒 体 地 焊 接 ············· ········· ············· 1 4第 四 章 容 器 强 度 地 校 核 核 ······························ ······ 1 5欢迎下载精品学习资源第一章 工艺设计1、液化石油气参数地确定液化石油气地主要组成部分由于石油产地地不同，各地石油气组成成分也不同.取其大致比例如下：依据本设计工艺要求，使用地点为太原市地室外，用途为液化石油气储配站工作温度为-20 40，介质为易燃易爆地气体.从表中我们可以明显看出,温度从 50降到 -25时 ,各种成分地饱和蒸气压力下降地很厉害,可以推断 ,在低温状态下 ,由饱和蒸气压力引起地应力水平不会很高.由上述条件挑选危急温度为设计温度.为保证正常工作，对设计温度留肯定地富有量.所以，取最高设计温度t=50 ，最低设计温度t= 25 .依据储罐所处环境，最高温度为危急温度，所以选t=50 为设计温度 .3、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地饱和蒸气压 .因此，不需要设保温层.对于设计温度下各成分地饱和蒸气压力如下：表 1-2 各温度下各组分地饱和蒸气压力温饱和蒸汽压力， MPa表 1-1 液化石油气组成成分组成成分异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷乙炔各成分百分比2、设计温度0.012.2549.323.4821.963.791.190.02度，异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷乙炔-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.0011有上述分压可运算再设计温度t=50 时，总地高和蒸汽压力欢迎下载精品学习资源n=8P= yi pii=1=0.01% ×0+2.25% ×7+47.3% ×1.744+23.48%×0.67+21.96%×0.5+3.79% ×0.2+1.19% ×0欢迎下载精品学习资源.16+0.02% ×0.0011=1.947 MPa由于： P 异丁烷（ 0.2）<P 液化气 1.25901<P 丙烷（ 1.947）当液化石油气在 50时地饱和蒸汽压力高于异丁烷在50时地饱和蒸汽压力时，如无保冷设施，就取 50时丙烷地饱和蒸汽压力作为最高工作压力.对于设置有安全泄放装置地储罐，设计压力应为1.051.1 倍地最高工作压力.所以有Pc=1.1 ×1.947=2.1417MPa.4、设计储量参考相关资料，石油液化气密度一般为500-600Kg/m3 ，取石油液化气地密度为500Kg/m3 ，盛装液化石油气体地压力容器设计储存量为： W=.V t=0.9× 47× 500=21150kg其次章 机械设计1、筒体和封头地设计：对于承担内压，且设计压力Pc=2.1417MPa<4MPa地压力容器，依据化工工艺设计手册（下）常用设备系列，采纳卧式椭圆形封头容器.欢迎下载精品学习资源筒体和封头地选形a、 筒体设计：查 GB150-1998 ，为了有效地提高筒体地刚性，一般取L/D=36 ，为便利设计，此处取L/D=4 .D 2L所以454由 连解得： D=2365.44mm .圆整得 D=2400mm b、封头设计：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、容积欢迎下载精品学习资源得：表 2-1， 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/ m2容积 V封/ m3欢迎下载精品学习资源24006406.54531.9905图 2-1 椭圆形封头欢迎下载精品学习资源由 2V 封 +D 2 L/4=1+5%V=47250000000得 L=9589mm欢迎下载精品学习资源圆整得 L=9600mm就 L/D= 4 3 符合要求 .欢迎下载精品学习资源就 V 计 =2 V 封 +1、液柱静压力：D 233 且比较接近，所以结构设计合理.L/4=47.25 m>45m第三章 结构设计欢迎下载精品学习资源依据设计为卧式储罐，所以储存液体最大高度h max D=2400mm.P 静（ max） = gh max gD=500× 9.8 × 2.3=11.27Kpa欢迎下载精品学习资源PJmaxPC11.27 * 1032.1417 * 106* 100%0.46% 5% 就 P 静可以忽视不记 .欢迎下载精品学习资源圆筒厚度地设计：依据介质地易燃易爆、有毒、有肯定地腐蚀性等特性，存放温度为-2048，最高工作压力等条件 . 依据 GB150-1998表 4-1 ，选用筒体材料为低合金钢16MnR （钢材标准为GB6654 ） t=185MPa选. 用 16MnR为筒体材料，适用于介质含有少量硫化物，具有肯定腐蚀性，壁厚较大（ 8mm）地压力容器 .依据 GB150 ，初选厚度为625mm，最低冲击试验温度为 -20，热轧处理 .欢迎下载精品学习资源Pc D it2 . 1417240014 . 79 mm欢迎下载精品学习资源2 - P c21850 . 92 . 1417欢迎下载精品学习资源 对于低碳钢和低合金钢，需满意腐蚀裕度C21mm，取 C2=2mm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C1=0.25mm. 而当钢材地厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度地6% 时，负偏差可以忽视不计，故取C1=0. d=+C2=16.02+2=18.02mm， n=d+C1=18.83+0=18.02mm欢迎下载精品学习资源圆整后取名义厚度n=19mm ， 没t 椭圆封头厚度地设计：有变化，故取名义厚度19mm 合适.欢迎下载精品学习资源为了得到良好地焊接工艺，封头材料地挑选同筒体设计，同样采纳16MnR.欢迎下载精品学习资源tPc Di2.1417240014.94mm欢迎下载精品学习资源20.5 Pc21850.90.52.1417欢迎下载精品学习资源同理，选取 C2=2 mm ， C1=0 mm . n= +C1+C2=14.94+2+0=16.94mm圆整后取名义厚度为 n=18mm跟筒体一样，挑选厚度为20mm 地 16MnR 材料合适 .2、接管，法兰，垫片和螺栓地挑选a、接管和法兰液化石油气储罐应设置排污口，气相平稳口，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.依据压力容器与化工设备有用手册PN=2.5MPa 时，可选接管公称通径DN=80mm. 依据设计压力PN=1.9184MPa ，查 HG/T 20592-97 钢制管法兰表4-4，选用 PN2.5MPa 带颈平焊法兰（ SO），由介质特性和使用工况，查密封面型式地选用，表3.0.2.挑选密封面型式为突面（ RF），压力等级为 1.04.0MPa ，接管法兰材料选用16MnR. 依据各接管公称通径，查表4-4 得各法兰地尺寸 .欢迎下载精品学习资源图 3-1 筒体整体、接管、人孔分布图图 3-2 带颈平焊钢制管法兰法兰尺寸如表：欢迎下载精品学习资源表 3-1 法兰尺寸连接尺寸公法兰螺栓法兰内径坡口 法兰欢迎下载精品学习资源称钢管序名称通外径号径BDN液位法兰 孔中外径 心圆D 直径K螺栓 螺栓孔直 孔数螺栓径量ThLn法兰 高度厚度CH法兰颈B1B 系列理论宽度 质量bkg欢迎下载精品学习资源a计口3238140100188M161830603952.02欢迎下载精品学习资源8089200160188M1624401189164.868089200160188M1624401189164.868089200160188M1624401189164.868089200160188M1624401189164.868089200160188M1624401189164.868089200160188M1624401189164.868089200160188M1624401189164.86202510575144M121626452641.03202510575144M121626452641.03b放气管安全d 阀口排污e 口液相f 出口液相g 回流管液相h 进口气相i 管压力j 表口k 温度计口接管外径地选用以B 国内沿用系列（公制管）为准，对于公称压力0.25 PN25MPa地接管，查压力容器与化工设备有用手册一般无缝钢管，选材料为16MnR. 对应地管子尺寸如下如表：表 3-2 管子尺寸序号名称公称直径管子外径数量管口伸出量管子壁厚伸长量质量（ kg）a液位计管323821003.50.447b放气管8089115041.26d安全阀8089115041.26e排污口8089115041.26f液相出口8089115041.26g液相回流8089115041.26管欢迎下载精品学习资源h液相进口8089115041.26i气相管8089115041.26j压力表口2025110030.244k温度计口2025110030.244b、 垫片地挑选查钢制管法兰、垫片、紧固件，表4.0.2-3 凹凸面法兰用MFM 型垫片尺寸，依据设计压力为 Pc=1.9184MPa ，采纳金属包覆垫片，挑选法兰地密封面均采纳MFM （凹凸面密封） .金属材料为纯铝板L3 ，标准为 GB/T 3880 ，最高工作温度 200，最大硬度 40HB. 填充材料为非石棉纤维橡胶板，代号为NAS ，最高工作温度为290 .得对应垫片尺寸如表：图 3-3 凹凸面型垫片表 3-3 垫片尺寸符号管口名称公称直径内径外径厚度a液位计口DNmm32D1mm61.5D2mm82 mm3b放气管801201423c人孔5005305753d安全阀801201423e排污口801201423f液相出口801201423g液相回流管801201423h液相进口801201423欢迎下载精品学习资源i气相管2045.5613j压力表口2045.5613k温度计口2045.5613c、 螺栓（螺柱）地挑选依据密封所需压紧力大小运算螺栓载荷，挑选合适地螺柱材料.运算螺栓直径与个数，按螺纹和螺栓标精确定螺栓尺寸.挑选螺栓材料为Q345.查钢制管法兰、垫片、紧固件中表5.0.07-9 和附录中标 A.0.1 ，得螺柱地长度和平垫圈尺寸：图 3-4 双头螺柱欢迎下载精品学习资源管 口 名名称图 3-5 螺母称d1d2ha液位计管32M168517303b放气管80M1610017303d安全阀80M1610017303e排污口80M1610017303f液相出口80M1610017303g液相回流80M1610017303表 3-4 螺栓及垫圈尺寸公称直径螺纹螺柱长紧固件用平垫圈mm欢迎下载精品学习资源管欢迎下载精品学习资源h液相进口80M1610017303i气相管80M1610017303j压力表口20M127513242.5k温度计口20M127513242.53、人孔地设计a、人孔地选取查压力容器与化工设备有用手册，因筒体长度9100>9000mm ，需开两个人孔，可选回转盖带颈对焊法兰人孔，.由使用地为太原市室外，确定人孔地公称直径DN=500mm ，以便利工作人员地进入检修.配套法兰与上面地法兰类型相同，依据HG/T 21518-2005 回转盖带颈对焊法兰人孔，查表 3-1，由 PN=2.5MPa 选用凹凸面地密封形式MFM ，采纳 8.8 级 35CrMoA 等长双头螺柱连接 .其明细尺寸见下表：图 3-6 回转盖带颈对焊法兰人孔表 3-5 人孔尺寸表欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源密公公封称称dw面压直×s形力径式dDD1H1H 2bbbABL螺螺螺总柱母柱质d0数数尺量量量寸kg欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源凹2.550凸M0面Pa5350730×0012662700134854554045203000302040M3336×1180欢迎下载精品学习资源b、人孔补强圈设计：图 3-7 补强圈查压力容器与化工设备有用手册，人孔接管直径为500mm ，选取补强圈外径840mm，内径 510mm，补强圈厚度为 18mm, 质量 41.5kg.查钢制管法兰、垫片、紧固件表4-2，得人孔法兰4、视镜设计查 HG/T21619-1986 压力容器视镜，所选视镜玻璃用钢化硼硅玻璃，衬垫为石棉橡胶板，压紧环、接缘、螺栓、螺母所用材料为A3 ，视镜地尺寸如下表：表 3-6 视镜尺寸公公DD1b1b2H螺柱重标准图图欢迎下载精品学习资源称称量号直压数直径力不锈钢量径502.451301003426846M125.1HGJ501-86-13图 3-8 视镜5、液面计设计欢迎下载精品学习资源图 3-9 磁性液面计由于储罐工作温度为 -2048，查压力容器与化工设备有用手册，选取磁性液面计.6、安全阀设计欢迎下载精品学习资源图 3-10 安全阀由操作压力 P=1.9184MPa ，工作温度为 -2048，盛放介质为液化石油气体.挑选安全阀地公称压力 PN=25kg/cm2 ，最高工温度为 150，材料为可锻铸件地弹簧微启式安全阀，型号为 A41H-25. 公称直径 DN=80mm. 7、鞍座选型和结构设计a、鞍座选型该卧式容器采纳双鞍座式支座，依据工作温度为-2048 ，按 JB/T 4731-2005 表 5-1 挑选鞍座材料为 16MnR ，使用温度为 -20250 ，许用应力为 sa= 170MPa.估算鞍座地负荷：运算储罐总重量m=m1+2m2+m3+m4 .其中： m1 为筒体质量：对于16MnR 一般碳素钢，取 =7.85 ×103kg/m3 m1= DL× =× 2.3 × 7.6-3 ×71.885××11003=7759.495kgm2 为单个封头地质量：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=839.3kg .m3 为充液质量： 液化石油气 <水故 m3（ max） =水×V=1000× V=1000× （ /4 ×2.32 ×7.6+2 ×1.7）58=835093.75 kg .m4 为附件质量：选取人孔后，查得人孔质量为331 kg，其他接管质量总和估为400 kg.欢迎下载精品学习资源综上述：总质量m=m1+2m2+m3+m4=7759.495+2× 839.3+35093.75+331× 2+400=45593.845kg 45594kg. 每个鞍座承担地重量为G/2=mg / 2=45594 ×9.8/2=223.41 kN由此查 JB 4712.1-2007 容器支座 .选取轻型，焊制A ，包角为 120°，有垫板地鞍座 .，筋板数为 6.查 JB 4712.1-2007 表 3 得鞍座尺寸如表 5，示意图如下图：l11660b3290螺栓间距l21460底板b124038螺孔 /孔长D/l24/40114弧长2680重量kg215表 3-7 鞍座支座结构尺寸公称直径DN2300腹板210b4500答应载荷Q/kN410l3255垫板410鞍座高度h250筋板b2208e100图 3-11 鞍座b、鞍座位置地确定由于当外伸长度 A=0.207L 时，双支座跨距中间截面地最大弯矩和支座截面处地弯矩肯定值相等，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地其他载荷， 面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒地弯矩略小于跨距中间圆筒地弯矩，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A0.2L=0.2（L+2h ）， A 最大不超过 0.25L. 否就由于容器外伸端地作用将使支座截面处地应力过大.欢迎下载精品学习资源由标准椭圆封头Di2Hh2，有 h=H-Di / 4=690-2600 / 4=40mm欢迎下载精品学习资源故 A0.2L+2h=0.27600+2 ×40=1536mm由于接管比较多，所以固定支座位于储罐接管较多地左端.此外，由于封头地抗弯刚度大于圆筒地抗弯刚度，故封头对于圆筒地抗弯刚度具有局部地 加强作用 .如支座靠近封头，就可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面地加强作用. 因此， JB 4731 仍规定当满意A0.2L 时，最好使 A0.5R m（ Rm=Ri+n/2 ），即Rm=1150+18/2=1159mm .A 0.5Rm =0.5× 1159=579.5 m取m ,A=570 mm .综上述： A=570 mm （ A 为封头切线至封头焊缝间距离，L 为筒体和两封头直边段地总长）8、焊接接头地设计：a 、筒体和封头地焊接： =620 =6070 b=02 p=2 3 采纳 Y 型对接接头和手工电弧焊，综合考虑材料选用 16MnR. 焊条类型： E5018 铁粉低氢钾型欢迎下载精品学习资源图 3-12 Y型坡口b、 接 管 与 筒 体 地 焊 接 ： 1 =45°+5° b=2±0.5p 2±0.5H1=tk1 t欢迎下载精品学习资源k2 =c c 8 k3 0.7c c 8欢迎下载精品学习资源图 3-13 带补强圈焊接接头结构第三章 强度运算校核钢制卧式容器运算单位全国化工设备设计技术中心站计算条件简图设计压力p1.6MPa设计温度t筒体材料名称5016MnR 热轧 封头材料名称16MnR 热轧 封头型式椭圆形筒体内直径Di2400mm筒体长度L9600mm筒体名义厚度12mm支座垫板名义厚度10mm筒体厚度附加量C2mm腐蚀裕量C12mm筒体焊接接头系数1封头名义厚度12mm封头厚度附加量Ch2mm鞍座材料名称16MnR鞍座宽度b220mm鞍座包角120°支座形心至封头切线距离A725mm鞍座高度 H250mm地震烈度低于7度欢迎下载精品学习资源内压圆筒校核运算单位全国化工设备设计技术中心站运算条件筒体简图运算压力 Pc1.60MPa设计温度 t50.00C内径 Di2400mm材料16MnR 热轧 板材 实 验 温 度 许 用 应 力170.00MPa设 计 温 度 许 用 应