15立方米液化石油气储罐设计.docx

学 专院：业：中北大学课程设计说明书题 目：机械工程与自动化学院过程装备与控制工程(15) M3液化石油气储罐设计毕业设计(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。作者签名： 日 期：指导教师签名： 日 期：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 或全部内容作者签名： 日 期：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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查 阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩 印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。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 月中北大学课程设计任务书2012/2013 学年 第 二 学期学 院： 机械工程与自动化学院专业： 过程装备与控制工程学 生姓名： 学 号： 1002034231课程设计题目： (15) M3液化石油气储罐设计起迄日期： 06 月 08 日 06 月 22 日课程设计地点： _ 校内 _下达任务书日期： 2013 年 06 月 08 日1) 2) 3)4)课程设计任务书1.设计目的： 使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。掌握查阅、综合分析文献资料的能力，进行设计方法和方案的可行性研究和论证。掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算 机操作和专业软件的使用。掌握工程图纸的计算机绘图。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单位液化石油气储罐液化石油气储配站MPaCM3口不考虑0.9液化石油气(易燃)室外储罐底壁坡度 0.010.02项名称用途最局，作压力工作温度公称容积(Vg)工作压力波动情况 装量系数( (f)工作介质使用地点安装与地基要求其它要求序号12345678910111.77-20 4810/20/25/40/50目)由介质温度确定值备数注V管 口 表连接尺寸标准 HG20592-1997 HG20592-1997HG20592-1997HG20592-1997HG20592-1997HG20592-1997HG20592-1997HG20592-1997HG20592-1997HG20592-1997用途或名称液位计接口放气管人孑 L安全阀接口排污管液相出口管液相回流管液相进口管气相管压力表接口温度计接口接管代号 a1、a2fbe1、e2gjhkidc.设计内容连接面形式 MFMMFMMFMMFMMFMMFMMFMMFMMFMMFMMFM公称尺寸208050080508080808020202课程设计任务书设备工艺、结构设计；设备强度计算与校核；技术条件编制；绘制设备总装配图；编制设计说明书。3 .设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、 实物样品等：设计说明书：主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等；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，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸 采用计算机绘制。1)2)3)4)5)2)1)1)2)3)课程设计任务书4 .主要参考文献：年 月 日1 2 3 4 5 67国家质量技术监督局， GB150-1998 钢制压力容器，中国标准出版社， 19981999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，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郑津洋、董其伍、桑芝富，过程设备设计，化学工业出版社， 2001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， 20021996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，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，年20035 .设计成果形式及要求：完成课程设计说明书一份；草图一张(A1 图纸一张)总装配图一张 (A1 图纸一张) ；6 .工作计划及进度：2013 年 06 月 08 日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤06 月 09、13、14、15 日：机械设计计算(强度计算与校核)及技术条件编制06 月 16 日06 月 19 日：设计图纸绘制(草图和装配图)06 月 20 日06 月 21 日：撰写设计说明书06 月 22 日：答辩及成绩评定系主任审查意见：签字：第一章储罐设计介绍及介质特性1、液化石油气储罐介绍液化石油气储罐是盛放液化石油气的常用设备，常用储罐一般有两种形式： 球形储罐和圆筒形储罐。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 500m 3,单罐容积小于 100m 3 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。本文主要进行卧式圆筒形贮罐的设计。2、液化石油气的发展及应用随着石油化学工业的发展，液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料， 已愈来愈受到人们的重视。在化工生产 方面， 液化石油气经过分离得到乙烯、 丙 烯、 丁烯、 丁二烯等， 用来生产合塑料、 合成橡胶、 合成纤维及生产医药、 炸药、 染料等产品。用液化石油气作燃料，由于其热值高、无烟尘、无炭渣，操作使用 方便，已广泛地进入人们的生活领域。止 匕外，液化石油气还用于切割金属，用于 农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等。液化石油气具有污染少、发热量高、易于运 输、压力稳定、储存设备简单、供应方式灵活等特点，所以被广泛用作工业、商 业和民用燃料。但液化石油气中含有危害 污染物质较多对人体、 环境都有很大的 伤害， 所以对液化石油气储罐的要求也很严格。 因而， 提高液化石油气储罐的技 术水平对安全储备液化石油气具有重要意义。3、液化石油气的组成及物理特性常温下对天然石油气或石油炼制过程中产生的石油气施加压力， 使其以液体状态存在时称液化石油气。液化石油气是以丙烷、丁烷为主要成分的多组分有机混合物，具组成部分由 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：1乙快0.02止烷 L 异戊烷21.96 3.79组成成分异辛烷各成分百分比0.01乙烷2.25异丁烷23.48正戊烷1.19表丙烷49.3对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下 :表 2 各温度下各组分的饱和蒸气压力饱和蒸汽压力， MPaC温度，-25-2002050异辛烷 乙烷 丙烷 异丁烷 止烷 异戊烷 正戊烷 乙快0 1.3 0.2 0.06 0.04 0.025 0.007 00 1.38 0.27 0.075 0.048 0.03 0.009 00 2.355 0.466 0.153 0.102 0.034 0.024 00 3.721 0.833 0.294 0.205 0.076 0.058 00 7 1.744 0.67 0.5 0.2 0.16 0.0011液化石油气常温常压下呈气体状态，适当提高压力或降低温度即可转变为液 体，体积将缩小 200 倍300 倍。气态液化石油气比空气重且易燃易爆，比重是 空气的 1.5 倍，爆炸极限仅为 2%为方便运输、储存和分配，通常采用常温常 压以保持体积较小的液化状态，所以液化石油储罐为压力容器。液化石油气液体的密度以单位体积的质量表示，即 kg/m3.它随着温度和压 力的不同而发生变化。因此，在表示液化石油气气体的密度时， 必须规定温度和 压力的条件。它的密度受温度影响较大，温度上升密度变小 ，同时体积膨胀。由 于液体压缩性很小，因此压力对密度的影响也很小，可以忽略不计。4、储罐的设计问题以及设计难点液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到大家的重视。由于该气体具有易燃易爆的特点，因此在设计这种储罐时，要注意与一般气体储 罐的不同点，尤其要注意安全问题，还要 注意在制造、 安装方面的特点。 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。所以对液化石油 气的储罐要求也很严格。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。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。 在设计过程中，采用整体设计确定卧式液化石油气储罐的主要尺寸， 同时要采用有效措施提高储罐的耐腐 性和耐热性， 并且要防止介质的泄漏。 设 计时， 要注意安全与防火， 还要注意在 制造、 安装等方面的特点。 有效提高液化石油气储罐的技术水平对安全储备液化 石 油气具有重要意义。第二章 储罐设计参数的确定1、设计温度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 C,介质为易燃易爆的气体。从表中我们可以明显看出, 温度从50c 降到-25 C 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X 启杰下，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=50C,最低设计温度 t=-25Co根据储罐所处环境，最高温度为 危险温度，所以选 t=50C 为设计温度。2、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 ：表2-1 各种成分在相应温度下的饱和蒸气分压饱和蒸气分压，MPa异辛烷 乙烷 丙烷 异丁烷 止烷 异戍烷 正戍烷 乙烯0 0.029 0.0946 0.014 0.0088 0.00095 0.000083 00 0.031 0.127 0.0176 0.0105 0.00114 0.000109 00 0.053 0.2204 0.0359 0.0224 0.00129 0.000256 00 0.084 0.394 0.069 0.045 0.00288 0.00063 00 0.158 0.0825 0.1573 0.1098 0.00758 0.0019 0温度，-25-2002050C有上述分压可计算再设计温度 t=50C 时，总的高和蒸汽压力n=8P=汇VP =0.01% X 0+2.25% X 7+47.3% X 1.744+23.48% X 0.67+21.96% X 0.5+3.79% X i=10.2+1.19% X 0.16+0.02% X 0.0011=1.25901 MPa因为： P 异丁烷 (0.2) P 液化气 (1.25901)P 丙烷 (1.744)当液化石油气在 50c 时的饱和蒸汽压力高于异丁烷在 50c 时的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，则取50c 时丙烷的饱和蒸汽压力作为最高工作压力。根据 HG20580-1998 钢制化工容器设计基础规定，对于在规定的充装系数范围内为， 常温下盛装液化石油气容器设计压力的确定，确定此时设计压力为 Pc=1.77 MPa。由过程设备设计表 4-11,可得出此时液化石油气法兰公称压力为 2.5MPa。3、设计储量参考相关资料，石油液化气密度一般为 500-600Kg/m 3,取石油液化气的密度为580Kg/m 3,盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为：W=?V p t=0.9X 15 X 580=7.83t第三章主体材料的确定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 -2048C,最高工作压力等条件。根据GB150-1998 表4-1 以及材料的经济性， 选用筒体材料为低合金钢 16MnR(钢材标准为GB6654) dt=170MPa 。选用 16MnR 为筒体材料，适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。 - - j - - r -J_ 一 L_ _ I J J 1 | 低合金铜阚板GB 泯4I6MHR热正火510 345 170 470 170 E6170>16"-36 490 然 由 U736的 47D 157 157 i1 党第四章工艺计算1、筒体和封头的设计：对于承受内压，且设计压力 Pc=1.77MPa<4MPa 的压力容器，根据化工工艺设计手册(下) 常用设备系列，采用卧式椭圆形封头容器。筒体和封头的选形：1) 、筒体设计(筒体直径)：查GB150-1998,为了有效的提高筒体的刚性，一般取 L/D=36 ,为方便设计，此处取L/D=4 。_ 2 .一一所以 疝 L _15。154由 连解得： D=1.684m=1684mm 。圆整得 D=1700mm2) 、封头设计：查标准JB/T4746-200221钢制压力容器用封头 1600中表 B.1 EHA 椭圆形封头内表面积、425 1 2,90071700 _ 450_ j 3,26621容积得:0.58640 6999表4-1 , EHA 椭圆形封头内表面积、容积公称直径 DN /mm1700,一内表面积A/3.2662总深度 H /mm45030.6999、谷(一 .)积 V 封/m2m图 2-1 椭圆形封头由 一 D=2 ,得封头的直边高度 h=25mm。2 H -h报翻( 510) %h麟与岫封蝌蒯敲目服嬲翻那叫礼触融 k歆 25京色 Ob加0面比散阊J h 宜为 g &I高黄公羞为62、筒体长度的确定由 2V 封 +nD2L/4= (1+5%) 15 得 L=5992mm圆整得 L=6000mm , 则 L/D=3.529 符合要求.则 V 计=2 V 封+ nD2L/4=15.019m3>15m3 且比较接近，所以结构设计合理。3、圆筒厚度的设计：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=1700mm。P 静 (max) = P gh maxW p gD=580 X 9.8 X 1.7=9.663Kp a3P max)/ PC 9.663 10 100% =0.546% :二 5% 则 P 静可以忽略不记。 1.77 10选用筒体材料为低合金钢 16MnR (钢材标准为 GB6654) t=170MPa。选用 16MnR 为筒体材料，适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。根据GB150,初选厚度为 625mm,最低冲击试验温度为-20C,热轧处理。P D 1.77 1700c2 c/ i - P(_) - 2 170 0.9 - =9.89 mm1.77对于低碳钢和低合金钢，需满足腐蚀裕度由常用钢板厚度负偏差表可查的，在C2> 1mm,取 C2=2mm16MnR的钢板标准下GB6654的负偏差C = 0.25mm O18 d= 8+C2=+2=11.89mm , 8 n= 8 d+C=11.89+0.25=12.14mm圆整后取名义厚度 8 n=14mm ，/没有变化，故取名义厚度 14mm 合适。水压试验校核压力的确定取 8 = / 试验压力： PT=1.25P =1.25 X 1.77=2.21MPa水压试验的应力； iF D 2.21 1700 (14 -2.25) 1t二 = - i-= - - =178.9Mpa2e 2 11.75 0.916MnR 钢制容器在常温水压实验时许可应力-0.9J= 0.9 345 = 310.5Mpa:二二 J 一，、， ,、 t,因为 t故筒体厚度满足水压实验时强度要求。4、椭圆封头厚度的设计：16MnR o为了得到良好的焊接工艺，封头材料的选择同筒体设计，同样采用P D c i1.77 1700=9.86 mm2 二 t i0.5PC 2 170 0.9 -0.5 1.77同理，选取 C2=2 mm , C1=0.25 mm。8 n= 8 +CI+C2=9.86+2+0.25=12.11 mm 圆整后取名义厚度为 6 n=14mm跟筒体一样，选择厚度为 14mm 的 16MnR 材料合适。第五章结构设计1、接管，法兰，垫片和螺栓的选择1) 、接管和法兰查化工工艺手册表 25-5 液化石油气储罐的具体尺寸，选取开孔流速为 u=20m/s,Q流量Q=45L/s,根据公式 4 ,算出管子内径 d=59mm 根据强度校核和管子外径规格，可以选用管子的外径为 80mm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。根据压力容器与化工设备实用手册 PN=2.5MPa 时，确定选接管公称通径为 D=80mm接管外径的选用以 B 国内沿用系列(公制管)为准，对于公称压力 0.25 WPNW 25MPa 的接管，查压力容器与化工设备实用手册普通无缝钢管，选材料为如下如表：表 5-1 接管尺寸20R对应的管子尺寸名称液位计接口放气管人孔安全阀接口排污管液相出口管液相回流管液相进口管气相管公称直径2080500805080808080管口伸出量100150300150150150150150150管子壁厚3.56963.56666管子理论质量kg0.2441.2617.341.260.6941.261.261.261.26管子外径2589530895789898989序号al、a2fbel、e2gjhki数量211111111d压力表接口202521003.50.244c温度计接口202521003.50.244一r0.3 不另行补强的晟大开孔直径壳体片孔满足 F 述全部要求时，可不另行补强：a) 设计压力小于或等于 2. 5 MPaik) 两相邻开孔中心的间距 (对曲面间距以弧长计弹) 应不小于两孔直睡之和的两倍 4C 接管公称外轻小于或等于 S9H) 接管最小壁厚满足表 8要求°mm表 8-1接管公梆 外控 25 32 曲 15 48 57 6、 76 89-6.03x5 _ _般小型厚5, 0注I 钢材的用出杭拉强度下限值%代。 MPa 时.接管与壳体.的连摧宜采用焊透的结构型式.2 接管的腐砂裕量为 I mm.由于除人孔外的所有接管均满足以上要求， 所以其他接管无需补强。人孔补强计算将在下面给出。根据法兰公称压力为 PN=2.5MPa 查 HG/T 20592-1997 钢制管法兰、垫片、紧固件标准表4-4,选用 PN=2.5MPa 带颈对焊法兰(WIN,由介质特性和使用工况，查密封面型 式的选用，表 3.0.2 。 选择密封面型式为凹凸面( MFM,压力等级为 1.016.0MPa,接管法 兰材料选用 Q345R 根据各接管公称通径，查表 4-4 得各法兰 的尺寸。表 13 Pt。5Mp*门 5 弧)背第对焊朝制管法兰连接尺寸 法兰 法兰颈厚用中 .外柱 心画直径 口 | K直径L1414 -U141818181818222626数量n41444448 ,gs.8&ThM12M12MJ2M12M】6M16MICMl 6MIEM20M2*MS4工A B 1 s28 2.3-32 1 3, 23. 23.2-3. 65S64 1E74 492 51】。 5.6134 6. 31626.3icnU161618IS20 222i u262832404S56647492no13i 屋901957 -； 10；J15140150限1 瓯300235270的 n6。6575照1001101251451601502202501 QG公称用管外径L 右二阡密 坤之.【mi A B10 】九 112 -；3 18-2f- 组 9 232.： 33. 7 32112 史+ 1 38 1-1G 球？45505D. 3 57的76.： 7680 8910(1 1*. H108-125 139.7133150 | 瞅 3 139 !法兰理 论重量(脸)d fi60. 75I. 05L26? 052.371 11* 945. 037. 01g. 6i- -法苣高度H353g皿404245-165_ _ 153r-5 i mlHr七6666578ID1212121 玲R334i,5566 i66c法跳隹孔 操栓引再怆子 L 螺纹口 噂口序 号名 称H根据工艺需要开有不同的孔，对应孔所选用的法兰详细参数及相关标准如下:图 3 接管法兰结构法兰尺寸如表：表 5-2 接管法兰结构尺寸表法 兰 厚 度C螺栓 Th法兰颈法 兰螺 栓螺 栓 螺 栓外 径 孔 中孔 直 孔 数D 心 圆径 量钢管外径A法兰 高度 法兰质量 (Kg)公称直径 DNHRIN直径 L nKSBB1052002001652002002004011011074110110110110404020808050808080802020405858485858585840401.055.035.033.115.035.035.035.031.051.05M12M16M16M16M16M16M16M16M12M122589895789898989252546656666441624242024242424161648848888441418181818181818141475160160125160160160160753.2 6液位计口放气管安全阀口排污口液相出口液相回流管al、a2f5.6 12bel、e2g5.6 124 85.6 12jhk5.6 125.6 12液相进口5.6 12气相管2003.2 6i105105压力表口3.2 675d温度计口B、垫片的选择垫片选用查阅课本 P143 表4-11 垫片选用表，根据介质液化石油气，公称压力 PN=2.5MPa°C . . . . . . . . .及工作温度50 C 选用垫片形式为缠绕垫、柔性石墨复合垫，查钢制管法兰、垫片、紧固件，表4.0.2-1,根据设计压力为选择法兰的密圭面均采用 MFM石墨或石棉。恨式基本刑带两