1160m3丙烷气球罐设计参数确定及材料选择方案.doc

1160m3丙烷气球罐设计参数确定及材料选择方案1.1设计参数1.1.1压力1.1.2温度1.2丙烷物性及历史介绍1.1.1丙烷的性质1.1.2主要用途1.1.3 丙烷的历史1.3球罐的选材准则1.3.1钢材的力学性能1.1设计参数 1.1.1压力除注明外，压力均指表压力。工作压力：工作压力指在正常工作情况下,球馆顶部可能达到的最高压力。设计压力值指设定的球罐顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。对于盛装液化气体的球罐，在规定的充装系数范围内，设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。液化气体或混合液化石油气的设计压力，按国家质量技术监督局压力容器安全技术监察规定第34条的规定执行，液化气体的设计压力液化气体、临界温度、设计压力，无保冷设施有可靠保冷设施，无试验实测温度， 有试验实测最高工作温度且能保证低于临界 蒸气压力50,50饱和蒸汽压可能达到的最高工作温度下的饱和蒸气压力<50 ，设计所规定的最大充装量时，温度为50的气体压力，试验实测最高工作温度下的饱和蒸气混合液化石油气的设计压力 混合液化石油气50饱和蒸汽压，设计压力，无保冷设施有可靠保冷设施异丁烷50饱和蒸气压力 等于50异丁烷的饱和蒸 气压力可能达到的最高工作温度下异丁烷的 饱和蒸气压力>异丁烷50饱和蒸气压力丙烷50，饱和蒸气压力等于50丙烷的饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下丙烷的饱和蒸气压力>丙烷50饱和蒸气压力，等于50丙烯的饱和蒸气压力，可能达到的最高工作温度下丙烯饱和蒸气压力注 1.1.2温度设计温度, 与设计压力同时存在的球罐壁温为设计温度。 计温度由工艺条件确定时，即根据工艺传热计算确定的金属壁温为设计温度；设计温度由大气环境温度确定时，参照以下方法： 最低温度-取当地月平均最低气温：最高温度-取当地月平均最高气温作为依据。此值高于27时取最高温度为48；低于27时取最高温度为40。当贮存液化气时，一般以此作为设计温度并由此确定设计压力。1.2丙烷物性及历史介绍 1.1.1丙烷的性质丙烷是一个三碳的烷烃，通常为气态，但一般经过压缩成液态后运输。丙烷的分子结构是C原子以sp3杂化轨道成键、分子为非极性分子。分子量是44.10。原油或天然气处理后，可以从成品油中得到丙烷。丙烷通常用来作为发动机、烧烤食品及家用取暖系统的燃料。在销售中，丙烷一般被称为液化石油气，其中也混有少量的丙烯、丁烷和丁烯。为了便于发现意外泄露，商用液化石油气中一般也加入恶臭的乙硫醇。物理性质 国标编号 CAS号 74-98-6 中文名称 丙烷 英文名称 propane外观与性状 无色气体，纯品无臭 分子量 44.10 饱和蒸汽压 1.231MPa/35闪点：-104 熔点 -187.6沸点：-41.1 溶解性 微溶于水，溶于乙醇、乙醚密度 474 kg/m3 稳定性 稳定 危险标记4(易燃气体) 1.1.2主要用途用于有机合成 在低温下容易与水生成固态。在空气中燃烧化学方程式: C3H8 + 5O2点燃3CO2 + 4H2O。丙烷常用作烧烤、便携式炉灶和机动车的燃料。丙烷通常被用来驱动火车，公交车，叉车和出租车，也被用来充当休旅车和露营时取暖和做饭的燃料。在北美的一些农村，人们用丙烷来填充炉灶、热水器和干手机等产热的器具。截至2000年，690万美国家庭以丙烷作为主要燃料。商用的“丙烷”燃料，或称液化石油气，是不纯的。在美国和加拿大，其主要成分是90%的丙烷外加最多5%的丁烷和丙烯以及臭味剂。这是美国和加拿大的国内标准，通常写作HD-5标准。需要注意的是，从甲烷（天然气）制备的液化石油气不包含丙烯，只有从原油精炼过程中得到的丙烷才含有。同样，在一些其他国家，比如墨西哥，丁烷的标准含量会高一些。丙烷的其他用途包括：蒸汽裂化制备基础石化产品的给料在某些火焰喷射器中充当燃料或加压气体，生产丙醇的原料，热气球的主要燃料，导体工业中用来沉淀金刚砂混合有硅的丙烷被用作一种气枪的推进剂（销售时称作绿气），用于生存游戏中。在一些主题公园和电影拍摄里，液态的丙烷被用作一种便宜而又高能量的物质来产生爆炸或一些其他的效果。在日常使用丙烷的时候要注意：本品有单纯性窒息及麻醉作用。人短暂接触 1%丙烷，不引起症状；10%以下的浓度，只引起轻度头晕；接触高浓度时可出现麻醉状态、意识丧失；极高浓度时可致窒息。丙烷是一种易燃气体。与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与氧化剂接触猛烈反应。气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。 北京奥运会火炬-祥云是以丙烷作为燃料的，这是一种价格低廉的常用燃料，而且温度范围比较宽。丙烷燃烧只形成水蒸气和二氧化碳，没有其他物质，不会对环境造成污染，是一种清洁燃料，符合“绿色奥运”的理念。丙烷气体燃烧的火焰颜色为亮黄色，这样的颜色便于识别和电视转播、新闻摄影的需要。 丙烷是处理天然气或精炼原油得到的副产物。在处理天然气的过程中，必须将丁烷、丙烷和大量的乙烷从原气中去除，否则这些挥发物会在天然气管道中发生缩合。精炼原油的过程中，丙烷作为一个副产物出现在裂解石油制备汽油和燃料油的过程中。由于是副产物，丙烷的产量不能够轻易的根据需求而转变。 1.1.3 丙烷的历史 1910年，在美国矿业局工作的Walter 博士在汽油中发现了一种易挥发的物质，即丙烷。这些极为活泼的轻碳氢化合物有着很高的蒸汽压，很容易从未精炼的汽油中挥发。同年3月31日，纽约时报报导了沃尔特博士关于液化气的工作：“.一个铁瓶中的气体足够一个普通家庭用上三个星期。”此后，沃尔特博士与其他人合作研究出了在精炼汽油的过程中液化丙烷的办法。他们也一起建立了第一个商业销售丙烷的美国石油气公司。1911年，沃尔特博士已经能够制备高纯度的丙烷并在同年3月25日获得专利，专利号码为1056845。弗兰克·彼得斯发明的通过压缩制备石油液化气在1912年获得专利。 在1920年代，液化石油气的产量激增，现有的最早记录显示在1922年共生产了223000加仑。1927年，年销量已经接近100万加仑。而到了1935年，年销量已经达到560万加仑。1930年代工业上的主要发展包括使用轨道交通运输、加入恶臭气体以及增加丙烷填充终端。1945年，液化石油气的年销量达到了10亿加仑。截止1947年，62%以上的美国家庭用上了天然气或丙烷作为做饭的燃料。 1950年，芝加哥运输管理局订购了1000辆以丙烷作燃料的汽车。截止1958年，美国国内的年销售量已经达到70亿加仑，2004年，有报告称整个丙烷产业价值80亿美元至100亿美元，年消耗量超过150亿加仑。1.3球罐的选材准则球罐是压力容器的一种结构形式，因而在选择的材"料的基本要球罐方面与压力容器相同，球罐用钢的选择原则是在满足强度的前提下，应保证有良好的成型性，优良的焊接性能、足够好的缺口韧性值和长期可靠的使用性能，球罐用钢是球罐制造和设计的主要参数，对其质量优劣具有举足轻重的影响。目前球罐的使用场合基本上属于低温和常温。 1.3.1钢材的力学性能 1抗拉强度抗拉强度是材料的主要强度指标之一，它是材料在拉伸受力过程中，从开始加载至断裂所能承受的最大应力，是决定材料许用应力的主要依据之一。 抗拉强度的定义和试验方法。 2屈服点屈服点是指呈现屈服现象的金属材料，在所加外载荷不再增加（保持恒定），而材料仍继续拉伸长变形时所对应的应力。对于在压力容器行业中通常使用的材料，规定以残余伸长率0.2%时的应力作为决定材料许用应力时的屈服点。GB228中给出了试验方法。 3刚性刚性是在结构抗弯曲和翘曲的能力，时度量结构件在弹性范围内受力时变形大小因素之一，它与钢材弹性模量和结构元件的截面形状（界面惯性矩）有关。 4韧性韧性用来衡量材料的抗裂纹扩张的能力。 由于韧性指标繁多，因试验方法不同而不能同意。目前各国均以夏比V行缺口冲击试验的吸收能量来衡量，以期达到简单方便的目的。 5可焊性球罐用材对可焊性要求比通常的压力容器用材料要求更高，大量的双曲面对接焊，并处于高空安全位置焊接，绝大部分属于隐蔽工作面，因而在材料的选择上就要严格考虑可焊性。常规的标准规范用于评估高强度钢的可焊性和对接焊裂纹敏感性，一般采用港版的碳当量和裂纹敏感性指数Pc来进行。 大量的试验说明当Pc>0.35时，裂纹产生的几率就大；当Pc0.30时，裂纹发生的几率就小。(1)经济性:对球罐用钢提出了各种要球罐，势必在经济上增加了成本。在球形罐用钢的选择上。经挤指标是要重点考虑的，因为钢材的价格在整个球罐的投资上占了相当的比例。 (2)选材:球罐材料不仅按其储存物料的性质，压力，温度等因素选定具有足够强度 的材料，而且还应考虑到所选材料应具有良好的焊接性能和加工性能，同时还应考虑材料的供给可靠性及经济型等。钢板：国内研制的490MpaWCF62钢(低焊接裂纹敏感性的钢种)，这钢号为07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR及16MnR(WH5l0)、15MnNbR<WH530)和BP46ON，已用于工程，主要用于建造氧气球罐和低温罐，使球罐用材方面增加了很大的选择性。本设计根据GB12337钢制球形储罐的规定选用16MnR的钢板。16MnR钢材的力学性能牌号交状态货钢板厚度mm拉伸试验冲击试验冷弯试验抗拉强度b/MPa屈服点b/MPa伸长率s/MPa温度V型冲击功(横向)/Jb=2a180°不小于 不小于16MnR热轧、冷轧、正火616510640345 21 20 31d=2a>1626490620325d=3a>2660470600305>60100460590285 20>10120450580275