说明书样本.doc

《说明书样本.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《说明书样本.doc（29页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、过程设备设计课程设计说明书设计题目：10m3 液化石油气储罐设计学 校：太原理工大学学 院：化学化工学院专 业：过程装备与控制工程班 级：0803姓 名：陈浩学 号：指导教师：王凤斌 时间：2011年12月22日设计任务书课程设计题目：10m3 液化石油气储罐设计课程设计要求及原始数据（资料）：一、 课程设计要求：1. 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。2. 广泛查询和综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。3. 设计计算采用电算，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。4. 工程图纸要求计算机绘图

2、5. 毕业设计全部工作由学生本人独立完成。二、 原始数据： 设计条件表序号项 目数 值单 位备 注1名 称液化石油气储罐2用 途液化石油气储备站3最高工作压力 MPa由介质温度确定4工作温度-20485公称容积（Vg）10M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)0.908工作介质液化石油气(丙烷)9使用地点太原市，室外管口表符号公称规格连接法兰标准密封面用途或名称液位计口放气管人孔安全阀口排污口液相进口液相出口气相口压力表口课程设计主要内容：1. 设备工业设计2. 设备结构设计3. 设备强度计算4. 计算条件编制5. 绘制设备总装配图6. 编制设计说明书学生应交出的设计文件（论文）：1.

3、 设计说明书一份2. 总装配图一张（折合A1图纸一张）主要参考资料：1 国家质量计算监督局，GB150-1998钢制压力容器，中国标准出版社，19982 国家质量监督检验检疫总局，TSG R0004-2009固定式压力容器安全计算监察规程，20093 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，20105 黄振仁、魏新利，过程装备成套技术设计设计指南，化学工业出版社，20036 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摘要随着我国化工行业的蓬勃发展，各地建立了大量的液化气储备站。对于

4、存量小于500m3时，一般选用卧式圆筒形储罐。液化气储罐是储存易燃易爆介质，直接关系到人们生命财产安全的重要设备。因此属于设计、制造要求高、检验要求严格的III类压力容器。本次设计的10m3液化石油气储罐设计就为此种情况。液化石油气储罐是盛装液化石油气的常用设备，由于该介质具有易燃易爆的特点，因此在设计该储罐时，要注意与一般气体储罐的不同点，尤其要注意安全，还要注意在制造、安装等方面的特点。目前我国普通采用常温压力储罐，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。一般储

5、存总量大于500m3时选用球形储罐比较经济；而圆筒形储罐具有加工制造简单，安装费用少等优点，但金属耗量大占地面积大，所以在总储量小于500m3时选用卧式储罐比较经济，圆筒形储罐，只有某些特殊情况下才选用立式。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气储罐设计。卧式液化石油气储罐设计的特点。卧式液化石油气储罐也是一种储存压力容器，也应按GB150钢制压力容器进行制造、试验和验收；并接受固定式压力容器安全技术检查规程的监督。液化石油气储罐，不论是卧式还是球罐都属于III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、气相管、排污管以及安全阀、压力表表、液面计等。目 录第1章工

6、艺设计- 1 -1.1盛装液化气体的压力容器设计存储量- 1 -1.2设备的初步选型及轮廓尺寸- 1 -第2章机械设计- 2 -2.1结构设计- 2 -2.1.1设计条件- 2 -2.1.2结构设计- 3 -2.2强度计算- 11 -2.2.1容器的筒体和封头厚度设计- 11 -2.2.2卧式容器应力校核- 13 -2.2.3开孔补强计算- 20 -参考文献.-22过程设备设计包括工艺设计和机械设计两部分。第1章 工艺设计工艺设计是根据设计任务提供的原始数据和生产工艺要求，通过工艺计算确定；1.1 盛装液化气体的压力容器设计存储量W=Vt式中，W储存量，t；装量系数； V压力容器容积，m3；

7、t设计温度下饱和液体密度，t/ m3；其中=0.9；V=10m3 根据任务书取得，工作介质为液化石油气，取丙烷，工作温度为-20的密度；t=0.57t/ m3 （见表一）故 W=0.9100.57=5.04t根据物料的物理及化学性质,按最危险工况设计，取丙烯为液化石油气的主要成分表一 丙烯饱和蒸汽压及饱和液密度温度 -20204050饱和蒸汽压Bar2.969.6515.8619.99饱和液密度 kg/升0.570.5150.4750.451.2 设备的初步选型及轮廓尺寸根据公式V=D（L1-2h）/4+2V Vg=10m V10m 设L1/D=3.7，则L1=5550mm V=D（L1-2h

8、）/4+2V封查附录8钢制压力容器用封头表B.1及设计指导书P80表1可得H=400，选取椭圆形封头，根据表1以内径基准求出h=25， V封=0.4860m3 当D=1500mm，V计=3.141.52（5.5-225）/4+20.4860=10.2978m3 10满足要求第2章 机械设计机械设计包括结构设计和强度设计两部分。2.1 结构设计2.1.1 设计条件（以结构设计表和管口表的形式列出）表2 设计条件表项目内容备注工作介质丙烯液化石油气工作压力 MPa1.8999设计压力 MPa2.0899工作温度 -2048设计温度 50公称容积（Vg） m310计算容积（V计） m310.3工作容

9、积（V工） m39.22装量系数（v）0.9介质密度（t） t/ m30.57材质Q345R（热轧）保温要求无其它要求无其中：工作介质：选择丙烯（液化石油气）设计压力：装有安全阀，设计压力为工作压力的1.051.1,P设=P工1.1 =1.89991.1=2.0889 MPa计算容积：V计=3.141.52（5.5-225）/4+20.4860=10.3m3工作容积：V工=0.910.3=9.22 m3保温要求：容器内物料温度随季节温度变化，工作压力为相应温度下的饱和蒸汽压，此储罐为常温压力储存，此类储存不设保温层。表三 管口表公称规格连接法兰标准密封面用途或名称PN4.0DN25HG/T 2

10、0594-2009M液位计PN4.0DN50HG/T 20594-2009FM放气管PN4.0DN500HG/T 20594-2009MFM人孔PN4.0DN50HG/T 20594-2009FM安全阀PN4.0DN80HG/T 20594-2009M液相进口PN4.0DN50HG/T 20594-2009M液相出口PN4.0DN50HG/T 20594-2009M气相管PN4.0DN50HG/T 20594-2009M排污口 PN4.0DN25HG/T 20594-2009FM压力表口2.1.2 结构设计化工设备的结构设计包括设备承压壳体（一般为筒体和封头）及其零部件设计。设备零部件包括支座

11、、接管和法兰、人口和手孔、液面计、视镜等。我国已经制定了化工设备通用零部件的系列标准，设计时可根据具体条件按照标准进行选用。a) 筒体和封头结构设计筒体直径一般由工艺条件决定，但要注意符合压力容器的公称直径标准。封头的公称直径必须与筒体的公称直径相一致，筒体的内径再工艺计算中已经求出为1500mm，长度为5500mm。标准椭圆封头是中低压容器中经常采用的封头型式，其最新的标准为JB/T4746-2002。该标准规定了以内径为公称直径的标准椭圆形封头的直边高度只与公称直径有关：当DN2000mm时，直边高度为25mm；当DN2000mm时，直边高度为40mm。图1 封头封头参数：取公称直径DN=

12、1500mm，总深度H=400mm，内表面积A=2.5568m2 ，容积V封=0.4860m3,直边高度h=25mm=b) 法兰设计法兰设计可根据法兰标准进行选型设计，也可按GB150相关条款进行设计。法兰有压力容器法兰和管法兰，二者属相同的标准体系。设计内容如下：（1） 根据设计压力、操作温度和法兰材料决定法兰的公称压力PN；水压实验的压力Pt =1.252.0899=2.61，因此选择高一级别的公称压力，因此PN=4.0 2，162 （2） 根据公称直径DN、公称压力PN及介质特性决定法兰类型及密封面型式，法兰选带颈对焊法兰（标准HG20954） 3，1114图2 带颈对焊钢制凹凸面法兰表

13、四 PN4.0 MPa带颈对焊法兰钢制管法兰尺寸（mm ）4，52公称通径DN钢管外径A1法兰外径D连接尺寸法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰理论重量（KG）螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺纹ThNSH1R253211585144M1218502.664401.05057165125184M1620842.986483.08089200160188M20241423.2108585.0（3） 根据温度、压力及介质腐蚀性选择垫片材料合成纤维橡胶垫片的使用条件：P4.0MPa t的范围为-40 0C -290 0C 所以选用合成纤维橡胶垫片 垫片 图3 4，177 垫片尺寸 表6 2，18

14、1公称通径DN垫片内径D1MAX垫片外径D2垫片厚度T2534571.55061871.580891201.55005305753（4） 选择与法兰材料、垫片材料相匹配的螺柱和螺母材料，螺柱与螺母的材料为30CrMo 3，239c) 人孔、手孔、视镜、液面计结构设计（1） 人孔和手孔压力容器设人孔是为了检查设备内部空间以及装拆设备的内部零部件。人孔大小的设置原则是方便人的进出。因此人孔的公称直径规定为400600mm，可根据容器直径及所处地区的冷暖程度来选择。人孔选回转带颈对焊法兰人孔 表七 回转盖带颈对焊法兰人孔明细表 3，12件号标准号名称数量材料1筒节116MnR2HG 20613等长双

15、头螺柱见尺寸表8.8级3HG 20613螺母见尺寸表8级4HG 20595法兰116Mn5HG20606垫片1非金属平垫6HG20601法兰盖116MnR7把手1Q235AF8轴销1Q235AF9GB/T 91销2Q21510GB/T 95垫片2100HV11盖轴耳（1）1Q235AF12法兰轴耳（1）1Q235AF13法兰轴耳（2）1Q235AF14盖轴耳（2）1Q235AF 回转盖带颈对焊法兰人孔尺寸表 表8 3，14密封面形式PN（MPa）DN（mm）dwS（mm）d（mm）D（mm）D1（mm）H1（mm）H2（mm）b（mm）凹凸面2.545048012456670600250121

16、42b1（mm）b2（mm）A（mm）B（mm）L（mm）D0（mm）螺柱螺母螺柱尺寸总质量kg数量4146375175250242040M332165245图4 回转盖带颈对焊法兰人孔 （2） 视镜视镜用来观察设备内部物料的工作情况。用凸缘构成的视镜称为不带颈视镜，其结构简单不易粘料，有比较宽的视察范围，应优先选用。（3） 液面计液面计的选择磁性液位计的适用范围：PN=1.616MPa，-40oC 300oC，液体密度大于0.45g/cm3，粘度小于150mPa.s，标准选用HG/T 21584，磁性液位计的测量范围L=3506000mm,常用规格有：500,800,1100,1400,17

17、00,2000,2500, 3500,4000,4500,5000,6000mm标记示例：HG/T 21584-95 UZ- -公称压力，MPa; -密封面型式：凸面M; -中心距L的值，mm; -介质密度，g/cm3; -结构型式：普通A,带夹套B; -显示方式：翻板F，跟踪H，远传Y； -材质:0Cr18Ni9（304）、00Cr19Ni10（304L）、0Cr18Ni10Ti（321）； -报警器代号：上限位报警器A，下限位报警器B，上下限位报警器C，无报警器不标。故选用HG/T 21584 UZ2.5M-1260-0.56 AF321d) 支座结构设计支座结构设计按照JB/T47124

18、725-92容器支座进行设计筒体的体积v=/4（1400+122）26050-/4140026050=0.322m3 筒体的质量m=0.3227850=2527.7kg封头质量 根据DN=1400 n=12 得m=2.23460.0127850=245.58kg 1，39设备的质量 m=2527.7+2245.58=3018.86kg液体的质量 m=10.11000=10100 kg总质量m=3018.86+10100=13118.86 kgG=mg=13118.8610=131.2KN160KN所以，选用轻型鞍式支座A0.2L=0.26100=1220mm, 且最好A0.5R=353mm所以

19、A取300mm表九 支座尺寸表 公称直径DN允许载荷QKN鞍座高度h底板腹板筋板lb140016020010001701082301402006垫板螺栓间距鞍座质量kg增加100mm高度增加的质量kg弧长e1640350870840809轻型鞍式支座 图5e) 焊接接头设计一般压力容器的设计中，都是按电弧焊的要求来进行焊接结构的设计，并选用相应的焊接材料。因此，下面都是电弧焊及其焊接材料 40（1） 不带补强圈的平齐式接管焊接结构（2） 带补强圈的平齐式接管焊接结构（3） 封头与筒体的V形坡口 表十 焊接材料选择 7，40XX与XX焊接焊条型号焊条牌号示例16MnR与16MnRE5015J50

20、7Q235-A与Q235-AE4303J42216MnR与Q235-AE4315J4272.2 强度计算2.2.1 容器的筒体和封头厚度设计a) 内压容器的计算厚度由（2-1）中径公式确定： （2-1） 假设材料的许用应力 t=170 MPa（当=616mm时）静液注压力P=介gh=560101.410-6=0.008MPamin，厚度符合要求b) 标准椭圆封头是经常采用的封头形式，其计算厚度由式（2-2）确定： （2-2）假设封头厚度=616mm 工作条件与内筒相同即：计算厚度为7.56mm取腐蚀余量 C2=2.5mm设计厚度d=+ C2=7.56+2.5=11.87 mm对于Q345R(正

21、火) 取钢板负偏差C1=0.3mm，因此名义厚度可取12mm满足=616mm 取n=12mm有效厚度e=nC1C2=122.50.3=9.2mm而满足强度的最小厚度min=3mm，emin，厚度符合要求2.2.2 卧式容器鞍座应力校核卧式容器（双鞍座）计算单位四川科新机电股份有限公司计 算 条 件 简 图 计算压力 pC1.83MPa 设计温度 t50 圆筒材料16MnR(热轧) 鞍座材料16MnR 圆筒材料常温许用应力 s170MPa 圆筒材料设计温度下许用应力st170MPa 圆筒材料常温屈服点 ss345MPa 鞍座材料许用应力 ssa170MPa 工作时物料密度 0.56kg/m3 液

22、压试验介质密度 1000kg/m3 圆筒内直径Di1400mm 圆筒名义厚度 12mm 圆筒厚度附加量 2.7mm 圆筒焊接接头系数 1 封头名义厚度 12mm 封头厚度附加量 Ch2.7mm 两封头切线间距离 6150mm 鞍座垫板名义厚度 8mm 鞍座垫板有效厚度 8mm 鞍座轴向宽度 b170mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心至封头切线距离 A350mm 封头曲面高度 375mm 试验压力 pT2.29MPa 鞍座高度 H200mm腹板与筋板(小端)组合截面积 11200mm2 腹板与筋板(小端)组合截面断面系数mm3 地震烈度0 配管轴向分力 0N圆筒平均半径 706mm 物料充装系

23、数 0.9支 座 反 力 计 算 圆筒质量(两切线间)2569.87kg 封头质量(曲面部分)203.587kg 附件质量450kg 封头容积(曲面部分)3.59189e+08mm3 容器容积(两切线间)V = 1.01856e+10mm3 容器内充液质量工作时, 5.13353压力试验时, = 10185.6kg 耐热层质量0kg总质量工作时, 3432.17压力试验时, 13612.6kg单位长度载荷5.06413 20.0852N/mm支座反力16838.2 66783.566783.5N筒 体 弯 矩 计 算圆筒中间处截面上的弯矩工作时= 1.85019e+07压力试验= 7.3381

24、8e+07Nmm支座处横截面弯矩工作时 -压力试验 -1.191e+06Nmm系 数 计 算K1=1K2=1K3=0.K4=0.K5=0.K6=0.K6=0.K7=K8=K9=0.C4=C5=筒 体 轴 向 应 力 计 算轴向应力计算操作状态 70.7324 69.4819MPa -1.27114 -0.MPa水压试验状态 -5.03902 -0.MPa 91.9631 87.0033应力校核许用压缩应力0.根据圆筒材料查GB150图6-36-10 B = 140.17MPa140.17140.17MPa 170 合格|,| 140.17 合格|,| 140.17 合格sT2 ,sT3 0.9

25、ss = 310.5 合格时(时,不适用)MPa时圆筒中：8.94986封头中：4.07931MPa应力校核封头椭圆形封头, 125.906碟形封头, 半球形封头, MPa圆筒封头 t = 0.8 s t = 136 86.5937MPa圆筒, t t = 136 合格封头, th t h = 86.5937 合格MPa鞍 座 处 圆 筒 周 向 应 力无加强圈圆筒圆筒的有效宽度313.588mm无垫板或垫板不起加强作用时在横截面最低点处MPa在鞍座边角处L/Rm8时, MPaL/Rm8时, MPa无加强圈筒体垫板起加强作用时鞍座垫板宽度 ； 鞍座垫板包角横截面最低点处的周向应力-0.MPa鞍

26、座边角处的周向应力L/Rm8时, -11.8729MPaL/Rm8时, MPa鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力L/Rm8时, -18.3044MPaL/Rm8时, MPa应力校核 |s5| s t = 170 合格 |s6 | 1.25s t = 212.5 合格 |s6 | 1.25s t = 212.5 合格MPa有加强圈圆筒加强圈参数加强圈材料, e = mm d = mm加强圈数量, n = 个组合总截面积, A0 = mm2组合截面总惯性矩, I0 = mm4设计温度下许用应力MPa加强圈位于鞍座平面上 在鞍座边角处圆筒的周向应力：MPa 在 鞍 座 边 角 处 ，加 强 圈 内 缘

27、或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 ：MPa有加强圈圆筒加强圈靠近鞍座横 截 面 最 低 点 的 周 向 应 力 无垫板时，（ 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 ） 采用垫板时，（垫板起加强作用）MPa 在横截上靠近水平中心线的周向应力：MPa 在横截上靠近水平中心线处，不与筒壁相接的加强圈内缘 或 外 缘 表 面 的 周 向 应 力 ：MPa加强圈靠近鞍座鞍座边角处点处的周向应力 无垫板或垫板不起 加强 作用L/Rm8时, MPa 无垫板或垫板不起 加强 作用L/Rm8时, MPa 采用垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm8时, MPa采用垫板时，（垫板起加强作用）L/Rm8时, MPa

28、应力校核|s5| st = 合格|s6 | 1.25st = 合格|s7 | 1.25st = |s8 | 1.25stR = MPa鞍 座 应 力 计 算水平分力13591.9N腹板水平应力计算高度200mm鞍座腹板厚度8mm鞍座垫板实际宽度350mm鞍座垫板有效宽度313.588mm腹板水平应力无 垫 板 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 , 垫板起加强作用, 3.30807MPa应力判断 s9 s sa = 113.333 合格MPa腹板与筋板组合截面轴向弯曲应力由地震、配管轴向水平分力引起的支座轴向弯曲强度计算圆筒中心至基础表面距离 912mm轴向力 N 时, MPa时 MPa 由圆

29、筒温差引起的轴向力 N MPa应力判断ssa 1.2ssa = MPa2.2.3 开孔补强计算开孔补强计算计算单位四川科新机电股份有限公司接 管: 1, 48012计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.838MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1400mm壳体开孔处名义厚度n12mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C22.7mm壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外伸长度250mm接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn(热轧)接管焊

30、接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称16MnR(热轧)凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径600mm补强圈厚度16mm接管厚度负偏差 C1t 1.5mm补强圈厚度负偏差 C1r 0mm接管材料许用应力t163MPa补强圈许用应力t170MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 7.607mm接管计算厚度t2.585 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr0.959开孔直径 d463mm补强区有效宽度 B926 mm接管有效外伸长度 h174.54mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 3528mm2壳体多余金属面积 A17

31、83.7 mm2接管多余金属面积 A2845.5mm2补强区内的焊缝面积 A3144 mm2A1+A2+A3=1773 mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A41920mm2A-(A1+A2+A3)1754mm2结论: 补强满足要求。 压力试验=1.25P=min=min2 .技术条件编制 （1）人孔、接管等的组焊应在制造厂内进行，并应进行消除热应力处理。 （2）补强圈应与壳体接触面密切贴合。 （3）补强圈焊接后，应以0.40.5MPa的压缩空气检查其连接焊缝质量。 （4）法兰盖密封面及表面不得有裂纹及其其他降低法兰强度和连接可靠性的 缺陷。 （5）A、B类焊接接头100%射线（RT）或

32、超声（UT）检测。 （6）密封面上不允许有刻线、刮伤和凹痕等影响密封的缺陷。 （7）螺纹表面不允许有裂纹、碰伤和毛刺等缺陷。参考文献 1国家经济贸易委员会发布，JBT 4736-2002补强圈钢制压力容器用封头，20032过程设备设计；3课程设计指南4中华人民共和国化学化工部发布，HG 205922063597 钢制管法兰、垫片、紧固件，19985GB150-1998 钢制压力容器6中华人民共和国国家发展和改革委员会，JB/T 4712.14712.42007容器支座，2008；7国家机械工业局，国家石油和化学工业局发布，JB 47082000钢制压力容器焊接工艺评定 钢制压力容器焊接规程 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检测，2000；设计小结本次课程设计是结合所学课程的一次综合性设计，最好设计方案的确定接近实际操作，设计过程中我们逐步了解了压力容器的设计步骤和制造需求，在逐步摸索中，我们学会如何查阅各种标准以及进行有理有据的选择，虽然大部分数据的由来由表查的，由于经验不足，在估算方面，难免会有较大的出入，而且在实践选择过程中有许多不到之处，在以后的学习中需要进一步向老师和同学请教！在此向耐心指导我们此次设计的张老师、段老师、王老师表示衷心的感谢！