40(m3)液化石油气储罐设计报告--大学毕业设计论文.doc

《40(m3)液化石油气储罐设计报告--大学毕业设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《40(m3)液化石油气储罐设计报告--大学毕业设计论文.doc（43页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、课程设计任务书1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。3) 设计计算尽量采用电算，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) 工程图纸要求尽量采用手工绘图。5) 课程设计全部工作由学生本人独立完成。6) 按照标准格式编写说明书并装订成册。2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 途储存3最高工作压力1.92MPa由介质温度确定4工作温度-20485公称容积（Vg）40M36工作压力波动情况可不考

2、虑7装量系数(V)0.98工作介质液化石油气（易燃）9使用地点太原市，室外10安装与地基要求储罐底壁坡度0.010.0211其它要求管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准密封面形式用途或名称A32HG20592-1997RF液位计接口B80HG20592-1997RF液相进口管C80HG20592-1997RF液相出口管D80HG20592-1997RF安全阀接口E80HG20592-1997RF排污管F80HG20592-1997RF放气管G20HG20592-1997RF温度计接口H20HG20592-1997RF压力表接口I500HG/T21514-2005/人 孔J80HG20592-19

3、97RF液相回流管K80HG20592-1997RF气相管3课程设计主要内容：1） 1）设备工艺设计2） 设备结构设计3） 设备强度计算4） 技术条件编制5） 绘制设备总装配图6） 编制设计说明书4学生应交出的设计文件（论文）：1）设计说明书一份； 2）总装配图一张 (A1图纸一张)； 5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，中国劳动社会保障出版社，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，200

4、15 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，19967 闫康平，陈匡民，过程装备腐蚀与防护M第二版，北京：化学工业出版社8 HG205920635-97.钢制法兰、垫片、紧固件S.前言液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备, 由于该气体具有易燃易爆的特点, 因此在设计这种贮罐时, 要注意与一般气体贮罐的不同点, 尤其是安全与防火, 还要注意在制造、安装等方面的特点。 目前我国普遍采用常温压力贮罐, 常温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形贮罐。球形贮罐和圆筒形贮罐相比: 前者具有投资少, 金属耗

5、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500m 3或单罐容积大于200m 3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。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。 液化石油气呈液态时的特点。(1) 容积膨胀系数比汽油、煤油以及水等都大, 约为水

6、的16倍, 因此, 往槽车、贮罐以及钢瓶充灌时要严格控制灌装量, 以确保安全;(2) 容重约为水的一半。因为液化石油气是由多种碳氢化合物组成的, 所以液化石油气的液态比重即为各组成成份的平均比重, 如在常温20时, 液态丙烷的比重为0. 50, 液态丁烷的比重为0. 56 0. 58, 因此, 液化石油气的液态比重大体可认为在0. 51左右, 即为水的一半。 卧式液化石油气贮罐设计的特点。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。液化石油气贮罐, 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容

7、器。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等目 录第一章 工艺设计- 1 -1.1液化石油气参数的确定- 1 -1.2设计温度- 1 -1.3设计压力- 2 -1.4设计储量- 3 -第二章 结构设计- 4 -2.1筒体和封头的设计：- 4 -2.1.1 筒体设计：- 4 -2.1.2封头设计：- 4 -2.1.3筒体厚度计算：- 5 -2.1.4封头厚度计算：- 6 -第三章 零部件的确定- 7 -3.1开孔和选取法兰分析- 7 -3.2安全阀设计- 9 -3.2.1安全阀最大泄放量的计算- 9 -3.

8、2.2安全阀喷嘴面积的计算- 9 -3.2.3安全阀的选型- 11 -3.2.4.安全阀法兰的确定- 12 -3.3压力表及其连接件的确定- 12 -3.4液面计及其连接件的确定- 14 -3.5接管，法兰，垫片和螺栓的选择- 14 -3.5.1接管和法兰- 14 -3.5.2垫片的选择- 16 -3.5.3螺栓（螺柱）的选择- 17 -3.6人孔的选取- 18 -3.7开孔补强：- 19 -3.8鞍座选型和结构设计- 22 -3.8.1鞍座选型- 22 -3.8.2 鞍座位置的确定- 24 -3.9焊接接头的设计：- 25 -第四章 强度校核26结束语38参考文献3939第一章 工艺设计 1

9、.1液化石油气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。取产自新疆克拉玛依液化石油气如下：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0.012.2547.323.4821.963.791.190.02表1-1液化石油气组成成分对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下：表1-2各温度下各组分的饱和蒸气压力温度，饱和蒸汽压力，MPa异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷乙炔-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0

10、340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.00111.2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-2048，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

11、计温度。1.3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1-3各种成分在相应温度下的饱和蒸气分压温度, 饱和蒸气分压, MPa异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戍烷正戍烷乙烯-2500.0290.09460.0140.00880.000950.0000830-2000.0310.1270.01760.01050.001140.0001090000.0530.22040.03590.02240.001290.00025602000.084

12、0.3940.0690.0450.002880.00063050000.08250.15730.10980.007580.00190有上述分压可计算再设计温度t=50时，总的高和蒸汽压力P=0.01%0+2.25%7+47.3%1.744+23.48%0.67+21.96%0.5+3.79%0.2+1.19%0.16+0.02%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最高工作压力。对于设置有安全泄放装置的储罐，设计

13、压力应为1.051.1倍的最高工作压力。所以有Pc=1.11.744=1.92MPa。1.4设计储量表1-4液化石油气主要成分在50的密度 Kg/m3温度 丙烷异丁烷正丁烷50446520542参考化工原理：故设计存储量为：W=Vt=0.944510=20.196t第二章 结构设计2.1筒体和封头的设计：对于承受内压，且设计压力Pc=1.92MPa3 符合要求.则v计=v筒+2v封= L/4+2v封=45.065m3符合要求。 V =V=440.939.6m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-2048，最高工作压力等条件。根据GB150-2011表4-1，选用筒体材料为

14、低合金钢Q345R（钢材标准为GB713）选用Q345R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。Q345R钢板在-2048范围内的许用应力有化工设备机械基础表14-3查取，根据GB150，初选厚度为616mm，最低冲击试验温度为-20，热轧处理，=189Mpa;面焊接；钢板负偏差由化工设备机械基础表14-5查得： 腐蚀裕量由化工设备机械基础表14-6查得： ,则壁厚附加量C=0.8+2=2.8mm.把上式已知数据代入式3-1，2.1.3筒体厚度计算：此式，根据过程设备设计第三版表4-3，焊接接头形式采用双面焊对接接头确定：对Q345R，钢板负偏差,可

15、取名义厚度2.1.4封头厚度计算：对Q345R，钢板负偏差,为便于取材可取封头名义厚度水压实验强度校核：规定的实验压力由化工设备机械基础表14-7可知，=1.25P=1.251.92=2.4Mpa水压实验时的应力Q345R钢制容器在常温水压实验时许可应力，查表知16mm钢板因为，故筒体厚度满足水压实验时强度要求。第三章 零部件的确定3.1开孔和选取法兰分析液化石油气储罐应设置排污口，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。根据工艺设计，应使进出口、排污口、放空口满足同一工艺条件。 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，流量

16、Q=45L/s,根据公式，算出管子内径d=59mm,根据强度校核和管子外径规格，选用管子的外径为89，厚度为18，具体校核在后续章节给出。法兰的选择查钢制管法兰、垫片、紧固件HG 20592-20635-97 表6.0.2法兰类型与密封面型式，按照公称压力由低到高的原则，首先选用板式平焊法兰（PL），得到如下表：法兰类型密封面型式压力等级PN（MPa）板式平焊法兰（PL）凸面（RF）0.25-2.5全平面（FF）0.25-1.6又根据上表和设计压力Pc=1.92MPa，应该选用公称压力为2.5MPa的凸面板式平焊法兰（PL） 图3-2板式平焊钢制管法兰3.2安全阀设计液化石油气储罐的设计压力在

17、16 MPa以上，属于三类压力容器，必须设置安全阀。在安全阀的计算和选型时，首先确定防止设备超压所需的最大泄放量，然后根据最大泄放量计算安全阀的喷嘴面积，计算过程需要很多参数。本文针对液化石油气的性质，参考炼油技术与工程第34卷第7期液化石油气储罐安全阀的工艺计算。3.2.1安全阀最大泄放量的计算一般造成设备超压的原因主要有三种：一是操作故障；二是火灾三是动力故障。在计算安全阀时，最大泄放量应根据工艺过程的具体情况确定，并按可能发生的最危险情况考虑。根据资料，对于易燃液化气体如液化石油气，在发生火灾时，安全阀的泄放量最大。在火灾情况下，设备吸热，液相迅速汽化，引起设备的压力升高，这种情况下液相

18、的汽化量即为安全阀的泄放量。泄放量决定于火灾时单位时间内传人设备的热量和液体的气化潜热。一般情况下，液化石油气储罐不保温，储罐安全泄放量可按式计算：式中： WS液化石油气储罐的安全泄放量，kgh；q液相液化石油气的蒸发潜热，kJkg；液化石油气的汽化潜热 q=300(kJkg)( 500C)F系数 储罐在地面上，取F=1Ar储罐的受热面积，m2。对椭圆形封头的卧式储罐，Ar =。以上计算Ar的公式中：D。为储罐外径；l为卧式储罐总长，单位均为m。则=30728kg/h3.2.2安全阀喷嘴面积的计算液化石油气储罐安全阀起跳排放出的是气体，其喷嘴面积可按一般气体安全阀喷嘴面积通用公式计算，安全阀的

19、排气能力决定于安全阀的喷嘴面积。即根据安全阀出口压力(背压)的大小不同，安全阀的排气能力应按临界条件和亚临界条件两种状况进行计算：临界条件下 亚临界条件下 式中：安全阀的出口侧压力(绝压)，MPa；安全阀的定压，MPa；安全阀的排放压力(绝压)，MPa；取Pd=Pc=1.92绝热系数，对于液化石油气， 液化石油气储罐安全阀放空气体一般排入火炬系统或直接高空排放，其出口侧压力(背压)P0很小，即P0Pd0.5744，因此安全阀的排气能力应该按临界条件计算，查钢制压力容器得对应的公式为： 式中：Ws安全阀的排放能力，kg/h;K安全阀的排放系数，与安全阀的结构型式有关，应根据试验数据确定，无参考数

20、据时，可按下述规定选取：对全启式安全阀， K=0607；对带调节圈的微启式安全阀， K=0405；对不带调节圈的微启式安全阀， K=025035；液化石油气储罐设置的安全阀，需要有较大的排气能力，应选用全启式安全阀，取K=065；A安全阀的喷嘴面积，单位mm2；C气体的特性系数，仅与气体的绝热系数k有关，可按下式算： 对于液化石油气，绝热指数k1.15，计算得C=332；Z安全阀进口处气体的压缩系数，液化石油气的压缩系数Z0.7；T安全阀进口处介质的热力学温度，K；安全阀排放温度T=323343 K。取T=330KM气体的摩尔质量，kgkmol。摩尔质量 M50 kgkmol所以得：得出安全阀

21、喷嘴面积为最后得出安全阀的内径do61.8mm3.2.3安全阀的选型查化工管路手册上册444页，（九）安全阀，1各种安全阀的产品名称、型号、技术数据，根据介质为石油气，发现无公称压力为2.5MPa的安全阀，所以选用公称压力为4.0MPa的安全阀,型号为A40Y-40 A40Y-40I，其尺寸参数如下表：公称通径主要外形尺寸（mm） 重量配法兰标准号LDb80170150195221002151801551212031850588865kg进口HG 5016-58 凸面 出口按阀配3.2.4.安全阀法兰的确定查HG 5016-58知安全阀进口法兰的型号为凹凸面对焊法兰，其尺寸参数如下：公称直径管

22、子法兰重量双头螺栓橡胶石棉垫Dbh凸面凹面数量直径/长度外径内径厚度808919516013812012124585.024.648120901.5（4.5）3.3压力表及其连接件的确定取其在筒体上的开孔序号为C，根据压力表选型手册和经济耐用型原则，首先选用通用型压力表，又由于工作地点在室外，容易腐蚀，所以选择全不锈钢压力表。故最后确定选用Y-B系列的全不锈钢压力表。其外形尺寸系列如下，根据尺寸表和压力值，应选择Y-100B，连接压力表的法兰外形图如下。法兰尺寸如下表：代号量程（Mpa）法兰标准代号凸面法兰尺寸DKdfLCBMF42.5-4.0DIN11585653M122625 根据法兰的内

23、径，和强度要求，选择接管328，其强度校核将在后面给出。3.4液面计及其连接件的确定根据容器的工作温度-2048，设计压力Pc=1.92MPa，介质密度,查化工容器及设备设计简明手册，玻璃管液面计适用工作工作压力小于1.6MPa，并不满足工作的需求，所以选用价格稍高的磁性液面计，根据测量范围300-10000mm，工作压力：（高压型）6000mm，需开两个人孔，选回转盖带颈平焊法兰人孔。由使用地为室外，确定人孔的公称直径DN=500mm，以方便工作人员的进入检修。配套法兰与上面的法兰类型相同，根据HG/T 21518-2005回转盖带颈平焊法兰人孔，查表3-1，由PN=2.5MPa选用凹凸面的

24、密封形式MFM，采用8.8级35CrMoA等长双头螺柱连接。其明细尺寸见下表：表3-5人孔尺寸表 单位：mm密封面型式凹凸面MFMD7304330公称压力PN MPa2.566048螺柱数量20公称直径DN500280A405螺母数量40123B200螺柱尺寸d506b44L300总质量kg302图3-6回转盖带颈平焊法兰人孔3.7开孔补强：（1）补强及补强方法判别 强判别 根据化工设备设计表4-15，允许不另行补强的最大接管外径为按HG/T 21518-2005,选用回转盖带颈平焊法兰人孔，开孔外径等于530mm，需另行考虑其补强。 补强计算方法判别设：厚度附加量c=2mm开孔直径d=di+

25、2c=500+22=504mm，满足等面积法开孔补强计算的使用条件，故可采用等面积法进行开孔补强计算。（2）开孔所需补强面积 筒体计算厚度接管和筒体材料选用Q345R号钢，接管厚度nt=12mm，许用应力t=189MPa，筒体厚度n=16mm，许用应力t=189MnPa，故强度削弱系数：故取强度削弱系数。根据GB150-2011中，=50412.25=6174（3）有效补强范围 有效宽度B的确定：按GB150中有：B1=2d=2504=1008mmB2=d+2n+2nt=504+216+212=560mmB=max（B1 ， B2）=1008 mm 有效高度的确定外侧有效高度的确定根据GB15

26、0中式8-8，得：h1=max（h1 ，h2”）=280 mm内侧有效高度的确定根据GB150-2011中式8-9，得：h2=0（4）有效补强面积根据GB150中式8-10 式8-13，分别计算如下：Ae=A1+A2+A3 筒体多余面积 管的多余面积接管计算厚度： 焊缝金属截面积焊角取6.0mm 有效补强面积因为，所以开孔需另行补强补强圈设计：根据JB/T 4736-2002取补强圈外径D=840mm。因为BD，所以在有效补强范围。补强圈内径d=530+10=540mm补强圈厚度：圆整取名义厚度为16mm根据GB-150，JB/T4736-2002，补强圈焊接形式D型， D1=d0+(612)

27、。表6 补强圈补强及附件的选择接管公称直径DN/mm外径D2内径D1厚度（）重量（Kg）5008405401641.5（5）人孔补强圈设计：图3-7补强 圈 3.8鞍座选型和结构设计3.8.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍座式支座，根据工作温度为-2048，按JB/T 4731-2005 表5-1选择鞍座材料为Q235-A，使用温度为-20250，许用应力为sa= 140MPa。估算鞍座的负荷：计算储罐总重量 m=m1+2m2+m3+m4 。其中：m1 为筒体质量：对于Q345R普通碳素钢，取=7.85103kg/m3 m1=DL=2.481610-37.85103=7576kgm2为单个封头的质

28、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=808.4kg 。m3为充液质量：液化石油气水故m3（max）=水V=1000V=1000（/42.428+21.9905）=40172.15kg 。m4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+m4=7576+2808.4+40172.15+3022+400=50368.95kg 50369kg。 每个鞍座承受的重量为 G/2=mg / 2=(503699.8)/2=246.81kN由此查JB 4712.1-

29、2007 容器支座。选取轻型，焊制A，包角为120，有垫板的鞍座.，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：表3-7鞍座支座结构尺寸公称直径DN2400腹板210垫板b4500允许载荷Q/kN435 筋板l3265410鞍座高度h250b2208e100底板l11720b3290螺栓间距l21520b124038螺孔/孔长D/l24/40114弧长2800重量kg234图3-11鞍座3.8.2 鞍座位置的确定因为当外伸长度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

30、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A0.2L=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 ，有 h=H-Di / 4=640-2400 / 4=40mm故 A0.2(L+2h)=0.2(8000+240)=1616mm由于接管比较多，所以固定支座位于储罐接管较多的左端。此外，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

31、筒截面的加强作用。因此，JB 4731 还规定当满足A0.2L时，最好使A0.5R m（Rm=Ri+n/2），即Rm=1200+16/2=1208mm 。A0.5Rm =0.51208=604mm ,取A=600mm 。综上述：A=600 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的总长）3.9焊接接头的设计：1.筒体和封头的焊接：=620 =6070 b=02 p=2 3 采用Y型对接接头和手工电弧焊，综合考虑材料选用Q345R. 焊条类型：E5018 铁粉低氢钾型图3-12 Y型坡口为保证焊接质量，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

32、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。采用X型对接接头和手工电弧焊,如图：2.人孔补强圈形式对于人孔、补强圈与壳体的接头选用B类接头形式，如图：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。焊条类型：E5018 铁粉低氢钾型第四章 强度校核钢制卧式容器计算单位计 算 条 件设计压力 p1.92MPa设计温度 t50筒体材料名称Q345R(热轧)封头材料名称Q345R(热轧)封头型式椭圆形筒体内直径Di2300mm筒体长度 L10000mm筒体名义厚度 dn16mm支座垫板名义厚度 drn10mm筒体厚度附加量 C2mm腐蚀裕量 C12mm筒体焊接接头系数 F1封头名义厚度 dhn16mm封头厚度附加量 Ch2mm鞍座材料名称Q345R鞍座宽度 b240mm鞍座包角 120支座形心至封头切线距离 A640mm鞍座高度 H250mm地震烈度 低于7度内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.92MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2300.00mm材料 16MnR(热轧) ( 板材 )试验温度许用应力 s 163.00MPa设计温度许