本科毕业设计---石油存储罐压力容器.doc
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1、目录毕业设计任务书.开题报告.指导教师审查意见.评阅教师评语.答辩会议记录 中文摘要外文摘要1前言12选题背景23方案论证24 工艺设计34.1 液化石油气参数的确定34.2 设计温度34.3 设计压力44.4 设计储量55 机械设计55.1 初步选型:55.2 筒体设计55.3 封头设计66壁厚设计76.1各项参数76.2筒体壁厚设计计算86.3封头壁厚设计与强度校核107开孔补强和人孔的设计117.1人孔设计选型117.2人孔补强计算128 安全阀和液面计选型158.1安全阀的选型与校核158.2液面计的选型189接管,法兰,垫片和螺栓的选择199.1、接管和法兰199.2 垫片的选择22
2、9.3 螺栓(螺柱)的选择2310 鞍座选型和结构设计2410.1鞍座选型2410.2 鞍座位置的确定2711 焊接接头的设计2811.1 筒体和封头的焊接:2811.2 接管与筒体的焊接:2812 主要参数汇总表2813 总结29参考文献30致谢32第 31页 (共32页)1前言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。然而,由于液化石油气具有易燃易爆的特性,与空气混合能形成爆炸性混合物.遇热和明火有燃烧爆炸的危险。
3、因此,液化石油气的储存安全性、可靠性、实用性、经济性就自然被作为设计液化石油气储罐的基本考虑因素。本次设计的50立方米液化石油气储罐常用于乡镇的液化石油气加气站储存液化石油气,对于生产生活具有重要意义。本次设计中综合考虑经济性、实用性、安全可靠性等。各项设计参数都参考了行业使用标准或国家标准,这样使设计有章可循,并考虑结构方面的要求,合理进行设计。其设计包括了液化石油气储罐的工艺设计、机械设计、壁厚设计、人孔的开孔及补强、安全阀、液面计等部件的选型,对应的接管、法兰、垫片等选取,支座的选型,焊接头的设计等。通过这些时间的学习,现在储罐的发展趋势为:(1)大型化 通过大量大型储罐的设计、建造和使
4、用发现,采用大容量油罐储油具有节省钢材、减少占地面积、方便操作管理、减少油罐附件及管线长度和节省投资等优点 (2)新型材料的应用油罐的大型化而产生的主要问题之一就是对材料的要求更高。为了避免底层罐壁过厚带来的整体热处理问题和解决焊接问题,对于大型油罐的设计,均采用高强度钢。大型油罐一般采用屈服强490MPa 级的钢材。武钢联合有关单位自主研制的WH610D2 钢板不仅具有高强度、高韧性,而且具有优良的焊接性能,尤其是能够适用于大线能量焊接工艺条件 对于公称容积小于100立方的液化石油气储罐,目前国内研究已趋向于成熟,因此,这次的设计相对于其他小型储罐的设计没有太大的区别。安全性和经济性作为设计
5、的两大准则。 2选题背景 题目来源:随着我国经济社会的全面发展,能源行业亦面临着巨大的发展空间。中国的能源结构中,煤炭占据着很大的比例,石油液化气作为一种较清洁能源,现在正被广泛地使用。但是液化石油气具有遇明火易燃易爆的危险性和一定的毒,随之而来的问题就是液化石油气的储存问,液化石油气的储罐要求非常严格。因此,液化石油气储罐的设计对于日常生活和石油天然气行业的发展就显得尤为重要。尤其是在安全性何方或防爆方面。液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备, 常温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形贮罐。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形石油液化气贮罐,因为圆筒形石油液化气贮罐具有加工制
6、造安装简单, 安装费用少等优点。卧式圆柱形石油液化气贮罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和负压的能力,有利于减少油品的蒸发损耗,也减少了发生火灾的危险性。本课题的目的:本课题所设计的储罐公称容积为50立方米,属于小型储罐,这种小型储罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和负压的能力,有利于减少油品的蒸发损耗,也减少了发生火灾的危险性。它可在机械,一成批制造,然后运往工地安装,便于搬运和拆迁,机动性较好。缺点是容量一般较小,用的数量多,占地面积大。它适用于小型分配油库、农村油库、城市加油站、部队野战油库或企业附属油库。在大型油库中也用来作为附属油罐使用,如放空罐和计量罐等。本课题所设
7、计的液化石油气储罐对于日常生活生产具有重要意义。3方案论证 根据本次设计的储罐容量为50立方米,而且使用地点问湖北荆州,设此储罐在液化石油气加气站使用。此储罐容量小于100立方米,根据经验,选用卧式储罐;根据液化石油气大体的成分,初步计算出液化石油气的设计压力为1.9MP左右,故根据化工工艺设计手册(下)常用设备系列,Pc4MP,承受内压的容器,常采用卧式椭圆形封头容器。优点:便于成批制造,然后运往工地安装,便于搬运和拆迁,机动性较好;而且避免了立式储罐过高引起人们恐慌。缺点:容量一般较小,用的数量多,占地面积大。4 工艺设计 4.1 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
8、不同,各地石油气组成成分也不同。取其大致比例如下:表1 液化石油气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0.012.2549.323.4821.963.791.190.02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汽压温度,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-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050
9、071.7440.670.50.20.160.00114.2 设计温度 根据本设计工艺要求,使用地点为荆州市的室外,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为设计温度。4.3 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
10、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3 各成分在相应温度下的饱和蒸汽压温度, 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-2500.0290.09460.0140.00880.000950.0000830-2000.0310.1270.01760.01050.001140.0001090000.0530.22040.03590.02240.001290.00025602000.0840.3940.0690.0450.002880.0006305000.1580.08250.1
11、5730.10980.007580.00190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+ (1)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(1.947)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,设计压力应为1.051.1倍的最高工作压力。所以有Pc=1.11.744 =1.
12、92MPa。4.4 设计储量参考相关资料,石油液化气密度一般为500-600Kg/m3,取石油液化气的密度为580Kg/m3,盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为: W=Vt=0.950580=26.1t (2) 5 机械设计5.1 初步选型:对于承受内压,且设计压力Pc=2.1417MPa50m 公称容积误差小于百分之五 且比较接近,所以结构设计合理。6壁厚设计6.1各项参数(1)设计温度T=50。(2)差得液化石油气的密度约为580Kg/m3,设计压力P=1.92MPa,液体静压力,由计算可知液体静压力可以忽略不计。(3)材料选择: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
13、为-2048,最高工作压力等条件。根据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,具有一定腐蚀性,壁厚较大(8mm)的压力容器。(4)腐蚀裕量C2:查腐蚀数据手册,Q345R耐天然气腐蚀,其这里取,若设计寿命为20年,则腐蚀余量取为。(5)焊缝系数:根据压力容器安全技术监察规程规定,液化石油气储罐应视为第三类压力容器,筒体纵焊缝应采用全焊透双面焊缝,且100%无损探伤,所以。(7)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 maxD=2600mm。P静(max)=gh
14、maxgD=5809.82.3=14.05Kpa 可以忽略不记。(7)许用应力:假设钢板厚度在1635mm之间,查表3.1得。表5 1635钢板许用应力16MnR在下列温度()下的许用应力(MPa)100185185(8)钢板负偏差C1:对于低碳钢和低合金钢,需满足腐蚀裕度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。而当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm,且不超过名义厚度的6%时,负偏差可以忽略不计,故取C1=0,C=C1+C2=2+0 =2。6.2筒体壁厚设计计算6.2.1壁厚计算根据GB150,初选厚度为62
15、5mm,最低冲击试验温度为-20,热轧处理。 (6) d=+C2=16.02+2=18.0mm , n=d+C1=16.51+0=16.51mm圆整后取名义厚度n=18mm ,t没有变化,故取名义厚度18mm合适。式中:筒体的计算厚度,mm;计算压力,MPa;焊接接头系数;筒体的内直径,mm;设计温度下筒体材料的许用应力,MPa;,6.2.2筒体水压试验校核对于Q345R材料,试验时水温应高于5,其常温许用应力和在试验压力下的许用应力,屈服点,卧置试压。内压容器液压试验压力规定为: (7) 式中:试验压力,;设计压力,;容器元件材料在试验温度下的许用应力,;容器元件材料在设计温度下的许用应力,
16、;不计 应力校核时应计入液柱静压,由于压力试验时容器承受的试验压力高于其设计压力,因此在压力试验时应按式(3-3)对试验压力下容器壳体的周向应力进行校核。 (8)式中: 试验压力下的筒壁周向薄膜应力,; 试验压力,; 圆筒内直径,; 圆筒的有效厚度,;水压试验下的筒壁周向薄膜应力圆筒的有效厚度 (9) 所以筒体壁厚满足水压试验时的强度要求。 6.3封头壁厚设计与强度校核6.3.1封头计算 厚度按下列公式计算: (10) 式中:系数,对标准椭圆形封头;封头的计算厚度,mm;设计压力,MPa;焊接接头系数;封头的内直径,mm;设计温度下筒体材料的许用应力,MPa;将数据, 带入(10)式,同理,选
17、取C2=2 mm ,C1=0 mm 。 n=+C1+C2=13.53+2+0=15.53mm 取名义厚度为n=18mm,跟筒体一样,选择厚度为18mm的16MnR材料合适。6.3.2封头最小壁厚校核:因为: (11) 因此选择名义厚度为20mm的封头厚度满足要求。6.3.3设计温度下的应力校核在设计温度下根据公式可得: (12)满足要求7 开孔补强和人孔的设计7.1 人孔设计选型图2 水平吊盖人孔查压力容器与化工设备实用手册,因筒体长度85009000mm,只需开一个人孔,可选水平吊盖人孔。由使用地为荆州市室外,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
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