15立方米液化石油气储罐设计.docx
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15立方米液化石油气储罐设计
中北大学
课程设计说明书
学院:
机械工程与自动化学院
专业:
过程装备与控制工程
题目:
(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。
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日期:
指导教师签名:
日期:
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本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论
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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
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
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.设计目的:
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)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。
3)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。
4)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
序号
项目
数值
单位
备注
1
名称
液化石油气储罐
2
用途
液化石油气储配站
3
最局,作压力
1.77
MPa
由介质温度确定
4
工作温度
-20〜48
C
5
公称容积(Vg)
10/20/25/40/50
M3
6
工作压力波动情况
口」不考虑
7
装量系数((f)v)
0.9
8
工作介质
液化石油气(易燃)
9
使用地点
室外
10
安装与地基要求
储罐底壁坡度0.01〜0.02
11
其它要求
管口表
接管代号
公称尺寸
连接尺寸标准
连接面形式
用途或名称
a1、a2
20
HG20592-1997
MFM
液位计接口
f
80
HG20592-1997
MFM
放气管
b
500
MFM
人孑L
e1、e2
80
HG20592-1997
MFM
安全阀接口
g
50
HG20592-1997
MFM
排污管
j
80
HG20592-1997
MFM
液相出口管
h
80
HG20592-1997
MFM
液相回流管
k
80
HG20592-1997
MFM
液相进口管
i
80
HG20592-1997
MFM
气相管
d
20
HG20592-1997
MFM
压力表接口
c
20
HG20592-1997
MFM
温度计接口
2.设计内容
1)设备工艺、结构设计;
2)设备强度计算与校核;
3)技术条件编制;
4)绘制设备总装配图;
5)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〕:
1)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;
2)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。
4.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,1998
[2]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,1999
[3]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
[4]郑津洋、董其伍、桑芝富,《过程设备设计》,化学工业出版社,2001
[5]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,2002
[6]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
[7]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,2003年
5.设计成果形式及要求:
1)完成课程设计说明书一份;
2)草图一张(A1图纸一张)
3)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:
年月日
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500m3,单罐容积小于100m3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:
表1
组成成分
异辛烷
乙烷
丙烷
异丁烷
止」烷
L异戊烷
正戊烷
乙快
各成分百分比
0.01
2.25
49.3
23.48
21.96
3.79
1.19
0.02
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气压力
温度,C
饱和蒸汽压力,MPa
异辛烷
乙烷
丙烷
异丁烷
止」烷
异戊烷
正戊烷
乙快
-25
0
1.3
0.2
0.06
0.04
0.025
0.007
0
-20
0
1.38
0.27
0.075
0.048
0.03
0.009
0
0
0
2.355
0.466
0.153
0.102
0.034
0.024
0
20
0
3.721
0.833
0.294
0.205
0.076
0.058
0
50
0
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-20-48C,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-25C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
温度,C
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
-25
0
0.029
0.0946
0.014
0.0088
0.00095
0.000083
0
-20
0
0.031
0.127
0.0176
0.0105
0.00114
0.000109
0
0
0
0.053
0.2204
0.0359
0.0224
0.00129
0.000256
0
20
0
0.084
0.394
0.069
0.045
0.00288
0.00063
0
50
0
0.158
0.0825
0.1573
0.1098
0.00758
0.0019
0
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=8
P=汇VP=0.01%X0+2.25%X7+47.3%X1.744+23.48%X0.67+21.96%X0.5+3.79%Xi=1
0.2+1.19%X0.16+0.02%X0.0011=1.25901MPa
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=1.77MPa。
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/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=?
Vpt=0.9X15X580=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-20~48C,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-rJ__一l।IJJ1」|
低合金铜阚板
I6MhR
GB泯4
热正火
510
345
170
■170
470
170
E6
>16"-36
490
然
由
U7
36—的
47D
157
157
⑸i
1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=3~6,为方便设计,此处取
L/D=4①。
一一_2.
所以疝L_15②。
15
4
由①②连解得:
D=1.684m=1684mm。
圆整得D=1700mm
2)、封头设计:
查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1EHA椭圆形封头内表面积、容积得:
21
1600
425
12,9007
0.5864
1700
450_
j3,2662
1
06999
表4-1,EHA椭圆形封头内表面积、容积
公称直径DN/mm
总深度H/mm
一—…2
内表面积A/m
、一..3
谷积V封/m
1700
450
3.2662
0.6999
图2-1椭圆形封头
由一D——=2,得封头的直边高度h=25mm。
2H-h
麟与岫㈱封蝌蒯敲目服嬲翻那叫礼触融k歆25M遣报翻
京色Ob加0面比散阊Jh宜为g&I高黄公羞为(・5『10)%h
2、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=2V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hmax P静(max)=PghmaxWpgD=580X9.8X1.7=9.663Kpa 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6~25mm,最低冲击试验温度为-20C,热轧处理。 =9.89mm PcDi_1.771700 2[/①-Pc-21700.9-1.77 对于低碳钢和低合金钢,需满足腐蚀裕度 C2>1mm,取C2=2mm 由《常用钢板厚度负偏差表》可查的,在 GB6654的钢板标准下16MnR的负偏差 C1=0.25mmO 8d=8+C2=+2=11.89mm,8n=8d+C〔=11.89+0.25=12.14mm 圆整后取名义厚度8n=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=1.25X1.77=2.21MPa 水压试验的应力 F;Di2.211700(14-2.25)1 二t=-i——-==178.9Mpa 2e211.750.9 16MnR钢制容器在常温水压实验时许可应力 -0.9J=0.9345=310.5Mpa : : 二[二J一,、…,,、 因为t[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: =9.86mm 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16MnRo 2[二]ti—0.5PC21700.9-0.51.77 同理,选取C2=2mm,C1=0.25mm。 8n=8+Ci+C2=9.86+2+0.25=12.11mm圆整后取名义厚度为6n=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0.25wPnW25MPa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20R对应的管子尺寸 如下如表: 表5-1接管尺寸 序号 名称 公称直径 管子外径 数量 管口伸出 量 管子壁厚 管子理论 质量kg al、a2 液位计接口 20 25 2 100 3.5 0.244 f 放气管 80 89 1 150 6 1.26 b 人孔 500 530 1 300 9 17.34 el、e2 安全阀接口 80 89 1 150 6 1.26 g 排污管 50 57 1 150 3.5 0.694 j 液相出口管 80 89 1 150 6 1.26 h 液相回流管 80 89 1 150 6 1.26 k 液相进口管 80 89 1 150 6 1.26 i 气相管 80 89 1 150 6 1.26 d 压力表接口 20 25 2 100 3.5 0.244 c 温度计接口 20 25 2 100 3.5 0.244 0.3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2.5MPai k)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4 C接管公称外轻小于或等于S9 H)接管最小壁厚满足表8」要求° 表8-1mm 接管公梆外控 25 32 曲 15 48 57 6、 76 89 般小型厚 3x5 5,0 -6.0 注 I钢材的用出杭拉强度下限值%>代。 MPa时.接管与壳体.的连摧宜采用々焊透的结构型式. 2接管的腐砂裕量为Imm. 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/T20592-1997《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1.0~16.0MPa,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1—3Pt。 5Mp*门5弧「)背第对焊朝制管法兰5mli 公称用管外径 连接尺寸 法兰 厚用 工 法兰颈 法苣 高度 H 法兰理论重量 (脸) L右二阡密坤之. ।法^跳隹孔中.外柱।心画直径口|K 操栓引直径 L 再怆子 数量 n L螺纹 Th 1s Hr 七 R B 【mia A B 10 】九2 11™ 90 1 6。 14 4 M12 28 28 2.3 6 3 35 dfi6 ;3 18 95 65 14- 1 M12 U 32 32 13,2 6 3 3g 0.75 7 2f- 组9 23 ;10; 75 U 4 MJ2 16 40 3.2 6 4 皿 I.05 2.: 33.7 32 1 J15 照 1
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- 15 立方米 液化 石油气 设计