50立方米卧式液化石油气储罐设计及安全.docx
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50立方米卧式液化石油气储罐设计及安全
卧式液化石油气储罐设计及安全56m3要摘本次设计地储罐其介质为液化石油气.液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料,已愈来愈受到人们地重视.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.液化石油气是由碳氢化合物所组成,主要成分为丙烷、丁烷以及其他烷系或烯类等.丙烷加丁烷百分比地综合超过60%,低于这个比例就不能称为液化石油气.
液化石油气具有易燃易爆地特点,液化石油气储罐属于具有较大危险地储存容器.针对液化石油气储罐地危险特性,结合本专业安全工程所学地内容,在设计上充分考虑压力容器地安全,确保液化石油气储罐地安全运行,对化工行业具有重要地现实意义.
本次设计地主要根据有:
GB150-2011《钢制压力容器》、《压力容器安全技术监察规程》.另外地零部件标准主要有JB/T4736-2002《补强圈》,HG20592~20614-97《钢制管法兰、垫片、紧固件》,JB/T4712.1-2007《鞍式支座》,HG21518-95《回转盖带颈对焊法兰人孔》等.
本次设计地流程为:
先根据容器要求确定压力容器所属类别,确定储罐主体及其接管所用材料、储罐主体地直径和长度,其次进行筒体和封头地壁厚计算并校核,然后计算人孔地开口补强面积和补强圈地厚度,再根据筒体和各个接管地总质量选择支座,最后进行安全阀地选型和校核.
关键词:
液化石油气,安全阀,开口补强,安全管理.
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目录错误!
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.......................................................................................................................前言1
2......................................................................................................................................................2结构设计错误!
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...................................................................................................2.1结构设计
错误!
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...............................................................................2.2确定筒体直径与长度
错误!
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...............................................................................................................3强度计算
错误!
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........................................................................筒体壁厚设计与强度校核3.1
错误!
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.......................................................................封头壁厚设计与强度校核3.2
错误!
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...........................................................................3.3最大允许工作压力计算
错误!
未定义书签。
...........................................................................3.4设计温度下地计算应力
错误!
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...................................................................................................3.5开孔补强
错误!
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...........................................................................................................零部件选型4
错误!
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...........................................................................................................4.1支座
错误!
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...............................................................................................4.2安全阀选型
错误!
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.......................................................................................................5安全技术要求
错误!
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...........................................................................................5.1安全设计分析
5.2设计、制造、安装方面安全技术措施........................................................................................14
错误!
未定义书签。
...................................................使用、维护、保养方面安全技术措施5.3
错误!
未定义书签。
...........................................................................................5.4安全管理措施
21总结622......................................................................................................................................................参考文献.
1前言
随着石油化学工业地发展,液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料,已愈来愈受到人们地重视.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.
综合大学阶段所学过程装备知识,本着认真负责地态度,对储罐进行设计.在设计过程中综合考虑经济性、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,并考虑结构方面地要求,合理进行设计.
本次设计完成了56m3卧式液化石油气储罐地设计,并对液化石油气储罐在设计、制造安装、使用、维护与定期检验提出了相应地安全技术要求.
液化石油气具有易燃易爆地特点,极易燃,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地危险.与氟、氯等接触会发生剧烈地化学反应.其蒸气比空气重,能在较低处扩散到相当远地地方,遇火源会着火回燃.针对液化石油气储罐地危险特性,结合本专业安全工程所学地内容,在设计上充分考虑压力容器地安全,确保液化石油气储罐地安全运行,对化工行业具有重要地现实意义.
容器地设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接管及人孔等组成.常、低压化工设备通用零部件大都有标准.设计时可直接选用.本设计书主要介绍了液化石油气储罐地筒体、封头、法兰、支座地设计计算,低压通用零部件地选用.且各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准.此次用到地国家标准是GB150-2011《钢制压力容器》和《压力容器安全技术监察规程》,同时也参照了JB/T4736-2002《补强圈》、HG20592~20614-97《钢制管法兰、垫片、紧固件》、JB/T4712.1-2007《鞍式支座》、HG21518-95《回转盖带颈对焊法兰人孔》等零部件标准.
2结构设计
2.1结构设计
液化石油气腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20R、Q345R.这两种钢种.如果纯粹从技术角度看,建议选用20R类地低碳钢板,Q345R钢板地价格虽比20R贵,但在制造费用方面,同等重量设备地计价,Q345R钢板为比较经济.所以在此选择Q345R钢板作为制造筒体和封头材料.
56m3液化石油气储罐主要包括:
圆筒形筒体、两个标准椭圆形封头、两个鞍式支座、两个人孔、各接管(接管管口表见表2.1).
表2.1管口表
公称直径公称压力法兰形式密封面形式用途伸出长度
DN80PN2.5WNFM180气相入口.
DN50PN2.5WNFM150气相出口180PN2.5WNFMDN80液相入口180PN2.5FMDN80WN液相出15PN2.FDN8W排污20FWDN10PN2.安全12DN2WPN2.F压力12WFPN2.DN2温度12WDN3FPN2.液面20FWDN45PN2.人孔2.2确定筒体直径与长度
)确定:
2-1公称容积按式(?
2LV?
D)2-1(i4D筒体内径——式中:
iL筒体长度——3?
/DL,则假设卧式容器长径比i?
?
323m?
3?
?
DDL?
56?
V,ii44mm?
2875Dmm?
8625L;得出:
,iDL进行圆整,暂取因为还有部分封头体积,所以需将和imm2800D?
mm8400L?
;,i3m3.1198)EHA型封头,查出封头容积为(见表2.2JB/T4746-2002根据,选取圆形封头质量表2.2EHA
容积总深度内表面积公称直径V/m2A/m2H/mmDN/mm3.1987408.85032800
,因此,筒体长8.4m由上面计算得知筒体半径r=2.8m总容积?
2?
h+2V?
rV?
总4?
23m57.96?
3.1198?
=8.4+2?
2.8?
4.
57.96?
56?
3.5%?
5%e?
公称容积误差56
mm2800?
Dmm8400?
L.因此,符合设计要求i
强度计算3
3.1筒体壁厚设计与强度校核
.T=50℃
(1)设计温度
(2)差得液化石油气地密度约为580Kg/m3,设计压力P=1.76MPa,液体静压力2?
10?
2.8=1591.52Pa<5%P=8.8P=gh=580?
9.8?
,由计算可知液体静压力可以忽略不计.水L(3)材料选择:
上文已选择Q345R钢板作为筒体和封头材料,查GB150《钢制压力容器》,
Q345R钢板使用状态为热轧或正火.
K0.1mm/y这里取:
查《腐蚀数据手册》,Q345R耐天然气腐蚀,其(4)腐蚀裕量C2<a0.1=2mm?
=BK=20C=0.1mm/yK.,若设计寿命为20年,则a2a?
:
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)焊缝系数(5?
?
1.0.无损探伤,所以压力容器,筒体纵焊缝应采用全焊透双面焊缝,且100%
?
:
根据《压力容器安全技术监察规程》[2]规定,液化石油气储罐应视为第三(6)焊缝系数?
?
1.0.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
50℃?
a]=163[MP.17~35mm之间,查表3.1得(7)许用应力:
假设钢板厚度在表3.117-35mm钢板许用应力
在下列温度(℃)下地许用应力(MPa)
Q345R10015020025020?
130163163143153
C1=0.35mm.8~22mm之间,故取8)钢板负偏差C1:
假设钢板厚度在(C=C1+C2=2+0.35=2.35)壁厚计算:
9(PDic?
?
)3-1(t?
?
?
]2[Pc式中:
?
;mm——筒体地计算厚度,P;计算压力,MPa——c?
焊接接头系数;——D;mm筒体地内直径,——i
t?
][;MPa——设计温度下筒体材料地许用应力,t?
?
2800?
?
1.76MPaDPMPa?
[163]1?
)式,,,带入(将数据,3-1icPD1.76?
2800?
icmm?
15.20?
?
筒体计算壁厚:
t?
?
?
P2?
1632[?
]1.0?
1.76c?
?
+C==17.20mm筒体设计厚度:
21d1?
?
?
C?
C0.35mm?
?
17.55mm?
C,并查阅钢板地标准,考虑到钢板厚度负偏差2dn11?
?
18mm,满足8~22mm厚度规格,可取筒体地名义厚度为及17~35mm之间n.所以以上假设满足要求)最小壁厚校核:
10(2D2?
2800?
?
i?
C)(?
16mm5.6?
?
mm?
?
筒体
2nmin10001000.满足要求)筒体水压实验校核(11℃,其常温许用应力和在实验压力下地许用应力5Q345R对于材料,实验时水温应高于t?
?
?
a][MP]?
[=163=325Mpa.,屈服点,卧置试压y内压容器液压实验压力规定为:
50℃?
?
,]P=max{1.25P[P+0.1]/[}T}+0.1,1.76=max{1.25?
1.76)3-2(=2.2MPa式中:
PaMP——实验压力,;TPaMP;——实验压力,?
MPa][;——容器元件材料在实验温度下地许用应力,t?
MPa][;——容器元件材料在设计温度下地许用应力,PP高于其设计压力应力校核时应计入液柱静压,由于压力实验时容器承受地实验压力,因T?
进行校核3-3)对实验压力下容器壳体地周向应力此在压力实验时应按式(T-6?
,故可忽略5P0.02744MPa?
?
g=2.8=DP980010≈<.不计水iL.
?
)D?
P(?
eTi?
3-3)(
T?
2e式中:
?
MPa;——实验压力下地筒壁周向薄膜应力,TPMPa——实验压力,;TmmD;圆筒内直径,——i?
mm;圆筒地有效厚度,——e?
?
mm15.65?
2?
?
C?
C18?
?
0.35?
圆筒地有效厚度21ne水压实验下地筒壁周向薄膜应力?
)?
P(D15.65)2.2?
(2800?
?
?
?
eiT?
0.9?
325?
0.9?
?
292.5MPa?
?
190.88MPa
sT?
2?
215.65e.所以筒体壁厚满足水压实验时地强度要求
3.2封头壁厚设计与强度校核
封头计算厚度按下列公式计算:
KPDic?
?
)(3-4
t?
?
?
0.52[P]c式中:
1K?
K;——系数,对标准椭圆形封头?
;封头地计算厚度,mm——P;MPa——计算压力,c?
焊接接头系数;——D;mm——封头地内直径,it?
][;MPa——设计温度下筒体材料地许用应力,?
D?
2800?
P1.76MPa1?
)式,,带入(3-7,,将数据icKPD1?
1.76?
2800?
ic?
?
?
15.16mm
t?
?
?
0.5P2?
163?
1.0?
0.5?
2[]1.76c?
?
+C=17.16mm=封头设计厚度:
22d2.
?
mm?
18.查阅钢板地标准厚度规格,封头与筒体地名义厚度均取n封头最小壁厚校核:
?
?
mm4.20.15%D?
2?
0.35?
15.65?
?
?
C?
18?
ien.地封头厚度满足要求因此选择名义厚度为18mm3.3最大允许工作压力计算
t?
?
2?
[t15.65]?
1632e[P]=?
?
1.81W
[D?
t]2800?
15.65ei3.4设计温度下地计算应力
P(D?
t)1.76?
(2800?
15.65)eictt?
?
?
163[MPa]?
?
158.32?
MPa?
2t2?
15.65e?
满足要求
3.5开孔补强
3-1.储罐结构及人孔结构示意图见图
图3-1储罐主体及人孔示意图
?
?
]=163MPaC?
0.35mm[[]?
C?
2mm,对筒体:
,2t1根据公称压力PN2.5MPa,公称直径DN450mm,选择回转不锈钢人孔,密封面型式FM,尺寸470?
10mm,接管材质为20为号钢管.
t?
?
aMP]=140[aMP=140[],则标准,,GB/150对接管,按tt?
?
10%?
1010%?
C?
1mmntt1.
mm3?
2?
?
C?
C?
1C2tt1t?
][t1?
min{1,1}?
min{,1}?
f
rt?
][?
mm4563?
?
10?
22d?
?
?
2C?
470?
2d?
开孔直径totPd1.76?
(470?
2?
10)?
imm2.85?
?
?
接管计算厚度
tt?
?
?
P2?
140?
2[1.0]?
1.76?
?
mm?
7?
C10?
?
3?
接管有效厚度tetnt2?
?
?
mm7136.4456?
15.65?
2?
(1?
f)A?
d?
开孔所需要地补强面积ret.有效补强范围确定如下?
?
mm?
9122?
10}456,456?
2?
18?
max{2d,d?
2?
?
2}?
max{2?
B有效补强宽度ntn
?
67.53?
456?
min{d10,300},300}?
min{h?
外侧有效补强高度nt1?
0?
?
10,0}d?
0}min{456h?
min{内侧有效补强高度nt2在有效补强范围以内,壳体地多余补强面积为?
?
?
?
?
)?
(d?
)(f?
?
)?
2)(1A?
(Br1eete2mm205.2(15.65?
15.2)?
?
(912?
456)?
在有效补强范围以内,接管地多余补强面积为?
?
?
f)?
C)f?
2h2A?
h((?
retr122ett2t2mm?
965.6567.53?
(10?
2.85)?
2?
222?
mm?
10A?
?
100?
.取较薄板地厚度)(焊缝腰高在有效补强范围内,焊缝面积为3在有效补强范围内,总有效补强面积2mm1270.85965.65?
100?
205.2?
?
A?
AAA?
?
32e122mm?
mmA?
7136.41270.85?
A因为e.所以开孔后需要补强.补强圈地计算如下Q345R.补强圈材料选用与壳体相同材料,即.
2mm1270.85?
5865.55A?
A?
7136.4?
A?
应该增加地补强面积eeD?
450mm时,补强型15°坡口,圈外径C补按《JB/T4736-2002强圈》标准中NA5865.55?
?
4mmD?
760?
?
?
18.92mm,所以所需要地补强圈地厚度
2D?
d760-450o2?
mm20?
.考虑到腐蚀裕量和钢板厚度负偏差,取补强圈地名义厚度ncD450?
20?
C?
Q345R4736T/JB补强圈标记为:
N.
零部件选型4
4.1支座
常用卧式容器支座形式主要有鞍式支座,圈座和支腿三种.鞍式支座是应用最广泛地一种卧式支座.鞍式支座适用于较重地大设备,由一块鞍形板、两块支撑板、一块底板及一块竖板组成.支撑板焊于鞍形板和底板之间,竖板被焊接在它们地一侧,底板搁在地基上,并用地脚螺栓加以固定.卧式设备一般用两个鞍式支座支承,当设备过长,超过两个支座允许地支承范围地,应增加支座数目.双鞍座中一个支座为固定支座,另一个鞍座为滑动支座.所以本次设计选择鞍式支座.
鞍式支座分为A型(轻型)和B型(重型)两类,本储罐液化石油气密度不大,储罐总质量也不大,据《JB/T4712容器支座》选择DN2800mm,120°包角轻型带垫板轻型鞍式支座.鞍式支座材料为Q235A;垫板材料选择与储罐筒体材料相同,为Q345R.
.所示液化石油气储罐各部件地重量如表4.1
表4.1部件重量表
名称数量单件质量(kg)总计质量(kg)
10500105001筒体2457.81228.92封头5462732人孔84.6242.3补强圈20.522.05210接管70.1107.01法兰1367227总计
注:
接管和法兰按最大重量地选取.
介质地密度用水地密度代替,介质地质量为:
?
kg?
50000?
1000?
m?
50V《容器支座》鞍式支座要求选择支座根据JB/T4712.1-2007,每个支座所承受地载荷为:
300kN选择轻型(A型)即可满足要求,允许载荷为mg(13672?
50000)?
9.81max?
N?
312.3kN?
445kNQ?
22.所以满足承载要求A2800-F,支座支座型号为:
JB/T4712.1-2007A2800-S.JB/T4712.1-2007,支座.4.2支座参数表如下表所示
表4.2支座参数表公称直径允许载荷鞍座高度底板mm腹板mm
Q/kNh(DN)?
?
bl1121102040250142800300445
m垫m筋
弧31203606101026883260320
100mm螺栓间距鞍座质量高度增加地质量增加
kNkgl2281800324
.所示鞍式支座如图4-1
图4-1轻型120°包角鞍式支座
4.2安全阀选型
,安全阀地排放压力:
)表压50℃时液化石油气地饱和蒸汽压为1.62MPa(P?
1.62?
1.1?
0.1?
1.88MPa(绝对)d选择型号为A42Y-16C地弹簧
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- 50 立方米 卧式 液化 石油气 设计 安全