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10m^3_液化石油气储罐设计.doc

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中北大学大学过程设备设计课程设计说明书目录第一章 概述2第二章 储罐设计参数确定32.1液化石油气参数的确定32.2设计温度32.3设计压力32.4设计储量4第三章 工艺计算53.1筒体设计53.2封头设计5第四章 结构设计74.1液柱静压力74.2圆筒厚度的设计74.3椭圆封头厚度的设计84.4开孔和选取法兰分析94.5安全阀设计104.6液面计设计144.7.2垫片的选择184.7.3螺栓(螺柱)的选择194.8人孔的设计204.8.1人孔的选取204.8.2人孔补强圈设计224。

1、9鞍座选型和结构设计244.9.1鞍座选型244.9.2鞍座位置的确定264.10焊接接头的设计264.10.1筒体和封头的焊接264.10.2接管与筒体的焊接27第五章 校核28结束语68参考文献69第一章 概述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, 金属耗量少。

2、 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, 约为水的16倍。

3、 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器。

4、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、液面计等第二章 储罐设计参数确定2.1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。现取新疆克拉玛依油田所产液化石油气标准:表2-1液化石油气组成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0.012.2547.323.4821.963.791.190.02对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下:表2-2各温度下各组分的饱和蒸气压力温度。

5、℃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-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.00112.2设计温度 根据本设计工艺要求。

6、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—48℃,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。2.3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。

7、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2-3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。

8、0840.3940.0690.0450.002880.0006305000.1580.08250.15730.10980.007580.00190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)

9、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1.05~1.1倍的最高工作压力。所以有Pc=1.11.77=1.947MPa。查《工程设备设计》表4-11,取法兰公称压力P=2.5MPa2.4设计储量表2-4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50446520542参考化工原理相关资料,根据公式 得到 ρm=509.66取石油液化气的密度为510Kg/m3,盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为:参考化工设备相关资料,储罐选型为卧式圆柱形储罐。

10、第三章 工艺计算对于承受内压,且设计压力Pc=1.92MPa<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。3.1筒体设计查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=4 ① 。所以 ② 。 由 ① ② 连解得:D=1.471m=1471mm 。圆整得D=1500mm3.2封头设计查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积得: 表3-1,EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN /mm总深度H /mm内表面积A/容积/15004002。

11、55680.4860 图3-1椭圆形封头封头的结构尺寸由得由2V +L/4=10得L=5.1088m圆整得 L=5200mm 则L/D= 3.467>3 符合要求.则V =2 V+L/4=10.161m>10m且,所以结构设计合理。采用对接不但减小了结构应力集中程度,而且方便了无损检测,查《工程设备设计》表4-3,采用单面焊对接接头时接头系数第四章 结构设计4.1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 max≤D=1500mm。P静(max)=ρgh max≤ρgD=5109。

12、81.5=7497pa=0.007497MPa 则P静可以忽略不记。4.2圆筒厚度的设计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-20~48℃,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)[σ]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6~16mm,最低冲击试验温度为-20℃,热轧处理。∴ ∵ 对于低碳钢和低合金钢,需满足腐蚀裕度C2≥1mm,取C2=2mm查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-1知。

13、钢板厚度负偏差C1=0.8mm。∴ δd=δ+C2=9.47+2=11.47mm , δn=δd+C1=11.47+0.8=12.27mm 圆整后取名义厚度δn=14mm ,[σ]t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[δ]≈[σ] 试验压力: PT=1.25P =1.251.92=2.4MPa有效厚度:水压试验的应力16MnR钢制容器在常温水压实验时许可应因为,故筒体厚度满足水压实验时强度要求。4.3椭圆封头厚度的设计 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16MnR。 ∴同理。

14、选取C2=2 mm ,C1=0 .8mm 。 ∴ δn=δ+C1+C2=9.44+2+0.8=12.24 mm 圆整后取名义厚度为=14mm 跟筒体一样,选择厚度为14mm的16MnR材料合适。4.4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15,具体校核在后续章节给出。

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