液氯储罐项目设计方案.doc

液氯储罐项目设计方案第二部分课 程 设 计 任 务 书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最高工作压力1.9184MPa由介质温度确定4工作温度-20485公称容积（Vg）10/20/25/40/50M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)0.98工作介质液化石油气（易燃）9使用地点室外10安装与地基要求储罐底壁坡度0.010.0211其它要求接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称aDN500MFM液位计接口bDN20HG20595-97MFM放气管cDN20HG20595-97MFM人 孔dDN80HG20595-97MFM安全阀接口eDN80HG20595-97MFM排污管fDN20HG20595-97MFM液相出口管gDN80HG20595-97MFM液相回流管hDN80HG20595-97MFM液相进口管iDN80HG20595-97MFM气相管jDN80HG20595-97MFM压力表接口kDN80HG20595-97MFM温度计接口过程设备课程设计指导书1课程设计任务书课程设计任务书（一）课程设计题目： （ 35 ）M3液化石油气储罐设计课程设计要求及原始数据（资料）：一、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.广泛查阅和综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。3.设计计算采用电算，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.工程图纸要求计算机绘图。5.毕业设计全部工作由学生本人独立完成。二、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最高工作压力MPa由介质温度确定4工作温度-20485公称容积（Vg）10/20/25/40/50M36工作压力波动情况可不考虑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其它要求主要参考资料：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，20015 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，1996 第一章 一 综述介质特性 1.1主要成分液化石油气是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品。 主要成分： 乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等。但根据石油原产地和化工厂生产中某些因素的不同，其主要成分的组分也有所不同。由于催化裂解比热裂解有更多地优势，故液化石油气主要成分含量取催化裂解下的数值。液化石油气是从石油的开采、裂解、炼制等生产过程中得到的副产品。液化石油气是碳氢化合物的混合物，其主要成分包括：丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、丁烷（C4H10）、丁烯（C4H8）和丁二稀（C4H6），同时还含有少量的甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、戊烷（C5H12）及硫化氢（H2S）等成分。从不同生产过程中得到液化石油气，其组成有所差异。在常压条件下，液化石油气C3、C4成分的沸点都低于常温，容易汽化为气体，由于C5以上成分的沸点较高，在C3、C4等汽化之后仍以液态残留在容器之中，因此称为残液。我国民用液化石油气残液含量较高。取大致的组分比例，如下表所示表1-1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0.012.2549.323.4821.963.791.190.02 2太原最近十年极端温度及设计温度 由表可知储罐在太原市室外工作温度可取2550 1. 3设计压力该储罐用于液化石油气储配供气站，因此属8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。故在常温低压下适用于道尔顿分压定律表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丙烷丙烯正丁烷异丁烷1-丁烯顺式2-丁烯反式2-丁烯异丁烯-200.2320.3020.0450.0690.05600.0620-100.3320.4150.0670.1050.0840.0560.0640.08700.4570.5640.1000.1500.1250.0850.0950.128250.9331.110.2350.3350.2890.2070.2270.291501.711.990.4810.6560.5830.4310.4660.587t=50时，有1.9184MPa4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，单,面焊接系数取0.9，盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为：W=Vt=0.935580=18319.068t 二 设计参数确定 2.1筒体设计查GB150-1998，为了有效的提高筒体的刚性，一般取L/D=36，为方便设计，此处取 L/D=4 公称容积为35，所以有 则可知D=2.2334m,D2233mm,圆整得D=2300mm 2.2封头设计对于承受内压，且设计压力Pc=1.9184MPa4MPa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且以内径为基础选用EHA易知，其中得到L=7577mm有D=2300，所以，显然比较接近，故结构合理 2.3液柱静压力根据设计为卧式储罐，所以储存液体最大高度所以有显然静压力可以忽略 2.4圆筒厚度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-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）如图所示，选用16MnR为筒体材料,在工作温度（t100),t=170MPa。，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625mm，最低冲击试验温度为-20，热轧处理。中径公式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。， 圆整后则有效厚度可知名义厚度取该值合理 2.5椭圆封头厚度设计为减小局部应力，减小两连接件之间的刚度差，封头材料可选择16MnR其厚度公式为选取C2=2 mm ，C1=0 mm 易知圆整后取名义厚度为18mm所以选择厚度为18mm的16MnR材料合理 2.6接管和法兰设计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，可选接管公称通径DN=80mm。根据设计压力PN=1.9184MPa，查HG/T 20592-97钢制管法兰表4-4，选用PN=2.5MPa带颈对焊法兰（WN）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1.04.0MPa，接管法兰材料选用16MnR。根据各接管公称通径，查表4-4得各法兰的尺寸。筒体整体、接管、人孔分布图表3-1法兰尺寸序号名称公称通径DN钢管外径B连接尺寸法兰厚度C法兰高度H法兰颈NSR法兰理论质量kg法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓ThBa人孔500b温度计口202510575144M121626403.2641.05c压力计口202510575144M121626403.2641.05d排空口8089200160188M2024581105.61265.03e 排空口8089200160188M2024581105.61265.03f液位计口202510575144M121626403.2641.05g排污口8089200160188M2024581105.61265.03h气相平衡管8089200160188M2024581105.61265.03i气相口8089200160188M2024581105.61265.03j进液口202510575144M121626403.2641.05k出液口8089200160188M2024581105.61265.03 2.7垫片的选择由设备设计144页可知垫片选用柔性石墨复合垫所以垫片选用凹凸型（MFM)垫片厚度取1.5得对应垫片尺寸如表所示 表3-3垫片尺寸符号管口名称公称直径DN(mm)内径D1(mm)外径D2(mm)厚度(mm)a人孔5005305751.5b温度计口2027501.5c压力计口2027501.5d安全阀80891201.5e排空口80891201.5f液位计口2027501.5g排污口80891201.5h气相平衡管80891201.5i气相管80891201.5j液相进口80891201.5k液相出口80891201.5 2.8螺栓的选择 根据密封所需压紧力大小计算螺栓载荷，选择合适的螺柱材料。计算螺栓直径与个数，按螺纹和螺栓标准确定螺栓尺寸。选择螺栓材料为Q345。查钢制管法兰、垫片、紧固件中表5.0.07-9和附录中标A.0.1，得螺柱的长度和平垫圈尺寸：图3-4双头螺柱图3-5螺母表3-4 螺栓及垫圈尺寸名称管口名称公称直径螺纹螺柱长紧固件用平垫圈 mmd1d2hab温度计口20M127513242.5c压力计口20M127513242.5d安全阀80M2010017303e排空口80M2010017303f液位计口20M127513242.5g排污口80M2010017303h气相平衡管20M127513242.5i气相管80M2010017303j液相进口80M2010017303k液相出口80M2010017303 2.9人孔的设计筒体长度7600D，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6mm根据GB-150，JB/T4736-2002，补强圈焊接形式D型， D1=d0+(612)。表3-6 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）500840540615.6 2.11试镜设计查HG/T21619-1986压力容器视镜，所选视镜玻璃用钢化硼硅玻璃，衬垫为石棉橡胶板，压紧环、接缘、螺栓、螺母所用材料为A3，视镜的尺寸如下表： 表3-6视镜尺寸公称直径公称压力DD1b1b2H螺柱重量标准图图号数量直径不锈钢502.451301003426846M125.1HGJ501-86-13 2.12液面计设计由于储罐工作温度为-2048，查压力容器与化工设备实用手册，选取磁性液面计。磁性液面计 2.13安全阀设计由操作压力P=1.9184MPa，工作温度为-2048，盛放介质为液化石油气体。选择安全阀的公称压力PN=25kg/cm2，最高工温度为150，材料为可锻铸件的弹簧微启式安全阀，型号为A41H-25。公称直径DN=80mm。 2.14鞍座选型和结构设计该卧式容器采用双鞍座式支座，根据工作温度为-2050，按JB/T 4731-2005 表5-1选择鞍座材料为16MnR，使用温度为-20250，许用应力为sa= 170MPa。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16MnR普通碳素钢，取 =7.85103kg/m3 m1=DL=2.37.61810-37.85103=7759.495kgm2为单个封头的质量：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=839.3kg 。m3为充液质量：液化石油气 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 47987.4N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 10307.8 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 551.6mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 939.6mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 606.5NLD= L A+ 0.51 = 22.5mmMD= FD LD = 13645.3N.mm作FG = Fp = 8055.3NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 18.2mmMG= FG LG = 147009.2N.mmMpFT = F-FD = 1640.9NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 22.9mmMT= FT LT = 37534.5N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 198189.1N.mm预紧 MaW = 64866.1NLG = 18.2mmMa=W LG = 1183805.5N.mm计算力矩 Mo= Mp 与Masft/sf中大者 Mo = 1183805.5N.mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 = 58.9mm最小间距 46.0 (查GB150-98表9-3)mm最大间距 67.4mm 形 状 常 数 确 定7.07h/ho = 2.5 K = Do/DI = 5.250 4.0由K查表9-5得T=0.845Z =1.075Y =1.162U=1.277整体法兰查图9-3和图9-4FI=0.51180VI=0.025250.07238松式法兰查图9-5和图9-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查图9-7由 d1/do 得f = 1.00000整体法兰 = 2236.0松式法兰 = 0.01.8=f e+1 =2.16g = y/T = 2.552.54 = 4.39剪应力校核计 算 值许 用 值结 论预紧状态 0.00MPa操作状态 0.00MPa输入法兰厚度f = 16.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 89.99MPa =255.0 或 =407.5( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取 ) 校核合格径向应力 134.14MPa = 170.0校核合格切向应力 124.53MPa = 170.0校核合格综合应力 = 112.07MPa = 170.0校核合格法兰校核结果校核合格窄面整体(或带颈松式)法兰计算计算单位设 计 条 件简 图设计压力 p1.931MPa计算压力 pc1.931MPa设计温度 t50.0 C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳材料名称16MnR(热轧)体许用应力 163.0MPa法材料名称16MnR(热轧)许用sf163.0MPa兰应力stf163.0MPa材料名称Q235-A螺许用sb87.0MPa应力stb83.6MPa栓公称直径 d B20.0mm螺栓根径 d 117.3mm数量 n8个Di80.0Do200.0垫 结构尺寸Db160.0D外120.0D内89.004.5 mmLe20.0LA25.0h22.0115.0材料类型软垫片N15.5m3.00y(MPa)69.0压紧面形状1a,1bb7.04DG105.9片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= ( D外+D内 )/2b0 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 161704.3N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 44174.2 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 1858.7mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 1879.2mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 9703.4NLD= L A+ 0.51 = 32.5mmMD= FD LD = 315359.0N.mm作FG = Fp = 27144.1NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 27.0mmMG= FG LG = 734064.9N.mmMpFT = F-FD = 7304.3NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 33.5mmMT= FT LT = 244852.7N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 1294276.6N.mm预紧 MaW = 162596.9NLG = 27.0mmMa=W LG = 4397143.0N.mm计算力矩 Mo= Mp 与Masft/sf中大者 Mo = 4397143.0N.mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 = 62.8mm最小间距 46.0 (查GB150-98表9-3)mm最大间距 81.1mm 形 状 常 数 确 定18.97h/ho = 1.2 K = Do/DI = 2.500 3.3由K查表9-5得T=1.339Z =1.381Y =2.251U=2.474整体法兰查图9-3和图9-4FI=0.65061VI=0.060920.03429松式法兰查图9-5和图9-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查图9-7由 d1/do 得f = 1.00000整体法兰 = 15601.0松式法兰 = 0.00.9=f e+1 =1.82g = y/T = 1.362.10 = 2.25剪应力校核计 算 值许 用 值结 论预紧状态 0.00MPa操作状态 0.00MPa输入法兰厚度f = 24.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 91.54MPa =244.5 或 =407.5( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取 ) 校核合格径向应力 89.05MPa = 163.0校核合格切向应力 91.84MPa = 163.0校核合格综合应力 = 91.69MPa = 163.0校核合格法兰校核结果校核合格开孔补强计算计算单位接 管: #, 53018计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.931MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2300mm壳体开孔处名义厚度n18mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t163MPa 接管实际外伸长度300mm接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn(热轧)接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称16MnR(热轧)凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径840mm补强圈厚度18mm接管厚度负偏差 C1t 2.25mm补强圈厚度负偏差 C1r 0mm接管材料许用应力t163MPa补强圈许用应力t163MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 15.24mm接管计算厚度t2.944 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d502.5mm补强区有效宽度 B1005 mm接管有效外伸长度 h195.11mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 7659mm2壳体多余金属面积 A1381.5 mm2接管多余金属面积 A22055mm2补强区内的焊缝面积 A336 mm