液化石油气课程设计.docx

前言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, 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, 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。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。第一章 设计参数的选择1.1 原始数据：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1.61MPa4工作温度-20-505公称直径3300mm6公称容积557装量系数0.98工作介质液化石油气（易燃）9其他要求100%探伤1.2 设计压力设计压力取工作压力的1.1倍，即P=1.1*1.61MPa=1.771MPa1.3 设计温度设计温度取501.4主要元件材料的选择1.4.1 筒体材料的选择：查表得，选用筒体材料为16MnR。此外16Mn比较经济，所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。钢板标准号为GB6654-19961.4.2 鞍座材料的选择：根据JB/T4731,鞍座选用材料为Q235-B，其许用应力1.4.3 地脚螺栓的材料选择：地脚螺栓选用符合GB/T 700规定的Q235，Q235的许用应力第二章 容器的结构设计2.1、圆筒厚度的设计该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为。假设圆筒的厚度在616mm范围内，查GB150-2011中表，可得：疲劳极限强度，屈服极限强度，下利用中径公式，n=PDi2-0.5P=1.7713300mm21170MPa-0.51.771MPa=17.23mm钢板厚度负偏差,在无特殊腐蚀情况下，查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定表7-5知，对于有轻微腐蚀的介质，腐蚀裕量则筒体的名义厚度n17.23mm+1mm+0.8mm=19.03mm圆整后，取n=20mm2.2、封头壁厚的设计查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表1，得公称直径DN=D=3300mm选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，取 ，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式计算：n=PDi2t-0.5P=1.7713300mm21170MPa-0.51.771MPa=17.23mm同上，取,C1=0.8mm 封头的名义厚度n17.23mm+0.8+1mm=19.03mm圆整后，取封头的名义厚度n=20mm封头记做 EHA330016-16MnR JB/T47462.3筒体和封头的结构设计由封头长短轴之比为2，即,得hi=Di4=3300mm4=825mm封头的容积：查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA和B.2 EHA表椭圆形封头内表面积、容积，质量，见表。表1 封头尺寸表公称直径DN mm总深度H mm内表面积A 容积质量Kg330086512.21955.04631883.2 而充装系数为0.9计算容积V=DL+2*V=61m即 V计0.9=43.32L+25.0463算得L=6.74m圆整后，取L=6.8m2.4人孔的选择根据HG/T 21517-20055，查表3-3，选用凹凸面的法兰，其明细尺寸见表3-2：表3-2 人孔尺寸表 单位：mm密封面型式凹凸面MFMD6702324公称压力PN MPa1.062028螺柱数量20公称直径DN500250A365螺母数量40103B175螺柱尺寸db28L250总质量kg1532.5接管、法兰、垫片和螺栓（柱）2.5.1接管和法兰 3.5.2 法兰的选择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。根据设计压力1.77MPa，以及液化石油储罐的的形状，查HTG 205922009钢制管法兰表3.1.4，选用PN=6MPa带颈平焊法兰（SO），根据HTG 205922009钢制管法兰表8.1.1查得，PN=6MPa时，液位计口选接管公称直径32mm，压力表口，温度计口选接管公称直径20mm，其余管口可选接管公称通径DN=80mm。如图33所示。由介质特性和使用工况，查密封面形式的选择，查HTG 205922009钢制管法兰表3.2.2，选择密封面形式为突面（RF）。由于带颈的法兰应采用锻（或锻轧工艺）件和铸（钢）件制作，不得采用钢板，拼焊或板卷等工艺制作，查HTG 205922009钢制管法兰表4.0.1，接管法兰材料选用16MnD。根据各管公称直径，查HTG 205922009钢制管法兰表8.2.21得各法兰的尺寸。见表33。图33 表33部件公称直径DN钢管外径A1连接尺寸法兰厚度C法兰内径B1法兰颈法兰高度HAB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（个)螺栓ThABNRAB排污口8088.989190150184M161690.591110110834气相平衡口8088.989190150184M161690.591110110834气相口8088.989190150184M161690.591110110834出液口8088.989190150184M161690.591110110834进液口8088.989190150184M161690.591110110834液位计口3242.23812090144M121443.5396060626温度计口2026.9259065114M101427.5264040424压力表口2026.9259065114M101427.5264040424安全阀口8088.989190150184M161690.591110110834排空口8088.989190150184M161690.5911101108343.5.3接管的选择接管外径的选用以B国内沿用系列（公制管）为准，对于公称压力0.25MPaPN25MPa的接管，查压力容器与化工设备实用手册普通无缝钢管，选材为16MnD，接管的尺寸如下表34所示 表34 接管尺寸表 名称公称直径管子外径数量管口伸出量管子壁厚伸长量质量排污管8089115041.26气相平衡管8089115041.26气相管8089115041.26出液管8089115041.26进液管8089115041.26液位计管323821003.50.447温度计管2025110030.244压力表管2025110030.244安全阀管8089115041.26排空孔8089115041.26人孔500520120085.24排污口8089115041.262.5.2垫片查HG/T 20609-20097，得各管口的垫片尺寸如表3-4：表3-4 垫片尺寸表管口名称公称直径内径D1外径D2进料口80109.5142出料口80109.5142排污口80109.5142人孔500561624液位计口3261.582温度计口2045.561压力表口2045.561安全阀口80109.51422.5.3螺栓（螺柱）的选择查HG/T 20613-20098中表5.0.7-11和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸如表3-5：表2-5 螺栓及垫片名称紧固件用平垫圈 mm公称直径螺纹螺柱长H进料口80M169217303出料口80M169217303排污口80M169217303人孔500液位计口32M168517303温度计口20M127513242.5压力表口20M127513242.5安全阀口80M169217303排空口50M1690173032.6鞍座选型和结构设计2.6.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍式支座，初步选用轻型鞍座，材料选用Q235-B。估算鞍座的负荷：储罐总质量 （3-3）筒体质量： m1=DL=3.14*3.3*6*0.02*7.85*103=9761kg单个封头的质量，m2 =1883.2kg充液质量：，水压试验充满水，故取介质密度为， V=V筒+2V封=4DiDiL+2V封=43.33.36+25.0463=61.4 m3则 m3=水V=100061.4kg=61400kg附件质量：人孔质量为，其他接管总和为200kg m4=353kg综上所述， m=m1+2m2+m3+m4=9761+2*1883.2+61400+352=75279.4kg则每个鞍座承受的质量为37639.7kg，即为368.86KN。查JB4712.1-20079表1，优先选择轻型支座。查9中表2，得出鞍座尺寸如表2-6：表2-6 鞍座尺寸表公称直径DN3300腹板22垫板100允许载荷QkN3044筋板45214鞍座高度h2500330e80底板2760425螺栓间距225038016鞍座质量Kg96222垫板弧长4900增加100mm增加的高度Kg792.6.2鞍座的安装位置根据2中6.1.1规定，应尽量使支座中心到封头切线的距离A小于等于，当无法满足A小于等于时，A值不宜大于。为圆筒的平均内径。Ra=Di2+n2=33002+202=1660mm L=L0+2h=L0+2(H-hi)=50900+2*(890-850)=6800mm即A0.5Ra=0.5*1660=830mm取鞍座的安装位置如图所示：第三章 开孔补强设计根据GB150知该储罐中只有人孔需要补强。3.1、补强设计方法判别其中开孔直径dDi2=33002=1650mm故可以采用等面积法进行开孔补强计算接管材料选用16MnR，其许用应力根据GB150-1998中式8-1，壳体开孔处的计算厚度=17.23mm接管的有效厚度强度削弱系数， 所以A=d+2et(1-fy)=502*17.23=8649.4mm23.2有效补强范围3.2.1有效补强按GB150中式8-7，得：B2=d+2n+2nt=502+2*20+2*12=5663.2.2外侧有效高度根据GB150中式8-8，得：3.2.3内侧有效高度根据GB150-1998中式8-9，得：3.3、有效补强面积根据GB150中式8-10 式8-13，分别计算如下：3.3.1 筒体多余面积A1=(B-d)( -)-2t(-)(1-fy)=(1004-502)(18.2-17.23)-0=486.9454mm23.3.2接管的多余面积A2=2h1（ett）fr+2h2（etC2）f2=2h1(ntCt2)tft=2*77.6（18.2-17.23）*1=150.54mm23.3.3焊缝金属截面积焊角去6mm3.4、补强面积AE=A1+A2+A3=486.9454.54+150.54+36=673.48mm2因为，所以开孔需另行补强另行补强面积为A4A-AE8649.4-673.48=7975.92mm2第四章 各部分应力计算及校核4.1、钢制卧式容器钢制卧式容器计算单位计 算 条 件 简 图设计压力 p1.771MPa设计温度 t50筒体材料名称16MnR(正火)封头材料名称16MnR(正火)封头型式椭圆形筒体内直径Di3300mm筒体长度 L6400mm筒体名义厚度 dn20mm支座垫板名义厚度 drn8mm筒体厚度附加量 C2mm腐蚀裕量 C10.8mm筒体焊接接头系数 F1封头名义厚度 dhn20mm封头厚度附加量 Ch2mm鞍座材料名称Q235-A.F鞍座宽度 b240mm鞍座包角 120支座形心至封头切线距离 A1180mm鞍座高度 H250mm地震烈度 低于7度4.2内压圆筒校核内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.771MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 3300.00mm材料 16MnR(正火) ( 板材 )试验温度许用应力 s 170.00MPa设计温度许用应力 st 170.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 17.23mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 18.2mm名义厚度 dn = 20.00mm重量 5546.95Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 2.01 MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 154.68 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.93182MPa设计温度下计算应力 st = = 140.62MPastf 170.00MPa校核条件stf st结论 合格4.3封头校核封头计算计算单位 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.771MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 3300mm曲面高度 hi 525.00mm材料 16MnR(正火) (板材)试验温度许用应力 s 170.00MPa设计温度许用应力 st 170.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 100mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 17.32mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 19mm最小厚度 dmin = 3.15mm名义厚度 dn = 20.00mm结论 满足最小厚度要求重量 545.22 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.849MPa结论 合格4.4卧式容器（双鞍座）计算校核卧式容器（双鞍座）计算单位计 算 条 件 简 图 计算压力 pC1.771MPa 设计温度 t50 圆筒材料16MnR(正火) 鞍座材料Q235-A.F 圆筒材料常温许用应力 s170MPa 圆筒材料设计温度下许用应力st170MPa 圆筒材料常温屈服点 ss345MPa 鞍座材料许用应力 ssa147MPa 工作时物料密度 500kg/m3 液压试验介质密度 1000kg/m3 圆筒内直径Di3300mm 圆筒名义厚度 20mm 圆筒厚度附加量 1mm 圆筒焊接接头系数 1 封头名义厚度 20mm 封头厚度附加量 Ch1mm 两封头切线间距离 7680mm 鞍座垫板名义厚度 8mm 鞍座垫板有效厚度 8mm 鞍座轴向宽度 b240mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心至封头切线距离 A1180mm 封头曲面高度 525mm 试验压力 pT2.01MPa 鞍座高度 H250mm4.5支座反力计算腹板与筋板(小端)组合截面积 9216 腹板与筋板(小端)组合截面断面系数442368 地震烈度0 配管轴向分力 0圆筒平均半径 1057 物料充装系数 0.9支 座 反 力 计 算 圆筒质量(两切线间)5605.49 封头质量(曲面部分)532.399 附件质量0 封头容积(曲面部分)1.21226e+09 容器容积(两切线间)V = 2.9025e+10 容器内充液质量工作时, 13061.3压力试验时, = 29025 耐热层质量0总质量工作时, 19731.5压力试验时, 75279单位长度载荷23.1033 41.795支座反力96803 175121175121筒 体 弯 矩 计 算圆筒中间处截面上的弯矩工作时= 6.09698e+07压力试验= 1.10297e+084.6圆筒轴向应力计算支座处横截面弯矩工作时 -2.07651e+07压力试验 -3.75651e+07Nmm系 数 计 算K1=0.106611K2=0.192348K3=1.17069K4=K5=0.760258K6=0.0528518筒 体 轴 向 应 力 计 算轴向应力计算操作状态 79.9305 83.1066MPa -1.44829 -2.5644MPa水压试验状态 -2.61869 -4.63913MPa 91.8044 97.5501水平分力35641N腹板水平应力计算高度250mm鞍座腹板厚度8mm鞍座垫板实际宽度8mm鞍座垫板有效宽度8mm腹板水平应力无 垫 板 或 垫 板 不 起 加 强 作 用 , 17.8205垫板起加强作用, MPa应力判断 s9 s sa = 93.3333 合格MPa第五章 储罐的使用及安全措施5.1 压力容器的安全管理压力容器使用单位的安全管理工作主要包括以下内容：（1）贯彻执行本规程和压力容器有关的法律、法规、安全技术规范；（2）建立健全压力容器安全管理制度，制定压力容器安全操作规程；（3）办理压力容器使用登记，建立压力容器技术档案；（4）负责压力容器的设计、采购、安装、使用、改造、维修、报废等全过程管理；（5）组织开展压力容器安全检查，至少每月进行一次自行检查，并且作出记录；（6）实施年度检查并且出具检查报告；（7）编制压力容器的年度定期检验计划，督促安排落实特种设备定期检验和事故隐患的整治；（8）向主管部门和当地安全监察机构报送当年压力容器数量和变更情况的统计报表，压力容器定期检验计划的实施情况，存在的主要问题及处理情况等；（9）按规定报告压力容器事故，组织、参加压力容器事故的救援、协助调查和善后处理；（10）组织开展压力容器作业人员的教育培训；（11）制定事故救援预案并组织演练。5.2 压力容器操作规程压力容器的使用单位，应当在工艺操作规程和岗位操作规程中，明确提出压力容器安全操作要求，其操作规程至少包括以下内容：（1）操作工艺参数（含工作压力、最高或者最低工作温度）；（2）岗位操作法（含开、停车的操作程序和注意事项）；（3）运行中重点检查的项目和部位，运行中可能出现的异常现象和防止措施，以及紧急情况的处置和报告程序。5.3 异常情况处理 应急措施压力容器发生下列异常现象之一时，操作人员应当立即采取紧急措施，并且按规定的报告程序，及时向有关部门报告：