50立方米液化石油气储罐的设计【说明书+CAD】
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长江大学毕业设计开题报告毕业设计开题报告题 目 名 称 50m3 液化石油气储罐的设计 院 （系） 机械工程学院 专 业 班 级 装备 10901 班 学 生 姓 名 杨 雪 静 指 导 教 师 谢 丽 芳 辅 导 教 师 谢 丽 芳 2013/4/191目录目录一、题目来源一、题目来源.2二、研究目的和意义二、研究目的和意义.2三、参考文献及名称三、参考文献及名称.2四、国内外现状及发展趋势四、国内外现状及发展趋势.3 4.1、国内外现状、国内外现状.3 4.2储罐大型化的优点储罐大型化的优点.4 4.3 储罐大型化的发展方向储罐大型化的发展方向.4五、主要研究类容、需重点研究的关键问题及解决思路五、主要研究类容、需重点研究的关键问题及解决思路.7六、完成毕业设计所必须具备的工作条件六、完成毕业设计所必须具备的工作条件.7七、设计时间安排七、设计时间安排.82一、题目来源一、题目来源所选课题的题目：50m3卧式液化石油气储罐设计课题来源:生产/社会实际二、研究目的和意义二、研究目的和意义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。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, 尤其要注意安全, 还要注意在制造、安装等方面的特点。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。所以对液化石油气的储罐要求也很严格。液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备, 常温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形贮罐。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形石油液化气贮罐,因为圆筒形石油液化气贮罐具有加工制造安装简单, 安装费用少等优点。卧式圆柱形石油液化气贮罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和负压的能力，有利于减少油品的蒸发损耗，也减少了发生火灾的危险性。它可在机械，一成批制造，然后运往工地安装，便于搬运和拆迁，机动性较好。缺点是容量一般较小，用的数量多，占地面积大。它适用于小型分配油库、农村油库、城市加油站、部队野战油库或企业附属油库。在大型油库中也用来作为附属油罐使用，如放空罐和计量罐等。由于该气体具有易燃易爆的特点，因此在设计这种储罐时，要注意安全与防火，还要注意在制造、安装等方面的特点。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。三、参考文献及名称三、参考文献及名称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3社.19993.国家经济贸易委员会. JBT4736-2002补强圈.20024.全国化工设备设计技术中心站.化工设备图样技术要求.2000.115.郑津洋、董其伍、桑芝富.过程设备设计.化学工业出版社.20016.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.20027.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.19968.蔡纪宁.化工设备机械基础课程设计指导书.化学工业出版社.2003 年9.贺匡国.化工容器及设备简明设计手册.化学工业出版社.2002 年 8 月10.邵金玲. 液化气储罐设计探讨J. 石油化工设备,199911.万倩雯. 液化石油气储罐的设计J. 河南化工,200012.焦 伟. 卧式储罐储液体积的计算J. 煤气与热力，200113.李圣明. 液化石油气储罐设计的几个问题J.山西化工,200114.王利畏. 液化石油气储罐充液高度的计算J. 科技情报开发与经济，200615.GB150-89钢制压力容器16.JB4731-2000钢制卧式容器17.劳动部.压力容器安全技术监察规程M.北京:劳动部锅炉压力容器安全杂志社,199018.郑津洋，董其伍，桑芝富主编.过程设备设计M. 北京：化学工业出版社,200519.Perry,R.H.,and Green,D. W Chemical EngineersHandbook. 6thed McGraw-Hill,1984四、国内外现状及发展趋势四、国内外现状及发展趋势4.14.1、国内外现状、国内外现状随着我国经济的快速发展,能源问题已成为制约我国经济快速发展的瓶颈。特别是最近几年,我国已成为石油净进口国,为了应对国际石油市场的波动和战略储备,国家原油战略储备库程已陆续启动和建成,同时随着石油化工工业的发展,油罐的大型化已经成为发展的必然趋势，因此开发设计大型储罐势在必行。国内大型储罐设计建造技术发展可分为四个阶段。第一阶段为整体技术引进,包括材料、设计技术及施工技术,如20 世纪80 年代中期在大庆、秦皇岛建设的10 104m3 储罐;第二阶段实现了设计技术及施工技术国产化,仅高强度材料进口,如20世纪90 年代在上海、镇海、兰州、黄岛等地建设的10 4104m3 储罐;第三阶段全面实现了国产化,从高强度材料、设计技术及施工技术,如在北京燕山建设的4 台10 104m3 储罐。第四阶段是大型储罐的设计跨入世界先进行列, 国内已设计建成15 104m3 储罐,如在江苏仪征和甘肃兰州建设的15 104m3 储罐。大型储罐在国外的发展起步较早,1962 年美国首先建成10 104m3 大型储罐;1967 年委内瑞拉建成了15 104m3 大型储罐;1971 年日本建成了16 104m3 大型储罐; 接着沙特阿拉伯建成20 104m3巨型储罐。4.24.2储罐大型化的优点储罐大型化的优点通过大量大型储罐的设计、建造和使用发现,采用大容量油罐储油具有节省钢材、减少占地面积、方便操作管理、减少油罐附件及管线长度和节省投资等优点。经过测算和比较,在总库容相同的情况下,由大型油罐组成的罐组比小型油罐组成的罐组节省投资。以某个300 万立方米的原油战略储备库为例,采用20 座15 104m3 油罐的方案比30座10 104m3 油罐的方案可节约投资近1 亿多元,经济效益非常明显。而从目前国内外的经济发展及国家需要建设大量的大型储备库情况来看,我国油罐生产的大型化,将成为发展的趋势。4.34.3 储罐大型化的发展方向储罐大型化的发展方向4.3.14.3.1设计理论、规范的选用设计理论、规范的选用目前,在国外油罐工程建设项目中,使用的主要规范有美国的 API650、英国的BS2654、日本的 J ISB 8501 等。其中广泛采用美国石油学会标准 API650。事实上,API650 标准已经成为国际上设计建造油罐的通用标准。通过对建成的大型油罐罐壁应力分析结果来看,采用 API650 标准进行设计,罐壁应力分布比较平缓,有利于提高油罐的安全性。鉴于上述原因,大型油罐采用美国石油学会标 API650 进行设计比较合理。在以上几个国家储罐的设计标准中,罐壁强度的计算公式和系数的选取上有所不同,但基本理论都是根据储液的静压力作用在罐壁上所产生的环向应力,用定点法或变点法计算罐壁的厚度罐壁的计算厚度与罐壁材料、储液密度、焊缝系数和储罐内径、高度等参数有关。设计容积一定时,其储罐直径、罐壁高度按经济尺寸,规范和法规来确定,而其它参数的选取5决定储罐的设计水平。规范中的的安全系数,从表 1 中可以看出,我的安全系数与世界发达国家相比是一致的。由于地理位置的原因,只有日本的安全系数大。规范中的焊缝系数,反映了一个国家的技术政策和技术水平,合理地确定焊缝系数是关系到储罐的安全和经济的一个重要指标。从表 1 中可以看出,规范中各国在焊缝系数选择上差异较大。储罐上的焊缝是储罐遮操作时受力的薄弱环节,分析国内外大量的储罐破坏事故,多发生在焊缝或焊缝热影响区的金属部分。在一般情况下,焊缝金属强度和母材金属强度相等,甚至超过它。但由于焊缝和焊缝热影响区受高温影响强度削弱,因此,必须采用焊缝系数补偿焊接时可能产生的强度削弱,焊缝系数与无损探伤的技术水平也是直接相关的。世界上工业发达的国家,如美国和英国取的焊缝系数 = 1。依据我国的大型储罐的制造、施工水平和无损检验水平,储罐的设计标准中取焊缝系数 = 019 还是比较符合中国的实际情况。但在设计容量大于 5 104m3 容积以上的大型油罐,我国储罐设计标准,具有一定的局限性。应借鉴国外的设计规范,罐壁焊缝系数取 = 1 比较符合中国的实际。大型储罐设计时,罐壁焊缝系数取 = 1 在技术上是可行的。规范中各国罐壁高度 H 的选取, 在SH3046 标准中 H 为罐壁高度或溢流口高度,对于浮顶罐和拱顶罐在罐壁上无溢流口,因此计算罐壁时 H 取罐壁的实际高度。而在 API650 标准中 H 为储液高度,拱顶罐和浮顶罐的罐壁实际高度要高于储液高度 1115 米,在其它参数相同时,按 SH3046 标准计算比按 API650 标准计算,每层罐壁约增加厚度 14mm。因此按 API650 标准设计大型储罐可节省投资。4.3.24.3.2材料的发展材料的发展随着油罐的大型化而产生的主要问题之一就是对材料的要求更高。为了避免底层罐壁过厚带来的整体热处理问题和解决焊接问题,对于大型油罐的设计,均采用高强度钢。在日本,10 104m3 、12104m3 、16 104m3 大型油罐普遍使用屈服强度490MPa 级的调质钢,例如SPV490Q、WEL - TEN62等。这类材料强度高、韧性好、碳当量较低、焊接性能较好。事实上,这类材料的发展和推广促进了油罐的大型化。因此,大型油罐一般采用屈服强490MPa 级的钢材。迄今为止, 国内建造的10 104m3 以上浮顶油罐大都采用490MPa 级的高强度钢材。在设计和建造方面,对使用日本的高强度钢板,国内已经积累了相当丰富的经验。油罐用国产高强度钢板目前国内钢铁企业也在开发,其中武汉钢铁(集团) 公司等单位研制的WH610D2 钢板在燕山石化公司建造的4 座10 104m3 浮顶油罐得6到工业化应用。武钢联合有关单位自主研制的WH610D2 钢板不仅具有高强度、高韧性,而且具有优良的焊接性能,尤其是能够适用于大线能量焊接工艺条件。此钢板的研制成功,结束了我国建造10 104m3 原油储罐长期依赖进口的历史局面。对于强度级别更高的材料, 如屈服强度在490MPa 以上的材料,在国内外油罐建设上很少使用,没有成熟的经验。主要原因是:一是材料的可焊接性在降低,钢板强度的提高是靠提高碳含量和合金元素来实现,其碳当量和焊接裂纹敏感性系数均在增高;其二是材料的曲强比在增大,屈服强度的提高比拉伸强度的提高要快的多,强度上的安全储备在降低,如果以拉伸强度取许用应力,其值提高的幅度不大,不能有效利用材料性能;其三是焊接接头性能和焊接材料的配套问题,钢板性能可以靠调质热处理来提高,而焊缝金属的性能只能靠提高碳含量和合金元素来实现,这样会带来焊接接头性能远低于母材性能的问题;其四是加剧罐壁与罐底连接处(即大脚焊缝) 变形不协调问题,使油罐的安全性降低。因此,目前大型油罐用材料不宜使用屈服强度超过490MPa 以上的材料。4.3.34.3.3结构结构4.3.3.14.3.3.1 罐壁结构罐壁结构油罐大型化的主要限制是罐壁钢板最大使用厚度的限制。目前国内外主要油罐规范允许的罐壁钢板最大使用厚度为45mm ,按此计算,使用屈服强度490MPa 的高强度材料所能够建造的油罐最大容量在20 万立方米以下。如何能够在不突破最大允许使用厚度的前提下增大油罐的容量,解决这一问题的途径之一就是采用双壁(或多壁) 油罐。这种双壁(或多壁) 油罐称为液力平衡式油罐,采用液力平衡原理,在内层罐壁(亦称主罐壁) 的下部外侧施加一个反向的力,从而降低内层罐壁所受的液压力,降低内层罐壁厚度。液里平衡式油罐是今后超大型油罐的发展方向之一,但其细节结构有待进一步探讨研究。4.3.3.24.3.3.2罐顶结构罐顶结构大型油罐罐顶主要有浮顶、自支撑拱顶和柱支撑锥顶等。柱支撑锥顶的直径在理论上可以做的很大,可以满足大型油罐的要求。但其结构复杂,耗钢量大,对基础沉降的要求高,容易发生腐蚀等问题,往往会带来经济性差的问题。另外,柱支撑锥顶油罐很难设置浮盘,不宜用作储存易挥发的油品。由此看来柱支撑锥顶不是大型油罐的理想顶盖。自支撑拱顶具有结构简单,耗钢量小,对基础沉降的要求低等特点,在油罐上应用普遍。自支撑拱顶主要包括带肋壳拱顶、网壳式拱顶(包括子午线网壳、短程线网壳) 、网架式拱顶、桁7架式拱顶。网架式拱顶和桁架式拱顶由于材料消耗高、经济性差等原因,很少在油罐上使用。带肋壳拱顶适用于直径小于40 米的油罐,不适合用于大型油罐。网壳式拱顶最适合用于大型油罐罐顶,具有结构简单、耗钢量小、施工简单等特点。钢制网壳式拱顶技术在国内得到了比较快的发展,计算理论和计算程序都比较成熟。目前国内已经建成5 万立方米的钢制网壳式拱顶油罐(直径60 米) 。铝制网壳式拱顶是一项新的技术,具有结构简单、安装方便、耐腐蚀、免维护、整体成本低等特点,在发达国家得到了广泛的使用,其设计技术、制造技术、安装都比较成熟,是大型拱顶的发展方向之一。国内此项技术处于起步阶段。五、主要研究类容、需重点研究的关键问题及解决思路五、主要研究类容、需重点研究的关键问题及解决思路1.主要研究类容：储罐的几何特征设计、壳体的边缘问题、旋转壳体的变形与物理问题、罐体的自增强、加强圈的设计、封头的设计、环墙内力分析与配筋计算等等。2.重点研究的问题及其解决思路：储罐的几何特征参数的确定要根据生产要求以及地理状况作出正确判断，可以参照以往的设计方案再加上要求进行确定；壳体的边缘应力分布呈现出突变与不均匀性，对于支撑圈有很大影响，应该分析边缘应力，以便正确计算支撑圈的尺寸；壳体受压力变形因此对材料有要求，利用无力矩理论对壳体应力分析；3.解题过程：（1）工艺设计，包括压力容器的容量和工作压强温度的设定（2）机械设计，包括筒体和封头的设计、接管和接管法
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