过程设备设计(仅供参考)

1、 目录课程设计任务书 2 一 、储罐设计参数的确定 1、物料的物理特性和化学特性 4 2、设计温度、设计压力 4 3、储罐类别的确定 5 4、储罐存储量的计算 5二、工艺设计 1、确定储罐的工艺尺寸 5三、结构设计 1、液柱静压力 6 2、圆筒厚度的设计 6 3、椭圆封头厚度的设计 6 4、接管，法兰，垫片和螺栓的选择 6 4.1、接管和法兰 6 4.2 垫片的选择 8 4.3 螺栓（螺柱）的选择 9 5、人孔的设计 10 5.1人孔的选取 10 5.2人孔补强圈设计 11 6、液面计设计 13 7、安全阀设计 14 8、鞍座选型和结构设计 8.1鞍座选型 15 8.2 鞍座位置的确定16 9

2、、焊接接头的设计17四、强度设计 1、水压试验校核压力的确定 18五、结束语1919 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： 25M3液化石油气储罐设计课程设计要求及原始数据（资料）：1 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. 设计计算尽量采用电算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，正确掌握计算机操作和专业软件的使用。4. 工程图纸要求尽量采用计算机绘图。5. 课程设计全部工作由学生本人独立完成。2. 原始数据： 设计

3、条件表序号项目数值单位备注1名称液化石油气储气罐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）25M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数（）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其他要求 管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称液位计接口放气管人孔安全阀接口排污管液相出口管液相回流管液相进口管气相管压力表接口温度计接口课程设计主要内容：1. 设备工艺设计2. 设备结构设计3. 设备强度计算4. 技术条件编制5. 绘制设备总装配图6. 编制设计说明书学生应交出的设计

4、文件（论文）：1. 设计说明书一份2. 总装配图一张（折合A1图纸一张）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，1996一 、储罐设计参数的确定 1、物料的物理特性和化学特性液化

5、石油气的易燃易爆，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。密度取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。取其大致比例如下：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：各温度下各组分的饱和蒸气压力温度，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.

6、1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.00112、设计温度、设计压力 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-2048. 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,则在低温状态下,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。 该储罐用于液化石油气储配供气站，属

7、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，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：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-2500.0290.09460.0140.00880.000950.0000830-2000.0310.1270.01760.01050.001140.0001090000.0530.22040.03590.02240.001290.00025602000.0840.3940.0690.0450.002880.0006305000.

8、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）<P液化气(1.25901)<P丙烷（1.744）当液化石油气在50时的饱和蒸汽压力高于异丁烷在50时的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，则取50时丙烷的饱和蒸汽压力作

9、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1.051.1倍的最高工作压力。则Pc=1.1×1.744=1.9184MPa。3、储罐类别的确定 储存量25m3小于100m3，Pc>0.1所以采用卧式储罐。化工行业储罐常有薄壁圆筒构成。4、储罐存储量的计算 W=Vt=0.9×25.185×0.58=13.147t二、工艺设计1、确定储罐的工艺尺寸根据Vg=V筒体+2V封头V筒体V筒体= 取D=1997mm 圆整后D=2000mm>1000mm，所以选用单层卷焊。通过D查标准JB/T4746-2002 钢制压力容器用封头选取EHA标准椭圆形封

10、头即：=2 h=25mm 公称直径DN /mm总深度H /mm内表面积A/容积/20005254.49301.1257 椭圆形封头由2V +L筒/4=25 得L筒=7240mm圆整得 L筒=7300mm 则L/D= 3.65 符合要求.则V =2 V+L/4=25.185 m>25m 符合要求7% 符合设计要求三、结构设计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 maxD=2000mm。P静（max）=gh maxgD=580×9.8×2.0=11.368Kpa 则P静可以忽略不记。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

11、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）t=189MPa。根据GB150，初选厚度为625mm，最低冲击试验温度为-20，热轧处理。 =11.35mm 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=-0.3mm。 d=+C2=11.35+2=13.35mm ， n=d+C1=13.35-0.3=13.05mm 圆整后取名义厚度n=14 ，t没有变化，故取名义厚度14mm合适。3、 椭圆封头厚度的设

12、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，选取C2=2 mm ，C1= -0.3 mm 。 n=+C1+C2=11.316-0.3+2=13.016mm 圆整后取名义厚度为n=14mm 跟筒体一样，选择厚度为14mm的16MnR材料合适。4、接管，法兰，垫片和螺栓的选择 4.1、接管和法兰 液化石油气储罐应设置液位计接口、放气管、人孔、安全阀接口、排污管、液相口管、 液相回流管、液相进口管、气相管、压力表接口、温度计接口。 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带颈平焊法兰（SO）

13、，其优点为在引进的液化石油气装置中广泛使用。采用填角焊接结构，现场安装方便。对施工单位可省略焊缝拍片的工序。 由介质的特性与使用工况，查表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，查表得各法兰的尺寸。 筒体整体、接管、人孔分布图 带颈平焊钢制管法兰法兰尺寸如表：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法兰颈法兰内径B1坡口宽度b法兰理论质量kgR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ThB系列a液位计口323812090144M121426603951.325b放气管8

14、089190150188M1618341109163.326d安全阀口8089190150188M1618341109163.326e排污口8089190150188M1618341109163.326f液相出口8089190150188M1618341109163.326g液相回流管8089190150188M1618341109163.326h液相进口8089190150188M1618341109163.326i气相管8089190150188M1618341109163.326j压力表口20259065114M121424402640.664k温度计口20259065114M12142

15、4402640.664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0.25PN25MPa的接管，选材料为16Mn的无缝钢管。对应的管子尺寸如下如表： 管子尺寸序号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（kg）a液位计管323821003.50.447b放气管8089115041.26d安全阀8089115041.26e排污口8089115041.26f液相出口8089115041.26g液相回流管8089115041.26h液相进口8089115041.26i气相管8089115041.26j压力表口202519030.244k温度计口202519030.2444.

16、2 垫片的选择查钢制管法兰、垫片、紧固件，表4.0.2-3凹凸面法兰用MFM型垫片尺寸，根据设计压力为Pc=1.9184MPa，采用内含棉纤维橡胶板，选择法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。由HG/T2059220635-2009钢制管法兰、垫片和紧固件得对应垫片尺寸如表： 凹凸面型垫片 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液位计口3243653b放气管80891203c人孔500891203d安全阀80891203e排污口80891203f液相出口80891203g液相回流管80891203h液相进口80891203i气相管2027503

17、j压力表口2027503k温度计口20275034.3 螺栓（螺柱）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40MnB。由于介质为易燃介质，所以选用专用级全螺纹螺柱，型六角螺母。查钢制管法兰、垫片、紧固件得螺柱的长度和平垫圈尺寸：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 mmd1d2ha液位计管32M126513242.5b放气管80M168017303d安全阀80M168017303e排污口80M168017303f液相出口80M168017303g液相回流管80M

18、168017303h液相进口80M168017303i气相管80M168017303j压力表口20M126513242.5k温度计口20M126513242.55、人孔的设计 5.1人孔的选取根据Pn、Dn、及介质易燃性，可选回转盖带颈对焊法兰人孔，由使用地为太原市室外，确定人孔的公称直径DN=500mm，以方便工作人员的进入检修。配套法兰与上面的法兰类型相同，根据HG/T 21518-2005回转盖带颈对焊法兰人孔，查表3-1，由PN=2.5MPa选用凹凸面的密封形式MFM，采用35CrMoA等长全螺纹螺柱连接。因为7300mm>6000mm，所以设计两个人孔。其明细尺寸见下表：回转盖

19、带颈对焊法兰人孔人孔尺寸表密封面形式公称压力公称直径dw×sdDbABL螺柱数量螺母数量螺柱尺寸总质量kg凹凸面2.5MPa500530×12506730660280123444348405200300302040M33×2×1803025.2人孔补强圈设计： 补强圈（1） 补强设计方法判别 设：厚度附加量c=1mm 开孔直径d=di+2c=500+2×1=502mm d<=667mm 故可以采用等面积法进行开孔补强计算。 人孔接管材料选择16MnR，其许用应力=189MPa 根据GB-150-1998中，A=d+2et（1-fr） 其中

20、，壳体开孔处的计算厚度=11.316mm 接管的有效厚度：et=nt-c1-c2=14-2+0.3=12.3mm 强度虚弱系数fr=1 所需补强面积为：A=d+2et（1-fr）=502×11.316=5680.632mm（2） 补强范围 补强圈有效厚度B的确定： 按GB150式8-7得 B1=2d=2×502=1004mm B2=d+2n+2nt=502+2×14+2×14=558mm B=MAX（B1，B2）=1004mm 外侧有效高度h1的确定 根据GB150中式8-8得：h1= h1=接管实际外伸高度=H1=270mm h1=MAX(h1,h2)

21、=270mm 内侧有效高度h2的确定 根据GB150-1998中式8-9得：h2= h2=0 h2=min(h2,h2)=0(3) 有效补强面积 根据GB150中式8-108-13，分别计算如下： Ae=A1+A2+A3 A1=(B-d)（）-2=（1004-502）（123-11.316）=493.968mm A2=2h1()fr-2h2()fr=0 焊角取6.0mm A3=Ae=A1+A2+A3=493.968+0+36=529.968mm2Ae<A=5680.632mm2,所以开孔需另行补强。A4=A-Ae=5680.632-529.968=5140.664mm根据DN500取补强

22、圈外径D=900<B，所以在有效补强范围。选择D型补强圈结构，补强圈内径d=500+28+12=540mm接管公称直径DN外径D2内径D1厚度（）重量Kg5009005401436.3补强圈厚度： 圆整取名义厚度为14mm ·6、液面计设计Pn=1.918MPa，工作温度-20-48，液相密度580Kg/m3故选用磁性液面计。图3-9磁性液面计7、 安全阀设计图3-10安全阀由操作压力P=1.9184MPa，工作温度为-20-48，盛放介质为液化石油气。选择安全阀的公称压力PN=40kg/cm2，材料为可锻铸件的弹簧封闭式安全阀，型号为A41H-40，公称直径DN=80mm。8

23、、鞍座选型和结构设计8.1鞍座选型该卧式容器采用双鞍座式支座，根据工作温度为-20-48，按JB/T 4731-2005 表5-1选择鞍座材料为16MnR，使用温度为-20-250，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=7.85×103kg/m3 m1=DL×=×2×7.3×14×10-3×7.85×103=5040.811kgm2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

24、标B.2 EHA椭圆形封头质量，可知m2=485.8kg 。m3为充液质量：液化石油气<水故m3（max）=水×V=1000×V=1000×（/4×22×7.3+2×1.1257）=25185.027 kg 。m4为附件质量：选取人孔后，查得人孔质量为331 kg，其他接管质量总和估为400 kg。综上述：总质量 m=m1+2m2+m3+m4=5040.811+2×485.8+25185.027+331×2+400=32259.438kg 32260kg。 每个鞍座承受的重量为 G/2=mg / 2=3226

25、0×9.8/2=158.074kN由此查JB 4712.1-2007 容器支座。选取轻型，焊制A，包角为120°，有垫板的鞍座.，筋板数为6。查JB 4712.1-2007表3得鞍座尺寸如表5，示意图如下图：鞍座支座结构尺寸公称直径DN2000腹板210垫板b4430允许载荷Q/kN300 筋板l3330410鞍座高度h250b2180e80底板l11420b3260弧长2330b122038螺栓间距l21260112包角120重量kg160图3-11鞍座8.2 鞍座位置的确定因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使

26、上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB 4731 钢制卧式容器规定 A0.2L=0.2（L筒+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头 ，有 h=H-Di / 4=525-2000 / 4=25mm故 A0.2(L筒+2h)=0.2(7300+2×25)=1470mm固定支座位于储罐接管较多的左端。此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，故封头对于圆筒的抗弯刚度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB 4731 还规定当满足A0.2L时，最好使A0.5R m（Rm=Ri+n/2），即Rm=1000+14/2=1007mm 。A0.5Rm =0.5×1007=503.5 mm ,取A=500mm 。综上述：A=500 mm （A为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头直边段的总长） 9、焊接接头的设计： 带补强圈焊接接头结构位置接头类型坡口形式尺寸筒体和封头及相互连接对接Y型坡口 接管与壳体、支座垫板与器壁角接人孔接管与壳体、支座垫板与器壁搭接4、 强度设