曾一峰课程设计任务书

1、 中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 曾一峰 学 号：0902034144 学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 过程装备与控制工程 题 目： （45）M3液化石油气储罐设计 陆辉山 闫宏伟 高 强指导教师： 职称: 2012年06月11日 中北大学课程设计任务书 2011/2012 学年第 二 学期学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 过程控制与装备工程 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： （45）M3液化石油气储罐设计 起 迄 日 期： 06 月 11 日06月 22日 课程设计地点： 校内 指 导 教 师： 陆辉山 闫宏伟 高强 系 主 任： 姚竹亭 下达任务书

2、日期: 2012年06月11日课 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

3、/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其它要求管口表g32HG20592-1997MFM液位计接口e80HG20592-1997MFM放气管b500HG/T21514-2005MFM人 孔c80HG20592-1997MFM安全阀接口80HG20592-1997MFM排污管h80HG20592-1997MFM液相出口管80HG20592-1997MFM液相回流管a80HG20592-1997MFM液相进口管80HG20592-1997MFM气相管f20HG20592

4、-1997MFM压力表接口d20HG20592-1997MFM温度计接口g32HG20592-1997MFM液位计接口课 程 设 计 任 务 书2设计内容1）设备工艺、结构设计；2）设备强度计算与校核；3）技术条件编制；4）绘制设备总装配图；5）编制设计说明书。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：1）设计说明书：主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等； 2）总装配图设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字

5、书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸采用计算机绘制。 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：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，19967 蔡纪宁主编，化工设备机械基础课程设计指导书，化学工业出版社，

6、2003年5设计成果形式及要求：1）完成课程设计说明书一份； 2）草图一张（A1图纸一张）3）总装配图一张 (A1图纸一张)； 6工作计划及进度：2012年06月11日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤 06月11日06月15日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制06月15日06月20日：设计图纸绘制（草图和装配图）06月20日06月22日：撰写设计说明书06月22日：答辩及成绩评定系主任审查意见： 签字： 年 月 日第一章 工艺设计 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。取其大致比例如下：表一组成成分异辛烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正

7、戊烷乙炔各成分百分比0.012.2549.323.4821.963.791.190.02对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下：表二，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-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.00111、设计温度 根据本设计工艺要求，使用地点为太原市的室外

8、，用途为液化石油气储配站工作温度为-2048，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。1、 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，我们不难计算出各种温度下液化石油气中各种成分的

9、饱和蒸气分压，如表三：表三，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-2500.0290.09460.0140.00880.000950.0000830-2000.0310.1270.01760.01050.001140.0001090000.0530.22040.03590.02240.001290.00025602000.0840.3940.0690.0450.002880.0006305000.1580.08250.15730.10980.007580.00190有上述分压可计算再设计温度t=50时，总的饱和蒸汽压力P=0

10、.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为设计压力。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。所以有Pc=1.1*1.744=1.9184

11、MPa。3、 设计储量参考相关文件，取石油液化气的密度为500Kg/m3，盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为：W=øVt=0.9×45.226×500=20351.7第二章机械设计2.1结构设计 2.1.1筒体和封头的设计：对于承受内压，且设计压力Pc=1.9184MPa<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。筒体和封头的选形 a、 筒体设计：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 。所以 。 由 连解得：D=2.4286m=2428.6mm 。圆整得D=2500mmb、

12、封头设计： Pc=1.9184MPa ，为中压，选用椭圆形封头 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： 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/25006657.08912.2417 图1椭圆形封头由2V +L/4=45 得L=8254mm圆整得 L=8300mm 则L/D= 3.32 符合要求.则V =2 V+L/4=45.226 m>45m且比较接近，所以结构设计合理。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=2500mm。P静（max）=gh maxgD=

13、500×9.8×2.5=12.25Kpa 则P静可以忽略不记。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-2048，最高工作压力等条件，综合经济效益，参考GB150-2011固定式压力容器选用Q345R为筒体材料。根据GB150，初选厚度为625mm，最低冲击试验温度为-20，热轧处理。根据GB150查得Q345R钢在厚度为16 36mm，使用温度为-2048时的许用应力=185MPa 。 = mm>3mm根据过程设备设计115页，对于Q345R，最小应大于3mm，满足。 对于Q345R ，需满足腐蚀裕度C21mm，取C2=2mmGBT

14、 709中的B类要求，C1=0.3mm d=+C2=14.486+2=16.486mm ， n=d+C1+=16.486+0.3+=17mm Q345R属于普通碳素钢，查工艺设计手册（下）中的板材规范，选择厚度 =18mm的钢板。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。 =14.444 mm同理，选取C2=2 mm ，C1=0.3mm 。 n=+C1+C2+=14.444+0.3+2=17 mm 跟筒体一样，选择厚度为18mm的Q345R为材料冲压成型。2.1.2容器法兰的设计Pc=1.9184MPa，故公称压力PN=2.5MPa（根据过程设备设计139页）。法

15、兰压紧面选用凹凸面面（根据过程设备设计141页）。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HG20592-1997 中表5.0.2，选带颈平焊法兰（SO）。 根据HG20592-1997中表7-1，可确定连接尺寸。 根据HG20592-1997 中表3-1，确定公称直径和钢管外径间关系，选用B系列。根据HG20592-1997 中表3.0.2-2，确定坡口宽度b根据HG/T 20592-97钢制管法兰，（网上可得出下表: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kg法兰外径D螺栓孔中

16、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3238140100188M161830603952.02b放气管8089200160188M1624401189164.86d安全阀口8089200160188M1624401189164.86e排污口8089200160188M1624401189164.86f液相出口8089200160188M1624401189164.86g液相回流管8089200160188M1624401189164.86h液相进口8089200160188M1624401189164.86i气相管8089200160188M1624401189164.8

17、6j压力表口202510575144M121626452641.03k温度计口202510575144M121626452641.03c人孔5005307306603620M33×256535125351281.4查压力容器与化工设备实用手册表1-2-2有：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323821503.51.26b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

18、8089115041.26j压力表口2025110030.244k温度计口2025110030.244压力容器法兰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，采用金属包覆垫片，选择法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。金属材料为纯铝板L3，标准为GB/T 3880，最高工作温度200，最大硬度40HB。填充材料为非石棉纤维橡胶板，代号为NAS，最高工作温度为290。得对应垫片尺寸如表：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)g液位计口3261.5823e放气管80120

19、1423b人孔5005305753c安全阀801201423排污口801201423h液相出口801201423液相回流管801201423a液相进口801201423f气相管2045.5613f压力表口2045.5613d温度计口2045.5613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：双头螺柱螺母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32M16

20、8517303b放气管80M1610017303d安全阀80M1610017303e排污口80M1610017303f液相出口80M1610017303g液相回流管80M1610017303h液相进口80M1610017303i气相管80M1610017303j压力表口20M127513242.5k温度计口20M127513242.52.1.3人孔视镜液面计安全阀的设计人孔的设计圆形人孔的公称直径规定为400-600mm，此处选500mm。根据HGT21514-2005 钢制人孔和手孔的类型与技术条件，续表3，选回转盖带颈对焊法兰人孔 回转盖带颈对焊法兰人孔根据HG/T 21518-2005回

21、转盖带颈对焊法兰人孔，根据表3-1，材料选用16MnR，即Q345R，查表3-3，即下表可知：人孔尺寸表密封面型式凹凸面MFMD7304330公称压力PN MPa2.566048螺柱数量20公称直径DN500280A405螺母数量40dw×s530×12123B200螺柱尺寸M33×2×170d506b44L300总质量kg302根据JBT4736-2002 ，表1，补强圈外径840mm，选用补强圈厚度为16mm,质量41.5kg。根据指导书12页，根据JBT4736-2002 ，p取2mm，选用坡口形式如下图：视镜的设计：查HG/T21619-1986

22、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，根据HG/T21619-1986压力容器视镜表2，视镜的尺寸如下表： 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。安全阀设计根据HGT20570.2-95，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=2.5Mpa，最高工温度为150，材料为可锻铸件

23、的弹簧微启式安全阀，型号为A41H-25。公称直径DN=80mm。2.1.4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-2048，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Q345R普通碳素钢，取=7.85×103kg/m3 m1=DL×=×2.5×8.3×18×10-3×7.85×103=9211.1kgm2为单个封头的质量：

24、查标准JB/T 4746-2002 钢制压力容器用封头中表B.2 EHA椭圆形封头质量，可知m2=986.3kg 。m3为充液质量：石油液化气密度一般为500-600Kg/m3 =600Kg/m3故m3（max）=×V=600×V=500×（/4×2.52×8.3+2×2.2417）=271354.8kg 。m4为附件质量：选取人孔后，查得人孔及补强圈质量为343.5 kg，其他接管质量总和估为400 kg。综上述：总质量 m=m1+2m2+m3+m4=9211.1+2×986.3+343.5+400+271354.8=283228kg 每个鞍座承受的重量为 G/2=mg / 2=283228×9.8/2=141.641 kN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DN2600腹板210垫板b4610允许载荷Q/kN440 筋板l3295