【《4×100 m³液化石油气储配站工艺设计》9900字】

[键入文字]4×100m³液化石油气储配站工艺设计I第1章绪论LPG储配站的主要功能就是储存和分配石油。储配站里面的储罐就好比是人体内的一个个器官，所以储罐的设计是很重要的。储配站的工艺的设计也是非常重要的，包括灌装、装卸等工艺。液化石油气的运输的方式、管道的布置以及储配站的规模等等设计要求都包含在我们本次设计任务上。在与普通机械设备相比较,对于以处理气体、液态物质等以化工材料为主要原料的机械设备,其所需要处理的工艺环境和流程都较为繁复。特别是对于化学行业、石油化工单位所使用的设备,多数情况下都是处于一种高温多热、高压、高真空、强腐蚀、易燃易爆、带有有害物质的严峻环境下才能进行,且其制造生产的全经过都具有一定的连续性及较高的自动化水平等特征,这就需要所有处于严酷的工作环境中的设备既须安全可靠地正常运行,还须满足各种制造工艺流程的需要,同时还应该拥有更高的经济技术指标以及具有操作简单、便于日常保养维护的优势[1]。生产环境中严格而又复杂的操作环境直接决定了我们的的设备是否能够可靠地运行,为了能够保证它的安全和可靠,防止意外事故的发生,化工设备本身都应该要有一个足够的安全保障措施,才能抵挡在一段时间内或者在使用寿命内会遭到的任何各种压力。总而言之,这就需要要求正常运行中的设备具有一个足够好的强度、韧性和以及刚度,并且也需要具备良好的密封性高抗和耐腐蚀[2]。液化石油气储配站是通过很多方面的设计组合而成的，储配站里的设备的安全性和材料的强度密度息息相关。在一样的设计环境下，加强材料强度就可以较好保证设备拥有较高的安全性。因为材料质量问题以及焊接与使用等方面的一些原因,这些装置就不可避免地都会发生一些瑕疵;所以我们在进行材料选择时要从全方面考虑到材料受害前的吸收变形能量的技术水平,并且要特别注意对于材料的高强度与韧性要求。设备的制造工艺应当要求保证其拥有良好的高强度来抵御变形。所以,可以根据不同的化工装置具体应用环境,优先考虑主体的要求,再适当地兼顾其他方面的要求去对液化石油气储配站进行设计。第2章工艺设计2.1液化石油气参数的确定我们都知道因为液化石油气是由于石油的生产基地不同,所以导致各个地方的油田产出的石油气的构成不尽相同。现以克拉玛依油田为基础所生产出石油气的作为标准，其成分组成如表2-1：表2-1液化石油气组成成分成分丙烷正丁烷异戊烷正戊烷异辛烷乙炔乙烷异丁烷百分比49.2821.973.801.180.010.032.2423.49对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如表2-2：表2-2各温度下各组分的饱和蒸气压温度，℃饱和蒸汽压力，MPa丙烷异丁烷异戊烷正戊烷乙炔乙烷正丁烷异辛烷-250.2010.0590.0260.00801.2090.0390-200.2710.0760.0310.0101.3790.050000.4670.1540.0350.02502.3540.1030200.8340.2930.0770.05903.7220.2040501.7450.6690.2010.1510．00126.9990.49902.2设计温度我们在查阅相关资料后就可以得到,当液化石油气储配站站内的设备里的化学物质状态处于低温时,当状态中的温度从50度左右变为25度左右时,其中这些化学成分的饱和蒸气压力升高比较明显,由此我们从图中得到,状态是处于一种低温的状态时,由饱和蒸气压力升高所引起的热量和应力水平将会比较低。我们可以通过前面这些条件下的环境,得到的最高设计温度为危险的温度,所以我们选择50℃当做是该区域的设计温度。2.3设计压力根据道尔顿分压定律,我们就可以计算出不同组分在各个温度下的饱和蒸气压。详细结果如表2-3：表2-3各个成分在相应温度下的饱和蒸气分压温度,℃饱和蒸气分压,MPa乙烯异丁烷异戍烷乙烷正戍烷丙烷正丁烷异辛烷-2500.0150.000960.030.000080.09470.00890-2000.0180.001150.0320.000110.12690.01060000.0360.0130.0540.00130.22050.022502000.0700.00290.0850.000290.39390.044905000.1580.00760.1600.00760.08260.1010根据以上分压式计算总的饱和蒸气压如下：P(50。C)==0.01%×0+2.25%×6.999+47.3%×1.745+23.48%×0.669+21.96%×0.499+3.79%×0.201+1.19%×0.151+0.02%×0.0012=1.25899MPa通过：P异丁烷（0.2）<P液化气(1.25899)<P丙烷（1.77）我们可以得到压力范围一般宜为1.05~1.1倍。因此就会出现有pc=1.1×1.60=1.76mpa。2.4设计储量计算在500。C时各气体组分的化气含量密度及其化气密度,液化石油的平均液化气密度如表2-4：表2-4液化石油气主要成分在50。C时的密度正丁烷异丁烷丙烷543520445ρ==0.4929445+0.2351521+则该区压力容器所设计的储存量为：W=øVρt=0.9×20×511=9198Kg参考有关资料的要求标准,我们将储罐的类型确定为卧式圆柱形的储罐[3]。第3章机械设计3.1筒体和封头的设计我们知道当压力容器可以承受来自容器内的气压时,加上我们要设计的是设计压力为pc=1.77mpa<4mpa的化工压力容器,通过查阅化工设备技术和机械设计使用手册中常用到的化工设备产品相关标准,采用卧式椭圆形封头容器。3.1.1筒体设计查阅GB150-2011规定，为了提高刚性，通常我们取L/D=3~6，为了更好的方便以下步骤，此处取L/D=4所以得D=1869mm圆整得D=1900mm3.1.2封头设计查阅JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》规定[4]。椭圆形塑料封头内部的积和外表积由面积、容量计算如下，封头形状见示意图3-1：图3-1椭圆形封头由2V+L/4=（1+5%）V=21000000m2得L=6723mm圆整得L=6800mm则L/D=3.58>3符合要求.则V=2V+L/4=21.19mV=φV=0.921.19=19.09m(V-V)/V=(21.19-19.09)/19.09=0.675>5%3.2结构设计3.2.1液柱静压力通过要求设计的是卧式贮藏罐,所以能够储存的液体达到最大的高度hmax≤D=1900mm。P静（max）=ρghmax=511×9.79×1.9=0.009505Mpa这个结果几乎不会影响到储罐的工作，所以这个数值是可以忽略不计的。3.2.2圆筒厚度的设计通过规定GB150-2011,选定主体上的材料是低合金钢Q345R(这种钢材筒体尺寸上的标准长度应按规定GB6654)，并且计算其厚度如下：∴δ=Pc对于各种低碳玻璃钢、低合金钢,需要选择能够充分满足其耐腐蚀性的裕度值为C2≥1mm，取C2=2mm钢板厚度负偏差C1为0.8mm。∴δd=δ+C2=12.83+2=14.83mm，δn=δd+C1=14.83+0.8=15.63mm圆整后取名义δn=15mm（合适）3.2.3椭圆封头厚度的设计为了获取更好的理想焊接效果,封头的选型也要结合到之前筒体的选型,所以也要选用材质Q345R。∴δ=PcDi同理，选取C2=2mm，C1=0.8mm。∴δn=δ+C1+C2=11.89+2+0.8=14.67mm圆整后δn=15mm跟筒体一样,选用厚度值为15mm的Q345R材料适用。3.2.4开孔和选取法兰分析站内的储罐水槽内应分别装有设置一个阀的排污口,出液水管嘴,进行油气输送的排水管的阀口,人工气孔,液位自动测量计口,温度自动测量计口,压力仪表阀阀口,安全控制阀口,排空水管嘴。按照相关的工艺要求规定来设计,应该使得开孔的各个位置都应该能够达到相同标准的工艺要求。其选取标准如表3-1:表3-1法兰类型类型密封面型式压力等级（MPa）板式平焊全平面0.25-1.6凸面0.25-2.5通过pc=1.77MPa的确定并根据相关选择依据,确定选择则公称压力2.5MPa的凸面板式平焊法兰，形状示意图见图3-2：图3-2板式平焊钢制管法兰3.3安全阀设计液化气和石油气燃料贮存箱和储罐的工作实际压力设计工作压力必须控制在1.6mpa以上,属于三类型的压力容器,必须安装有一个安全的液压阀。在我们进行新型安全阀的容量计算和安装选型时,首先我们要仔细确定为了有效防止电气设备内部发生电流超过电压而导致产生故障所需的最高值和泄气排放量,然后依据最高值的泄气排放量参数来精确计算一个新型安全阀的进口喷嘴量和体积,计算整个操作经过中还可能需要许多的计算参数。计算如下：3.3.1安全阀最大泄放量的计算一般而言在发生重大火灾条件环境下,设备不得不被迫吸收很多热量,泄放量主要取决于在现场发生重大火灾事故时的气化潜热。通常来说,液化天然石油气泄放储罐不保温,储罐里的油气储存保温安全性能和泄放储罐容量值的大小一般可以用式中方法来进行计算：安全泄放量：kg／h液化石油气的汽化潜热q=300(Kj/kg)(则3.3.2安全阀喷嘴面积计算为了防止液化石油气中的气体在罐体内高速运动时会产生大量的气体，所以我们在在设计喷嘴的大小时，一般会通过相关规定的通用的测量公式来得到最后的结果。并且喷出口的面积就是由安全阀的排气量所决定的。我们通过安全阀进出口的背压的差异，安全阀的排气能力应按临界条件和亚临界条件两种状况计算：临界条件下亚临界条件下在液化石油气储配站的设计中，液化石油气产品贮存罐的储罐系统中的储气安全阀所能够释放空的大量气体通常主要是由于储罐排入运输系统或者直接在高空储罐进行容量排放,其中储罐进出口侧的排气压力(储罐背面气压)P0很小液化石油气贮存储罐中所设置的安全阀,需要具备较大的排气容量,应尽可能地选择全启式的安全阀,当k=0.65作为液化和石油气,其绝热系统的指数k约为1.15,计算可以得到C=332;；则得出安全阀喷嘴面积为则其内径d为：3.3.3安全阀的选型根据查阅《化工管路手册》上册的第444页,(九)各类类型安全阀,选择具体产品尺寸和主要性能参数应详见产品图纸,其安全阀形状见示意图见表3-3:图3-3安全阀3.3.4安全阀法兰的确定查HG5015-58知安全液压阀式采用进口法兰型号也可选择凹凸阀式正方形法兰面对面电焊法兰,其中进口尺寸和具体性能参数主要见附件表3-4。3.4液面计设计通过查阅相关标准我们得到，根据设计化工产品容器的正常工作介质环境测量温度值估计为-20~48℃,设计中的工作环境压力计该系数定义为Pc=1.77MPa,其中的c为介质测量密度值的计算公式定义为,查《化工容器及设备设计简明手册》规定选用符合标准的磁性液面计，形状见图3-4。图3-4液面计3.5接管，法兰，垫片和螺栓的选择3.5.1接管和法兰 法兰尺寸是通过查阅相关要求规范从而确定的。而接管尺寸通过计算得详细如下表3-2表3-2管子尺寸序号名称数量壁厚直径伸长量质量外径伸出量A液位计管27340.51640100B物料进管116904.11590150C物料出管116904.11590150D安全阀管116904.11590150E排污管116904.11590150F放气管116404.11590150G温度计管17400.51640100H压力表管17400.516401003.5.2垫片的选择查《过程设备设计》第三十二期资料表4-11垫片的选用材料骨架选用[6],根据工作介质石油气、公称压力控制范围一般为2.5MPa其中缠绕材料分别类型可择择选用0cr13、石墨-0cr13等骨架。垫片如图3-5，尺寸详细见表3-3：图3-5凹凸面型垫片表3-3垫片尺寸符号管口名称外径厚度公称直径内径A液位计口8443462B物料进口144490130C物料出口144490130D安全阀144490130E排污口144490130F放气口144490130G温度计口 8443462H压力表口84434623.5.3螺栓（螺柱）的选择根据螺栓密封工作时所需要求材料Q345。螺柱的长度和平垫圈尺寸的确定见图3-6，螺母见图3-7：图3-6双头螺柱图3-7螺母3.6人孔的设计3.6.1人孔的选取根据设备规格设计要求，需要设计出两个人孔，设计规格规格详细如表3-4：表3-4人孔尺寸表单位：mm密封面型式凹凸面D7504532公称压力PNMPa2.567050螺柱数量24公称直径DN500300A430螺母数量42130B210螺柱尺寸d505b48L320总质量kg312图3-8回转盖带颈平焊法兰人孔3.6.2人孔补强圈设计图3-9补强圈C为厚度的附加量设其2mm计算开孔直径为d=di+2c=500+4=504mm可得/2=1900/2=950m>d所以根据相关要求我们觉得使用等面积法来计算开孔的规格以及补强的标准。并且查阅相关标准查阅可得，式中：便可计算开孔处厚度σ=12.84mm，则计算接管有效厚度σet则A=504×12.84=6471.36m根据GB150中的有有关规定计算如下：有效高度以及外侧有效高度的确定根据GB150-2011，得：有效补强面积：筒体多余面积管的多余面积接管厚度：,=焊缝金属截面积焊角取6.0mm补强面积∵∴开孔需另行补强补强圈设计：通过查阅相关资料标准取取外径为840mm的补强圈。从而补强圈内径计算可得：530+10=540mm就是补强筒内圈的整体厚度,圆整体数值中所选取的厚度名义称为厚度。补强圈厚度，圆整取名义厚度为15mm。详细见表3-5：表3-5补强圈补强及附件接管公称直径DN/mm厚度重量（Kg）外径D2内径D15001541.68405403.7鞍座选型和结构设计3.7.1鞍座选型液化石油气储配站里的鞍座设计主要采用的是一种双鞍座式的方形支座的设计标准。通过其工作的温度环境，选用合适的材料,许用应力测量系数通过查阅相关规定设定为[σ]sa=189mpam=m1+2m2+m3+m4。其中：m1为筒体质量：对于Q345R，取ρ=7.79×103kg/m3所以m1=Vρ=[/4(1900+215)27200-/4190027200]7.79×103=0.694mm37.79×103=5285.46kg即一个筒体的质量为5285.46千克。通过查阅相关标准得到m2=504.6kg所以两个封头的质量为2m2=2×504.6=1009.2kg，故取水压试验时充水质量所以m3==即充液的质量为19107kg。选取一个人孔后,查得每个连接人的人孔连接质量分别为302kg,其他包括连接管、补偿增强圈及连接螺栓质量总和为：m4’=2.03×2+4.92×5+1.02×2+0.451×2+1.24×5+0.239×2+36.3+30.6100kg综上，储罐总重量为：m=m1+2m2+m3+m4=5285.46+1009.2+19107+100=25501.66kg所以一个鞍座的质量为G/2=mg/2=25501.66×9.79/2=124830.6N图3-10鞍座3.7.2鞍座位置的确定由，有h=H-Di/4=25mm故A≤0.2(L+2h)=0.2(6800+2×25)=1370mm液化石油气储配站里的管道是错综复杂的，所以接管数量是很多的，也是这个原因在储罐安装鞍座时需要设置在较多接管的左侧。在相关知识里，对于封头此外，由于封头的抗弯刚度相比于圆筒的抗弯刚度是更好的，所以在设计规划之初就可以利用这一点，达到增强整个圆筒刚度的效果，从而提高设备的安全性。但是也有一种特殊强开,就是当罐体支座经过接近罐体封头,则我们完全可以同时考虑到充分运用圆形罐体支座封头处理来大大增强对罐体支座经过接近封头处理的圆柱形罐体截面的安全保护。它的作用就像房屋的地基一样，所以第4章储配站选址及总平面的布置4.1储配站的选址4.1.1选址原则1首先要不违背城市总体规划要求。2优先考虑一年四季365天风向的最小频率的上风侧，特别是地势、开阔、液化石油气很难积的位置，并且还要满足防火间距的要求[7]。3需要距离城市居民区、城镇中心、学校和车站等人员密集区，还需要远离军事区域、危险物品所在地、飞机场和博物馆等文化单位等重要场所。4.2.总平面的布置4.2.1总平面布置原则1.厂址的布置一定要按不同的功能区进行设计，我通过参考一些资料将其分为生产区以及辅助生产区，前者适宜设置在选址地区一年四季365天风向频率最小的上风侧位置[8]。2.我们都知道液化石油气储配站如果没有严格的规范要求是很危险的，因此在总图布置设计上我们必须严格执行相关法律规章制度的要求。3.所选位置一定要拥有丰富的水资源电力资源。同时还要有发达的交通运输能力，化工运输也会有铁路运输，所以最好应有比较好的铁路接轨能力；同时最离不开的便是管道运输，为了减少成本厂址不要离乙方距离太远，厂址附近应有码头运输能力。4.考虑到自然灾害的发生，应该远离经常发生水灾、塌方等自然灾害的地方[9]。4.2.2储配站布置分区布置的原则：储罐区：4个100m3/罐的卧式储罐。灌装区：卸车区域，泵房，灌瓶车间，气瓶间辅助区：消防区，配电区，办公区，生活区生产区里的道路和场外道路旁区域，以及一些特殊需要的场地都采用防火的沥青地面[10]，剩余部分采用普通的混凝土地面。厂区四周以及厂区内的各区之间建筑实体墙，墙高3m，厚40mm，厂区内的各个生产区间内要设置安全出口。图4-1总平面分区关系示意图1—储罐；2—灌瓶车间；3—辅助区；4—站外民用建筑设施界线；5—防火间距4.2.3罐区1.我们必须还要想到长远的发展，在布置设计时要留有“发展空间”，以便迎接工厂的更好的发展。2.储罐间的防火间距应该大于相邻最大储罐的直径，通过之前计算我们得知此次设计的罐体直径为1900mm，所以间距我们就定在2000mm[11]。3.储罐的安装有3/1000的坡度，坡向排污口。4.罐区要设置高为1米，宽为0.3米的防火墙和有两个钢梯以便日常工作检查。4.2.4灌装区厂区里的生产区除了罐区以外，剩下的都属于灌装区的区域，包括装卸设施、机泵间、仪表间等区域。灌瓶车间是各个车间里最主要的生产车间，其要求除了在工作流通的灌瓶外，还应预留一些数量的空实瓶，并且车间规划及总图布置时应当严格遵循安全规章制度规定。4.2.5辅助区辅助区的规划，在液化石油气储配站的设计中，也是非常重要的。我们在规划辅助区域的时侯，带有火源的设施应该尽最大可能远的远离生产区；综合大楼用于日常生产管理以及生活需要，位置也要规划成便于对外出入的；修理工房应该设计成平房形成便于工作的空旷区；在人员出入率最少远离人群的位置，规划动力用房。第5章LPG储配站危险性分析及安全防护措施5.1LPG储配站危险性分析液化石油气是一种非常危险的化学物质，我们也都知道它易燃易爆的特点，这也就对它的储存和运输提出了很高的安全要求，不然的话意外事故就会存在发生的可能性。LPG储配站的罐区作为站内非常重要区域，相关准则将其归类为甲类火灾危险场所，这也就意味着它发生意外的可能性是不低的，一旦发生，就会造成重大的人员伤亡以及财产损失。因此，LPG储配站危险性的分析以及安全防护措施，对现代化工生产具有非常重要的意义。5.1.1泄漏危害泄漏是储配站最可能造成一系列事故发生的原因。造成泄漏的原因主要有以下几个点：1装卸设备故障装卸设备不齐全者没有按照要求标准造进行作业，还有一种原因就是装卸管道年久失修破裂。2.机泵设备故障机泵的管道口没有按规范要求设置应该要有的阀门或者安装了有问题的阀门。还存在设置不合理这种因素，造成操作出现种种问题，造成泄漏。3.储存设备的故障液化石油气储存设备在制造和布置环节存在问题，造成储存设备出现问题造成泄漏。也可能有天气原因，在极端环境条件下对管道没有增加防冻保护的措施，致使设备造成泄漏事故。4.灌装原因灌装造成液化石油气泄漏的原因，往往就是车间布置设计得不合理，造成操作不当，也可能是灌装设备出现问题也会导致液化石油气的泄露。5.1.2静电危害据相关报道得知，液化石油气的高速喷射会产生高达9000V的静电，我们平时使用的交流电也才220V，这个伏数的静电危险信就能可想而知。若其中还掺杂着微粒杂质的话，就会更加的危险。并且查阅相关资料得知，这个静电伏数只要达到350以上，就会产生放电火花。在储配站出现放电火花是多么可怕的一件事，这会引起多么严重火灾和爆炸事故啊[11]。5.1.3自然危害自然危害也是造成储配站储罐泄露的可能原因之一。然而，造成储罐泄漏的自然灾害往往是雷电危害。所以储配站如果设置相应的防雷装置，或者因为人为原因造成防雷效果的降低，一旦出现这样的情况就会引起事故的发生直接，最后都会造成无法挽回的损失和无法弥补的伤害，这就告诉我们储配站的雷电防护是必不可少的。5.2安全要求5.2.1安全措施为了减少或消除在运行管理中的危险的可能性，我们设计采取的技术要求和管理规范。这其中主要涉及到了技术、管理等多方面方面的措施以及防止事故发生的方案，主要包括以下几点：1.技术要求：平面和管道的设计、设备的制造以及安装等方面的规范要求；2.劳动保障要求：站内工作人员所处环境的预防要求，最重要的就是保证作业人员在工作环境下保证自己的人生安全，为了防止中毒、缺氧等环境情况的发生采取的相应措施；3.安全管理要求：拥有一套合理的安全管理运营体系是相当有必要的，有关的安全培训，培养相关的应急救援的队伍，以及制定有关有效的应急预案和设置必要的预防设施等。4.事故应急预案：运用拥有的资源培训有关的作业人员，制定预防的相关预案使得储配站拥有处理事故的能力。5.2.2消防系统根据相关要求，储配站必须要拥有一套良好的消防系统，消防水系统和有关的消防器材是最重要的两项。站内必须设置消防通道和达到要求的水管网，特别是在罐体附近，这些设施更要齐全。罐体上还应该设有喷淋装置，确保在任何时候温度、压力都会保持稳定。规定喷淋管作为站内储罐固定式的喷淋冷却装置系统。合理的设置喷淋系统的管道以及管道开孔的参数以及位置，确保在工作时能够全部淋到包括阀门的液位计在内的全部储罐表面。有关要求其孔口水压不低于0.2MPa。水枪的出口水压高于0.25MPa。5.2.3防静电措施液化石油气装置均要防静电保护接地,金属导体与接地系统连接时,接地电阻小于10。液化石油气在任何情况下都不能从喷嘴喷出。站内在进行灌装的情况下，液化石油气在气化之前在管道内的流速应控制住相关要求规定之内，根据相关规定应控制在0.8~1.4m/s之间，最高时，也不能超过3m/s，并且不能为了增加残液倒空的速度，就随意的放散残液；并且还要保证相关的工作人员的所穿的工服材质是最优质量的棉织品。并且，液化石油气储配站禁止使用以化纤织品为主要原料的面料。5.2.4防雷电措施设计的储配站的站内，罐区周围应设有防雷电的防雷针塔塔，金属管道一定要和防雷电感应接地装置连接。金属管道和建筑物的距离在100m内的，距离25m处就要连接冲击电阻低于20Ω电阻的接地装置1次，此次规划装置应以钢筋混泥土为材质。液化石油气储配站地下埋有的金属管道，要与防雷装置相接。5.3电气配置要求根据《工业和民用供电系统设计规范》所规定。具体要求有：站内的电气设备的种类和配置，都要选用符合要求的防暴类型；屋内用密封好的金属管用作室内线路安装的外壳，防止意外的发生，全部的电源配置都要保证接触安全，而且要有很好的绝缘装置保护；照明要安装在四角，安装高度要高于4m，灯杆应为不易燃的物质。安全室要设有总的保险开关。5.4通信及绿化要求1.应在合理位置最少安装一台防爆电话在紧急时刻请求救援；2.液化石油气储配站的绿化须符合下列的要求：（1）在生产区区域，禁止出现容易造成气体堆积的植物，如一些大叶植物，只能在一些地方种植不会造成油气堆积的植物，如绿篱这样的细叶植物等等；（2）站内要经常性地处理会造成油气堆积的杂草；（3）在储配站围墙以外2m，允许设置绿化带；（4）辅助区内种植的物种不受限制要求，允许布置设花坪以及各种绿化。设计总结本设计是以液化石油气的储配设计为落脚点的。储罐设计和工艺设计是两个很重要的环节。储罐这种类型的压力容器有许多