应用课程设计任务书25M3液化石油气储罐设计.docx

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应用课程设计任务书25M3液化石油气储罐设计

中北大学

课程设计说明书

学生姓名：

学号：

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：

（25）M3液化石油气储罐设计

指导教师：

职称:

2013年06月22日

中北大学

课程设计任务书

2012/2013学年第二学期

学院：

机械工程与自动化学院

专业：

过程装备与控制工程

学生姓名：

学号：

课程设计题目：

（25）M3液化石油气储罐设计

起迄日期：

06月08日～06月22日

课程设计地点：

校内

指导教师：

系主任：

下达任务书日期:

2013年06月08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

1.9

MPa

由介质温度确定

4

工作温度

-20～48

℃

5

公称容积（Vg）

10/20/25/40/50

M3

6

工作压力波动情况

可不考虑

7

装量系数（φV）

0.9

8

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0.01～0.02

11

其它要求

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

a

32

HG22592-1997

MFM

液位计接口

b

80

HG22592-1997

MFM

放气管

c

500

HG/T21514-2005

MFM

人孔

d

80

HG22592-1997

MFM

安全阀接口

e

80

HG22592-1997

MFM

排污管

f

80

HG22592-1997

MFM

液相出口管

g

80

HG22592-1997

MFM

液相回流管

h

80

HG22592-1997

MFM

液相进口管

i

80

HG22592-1997

MFM

气相管

j

20

HG22592-1997

MFM

压力表接口

k

20

HG22592-1997

MFM

温度计接口

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，1998

[2]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，1999

[3]全国化工设备设计技术中心站，《化工设备图样技术要求》，2000，11

[4]郑津洋、董其伍、桑芝富，《过程设备设计》，化学工业出版社，2001

[5]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，2002

[6]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

[7]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，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：

2013年06月08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23日：

答辩及成绩评定

系主任审查意见：

签字：

年月日

一．工艺设计

1．液化石油气成分确定及其分析

液化石油气是在开采和炼制石油的过程中产生的一部分气态，经液化后分离出干气而得到的可燃液体。

它的主要成分是丙烷、丁烷、丙烯、丁烯；其中丙烯、丁烯是重要的化工原料，经把丙烯、丁烯提炼出去，作为城市原料使用的液化石油气是丙烷、丁烷。

目前我国城市液化石油气系统供应的一般为丙烷、丁烷，丙烯、丁烯为主要成分的液化烃类化合物。

由于石油产地的不同，各地区液化石油气成分也各不相同。

本次设计的储罐在太原某储配站，经走访了解到，太原市地区的液化石油气大部分来自延安炼油厂，少部分来自石家庄地区，故此次设计关于石油气的成分采用延安炼油厂生产的石油气成分含量见下表1.1

液化石油气主要组织成分的的比例表1.1

组成成分

异辛烷

乙烷

丙烷

异丁烷

正丁烷

异戊烷

正戊烷

各种成分百分数（%）

0.0.1

2.27

47.3

23.48

21.96

3.79

1.19

各温度下各成分的饱和蒸气压力1.2

温度（℃）

饱和蒸气压力（MPa）

异辛烷

乙烷

丙烷

异丁烷

正丁烷

异戊烷

正戊烷

-25

0

1.3

0.2

0.06

0.04

0.025

0.007

-20

0

1.38

0.27

0.075

0.048

0.03

0.009

0

0

2.355

0.466

0.153

0.102

0.034

0.024

20

0

3.721

0.833

0.249

0.205

0.076

0.058

50

0

7

1.77

0.67

0.5

0.2

0.16

从表1.2中可以看出，温度从50℃降到-25℃时，各成分的饱和蒸气压力下降得厉害。

据此推断。

在低温状态下，由饱和蒸气压力引起的应力水平不会很高。

根据道尔顿分压定律，不难计算出各温度下液化石油气中各成分的饱和蒸气分压（表1.3）

各成分在相应温度下的饱和蒸气分压1.3

温度（℃）

饱和蒸气压力（MPa）

异辛烷

乙烷

丙烷

异丁烷

正丁烷

异戊烷

正戊烷

-25

0

0.02951

0.09460

0.01409

0.00878

0.00095

0.00008

-20

0

0.12771

0.01761

0.01054

0300114

0.00114

0.00011

0

0

0.05346

0.22042

0.03592

0.02240

0.00129

0.00029

20

0

0.08447

0.39401

0.05847

0.4502

0.00288

0.00069

50

0

0.15890

0.82491

0.15732

0.10980

0.00758

0.00190

根据表1.3可算出各温度下液化石油气饱和蒸气压力（表1.4）

液化石油气在各温度下饱和蒸气压力1.4

温度（℃）

-25

-20

0

20

50

压力（MPa）

014801

0.18844

0.33378

0.58554

1.26041

2.设计温度与设计压力

液化石油气储配站工作温度为-20-48℃,介质易燃易爆,为安全起见,设计温度应有一定富裕量,故,设计温度t=50℃

该储罐用于液化石油气储配供气站,属于常温压力储存,工作压力为相应温度下的饱和蒸气压,故不设保温层.当液化气50℃的饱和蒸气压力高于50℃异丁烷的饱和蒸气压力时,无保冷设施,取50℃时丙烷的饱和蒸气压力.而50℃时,有P异丁烷（0.67）

3.设计储量

参考有关资料,石油液化气密度为500-600kg/m3,取其密度为580kg/m3,W=ΦVρt=0.9*25*580=13.05t

二、机械设计

1、筒体和封头的设计

所设计压力容器承受内压，且Pc=1.947MPa<4MPa,根据化学工艺设计手册常用设备系列，采用卧式椭圆封头容器

a．筒体设计

查GB150-2011，为使筒体有较好的刚性，一般L/D=3～6，为方便计算，取L/D=4，则由πD2L/4=25得D=1.996mm，圆整得D=2000mm

b．封头设计

查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1EHA得下表2.1

椭圆封头内表面积、容积2.1

公称直径DN/mm

总深度H/mm

内表面积A/m2

容积V封/m3

2000

525

4.4930

1.1257

椭圆形封头

由2V封+πD2L/4=25得L=7421mm圆整得L=7300mm

则L/D=3.65,符合要求

V计=2V封+πD2L/4=25.185m3>25m3,而且比较接近,故结构设计合理

三、结构设计

1、液柱静压力

卧式容器的最高储存液体高度为筒体直径,故P（静）max≤ρgD=11.368kPa

而P（静）max/Pc=11.368/1947=0.06%<5%,静压力可忽略

2.筒体及封头厚度

介质液化石油气易燃易爆，有一定的腐蚀性，存放温度为-20℃-48℃，最大工作压力为P（丙烷0=1.77MPa。

依据GB150-2011表二，选用Q345R为筒体材料（16MnR归于Q345R）,材料标准仍采用16MnR。

钢材标准为GB713低合金钢，初选厚度为3-16mm，最低冲击试验温度为-20℃，热轧处理，[σ]t=170MPa

=12.81mm

对于低碳合金钢,腐蚀裕度C2≥1mm,取C2=2mm钢材厚度负偏差不大于0.25,且不超过名义厚度6%时C1=0

14.81mm14.81mm圆整后δn=15mm,[σ]t不变

对于封头，为保证良好的焊接工艺，采用与筒体相同的材料，采用标准椭圆封头，其K=1，Φ取0.9，，=12.76,mm，δn=C1+C2+δ=14.76mm

圆整后δn=15mm，与筒体厚度一样,选材Q345R合适

3,接管、法兰、垫片以及螺栓的选择

a、接管和法兰的选择

液化石油气储罐设置液位计口，空气进口，人孔，安全阀口，排污口，液相出口，液相回流口，液相进口，气相口，压力表口，温度计口。

Pc=1.947MPa<2.5MPa，查《压力容器与化工设