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液氯储罐项目设计方案

液氯储罐项目设计方

案

第二部分

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

最咼工作压力

1.9184

MPa

由介质温度确定

4

工作温度

-20〜48

C

5

公称容积（Vg）

10/20/25/40/50

M

6

工作压力波动情况

可不考虑

7

装量系数（$V）

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

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

DN500

MFM

液位计接口

b

DN20

HG20595-97

MFM

放气管

c

DN20

HG20595-97

MFM

人孔

d

DN80

HG20595-97

MFM

安全阀接口

e

DN80

HG20595-97

MFM

排污管

f

DN20

HG20595-97

MFM

液相出口管

g

DN80

HG20595-97

MFM

液相回流管

h

DN80

HG20595-97

MFM

液相进口管

i

DN80

HG20595-97

MFM

气相管

j

DN80

HG20595-97

MFM

压力表接口

k

DN80

HG20595-97

MFM

温度计接口

《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：

（35）M液化石油气储罐设计

课程设计要求及原始数据（资料）：

一、课程设计要求：

1.使用国家最新压力容器标准、规进行设计，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.设计计算采用电算，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.工程图纸要求计算机绘图。

5.毕业设计全部工作由学生本人独立完成。

二、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

最咼工作压力

MPa

由介质温度确定

4

工作温度

-20〜48

C

5

公称容积（Vg）

10/20/25/40/50

M

6

工作压力波动情况

可不考虑

7

装量系数（$V）

0.9

8

工作介质

液化石油气（易燃）

9

使用地点

市,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

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，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，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]津洋、董其伍、桑芝富，《过程设备设计》，化学工业，2001

[5]黄振仁、新利，《过程装备成套技术设计指南》，化学工业，2002

⑹国家医药管理局医药，《化工工艺设计手册》，化学工业，1996

第一章

一综述介质特性

1.1主要成分

液化石油气是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品。

主要成分：

乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等。

但根据石油原产地和化工厂生产中

某些因素的不同，其主要成分的组分也有所不同。

由于催化裂解比热裂解有更多地优势，故

液化石油气主要成分含量取催化裂解下的数值。

液化石油气是从石油的开采、裂解、炼制等生产过程中得到的副产品。

液化石油气是碳

氢化合物的混合物，其主要成分包括：

丙烷（C3H8）、丙烯（C3H®、丁烷（C4H10、丁烯（C4H8）和丁二稀（C4H6,同时还含有少量的甲烷（CH4、乙烷（C2H®、戊烷（C5H12及硫化氢

（H2S）等成分。

从不同生产过程中得到液化石油气，其组成有所差异。

在常压条件下，液化石油气C3、C4成分的沸点都低于常温，容易汽化为气体，由于C5以上

成分的沸点较高，在C3C4等汽化之后仍以液态残留在容器之中，因此称为残液。

我国民用液化石油气残液含量较高。

取大致的组分比例，如下表所示

表1-1液化石油气组成成分

组成成分

巳甘心异辛烷

乙烷

丙烷

异丁烷

正丁烷

异戊烷

正戊烷

乙炔

各成分百分比

0.01

2.25

49.3

23.48

21.96

3.79

1.19

0.02

2最近十年极端温度及设计温度

0.1P

夕0年代

2000耶-2005年

1月

tfl

1月

阳曲县

-212

-2M

-201

-208

-211

-217

先草坪区

-190

-2W

-180

-1«7

-189

-201

-191

-174

-183

-177

-187

小店园

-176

-186

-152

-160

-152

-1^0

-167

■179

-167

-172

^171

-181

古交市

-1旳

-17®

^181

-180

-185

-205

-22J

-20*

-209

-213

-219

由表可知储罐在市室外工作温度可取一25~50C

1.3设计压力

该储罐用于液化石油气储配供气站，因此属8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。

故在常温低压下适用于道尔顿分压定律

表1-2各温度下各组分的饱和蒸气压力

温度，c

饱和蒸汽压力，MPa

丙烷

丙烯

正丁烷

异丁烷

1-丁烯

顺式

2-丁

烯

反式2-

丁烯

异丁烯

-20

0.232

0.302

0.045

0.069

0.056

0

0.062

0

-10

0.332

0.415

0.067

0.105

0.084

0.056

0.064

0.087

0

0.457

0.564

0.100

0.150

0.125

0.085

0.095

0.128

25

0.933

1.11

0.235

0.335

0.289

0.207

0.227

0.291

50

1.71

1.99

0.481

0.656

0.583

0.431

0.466

0.587

t=50C时，有

1.9184MPa

4设计储量

参考相关资料，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,

单,面焊接系数取0.9，盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为：

W=Vpt=0.9X35X580=18319.068t

二设计参数确定

2.1筒体设计

查GB150-1998,为了有效的提高筒体的刚性，一般取L/D=3~6，为方便设计，此处取L/D=4

①

公称容积为35,所以有则可知D=2.2334m,D疋2233mm,

圆整得D=2300mm

2.2封头设计

对于承受压，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

且以径为基础选用EHA

1

2{H-i）

讪*Dl

j

；公称宜轻总深度

iDA-1M

!

nrm]rtmi

1i

~1内表面积

1

ll

4

2

容积

r

1

3

m

「2300|615

6.0233

1,7588

易知，其中得到L=7577mm

有D=2300,所以，，显然比较接近，故结构合理

2.3液柱静压力

根据设计为卧式储罐，所以储存液体最大高度

所以有PmaxghmaxgD5809-812-313073Pa

显然静压力可以忽略

2.4圆筒厚度设计

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-20~48C,最高工作压力

厚墮

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

便用状态

钢号

mm

-箴温强度指标

在下列温度

MPa

6

MPa

<20

100

150

200

250

300

350

400

425

450

47S

500

510

345

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J

170

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116

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43

如图所示，选用16MnR为筒体材料,在工作温度（t<100）,[dr=170MPa,适用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性，壁厚较大（》8mm的压力容器。

根据GB150,初选厚

度为6~25mm最低冲击试验温度为-20C,热轧处理。

1.9842.3106

中径公式2[]Pc

21701060.91.984106

0.0145m14.5m

对于低碳钢和低合金钢，需满足腐蚀裕度C2>1mm取C=2mm查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-1知

ftT-l

[niniJ

GE6^54

-9G3531&6

全部朋度

0,25

it1GB6654-1996（JStj

GB3詣1—谊9制篠視压力容菱用低昔金钢啊扳》.

钢板厚度负偏差O=0.25mm=而当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm,且不超过名义厚度

的6%寸，负偏差可以忽略不计，故取G=0。

圆整后则有效厚度

PcQe）

1.984106（2.30.016）

20.0178

128.179MPa

[]t

153MPa

可知名义厚度取该值合理

2.5椭圆封头厚度设计

16MnR

为减小局部应力，减小两连接件之间的刚度差，封头材料可选择其厚度公式为

PcDi

2TT~~0.5PC

14.465mm

1.91842300

21700.90.51.9184

选取Ca=2mm，0=0mm

易知

圆整后取名义厚度为18mm

所以选择厚度为18mm的16MnR材料合理

2.6接管和法兰设计

液化石油气储罐应设置排污口，气相平衡口，气相口，出液口，进液口，人孔，液位计

口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口

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

根据设计压力R=1.9184MPa,查HG/T20592-97《钢制管法兰》表4-4，选用PN=2.5MPa带颈对焊法兰（WN由介质特性和使用工况，查密封面型式的选用，表3.0.2，选择密封面型式为凹凸面（MFM，压力等级为1.0~4.0MPa，接管法兰材料选用16MnR根据各接管公称通径，查表4-4得各法兰的尺寸。

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1

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110

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5.6

12

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5.阳

豪薰42适弟蒂屢〔側如

密封肉塑式

營称医力PN+MPKb*r）

0+61+0

（61（10J

h6

C16）

2.S

<25）

4.0

C4Q）

凸面

d

表3-1法兰尺寸

|序|名称

连接尺寸

法兰颈

凹El（FM）

Y

禅向

（7>

槽师

号

a

人孔

公称通径

Dn

500

钢管外径

B

法兰

厚度

C

高度

H

N

B

S

R

法兰理

论质量

kg

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

Th

b

温度

计口

20

25

105

75

14

4

M12

16

26

40

3.2

6

4

1.05

c

压力计口

20

25

105

75

14

4

M12

16

26

40

3.2

6

4

1.05

d

排空

口

80

89

200

160

18

8

M20

24

58

110

5.6

12

6

5.03

e

排空

口

80

89

200

160

18

8

M20

24

58

110

5.6

12

6

5.03

f

液位计口

20

25

105

75

14

4

M12

16

26

40

3.2

6

4

1.05

g

排污

口

80

89

200

160

18

8

M20

24

58

110

5.6

12

6

5.03

h

气相平衡管

80

89

200

160

18

8

M20

24

58

110

5.6

12

6

5.03

i

气相

口

80

89

200

160

18

8

M20

24

58

110

5.6

12

6

5.03

j

进液

口

20

25

105

75

14

4

M12

16

26

40

3.2

6

4

1.05

k

出液

口

80

89

200

160

18

8

M20

24

58

110

5.6

12

6

5.03

2.7垫片的选择

竇A慢片邈用康

弁«

袪兰艺專托力

/MPa

工祚■崖

/T

1

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<50

■負糠，世性石

QO13號弗祐书*

石*-00心

由设备设计144页可知垫片选用柔性石墨复合垫

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巒対囱型戌裁祢压力尸N.MZ：

如「］

2凹凸面法兰用MFM型垫片尺・「按表乩山3—2规宦，

所以垫片选用凹凸型（MFM）

孔起尸型，MFM32.T口型塑片＜虫面.凹吕面、I*槽面）

»4.tl.J-2凹凸面法竖用MFM单華片尺寸

（mm）

輕芮適径

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20

-L

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1

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44

垫片厚度取1.5

得对应垫片尺寸如表所示

表3-3垫片尺寸

符号

管口名称

公称直径

DN（mm）

径

Di（mm）

外径

D2（mm）

厚度

S（mm）

a

人孔

500

530

575

1.5

b

温度计口

20

27

50

1.5

c

压力计口

20

27

50

1.5

d

安全阀

80

89

120

1.5

e

排空口

80

89

120

1.5

f

液位计口

20

27

50

1.5

g

排污口

80

89

120

1.5

h

气相平衡管

80

89

120

1.5

i

气相管

80

89

120

1.5

j

液相进口

80

89

120

1.5

k

液相出口

80

89

120

1.5

2.8螺栓的选择

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Q34&

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：

名称

图3-4双头螺柱

管口名

公称直径

图3-5螺母

表3-4螺栓及垫圈尺寸

螺柱长

螺纹

紧固件用平垫圈mm

称

d1

d2

h

a

b

温度计口

20

M12

75

13

24

2.5

c

压力计口

20

M12

75

13

24

2.5

d

安全阀

80

M20

100

17

30

3

e

排空口

80

M20

100

17

30

3

f

液位计口

20

M12

75

13

24

2.5

g

排污口

80

M20

100

17

30

3

h

气相平衡

管

20

M12

75

13

24

2.5

i

气相管

80

M20

100

17

30

3

j

液相进口

80

M20

100

17

30

3

k

液相出口

80

M20

100

17

30

3

2.9人孔的设计

筒体长度7600<10000，所以只有一个人孔。

由使用地为市室外，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/T21518-2005《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8.8级35CrMoA等长双头螺柱连接。

其

t

12T

明细尺寸见下表:

项目

尺寸

项目

尺寸

密封面形式

凹凸面

b

54

公称压力

2.5MPa

b

55

公称直径

500

A

405

B

200

d

500

L

300

D

730

d°

30

D1

660

螺柱数量

20

H1

270

螺母数量

40

H2

134

螺柱尺寸

b

48

总质量Kg

331

2.10人孔补强圈设计

补强设计方法判别

按HG/T21518-2005,选用回转盖带颈对焊法兰人孔,

设：

厚度附加量c=2mm

开孔直径d=di+2c=500+2X2=504mm

dvDi/2=1500/2=750mm

故可以采用等面积法进行开孔补强计算

接管材料选用16MnF号钢，其许用应力［SF=170MnPa

根据GB150-1998中，A=d2et（1fr）

其中：

壳体开孔处的计算厚度

Kg

~~0.5P

13.018mm

0.91.91842300

21700.90.51.9184

接管的有效厚度

强度削弱系数

所以开孔所需补强面积为

2）补强围

2.1补强有效宽度B的确定:

按GB150中有：

B1=2d=2X504=1008mm

B=max（B1,B2）=1008mm

2.2有效高度的确定

外侧有效高度的确定

根据GB150中式8-8，得：

h1''接管实际外伸高度比280mm

取最小值的

3）侧有效高度h2的确定

根据GB150-1998中式8-9，得：

=0

h2min（h2',h2"）0

4）有效补强面积

根据GB150中式8-10~式8-13，分别计算如下:

Ae=A1+A2+A3

4.1筒体多余面积A

A（Bd）（e）（1008504）（1614.5）756m2

4.2管的多余面积

接管厚度：

1.9184500

21700.91.9184

3.154m2

A22h1（et

2

t）289.800（163.154）2307.142m

焊缝金属截面积

焊角取6.0mm

122

A3丄62236mm2

2

4.3补强面积

2

AA1A2A3756362307.1423099.142m2

因为AevA=4772.88mm2所以开孔需另行补强

补强圈设计：

根据DN500取补强圈外径D二840mm。

因为B>D，所以在有效

补强围。

补强圈径d'=530+10=540mm

补强圈厚度：

圆整取名义厚度为6mm

根据GB-150,JB/T4736-2002，补强圈焊接形式——D型，D1=d0