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1、40立方米液化石油气储罐设计解析河北工程大学过程设备设计课程设计说明书学院（系）:装备制造学院专业：过程装备与控制工程班级：过控1101班作者：李鑫学号:110640108指导教师：段滋华、张喜亮、刘涛日期：2014年7月1日设计任务书课程设计题目:40m液化石油气储罐设计课程设计要求及原始数据（资料）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.广泛查询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

2、5.毕业设计全部工作由学生本人独立完成。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用途液化石油气储备站3最高工作压力MPa由介质温度确定4工作温度-20 485公称容积（Vg）10M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数（ V）0.908工作介质液化石油气（丙烷）9使用地点邯郸市，室外管口表符号公称规格连接法兰标准密封面用途或名 称液位计口放气管人孔安全阀口排污口液相进口液相出口气相口压力表口三、课程设计主要内容:1.设备工业设计2.设备结构设计3.设备强度计算4.计算条件编制5.绘制设备总装配图6.编制设计说明书四、学生应交出的设计文件（论文）1.设计说明书一份2.主要参

3、考资料:1220093456总装配图一张（折合A1图纸一张）国家质量计算监督局， GB150-1998钢制压力容器，中国标准出版社，1998国家质量监督检验检疫总局，TSG R0004-2009固定式压力容器安全计算监察规程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郑津洋、董其伍、桑芝富， 过程设备设计，化学工业出版社，2010黄振仁、魏新利，过程装备成套技术设计设计指南 ，化学工业出版社，2003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，199610第一章 设备的工艺设计第一节容器设计储存量得确定第二节设备的初步选型及轮廓尺寸的确定1.2.1

4、设备的初步选型 1.2.2设备轮廓尺寸的确定第二章 设备的机械设计第一节设计条件的确定2.1.1设计压力的确定 2.1.2设计温度的确定 2.1.3设计条件表第二节设备的结构设计3.5.1接管和法兰列表3.5.2垫片的选择及尺寸列表21第六节人孔的选取第七节开孔补强3.7.1补强及补强方法判别213.7.2开孔所需补强面积223.7.3有效补强范围223.7.4有效补强面积的计算233.7.5补强圈设计及尺寸确定23第八节鞍座选型和结构设计243.8.1鞍座选型243.8.2鞍座位置的确定25第九节焊接接头的设计263.9.1筒体和封头的焊接263.9.2人孔补强圈焊接形式273.9.3焊接方

5、法与材料27第四章强度校核28第一节设备详细尺寸28第二节筒体校核29第三节封头应力校核30第四节封头应力校核26第五节鞍座应力校核32第六节无补强圈处应力校核44第五章结束语45第六章参考文献46第一章设备的工艺设计第一节容器设计储存量得确定根据公式：W = *Vt式中，W储存量，t；0 装量系数;Vg 压力容器公称容积，m3;Pt 设计温度下饱和液体密度，t/ m3;其中* =0.9; Vg=40m3根据任务书取得，工作介质为液化石油气，取丙烷,工作温度为-20 P的密度；B =0.57t/ m3 （见表一）故 W=0.9 40X).57=20.52t根据物料的物理及化学性质，按最危险工况

6、设计，取丙烯为液化石油气的主要 成分。表1-1丙烯饱和蒸汽压及饱和液密度温度9-20204050饱和蒸汽压Bar2.969.6515.8619.99饱和液密度kg/升0.570.5150.4750.45第二节 设备的初步选型及轮廓尺寸的确定1.2.1设备的初步选型对于承受内压的压力容器，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。即主体结构采用卧室储罐，筒体采用圆柱形筒体，封头 采用标准椭圆封头。1.2.2设备轮廓尺寸的确定（1）筒体尺寸确定根据公式V =-dN 1 +2V封4式中，V 压力容器容积，L 筒体长度，mm；V封一封头体积，mm。查GB150,为了有效的提高筒

7、体的刚性，一般取 L/Dn=36,为方便设计，此处取L/D=4。所以 =40 ,4得 D=2335mm 圆整得 D=2400mm（2）圭寸头尺寸确定查标准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:表1-2 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/ m2容积V封/ m324006406.54531.9905得 L=7966mm 圆整得 L=8000mm则 L/D= 8000/2400=3.33 符合要求2 3则 V 实=2 V 封 + 9 L/4=40.15m(V 实-V)/V=(40.15-40)/40=0

8、.0375v5% 符合要求3故工作体积 Vw =40.15乂 0.9 = 36.14m第二章设备的机械设计第一节 设计条件的确定2.1.1设计压力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。现以新疆克拉玛依油田所产液化石油气为标准，得其组分为：表2-1液化石油气组成成分组成成分异辛烷乙烷丙烷异丁烷止丁烷异戊烷正戊烷乙炔百分比0.012.2549.323.4821.963.791.190.02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

9、成分的饱和蒸气分压，如表：对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下:表2-2各温度下各组分的饱和蒸气压力温 度C饱和蒸汽压力，MPa异辛烷乙烷丙烷异丁烷止丁烷异戊烷正戊烷乙炔-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.0011有上述分压可计算再设计温度t=50C时，总的高和蒸汽压力n z8p= yi pi =0.01%X 0+2.25%X

10、 7+47.3% X 1.744+23.48%X 0.67+21.96%X0.5+3.79%X 0.2+1.19%X 0.16+0.02%x 0.0011=1.25901 MPa因为：P 异丁烷（0.2） vP 液化气（1.25901）vP丙烷（1.744）当液化石油气在50C时的饱和蒸汽压力高于异丁烷在 50r时的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，则取50r时丙烷的饱和蒸汽压力作为最高工作压力。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。所以有 PC=1.1X 1.744=1.92MPa2.1.2设计温度的确定根据GB150第4.3.4条，容器在正常工作情况下，设

11、定元件金属温度（沿元 件金属截面的平均温度值）。涉及温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最 高温度。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=50r,最低设计温度t= -25r。根据储罐所 处环境，最高温度为危险温度，所以选 t=50 r为设计温度。2.1.3设计条件表表2-3 设计条件表项目内容备注工作介质丙烯液化石油气工作压力 MPa1.744设计压力 MPa1.92工作温度 乜-2048设计温度 乜50公称容积（Vg） m340计算容积（V计） m340.15工作容积（V 工） m336.14装量系数（磴）0.9介质密度（P

12、） t/ m30.57材质Q345R保温要求无其它要求无材质：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 C,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Q345R（钢材标准为GB6654选用Q345R为筒体材料，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。保温要求：容器内物料温度随季节温度变化，工作压力为相应温度下的饱和 蒸汽压，此储罐为常温压力储存，此类储存不设保温层。第二节设备的结构设计2.2.1筒体和封头的结构设计筒体的内径在工艺计算中已经求出为 2400mm,长度为8000mm。JB/T4746-

13、2002标准规定了以内径为公称直径的标准椭圆形封头的直边高度只与公称直径有关：当DN 2000mm时，直边高度为40mm。封头参数：取公称直径DN=2400mm，总深度H=640mm,内表面积A=6.5453m2，容积 V封=1.9905m3,直边高度 h=40mm。封头图样参考图1-1椭圆形封头。222筒体壁厚的计算（1）壁厚附加量的计算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 -2048C,最高工作压力等条件。根据 GB150表4-1,选用筒体材料为低合金钢 Q345R （钢 材标准为GB6654）选用Q345R为筒体材料，适用于介质含有少量硫化物，具有定腐蚀性，壁厚较大

14、（8mm）的压力容器。Q345F钢板在-20 Cs48E范围内的许用应力有化工设备机械基础表14-3查取，根据GB150初选厚度为3-16mm最低冲击试验温度为-20 C,热轧处理,（T =189Mpa;面焊接；钢板负偏差由化工设备机械基础表 14-5查：CG.Smm ,腐蚀裕量由化工设备机械基础表 14-6查得：C 2mmo则壁厚附加量C=0.3+2=2.3mm（2）筒体壁厚计算根据GB150对接焊缝全熔透，采用100%损检测，故取焊缝系数取1.0。J则，设计厚度 悅=6 +C2 =12.25 +2 = 14.25mm对Q345R钢板负偏差C 0.3mm,可取名义厚度 = 16mm。223封

15、头壁厚的计算则，设计厚度 6=6 +C2 =12.22 + 2 =14.22mm对Q345R钢板负偏差G =0.3mm,为便于取材可取封头名义厚度 6 = 16mm2.2.4压力试验校核水压实验强度校核：规定的实验压力由化工设备机械基础表 14-7可知,Pt =1.25P=1.25 X 1.92=2.4Mpa水压实验时的应力:Q345R钢制容器在常温水压实验时许可应力，查表知 16mm冈板=345MPaJ则， 匕 Log =0.9咒345 = 310.5MPa因为 S M0my得，液化石油气进出口接管内径d 徑 =0.0747m，F s Y砂取 d_, =80mm。3.1.2法兰的选取查钢制管

16、法兰、垫片、紧固件 HG 20592-20635-97表6.0.2法兰类型与密封面型式，按照公称压力由低到高的原则，首先选用板式平焊法兰（ PL）,得到如下表:表3-1凸面板式平焊法兰密封数据法兰类型密封面型式压力等级PN（MPa板式平焊法兰（PL）凸面（RF）0.25-2.5全平面（FF）0.25-1.6又根据上表和设计压力Pc=1.92MPa应该选用公称压力为2.5MPa的凸面板式平焊法兰（PL）。图3-1凸面板式平焊法兰第二节安全阀设计液化石油气储罐的设计压力在1. 6 MPe以上，属于三类压力容器，必须设置安全阀。在安全阀的计算和选型时，首先确定防止设备超压所需的最大泄放量， 然后根据

17、最大泄放量计算安全阀的喷嘴面积，计算过程需要很多参数。本文针对 液化石油气的性质，参考炼油技术与工程第34卷第7期液化石油气储罐安全 阀的工艺计算。3.2.1安全阀最大泄放量的计算一般情况下，液化石油气储罐不保温，储罐安全泄放量可按式计算: 2.55沢 105 FA；.82qq液相液化石油气的蒸发潜热，q=300(kJ / kg)( 50 0C)F系数储罐在地面上，取F=1 A储罐的受热面积，m。式中：W液化石油气储罐的安全泄放量，kg/h； kJ / kg；液化石油气的汽化潜热为储罐外径；I为卧式储罐总长，单位均为D0 = Dj +2 = 2.432mI = L+2 H + 26 =9.81

18、6mA =Do(l +O.3Do) = 80.71m2则叫=31124kg/h 3.2.2安全阀喷嘴面积的计算液化石油气储罐安全阀起跳排放出的是气体，其喷嘴面积可按一般气体安全阀喷嘴面积通用公式计算，安全阀的排气能力决定于安全阀的喷嘴面积。即根据 安全阀出口压力(背压)的大小不同，安全阀的排气能力应按临界条件和亚临界条 件两种状况进行计算:式中：P0 安全阀的出口侧压力（绝压），MPaPs 安全阀的定压，MPaPd 安全阀的排放压力（绝压），MPa取Pd=Pc=1.92k绝热系数，对于液化石油气，k =1.15 （2）57 =0.5744k +1液化石油气储罐安全阀放空气体一般排入火炬系统或直

19、接高空排放，其出口侧压力（背压）Po很小，即Po/ PdV0.5744，因此安全阀的排气能力应该按临界条件 计算，查钢制压力容器得对应的公式为：式中:Ws安全阀的排放能力，kg/h;安全阀的排放系数，与安全阀的结构型式有关，应根据试验数据确定,全启式安全阀，取K=0. 65;A安全阀的喷嘴面积，单位 mmC =520* 占)(kg 对于液化石油气，绝热指数k.15，计算得C=332Z安全阀进口处气体的压缩系数，液化石油气的压缩系数Z27 ;T 安全阀进口处介质的热力学温度， K;安全阀排放温度T=323343 K。取T=330KM 气体的摩尔质量，kg/kmol。摩尔质量 Ms：50 kg /

20、kmolWs所以得:A 5 r = 2124.5mm7.6x105PdJM /ZT得出安全阀喷嘴面积为最后得出安全阀的内径d48.9mm 323安全阀的选型查化工管路手册上册444页，（九）安全阀，1各种安全阀的产品名称、型号、技术数据，根据介质为石油气，发现无公称压力为 2.5 MPa勺安全阀，所以选用公称压力为4.0Mpa的安全阀,型号为A40Y-40 A40Y-40I，其尺寸参数如下表:324.安全阀法兰的确定查HG 5016-58知安全阀进口法兰的型号为凹凸面对焊法兰，其尺寸参数如下:表3-3安全阀法兰数据公称直径：80 管子外径：89法兰重量双头螺栓橡胶石棉垫DDiD2D4D6bh凸

21、面凹面数量直径/长度外径内径厚度19516013812012124585.024.648M16X 85120901.5第三节压力表及其连接件的确定取其在筒体上的开孔序号为 C,根据压力表选型手册和经济耐用型原则, 首先选用通用型压力表，又由于工作地点在室外，容易腐蚀，所以选择全不锈钢 压力表。故最后确定选用 Y-B系列的全不锈钢压力表。其外形尺寸系列如下，根 据尺寸表和压力值，应选择 Y-100B,连接压力表的法兰外形图如下：图3-2压力表法兰表3-3压力表安全阀数据代号量程(Mpa法兰标准代号凸面法兰尺寸DKdfLCBMF42.5-4.0DIN11585653M122625根据法兰的内径，和

22、强度要求，选择接管 32X 8,其强度校核将在后面给出。第四节 液位计及其连接件的确定根据容器的工作温度-2048 C,设计压力P c=1.92 MPa介质密度P = 510kg /m3,查化工容器及设备设计简明手册，玻璃管液面计适用工作工作压力小于1.6 MPa,并不满足工作的需求，所以选用价格稍高的磁性液面计，根据测量范围300-10000mm工作压力：（高压型） 450kg/m3，选择了 L5770T顶装式的磁性液面计。根据法兰标准和液面计的型号标准综合考虑，选用公称直径为 32的液面计，其接管法兰也用公称直径为 32的凹凸面法兰，其尺寸与压力表连接法兰一 致。第五节 接管，法兰，垫片和

23、螺栓的选择3.5.1接管和法兰列表 接管数据如表3-4 （除人孔）：表3-4接管详细数据序号名称公称直径管子外径数量管口伸出量管子壁厚A排气口管808911504C测温口接管323811003D测压口接管323811003E进料口管808911504F安全阀接管808911504G气相口管808911504H1-2液位计接管323821003J1-2排污口接管808921504K出料口808911504法兰数据如表3-5 （除人孔）：本页法兰数据3.5.2垫片的选择及尺寸列表根据介质为液化石油气、公称压力为2.5MPa、工作温度为500OC以及密封面 为凸面得出垫片的形式可以选用缠绕垫、柔性石

24、墨复合垫，其材料可以选用0Cr13、钢带-石棉板、石墨-0Cr13等骨架。图3-3凹凸面型垫片P,表3-6垫片尺寸符号管口名称公称直径CN(mm)内径D(mm)外径C2(mm)厚度5 (mm)A排气口管801201423C测温口接管3261.5823D测压口接管3261.5823E进料口管801201423F安全阀接管801201423G气相口管801201423H1-2液位计接管3261.5823J1-2排污口接管8061.5823K出料口接管8061.58233.5.3螺栓(螺柱)的选择及尺寸列表的长度和平垫圈尺寸:表3-7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mmd1

25、d2hA排气口管80M168517303C测温口接管32M1610017303D测压口接管32M1610017303E进料口管80M1610017303F安全阀接管80M1610017303G气相口管80M1610017303H1-2液位计接管32M108517303J1-2排污口接管80M168517303K出料口接管80M168517303第六节人孔的选取查压力容器与化工设备实用手册，因筒体长度7600mm6000mmS开两个 人孔，选回转盖带颈平焊法兰人孔。由使用地为邯郸市室外，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回转盖带颈平焊法兰人孔，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。其明细尺寸见下表:表3-8人孔尺寸表单位：mm密封面型式凹凸面mfmD730b,43d030公称压力MP