新50M3液化石油气储罐设计

目录

封面 (1)

目录 (2)

封皮 (3)

任务说明 (4)

封面 (6)

第一章、工艺设计 (7)

1.压力容器存储量 (7)

2.压力计算 (8)

第二章、机械设计 (8)

1、结构设计 (8)

⑴、筒体和封头的设计 (8)

⑵、接管与接管法兰设计 (8)

⑶、人孔、补强、液面计及安全阀的设计 (11)

⑷、鞍座的设计 (12)

⑸、焊接头设计 (14)

第三章、强度计算校核 (15)

1、内压圆筒校核 (16)

2、左封头计算校核 (17)

3、右封头计算校核 (18)

4、鞍座校核 (19)

5、各种接口补强校核 (20)

6、各种法兰校核 (21)

参考资料 (22)

设计感想 (23)

课程设计任务书

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：55M3液化石油气储罐设计

起迄日期：

课程设计地点：校内

指导教师：

系主任：

下达任务书日期:

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 1.61 MPa 由介质温度确定

4 工作温度-20～48 ℃

5 公称容积（V g）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

公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称

g 1-4 DN50 HG20595—97 MFM 液位计接口

c DN50 HG20595—97 MFM 放气管

b DN50 MFM 人孔

n DN50 HG20595—97 MFM 安全阀接口

h DN50 HG20595—97 MFM 排污管

i DN50 HG20595—97 MFM 液相出口管

f DN50 HG20595—97 MFM 液相回流管

a DN50 HG20595—97 MFM 液相进口管

c DN50 HG20595—97 MFM 气相管

d DN50 HG20595—97 MFM 压力表接口

e DN50 HG20595—97 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：

年06月12日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤

06月13日～06月16日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制06月17日～06月21日：设计图纸绘制（草图和装配图）

06月22日～06月23日：撰写设计说明书

06月24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

1、盛装液化石油气的压力容器设计存储量

W=ΦV t 式中， 装载系数Ф=0.90 压力容器容积V=55m 3

设计温度下饱和液体密度ρ

石油气

＜ρ水=1000 kg/m 3 ，故取介质密度ρ=1000 kg/m 3

则 ：存储量W=55m 3

×1000 kg/m 3×0.9=49500kg 工作温度为 -19℃∽50℃ 则取设计温度为55℃

22、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饱和蒸气分压，如表：

表1-3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 -25 0 0.029 0.0946 0.014 0.0088 0.00095 0.000083 0 -20 0 0.031 0.127 0.0176 0.0105 0.00114 0.000109 0 0 0 0.053 0.2204 0.0359 0.0224 0.00129 0.000256 0 20 0 0.084 0.394 0.069 0.045 0.00288 0.00063 0 50

0 0.158 0.0825 0.1573 0.1098 0.00758

0.0019 0

有上述分压可计算再设计温度t=55℃时，总的高和蒸汽压力

P=

i

n i i p

y ∑8

1

===0.01%×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）

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1.05~1.1倍的最高工作压力。所以有Pc=1.77 MPa

3、设计温度

液化石油气参数的确定

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1-1液化石油气组成成分 组成成分 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

对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下：

表1-2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 -25 0 1.3 0.2 0.06 0.04 0.025 0.007 0 -20 0 1.38 0.27 0.075 0.048 0.03 0.009 0 0 0 2.355 0.466 0.153 0.102 0.034 0.024 0 20 0 3.721 0.833 0.294 0.205 0.076 0.058 0 50

7

1.744

0.67

0.5

0.2

0.16

0.0011

根据本设计工艺要求，使用地点为太原市的室外，用途为液化石油气储配站工作温度为-19—50℃，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=55℃，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=55℃为设计温度。

第二章、机 械 设 计

1、结构设计

⑴ 筒体和封头的结构设计： 筒体设计：

L/D=3∽6;取L/D=4

2

D πL/4=v=55 得D=2597mm

圆整得D=2600 mm

封头的结构尺寸（封头结构如下图1） 由

()

22i

D H h =-，得h=H-D i ／4=690-650=40 mm

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，如下表2： 查得封头尺寸为:

表1：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/2

m

容积V 封/3

m 2600

690

7．6545

2.5131

图2-1椭圆形封头

由2V 封 +2

D πL/4=（1+5%）v 得L=7847mm 圆整得 L=8000mm 则L/D=3.08>3 符合要求. 则v

计=v 筒+2×v 封=

2

D πL/4+2×v

封=47.48 M

3

V 工 =ФV 计=42.732m 3

当量静液压 L 计 =L+4H/3=8.92m

2D π L 计= V 工

则 r=1.3m h=2r=2.6 m 静液压：P 静=ρgh= 1.48Mpa P 设×5%> P 静 则P 静可以忽略.

查标准 HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表 7-1 知，钢板厚度负偏 差为 0.25mm ，而有 GB150-1998 中 3.5.5.1 知，当钢材的厚度负偏差不大于 0.25mm ， 且不超过名义厚度的 6%时，负偏差可以忽略不计，故取 C1=0。

查标准 HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表 7-5 知,在无特殊腐蚀情 况下，腐蚀裕量 C2 不小于 1mm 。取 C2=2mm,则壁厚附加量C=0+2=2mm.把上式已知数据代入式3-1，得：

δd =2[]t

PcDi

C Pc σφ+-=1.947*2600∕2*163*1-1.947=15.62mm

根据钢板厚度规格，取δ

n

=15.62+2+0=17.62mm 向上圆整后名义厚度δn=18mm. 筒体的

有效厚度δe=δn-C1-C2=18-0-2=16mm

水压试验应力校核： 试验压力： PT =1.25P [σ] [σ]t=1.25×1.947×163 163=2.434MPa

圆筒的薄膜应力σT=PT(Di+δe) 2δe =2.434×(2600+16) 2×16 =198.98MPa 0.9 φσs=0.9×1.0×325=292.5MPa σT<0.9φσs故合格。

⑵接管及接管法兰的设计

法兰工程压力取P N=2.5Mpa

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。接管和法兰布置如图3所示，法兰简图如图所示：

查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表8.2 3-1 PN10带颈平焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。

查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-3,得各法兰的质量。

查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。

表2：接管和法兰尺寸

序号名称公称

直径

DN 钢管外

径法兰

焊端外

径

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

（个）

螺栓

Th

法兰

厚度

C

法兰颈法兰

高度

H

法兰质

量

N S

A 排污口80 89

B 200 160 18 8 M16 24 118 6 40 4.86

B 气相平

衡口

80 89B 200 160 18 8 M16 24 118 6 40 4.86

C 气相口80 89B 200 160 18 8 M16 24 118 6 40 4.86

D 出液口80 89B 200 160 18 8 M16 24 118 6 40 4.86

E 进液口80 89B 200 160 18 8 M16 24 118 6 40 4.86

F 人孔500 530B7306603620M33 44 58012 9081.4

g1-2 液位计

50 57B 165 125 18 4 M16 18 84 5 34 3.08

口

80 89B 200 160 18 8 M16 24 118 6 40 4.86

H 温度计

口

80 89B 200 160 18 8 M16 24 118 6 40 4.86 M 压力表

口

N 安全阀

100 108B 235 190 22 8 M20 24 145 6 44 6.91 口

S 排空口80 89B 200 160 18 8 M16 24 118 6 40 4.86 （3）垫片查HG/T 20609-2009《钢制管法兰用金属包覆垫片》，得：

表3 垫片尺寸表

符号管口名称公称直径内径D1 外径D2

a 排污口80 120 142

b 气相平衡口80 120 142

c 气相口80 120 142

d 出液口80 120 142

e 进液口80 120 142

f 人孔500 580 624

g1-2 液位计口50 85 107

h 温度计口80 120 142

m 压力表口80 120 142

n安全阀口100 145 168

s 排空口80 120 142

注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T 3880，代号为L3。