本科毕业论文-50液化石油气储罐设计.doc
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1、目 录 中文摘要 外文摘要 1 前言.1 2 选题背景.2 3 方案论证.2 4 工艺设计3 4.1 液化石油气参数的确定3 4.2 设计温度3 4.3 设计压力4 4.4 设计储量5 5 机械设计5 5.1 初步选型:5 5.2 筒体设计.5 5.3 封头设计.6 6 壁厚设计.7 6.1 各项参数7 6.2 筒体壁厚设计计算8 6.3 封头壁厚设计与强度校核10 7 开孔补强和人孔的设计.11 7.1 人孔设计选型11 7.2 人孔补强计算12 8 安全阀和液面计选型15 8.1 安全阀的选型与校核15 8.2 液面计的选型18 9 接管,法兰,垫片和螺栓的选择.19 9.1、接管和法兰.
2、19 9.2 垫片的选择22 9.3 螺栓(螺柱)的选择.23 10 鞍座选型和结构设计24 10.1 鞍座选型.24 10.2 鞍座位置的确定27 11 焊接接头的设计28 11.1 筒体和封头的焊接:.28 11.2 接管与筒体的焊接:.28 12 主要参数汇总表28 13 总结29 参考文献30 致谢32 1 前言 第 1 页 (共 32 页) 1 1 前言前言 随着石油化学工业的发展,液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料,已 愈来愈受到人们的重视。在化工生产方面,液化石油气经过分离得到乙烯、丙烯、 丁烯、丁二烯等,用来生产合塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料 等产品。然
3、而,由于液化石油气具有易燃易爆的特性,与空气混合能形成爆炸性混合物.遇 热和明火有燃烧爆炸的危险。因此,液化石油气的储存安全性、可靠性、实用性、 经济性就自然被作为设计液化石油气储罐的基本考虑因素。本次设计的50立方米液 化石油气储罐常用于乡镇的液化石油气加气站储存液化石油气,对于生产生活具有 重要意义。 本次设计中综合考虑经济性、实用性、安全可靠性等。各项设计参数都参考了 行业使用标准或国家标准,这样使设计有章可循,并考虑结构方面的要求,合理进 行设计。其设计包括了液化石油气储罐的工艺设计、机械设计、壁厚设计、人孔的 开孔及补强、安全阀、液面计等部件的选型,对应的接管、法兰、垫片等选取,支
4、座的选型,焊接头的设计等。 通过这些时间的学习,现在储罐的发展趋势为:(1)大型化 通过大量大型储 罐的设计、建造和使用发现,采用大容量油罐储油具有节省钢材、减少占地面积、方 便操作管理、减少油罐附件及管线长度和节省投资等优点 (2)新型材料的应用油 罐的大型化而产生的主要问题之一就是对材料的要求更高。为了避免底层罐壁过厚 带来的整体热处理问题和解决焊接问题,对于大型油罐的设计,均采用高强度钢。大 型油罐一般采用屈服强490MPa 级的钢材。武钢联合有关单位自主研制的WH610D2 钢 板不仅具有高强度、高韧性,而且具有优良的焊接性能,尤其是能够适用于大线能量 焊接工艺条件 对于公称容积小于1
5、00立方的液化石油气储罐,目前国内研究已趋向于成熟,因 此,这次的设计相对于其他小型储罐的设计没有太大的区别。安全性和经济性作为 设计的两大准则。 50 液化石油气储罐设计 第 2 页(共 32 页) 2 2 选题背景选题背景 题目来源:随着我国经济社会的全面发展,能源行业亦面临着巨大的发展空间。 中国的能源结构中,煤炭占据着很大的比例,石油液化气作为一种较清洁能源,现 在正被广泛地使用。但是液化石油气具有遇明火易燃易爆的危险性和一定的毒,随 之而来的问题就是液化石油气的储存问,液化石油气的储罐要求非常严格。因此, 液化石油气储罐的设计对于日常生活和石油天然气行业的发展就显得尤为重要。尤 其是
6、在安全性何方或防爆方面。液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备, 常 温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形贮罐。在一般中、小型液化石油气站内 大多选用卧式圆筒形石油液化气贮罐,因为圆筒形石油液化气贮罐具有加工制造安装 简单, 安装费用少等优点。卧式圆柱形石油液化气贮罐应用也极为广泛。由于它具 有承受较高的正压和负压的能力,有利于减少油品的蒸发损耗,也减少了发生火灾 的危险性。 本课题的目的:本课题所设计的储罐公称容积为 50 立方米,属于小型储罐,这 种小型储罐应用也极为广泛。由于它具有承受较高的正压和负压的能力,有利于减 少油品的蒸发损耗,也减少了发生火灾的危险性。它可在机械,一成批制
7、造,然后 运往工地安装,便于搬运和拆迁,机动性较好。缺点是容量一般较小,用的数量多, 占地面积大。它适用于小型分配油库、农村油库、城市加油站、部队野战油库或企 业附属油库。在大型油库中也用来作为附属油罐使用,如放空罐和计量罐等。本课 题所设计的液化石油气储罐对于日常生活生产具有重要意义。 3 3 方案论证方案论证 根据本次设计的储罐容量为 50 立方米,而且使用地点问湖北荆州,设此储罐在 液化石油气加气站使用。此储罐容量小于 100 立方米,根据经验,选用卧式储罐; 根据液化石油气大体的成分,初步计算出液化石油气的设计压力为 1.9MP 左右,故 根据化工工艺设计手册(下)常用设备系列,Pc5
8、0m 计封 2 D 33 公称容积误差小于百分之五 且比较接近,所以结构设计合理。 50.132350 0.3%5% 50 e 6 壁厚设计 第 7 页 (共 32 页) 6 6 壁厚设计壁厚设计 6.16.1 各项参数各项参数 (1)设计温度 T=50。 (2)差得液化石油气的密度约为 580Kg/m3,设计压力 P=1.92MPa,液体静压力 ,由计算可知液体静压力可以 2 LP =gh=5809.82.7=1534.68Pa5%P=9.6 10 Pa水 忽略不计。 (3)材料选择: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,最高工作压力等条件。根据 GB150
9、-1998 表 4-1,选用筒体材料为低 合金钢 16MnR(钢材标准为 GB6654)t=185MPa。选用 16MnR 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。 (4)腐蚀裕量 C2:查腐蚀数据手册 ,Q345R 耐天然气腐蚀,其 这里取,若设计寿命为 20 年,则腐蚀余量取为aK0.1mm/yaK =0.1mm/y 。2aC =BK =20 0.1=2mm (5)焊缝系数:根据压力容器安全技术监察规程规定,液化石油气储罐 应视为第三类压力容器,筒体纵焊缝应采用全焊透双面焊缝,且 100%无损探伤,所 以。1.0 (7)液柱静压力:根据设计为卧
10、式储罐,所以储存液体最大高度 h maxD=2600mm。 P静(max)=gh maxgD=5809.82.3=14.05Kpa 可以忽略不记。 3 max6 14.05 10 /100%0.56%5% 2.1417 10 c PP 静 (7)许用应力:假设钢板厚度在 1635mm 之间,查表 3.1 得。 50 =185aMP 表表 5 5 16351635 钢板许用应力钢板许用应力 在下列温度()下的许用应力(MPa) 2010016MnR 185185 50 液化石油气储罐设计 第 8 页(共 32 页) (8)钢板负偏差 C1:对于低碳钢和低合金钢,需满足腐蚀裕度 C21mm, 取
11、C2=2mm 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 C1=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%时,负偏差可以忽略不计,故取 C1=0,C=C1+C2=2+0 =2。 6.26.2 筒体壁厚设计计算筒体壁厚设计计算 6.2.16.2.1 壁厚计算壁厚计算 根据 GB150,初选厚度为 625mm,最低冲击试验温度为-20,热轧处理。 (6) 2.14172600 =16.02mm 2 -2 185 0.92.1417 ci t c PD P d=+C2=16.02+2=18.0mm , n=d+C1=
12、16.51+0=16.51mm 圆整后取名义厚度 n=18mm ,t没有变化,故取名义厚度 18mm 合适。 式中: 筒体的计算厚度,mm; 计算压力,MPa; c P 焊接接头系数; 筒体的内直径,mm; i D 设计温度下筒体材料的许用应力,MPa; t ,1.92 c PMPa12600 i D 185 t MPa 6.2.2 筒体水压试验校核 对于 Q345R 材料,试验时水温应高于 5,其常温许用应力和在试验压力下的 2 ci t c PD P 6 壁厚设计 第 9 页 (共 32 页) 许用应力,屈服点,卧置试压。内压容器液压试验压 =163a t MPy=325Mpa 力规定为:
13、 (7) 50 TP =max1.25P / P+0.1 =max1.25 1.92+0.1 =2.4MPa , ,1. 92 式中: 试验压力,; T PaMP 设计压力,;PaMP 容器元件材料在试验温度下的许用应力,; MPa 容器元件材料在设计温度下的许用应力,; tMPa 不计 -6 LiP =Dg=2.69800 100.02548MPa5%P水,故可忽略 应力校核时应计入液柱静压,由于压力试验时容器承受的试验压力高于 T P 其设计压力,因此在压力试验时应按式(3-3)对试验压力下容器壳体的周向应力P 进行校核。 T (8) () 2 Tie T e P D 式中: 试验压力下的
14、筒壁周向薄膜应力,; T aMP 试验压力,; T PMPa 圆筒内直径,; i Dmm 圆筒的有效厚度,; e mm 水压试验下的筒壁周向薄膜应力 圆筒的有效厚度 (9) 12 180216 en CCmm 50 液化石油气储罐设计 第 10 页(共 32 页) 所以筒体壁厚满足水压试验时的强度要求。 6.36.3 封头壁厚设计与强度校核封头壁厚设计与强度校核 6.3.16.3.1 封头计算封头计算 厚度按下列公式计算: (10) 2 0.5 ci t c KPD P 式中: 系数,对标准椭圆形封头;K1K 封头的计算厚度,mm; 设计压力,MPa; c P 焊接接头系数; 封头的内直径,m
15、m; i D 设计温度下筒体材料的许用应力,MPa; t 将数据, 带入(10)式,1.92 c PMPa12600 i D 同理,选取 C2=2 mm ,C1=0 mm 。 n=+C1+C2=13.53+2+0=15.53mm 取名义厚度为 n=18mm,跟筒体一样, 选择厚度为 18mm 的 16MnR 材料合适。 ()2.4(260016) 196.20.9 22 16 0.9325292.5 Tie Ts e P D MPa MPa 1 1.922600 15.53 2 0.52 185 1.00.5 1.92 ci t c KPD mm P 7 开孔补强和人孔的设计 第 11 页 (
16、共 32 页) 6.3.2 封头最小壁厚校核:封头最小壁厚校核: 因为: (11) 182160.15%3.9 eni CDmm 因此选择名义厚度为 20mm 的封头厚度满足要求。 6.3.36.3.3 设计温度下的应力校核设计温度下的应力校核 在设计温度下根据公式可得: (12) ()1.92(260016) 22 16 159.6 185 cie t e t P Dt t MPaMPa 满足要求 7 7 开孔补强和人孔的设计开孔补强和人孔的设计 7.1 人孔设计选型人孔设计选型 图图 2 2 水平吊盖人孔水平吊盖人孔 查压力容器与化工设备实用手册 ,因筒体长度 85009000mm,只需开
17、一个人 孔,可选水平吊盖人孔。由使用地为荆州市室外,确定人孔的公称直径 DN=500mm, 50 液化石油气储罐设计 第 12 页(共 32 页) 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,8.8 级 35CrMoA 等长双头螺柱连接。其明细见下表 6 表表 6 6 人孔法兰形式表(参照回转盖带颈对焊法兰)人孔法兰形式表(参照回转盖带颈对焊法兰) 图图 3 3 回回 转盖带颈转盖带颈 对焊法兰对焊法兰 人孔人孔 7.27.2 人孔补强计算人孔补强计算
18、 7.2.17.2.1 人孔选型人孔选型 对筒体:, =185a t MP 1 0.35Cmm 2 2Cmm 密 封 面 形 式 公 称 压 力 公 称 直 径 dw s dD 1 D 1 H 2 Hb 1 b 2 bABL 0 d 螺 柱 数 量 螺 母 数 量 凹 凸 面 2 . 5 M P a 5 0 0 5 3 0 1 2 5 0 0 7 3 0 6 6 0 2 7 0 1 3 4 4 8 5 4 5 5 4 0 5 2 0 0 3 0 0 3 0 2 0 4 0 7 开孔补强和人孔的设计 第 13 页 (共 32 页) 根据公称压力 PN2.5MPa,公称直径 DN500mm,选择回
19、转不锈钢人孔,密封面 型式 FM,尺寸为,接管材质为 20 号钢管。530 12mm 对接管,按 GB/150 标准,则 t =185a t MP =185a t MP 1 10%10% 121.2 tnt Cmm 12 1.223.2 tt CCCmm min,1min1,11 t t r t f 开孔直径接管计算厚度 (13)225302 1223.2512.4 ott ddCmm 接管有效厚度 (14)103.26.8 etntt Cmm 开孔所需要的补强面积 2 2(1)512.4 168198.4 etr Adfmm (15) 有效补强范围确定如下 有效补强宽度 (16) 2 2(1
20、)512.4 168198.4 etr Adfmm 外侧有效补强高度 (17) 1 min,300min 512.4 12,30078.41 nt hd 内侧有效补强高度 2 min,00 nt hd 1.92(5302 12) 2.64 2 2 185 1.01.92 i t t Pd mm P 50 液化石油气储罐设计 第 14 页(共 32 页) 在有效补强范围以内,壳体的多余补强面积为 (18) 1 ()()2()(1) eeter ABdf 2 512.4(1613.53)1265.63mm 在有效补强范围以内,接管的多余补强面积为 (19) 2122 2 ()2() ettrett
21、r AhfhCf 2 278.41 (122.64)1467.84mm 在有效补强范围内,焊缝面积为(焊缝腰高取较薄板 222 3 12144Amm 的厚度) 。 在有效补强范围内,总有效补强面积 (20) 2 123 1265.63 1467.841442877.47 e AAAAmm 因为 22 2877.478198.4 e AmmAmm 所以开孔后需要补强。 7.2.2 补强圈的计算与选型补强圈的计算与选型 补强圈的计算如下: 补强圈材料选用与壳体相同材料,即 16MnR 应该增加的补强面积 按JB/T 4736-2002 补强圈 标准中 C 型 15坡口,时,补强圈500 N Dmm
22、 外径,所以所需要的补强圈的厚度 2 84Dmm 2 8198.42877.475320.93 ee AAA mm 8 安全阀和液面计选型 第 15 页 (共 32 页) (21) 4 2 5320.93 15.65 840-500 o A mm Dd 考虑到腐蚀裕量和钢板厚度负偏差,取补强圈的名义厚度。补强圈20 nc mm 标记为: 50020Q345R N DC/4736JB T 图图 4 4 补强圈示意图补强圈示意图 8 8 安全阀和液面计选型安全阀和液面计选型 8.18.1 安全阀的选型与校核安全阀的选型与校核 8.1.18.1.1 安全阀的选型安全阀的选型 液化石油气储罐的设计压力
23、在 1.6MP 以上,属于第三类压力容器,必须设置安 全阀。安全阀的选型时,首先要根据安全阀的排放压力进行初步选型,再根据设备 超压所需的最大泄放量应小于所选安全阀的最大泄放量为标准进一步校核。 50时液化石油气的饱和蒸汽压最高为 1.744MPa(表压),安全阀的排放压力: (22) 1.744 1.10.12.02() d PMPa绝对 选择型号为 A42Y-16C 的弹簧式全启封闭型安全阀,密封面材料为硬质合金,阀 体为碳钢,公称压力为 2.5MPa(25kg/cm2) 。按我国压力容器安全技术监察规程 规定,液化石油气储罐的安全泄放量用下式计算: 50 液化石油气储罐设计 第 16 页
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- 本科 毕业论文 50 液化 石油气 设计
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