应用课程设计任务书25M3液化石油气储罐设计.docx

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1.9MPa由介质温度确定4工作温度-20485公称容积（Vg）10/20/25/40/50M36工作压力波动情况可不考虑7装量系数(V)0.98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0.010.0211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a32HG22592-1997MFM液位计接口b80HG22592-1997MFM放气管c500HG/T21514-2005MFM人 孔d80HG22592-1997MFM安全阀接口e80HG22592-1997MFM排污管f80HG22592-1997MFM液相出口管g80HG22592-1997MFM液相回流管h80HG22592-1997MFM液相进口管i80HG22592-1997MFM气相管j20HG22592-1997MFM压力表接口k20HG22592-1997MFM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，19982 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，19993 全国化工设备设计技术中心站，化工设备图样技术要求，2000，114 郑津洋、董其伍、桑芝富，过程设备设计，化学工业出版社，20015 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，20026 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，19967 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（%）0.0.12.2747.323.4821.963.791.19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-2501.30.20.060.040.0250.007-2001.380.270.0750.0480.030.009002.3550.4660.1530.1020.0340.0242003.7210.8330.2490.2050.0760.05850071.770.670.50.20.16 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-2500.029510.094600.014090.008780.000950.00008-2000.127710.017610.0105403001140.001140.00011000.053460.220420.035920.022400.001290.000292000.084470.394010.058470.45020.002880.000695000.158900.824910.157320.109800.007580.00190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（）-25-2002050压力（MPa）0148010.188440.333780.585541.260412.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)P液化气(1.26041)P丙烷(1.77),则最高工作压力为1.77MPa.设计压力应为最高工作压力的1.05-1.1倍,故Pc=1.1*1.77=1.947MPa3.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=Vt=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=1.947MPa25m3,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)maxgD=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，t=170MPa =12.81mm对于低碳合金钢,腐蚀裕度C21mm,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=014.81mm 14.81mm 圆整后n=15mm,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，取0.9，=12.76,mm，n =C1+C2+=14.76mm圆整后n=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=1.947MPa8） 四、强度校核用水压进行容器强度的校核设最大应力为许用应力，用压力为2.2MPa的水进行强度校核，将上述设计好的数据输入强度校核软件，进行校核，从而得出容器设计是否合格,软件校核如下:各部分应力校核钢制卧式容器计算单位计 算 条 件 简 图设计压力 p1.947MPa设计温度 t50筒体材料名称16MnR(热轧)封头材料名称16MnR(热轧)封头型式椭圆形筒体内直径Di2000mm筒体长度 L7300mm筒体名义厚度 dn15mm支座垫板名义厚度 drn10mm筒体厚度附加量 C2mm腐蚀裕量 C12mm筒体焊接接头系数 F0.9封头名义厚度 dhn15mm封头厚度附加量 Ch2mm鞍座材料名称Q345-A.F鞍座宽度 b220mm鞍座包角 120支座形心至封头切线距离 A1250mm鞍座高度 H250mm地震烈度 低于7度内压圆筒校核计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.947MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2000.00mm材料 16MnR(热轧) ( 板材 )试验温度许用应力 s 170.00MPa设计温度许用应力 st 170.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 12.81mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13.00mm名义厚度 dn = 15.00mm重量 5041Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 2.2 MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 178.20 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.957MPa设计温度下计算应力 st = = 171.5MPastf 170.00MPa校核条件stf st结论 合格左封头计算计算单位 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.947MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2000.00mm曲面高度 hi 500.00mm材料 16MnR(热轧) (板材)试验温度许用应力 s 170.00MPa设计温度许用应力 st 170.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.90厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 12.76mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13mm最小厚度 dmin = 4mm名义厚度 dn = 12.00mm结论 满足最小厚度要求重量 486 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= =2.103MPa结论 合格右封头计算计算单位 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.947MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2000.00mm曲面高度 hi 500mm材料 16MnR(正火) (板材)试验温度许用应力 s 170.00MPa设计温度许用应力 st 170.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 12.81mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13mm最小厚度 dmin = 4mm名义厚度 dn = 15.00mm结论 满足最小厚度要求重量 486 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.103MPa结论 合格开孔补强计算计算单位接 管: 323.5计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.947MPa设计温度50壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2000mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t170MPa椭圆形封头长短轴之比 2接管实际外伸长度100mm接管实际内伸长度30mm接管材料16Mn(热轧)接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t 0.86mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t170MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 14.81mm接管计算厚度t3.48 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0.959开孔直径 d12.86mm补强区有效宽度 B49.85mm接管有效外伸长度 h110.83mm接管有效内伸长度 h28.56 mm开孔削弱所需的补强面积A 161.4mm2壳体多余金属面积 A175.64mm2接管多余金属面积 A2112.4mm2补强区内的焊缝面积 A366mm2A1+A2+A3=246.1mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 补强满足要求,不需另加补强。开孔补强计算计算单位接 管: 804计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.947MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2000mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度1900mm接管材料16Mn(热轧)接管焊接接头系数0.9名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t 2mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t170MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 10.42mm接管计算厚度t0.38 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0.959开孔直径 d84mm补强区有效宽度 B168 mm接管有效外伸长度 h1135mm接管有效内伸长度 h235mm开孔削弱所需的补强面积A 945.7mm2壳体多余金属面积 A166.848 mm2接管多余金属面积 A21458mm2补强区内的焊缝面积 A3100 mm2A1+A2+A3=1624.8 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 补强满足要求,不需另加补强。开孔补强计算计算单位接 管: 203计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.947MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数0.9壳体内直径 Di2000mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外伸长度100mm接管实际内伸长度20mm接管材料16Mn(热轧)接管焊接接头系数0.9名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称16MnR(热轧)凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径840mm补强圈厚度16mm接管厚度负偏差 C1t 0.875mm补强圈厚度负偏差 C1r 0mm接管材料许用应力t170MPa补强圈许用应力t170MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 12.81mm接管计算厚度t0.25 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr0.959开孔直径 d500mm补强区有效宽度 B161.5 mm接管有效外伸长度 h115mm接管有效内伸长度 h215mm开孔削弱所需的补强面积A 986.4mm2壳体多余金属面积 A180.42mm2接管多余金属面积 A2315.2mm2补强区内的焊缝面积 A386mm2A1+A2+A3=481.62 mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A4986.4mm2A-(A1+A2+A3)404.78mm2结论: 补强满足要求。