曾一峰课程设计任务书

1中北大学课程设计说明书学生姓名：曾一峰学号：0902034144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：（45）M3液化石油气储罐设计指导教师：职称:2012年06月11日陆辉山闫宏伟高强2中北大学课程设计任务书2011/2012学年第二学期学院：机械工程与自动化学院专业：过程控制与装备工程学生姓名：学号：课程设计题目：（45）M3液化石油气储罐设计起迄日期：06月11日～06月22日课程设计地点：校内指导教师：陆辉山闫宏伟高强系主任：姚竹亭下达任务书日期:2012年06月11日3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1.9184MPa由介质温度确定4工作温度-20～48℃5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(φV)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0.01～0.0211其它要求管口表g32HG20592-1997MFM液位计接口e80HG20592-1997MFM放气管b500HG/T21514-2005MFM人孔c80HG20592-1997MFM安全阀接口80HG20592-1997MFM排污管h80HG20592-1997MFM液相出口管80HG20592-1997MFM液相回流管a80HG20592-1997MFM液相进口管80HG20592-1997MFM气相管f20HG20592-1997MFM压力表接口d20HG20592-1997MFM温度计接口g32HG20592-1997MFM液位计接口4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。5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：2012年06月11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22日：答辩及成绩评定系主任审查意见：签字：年月日6第一章工艺设计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：表一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0.012.2549.323.4821.963.791.190.02对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下：表二，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-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.00111、设计温度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-20—48℃，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=50℃，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=50℃为设计温度。1、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，如表三：表三，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-2500.0290.09460.0140.00880.000950.0000830-2000.0310.1270.01760.01050.001140.0001090000.0530.22040.03590.02240.001290.00025602000.0840.3940.0690.0450.002880.0006305000.1580.08250.15730.10980.007580.00190有上述分压可计算再设计温度t=50℃时，总的饱和蒸汽压力P=iniipy∑81===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=1.25901MPa7因为：P异丁烷（0.2）P液化气(1.25901)P丙烷（1.744）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设计压力。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=1.1*1.744=1.9184MPa。3、设计储量参考相关文件，取石油液化气的密度为500Kg/m3，盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为：W=øVρt=0.9×45.226×500=20351.7第二章﹑机械设计2.1结构设计2.1.1筒体和封头的设计：对于承受内压，且设计压力Pc=1.9184MPa4MPa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。筒体和封头的选形a、筒体设计：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=4①。所以2454DLπ②。由①②连解得：D=2.4286m=2428.6mm。圆整得D=2500mmb、封头设计：Pc=1.9184MPa，为中压，选用椭圆形封头查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1EHA椭圆形封头内表面积、容积得：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/2m容积V封/3m25006657.08912.2417图1椭圆形封头8由2V封+2DL/4=45得L=8254mm圆整得L=8300mm则L/D=3.32符合要求.则V计=2V封+2DL/4=45.226m345m3且比较接近，所以结构设计合理。液柱静压力：根据设计为卧式储罐，所以储存液体最大高度hmax≤D=2500mm。P静（max）=ρghmax≤ρgD=500×9.8×2.5=12.25Kpa3max612.2510/100%0.6386%5%1.918410cPP静）则P静可以忽略不记。圆筒厚度的设计：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-20~48℃，最高工作压力等条件，综合经济效益，参考GB150-2011《固定式压力容器》选用Q345R为筒体材料。根据GB150，初选厚度为6~25mm，最低冲击试验温度为-20℃，热轧处理。根据GB150查得Q345R钢在厚度为16~36mm，使用温度为-20~48℃时的许用应力[σ]=185MPa。∴δ=1.9184250014.4862[σ]Φ_21850.9_1.9184citcPDPmm3mm根据《过程设备设计》115页，对于Q345R，δ最小应大于3mm，满足。∵对于Q345R，需满足腐蚀裕度C2≥1mm，取C2=2mmGB∕T709中的B类要求，C1=0.3mm∴δd=δ+C2=14.486+2=16.486mm，δn=δd+C1+Δ=16.486+0.3+Δ=17mmQ345R属于普通碳素钢，查工艺设计手册（下）中的板材规范，选择厚度δ=18mm的钢板。椭圆封头厚度的设计：为了得到良好的焊接工艺，封头材料的选择同筒体设计。9∴δ=1.918425002[]_0.521850.9_0.51.9184citcPDP=14.444mm同理，选取C2=2mm，C1=0.3mm。∴δn=δ+C1+C2+Δ=14.444+0.3+2=17mm跟筒体一样，选择厚度为18mm的Q345R为材料冲压成型。2.1.2容器法兰的设计Pc=1.9184MPa，故公称压力PN=2.5MPa（根据《过程设备设计》139页）。法兰压紧面选用凹凸面面（根据《过程设备设计》141页）。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HG20592-1997中表5.0.2，选带颈平焊法兰（SO）。根据HG20592-1997中表7-1，可确定连接尺寸。10根据HG20592-1997中表3-1，确定公称直径和钢管外径间关系，选用B系列。根据HG20592-1997中表3.0.2-2，确定坡口宽度b根据HG/T20592-97《钢制管法兰》，（网上）可得出下表:11法兰尺寸序号名称公称通径DN钢管外径B连接尺寸法兰厚度C法兰高度H法兰颈法兰内径B1坡口宽度b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ThB系列a液位计口3238140100188M161830603952.02b放气管8089200160188M1624401189164.86d安全阀口8089200160188M1624401189164.86e排污口8089200160188M1624401189164.86f液相出口8089200160188M1624401189164.86g液相回流管8089200160188M1624401189164.86h液相进口8089200160188M1624401189164.86i气相管8089200160188M1624401189164.86j压力表口202510575144M121626452641.03k温度计口202510575144M121626452641.03c人孔5005307306603620M33×256535125351281.4查