60M3液化石油气储罐设计

中北大学课程设计说明书学生姓名：董龙学号：0902034147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：60M3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：过程装备与控制工程学生姓名：董龙学号：0902034147课程设计题目：60M3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MPa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其它要求管口表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称液位计接口放气管人孔安全阀接口排污管液相出口管液相回流管液相进口管气相管压力表接口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：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：年月日前言压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。本次课程设计目的主要是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；掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证；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；掌握工程图纸的计算机绘图。目录封面··································································1封面···································································2设计任务书·····························································3前言····························································6目录·······························································7第一章、工艺设计····················································81.压力容器存储量·········································82.压力计算···············································9第二章、机械设计······················································91、结构设计·························································9⑴、筒体和封头的设计·····································9⑵、接管与接管法兰设计···································11⑶、人孔、补强、液面计及安全阀的设计···················15⑷、鞍座的设计······································18⑸、焊接头设计·····································20第三章、强度计算校核················································211、内压圆筒校核······································212、左封头计算校核···········································243、右封头计算校核···········································254、鞍座校核··································265、各种接口补强校核·········································35参考资料·····························································36设计感想·····························································37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=ΦVt式中，装载系数Ф=0.90压力容器容积V=60m3设计温度下饱和液体密度ρ石油气＜ρ水=1000kg/m3，故取介质密度ρ=1000kg/m3则：存储量W=60m3×1000kg/m3×0.9=54000kg工作温度为-20℃∽48℃则取设计温度为50℃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-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，总的高和蒸汽压力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=1.25901MPa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=1.9184MPa3、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0.012.2549.323.4821.963.791.190.02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-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。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=0.9×63.4×500=19020Kg第二章、机械设计2.1、结构设计2.1.1、筒体和封头的结构设计：筒体设计：L/D=3∽6;取L/D=42DL/4=v=60得D=2673mm圆整得D=2700mm封头的结构尺寸（封头结构如下图1）由22iDHh，得h=H-Di／4=715-675=40mm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，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/2m容积V封/3m27007158.24152.8055图2-1椭圆形封头由2V封+2DL/4=（1+5%）v=63000000000得L=10028mm圆整得L=10100mm则L/D=3.743符合要求.则v计=v筒+2×v封=2DL/4+2×v封=63.4