20M3液化石油气储罐设计

摘要本设计按过程装备与控制工程专业教学计划要求，在完成专业核心课程《过程设备设计》学习后，这对此课程安排的课程设计。其目的是强化理论知识，并进行实践训练，培养学生解决工程实际问题的能力。我的主要任务是完成20M3液化石油气储罐设计。儿储罐属于存储压力容器（代号C）主要用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器。按照国家最新压力容器标准、规范进行设计，本着可靠、经济、适用的原则选取。本次设计分成两个阶段，一为设计计算、绘制装备图草图，二为用CAD绘制总装配图。本次设计按照工艺人员给定的工艺条件，计算确定储罐的轮廓尺寸的设计计算及相关的结构设计，其具体内容包括工艺设计、机械设计、技术条件的编制等等。本次储罐设计是在孙海洋XX老师的耐心指导下完成的，XX老师对本次设计给予了莫大的帮助，对此表示由衷感谢。1前言...........................................................................................................................................2第一章工艺计算.....................................................................................................................31.1设计存储量........................................................................................................................31.2设计压力............................................................................................................................31.3设计温度确定....................................................................................................................4第二章机械设计...............................................................................................................42.1承压壳体设计....................................................................................................................42.2零部设计............................................................................................................................7第三章各种接管总体布局...................................................................................................15第四章强度计算校核...........................................................................................................164.1水压试验..........................................................................................................................164.2应力校核..........................................................................................................................164.3稳定性条件......................................................................................................................184.4补强计算..........................................................................................................................184.5气密性试验......................................................................................................................21总结.........................................................................................................................................22参考文献:...............................................................................................................................232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。根据设计要求和任务条件，通过工艺设计、工艺计算、材料选择、容器类别等进行初步的设计计算和草图的绘制。在前期工作的基础上进行结构设计、支座设计等机械设计，并根据实际情况选择焊接类型和封面类型。当设计基本完成后再根据设计的任务条件进行强度计算和压力试验、气密性试验等。设计完成后，编写说明书。本次设计主要是设计储罐，储罐属于存储压力容器（代号C）主要用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器。液化石油气储罐即为此类压力容器。液化石油气主要由丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等物质组成的。通常情况下，灌装的压力容器中液化石油气极易挥发，体积能矿大250-300倍，且气态液化石油比空气重，因此一旦出现泄漏，遇到明火、电火花等火源就会发生燃烧甚至爆炸。本次20M3属中压容器，根据《固定式压力容器安全技术监督管程》液化石油气为易燃气体，故液化石油气储罐归为第二类压力容器。3第一章工艺计算1.1设计存储量盛装液化气体的压力容器设计存储量tVW式中：——装载系数（Ф=0.90）；V——压力容器容积（20m³）；t——设计温度下的饱和溶液的密度，3mt（0.4853mt）根据设计条件tVW=0.9×20×0.485=8.730t1.2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，不需要设保冷层。表1常温储存液化气体压力容器规定温度下的工作压力液化气体临界温度无保冷设施规定温度下的工作压力≧50℃50℃饱和蒸汽压力＜50℃设计规定的最大装量下位50℃的气体压力表2常温储存混合液化气体压力容器规定温度下的工作压力混合液化石油气50℃饱和蒸汽压力无保冷规定温度下的工作压力≦异丁烷50℃饱和蒸汽压力=异丁烷50℃＞异丁烷50℃饱和蒸汽压力≦丙烷50℃饱和蒸汽压力=丙烷50℃饱和蒸汽压力＞丙烷50℃饱和蒸汽压力=丙烷50℃饱和蒸汽压力表3液化气体饱和蒸汽压及饱和密度温度℃-15103050饱和蒸汽压Mpa液化石油气0.1830.3190.7221.182丙烷0.2790.6161.0581.710饱和液密度Kg/m³液化石油气571543512485因为：P异丁烷P液化气P丙烷当液化石油气在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。4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。即wp为wp=1.710MPa。故，cp=1.77MPa。1.3设计温度确定液化石油气参数的确定，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—50℃，介质为易燃易爆的气体。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=﹣20℃。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。第二章机械设计2.1承压壳体设计化工设备结构设计包括承压壳体（筒体和封头）及零部件的设计。零部件包括支座、接管和法兰、人孔和手孔、液面计、视镜等。我国已经制订了化工设备通用零部件的系列标准，设计时可根据具体设计条件按照标准进行选用。为使壳体满足工艺要求，材料选择也很重要。表4Q345RQ245R的性能参数钢号钢板标准状态厚度mm常用强度指标定温下的许用应力MPaσbMPaσsMPa≦20100Q345GB713热轧3-1651034518918916-36500325185185Q245GB713热轧3-1640024514814716-36400235148140①筒体结构：直径D=2000mm；长度L=5700mm。②封头结构：查标准JB/T25198-2010《钢制压力容器用封头》中表C.1EHA5椭圆形封头内表面积、容积。查得封头尺寸为:表5EHA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/m²容积V/m³20005254.49301.1257图1椭圆形封头则:V计=V筒+2V封=πD²L/4+2×V封=20.158m3V工=V计f=20.158×0.9=18.142m³静液压：P静=ρgh，由液化石油气ρ=485Kg/m³；重力加数度g=9.81m/s²；卧式储罐DN=2000mm。图2卧式储罐样图h=DN=2mP静=0.00952MPaP设×5%=0.089MpaP静③筒体厚度计算6GB713锅炉和压力容器用钢板和GB3551《低温压力容器用钢板》中列举的压力容器专用钢板的厚度负偏差按GB/T709中的Ｂ类要求。Q345Ｒ，Q245R等压力容器的钢板负偏差-0.30mm。考虑到，介质的腐蚀程度，和材料Q345R,Q245R的抗腐蚀能力，暂设Q345RC2为2mm，而Q245R的C2为3mm。计算厚度1.772000218911.772citcpDp9.409mm（材料Q345R）设计厚度29.049211.049dCmm名义厚度1212nCCmm(在设定范围之内)有效厚度122.39.7eCmm最小厚度min212210nCmm同理材料为Q245R时，其厚度为计算