課程設計計算說明書---液化石油氣儲罐的設計

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　本次設計中采用常規(guī)設計方法，綜合考慮儲罐的環(huán)境條件、介質性質等因素并參考相關的壓力容器設計標準，分別對儲罐的筒體、封頭、鞍座、人孔、接管等進行設計。在完成液化石油氣儲罐各部分的初步設計后，利用化工設備強度計算軟件SW6-1998進行強度校核，以確定儲罐各個組成部分的合理結構與尺寸。由于作者初次嘗試有關液化石油氣儲罐的設計，以及作

2、者能力的限制，在設計過程中難免有一些不足之處，還望批評指正！</p><p><b>　　一 工藝設計</b></p><p>　　1．液化石油氣的基本成分</p><p>　　液化石油氣是在開采和煉制石油的過程中產(chǎn)生的一部分氣態(tài)，經(jīng)液化后分離出干氣而得到的可燃液體。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，經(jīng)把丙烯

3、、丁烯提煉出去，作為城市燃料使用的液化石油氣是丙烷、丁烷。目前我國城市液化石油氣系統(tǒng)供應的一般為丙烷、丁烷、丙烯、丁烯為主要成分的液化烴類混合物。由于石油產(chǎn)地的不同，各地區(qū)液化石油氣的成分各不相同，而本次設計中選取新疆克拉瑪依煉油廠、獨山子煉油廠等地區(qū)液化石油氣組分情況進行液化石油氣儲罐設計。其液化石油氣主要組織成分的比例大致如表1.1所示。</p><p>　　表1.1 液化石油氣主要組織成分的比例表<

4、/p><p>　　2．液化石油氣儲罐設計參數(shù)的確定</p><p>　　2.1設計壓力的確定</p><p>　　某些烴類飽和蒸氣壓力與溫度的關系可以從《煤氣設計手冊》上冊中圖1-1-20 查得，根據(jù)新疆地區(qū)液化石油氣的組成成分特性，從圖1-1-20中可查得各種溫度下這些成分的飽和蒸氣壓力如表1.2所示。</p><p>　　表1.2 各溫度下

5、各成分的飽和蒸氣壓力</p><p>　　從表1.2中我們可以明顯看出,溫度從50℃降到-25℃時,各種成分的飽和蒸氣壓力下降的很厲害?？梢酝茢?在低溫狀態(tài)下,由飽和蒸氣壓力引起的應力水平不會很高。</p><p>　　根據(jù)道爾頓分壓定律，我們不難計算出各種溫度下液化石油氣中各種成分的飽和蒸氣分壓如表1.3所示。</p><p>　　表1.3 各種成分在相應溫度下

6、的飽和蒸氣分壓</p><p>　　根據(jù)表1.3不難計算出各種溫度下液化石油氣飽和蒸氣壓力，如表1.4所示。</p><p>　　表1.4 液化石油氣在各溫度下的飽和蒸氣壓力</p><p>　　因新疆地區(qū)液化石油氣在50℃時的飽和蒸氣壓力為1.26041 MPa，大于50℃時異丁烷的飽和蒸氣壓力(0．67 MPa)，且小于50℃時丙烷的飽和蒸氣壓力（1.77 M

7、Pa），故按國家質量技術監(jiān)察局《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，取50℃時丙烷的飽和蒸氣壓力1.77 MPa為設計壓力及。由于，按《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》第6條劃分類別的規(guī)定，本設備屬中壓儲存容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質，且PV乘積大于等于10 MPa·m3），按《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》劃分為三類壓力容器。</p><p>　　2.2設計溫度的確定</p><p&

8、gt;　　按《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》第35條規(guī)定：設計儲存容器，當殼體的金屬溫度受大氣環(huán)境氣溫條件所影響時，其最低設計溫度可按該地區(qū)氣象資料，取歷年來月平均最低氣溫的最低值。但由于本次設計中要求液化石油氣儲罐工作在-20～48℃，故本設計中取最低設計溫度為-20℃。按《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》液化石油氣最高設計溫度取值為50℃。</p><p><b>　　2.3設計儲量</b><

9、;/p><p>　　按《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》第36 條1之規(guī)定：介質為液化氣體（含液化石油氣）的固定式壓力容器設計儲存量，應按照下式計算：</p><p>　　式中： —儲存量，；</p><p>　　—裝量系數(shù)，取0.9,；</p><p>　　—壓力容器的容積，21；</p><p>　　—設計溫度下的飽和液體密

10、度，0.42 。</p><p><b>　　則存儲量：</b></p><p><b>　　3.選材</b></p><p>　　液化石油氣儲罐儲存的介質一般是經(jīng)催化裂化工藝而產(chǎn)生的液化石油氣,其中常含一定的水分、及一定量的氰化物。這些物質的共同存在,易形成使鋼材裂紋極為敏感的濕環(huán)境。在這樣的環(huán)境下,應力腐蝕開裂是主要的

11、表現(xiàn)形態(tài)。液化石油氣儲罐的應力腐蝕發(fā)生的頻率很高,為了保證儲罐的安全運行,在設計中應選擇對應力腐蝕敏感性低的材料。材料對應力腐蝕的敏感性指材料抗應力腐蝕裂紋擴展能力的大小。一般說來,材料的強度越高,則抗應力腐蝕裂紋擴展能力下降越多。液化石油氣儲罐可選用碳鋼或低合金鋼為殼體材料,通常以16MnR為主要材料。考慮到本次設計的液化石油氣儲罐屬于第三類中壓儲存容器，且工作在-20～48℃溫度范圍內(nèi)，故選取16MnR（許用應力： 常溫下強度指標:

12、）為結構材料。并且在全部焊接工作完成后,應進行整體消除應力熱處理。</p><p><b>　　二 結構設計</b></p><p>　　1.筒體和封頭的結構設計</p><p><b>　　；取 </b></p><p><b>　　由 可得</b></p&g

13、t;<p><b>　　圓整得</b></p><p>　　查得標準橢圓形封頭參數(shù)為:</p><p><b>　　封頭容積</b></p><p><b>　　封頭深</b></p><p><b>　　直邊段</b></p>

14、<p><b>　　總深度</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　得 </b></p><p>　　圓整得 </p><p><b>　　則 符合要求.</b></p>&

15、lt;p><b>　　則</b></p><p><b>　　計算長度：</b></p><p>　　由 可近似得到液柱靜壓力</p><p><b>　　故計算壓力：</b></p><p><b>　　筒體計算厚度 ： </b></p>

16、;<p><b>　　取腐蝕余量：</b></p><p><b>　　厚度負偏差：</b></p><p><b>　　筒體名義厚度：</b></p><p><b>　　筒體設計厚度：</b></p><p><b>　　筒體有

17、效厚度：</b></p><p>　　橢圓型封頭的厚度 ：</p><p><b>　　取腐蝕余量：</b></p><p><b>　　厚度負偏差：</b></p><p><b>　　封頭名義厚度：</b></p><p><b&g

18、t;　　封頭設計厚度：</b></p><p><b>　　封頭有效厚度：</b></p><p><b>　　水壓試驗： 取</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　經(jīng)校核： 符合要求</p><p>　

19、　2.接管和接管法蘭的設計</p><p><b>　　法蘭工程壓力取</b></p><p><b>　　2.1接管選擇</b></p><p>　　接管外伸長度：（接管垂直于殼壁，采用焊接法蘭）</p><p><b>　　當時，</b></p><p&

20、gt;<b>　　當時，</b></p><p>　　其管口表及鋼管標準見表2.1及表2.2所示。</p><p><b>　　表2.1 管口表</b></p><p>　　表2.2 鋼管標準</p><p><b>　　2.2法蘭選擇</b></p><

21、;p>　　各種開孔部位選用帶頸對焊鋼制管法蘭（WN型）突面密封型（RF），其規(guī)格如表2.3所示。法蘭為級鍛件供貨。</p><p>　　表2.3 帶頸對焊鋼制管法蘭（WN型）突面密封型（RF）其規(guī)格</p><p>　　2.3法蘭墊片及螺栓的選擇</p><p>　　墊片選用鋼帶-石棉板柔性石墨復合墊。墊片尺寸如表2.4所示。</p><

22、p>　　表2.4 突面法蘭用RF型墊片尺寸（mm）</p><p>　　緊固件選用專用雙頭螺柱B級，材料牌號；六角螺母，材料牌號。其規(guī)格如表2.5以及表2.6所示。</p><p>　　表2.5 與法蘭配用的螺柱規(guī)格</p><p>　　注：表中質量為每1000件的質量。</p><p><b>　　表2.6螺母質量表&l

23、t;/b></p><p>　　3.補強圈補強及附件的選擇</p><p><b>　　3.1人孔選擇</b></p><p>　　根據(jù)《鋼制人孔和手孔》標準，選用水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔（標準號）。突面（型）密封面水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔尺寸如表2.7所示。</p><p>　　表2.7 突面（型）密封面水平吊

24、蓋帶頸對焊法蘭人孔尺寸表</p><p><b>　　3.2液位計設計</b></p><p>　　本次設計中選用啟東市南化儀表設備有限公司生產(chǎn)的E型防腐襯四氟液位計。其特點如下：結構堅固，耐溫防腐；指示清晰、無盲區(qū)，觀測方便；測量范圍大，高度無太大限制；密封性高，使用安全適合容器內(nèi)液體介質的液位、界位的測量等。主要參數(shù)如下表2.8所示。</p><

25、;p>　　表2.8 E型防腐襯四氟液位計技術參數(shù)</p><p><b>　　3.3安全閥的設計</b></p><p>　　閥體材料：可鍛鑄鐵；閥體公稱壓力：4.0Mpa;封面材料：鑄鐵；采用法蘭連接，型號：A44Y-160。</p><p><b>　　3.4鞍座結構設計</b></p><

26、p>　　采用鞍式重型型支座。鞍座形式及尺寸如下表2.9及表2.10所示。</p><p>　　表2.9 鞍座形式</p><p>　　表2.10 鞍座尺寸（1）</p><p>　　表2.10 鞍座尺寸（2）</p><p>　　3.5焊接接頭的選擇</p><p>　　筒體和封頭的焊接采用V型對接接頭，帶

27、補強圈的接管與筒體的焊接以及接管與筒體的焊接采用角接接頭和手工電弧焊。其中筒體與封頭焊接的技術參數(shù)如表2.11所示，帶補強圈的接管與筒體焊接以及接管與筒體焊接的 技術參數(shù)如表2.12所示。</p><p>　　表2.11 筒體和封頭的焊接</p><p>　　表2.12 接管與筒體的焊接</p><p><b>　　注：一般</b><

28、/p><p>　　3.6補強圈尺寸如下表2.13所示</p><p>　　表2.13 補強圈尺寸</p><p><b>　　三 結構強度校核</b></p><p><b>　　表3.1圓筒校核</b></p><p>　　表3.2 左封頭校核</p><

29、;p>　　表3.3 右封頭校核</p><p>　　表3.4 鞍座校核</p><p>　　注：帶#的材料數(shù)據(jù)是設計者給定的</p><p>　　表3.5 人孔補強校核</p><p>　　表3.6 人孔法蘭校核</p><p>　　表3.7 100mm液相入口開孔補強校核</p><

30、;p>　　表3.8 100mm開孔補強校核</p><p>　　表3.9 100mm管法蘭校核</p><p>　　表3.10 80mm開孔補強校核</p><p>　　表3.11 80管法蘭校核</p><p>　　表3.12 20mm筒體開孔校核</p><p>　　表3.13 20mm右封頭開孔

31、校核</p><p>　　表3.14 20mm管法蘭校核</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　化工設備設計手冊（上），朱有庭、曲文海、于浦義主編，化學工業(yè)出版社</p><p>　　壓力容器設計手冊，董大勤、袁鳳隱編，化學工業(yè)出版社</p><p>　　過程設備設計

32、（第二版），鄭津洋、董其伍、桑芝富主編，化學工業(yè)出版社</p><p>　　化工設備設計手冊（下），朱有庭、曲文海、于浦義主編，化學工業(yè)出版社</p><p>　　壓力容器設計手冊，董大勤、袁鳳隱編，化學工業(yè)出版社</p><p>　　壓力容器設計手冊，董大勤、袁鳳隱編，化學工業(yè)出版社</p><p>　　壓力容器設計手冊，董大勤、袁鳳隱編，