液化石油气卧式储罐专业课程设计.docx
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1、前 言伴随中国石油化工行业快速发展,液化石油气作为炼油化工副产品,以其经济高效、清洁环境保护和灵活方便优势占据着城镇能源市场,储配站液化石油气通常采取球形储罐或卧式储罐进行储存。 液化石油气是一个低碳烃类混合物,关键由乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯及少许戊烷、戊烯等组成。常温常压下是气态,在加压和降低温度条件下变成液体。气态相对密度为空气2倍,液化石油气饱和蒸气压随温度升高而急剧增加,其膨胀系数较大,通常为水10倍以上,气化后体积膨胀250 300倍。液化石油气是一个极易燃烧、爆炸石油化工原料,其储罐属于含有较大危险储存容器之一。所以,在满足设施功效要求下,储罐含有良好安全性是设计首要问题
2、。现在中国普遍采取常温压力贮罐通常有两种形式:球形储罐和圆筒形储罐。球形储罐和圆筒形储罐相比,前者含有投资少, 金属耗量少,占地面积少等优点,但加工制造及安装复杂, 焊接工作量大,故安装费用较高。通常储存总量大于500m3或单罐容积大于200m3时选择球形储罐比较经济。而圆筒形贮罐含有加工制造安装简单,安装费用少等优点,但金属耗量大占地面积大。所以在总贮量小于500m3,单罐容积小于100m3时选择卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方法可分为卧式和立式两种。在通常中、小型液化石油气站内大多选择卧式圆筒形贮罐,,只有一些特殊情况下(站内地方受限制等)才选择立式。此次设计对液化石油气卧式储罐进行设
3、计计算。关键内容包含储罐工艺参数计算、储罐结构设计、储罐强度计算、应力校核、绘制设备总图和针对部分安全问题提出对策方法。各项设计参数全部正确参考了行业使用标准或国家标准,这么让设计有章可循,并考虑到结构方面要求,合理地进行设计。目 录1 概述11.1 设计任务及原始参数11.2 液化石油气的性质12 工艺参数计算32.1 设计压力的确定32.2 设计温度的确定32.3 设计存储量的确定33 储罐的结构设计43.1 筒体的材料选择及结构设计43.2 封头的材料选择及结构设计53.3 法兰和接管的结构及材料选择63.4 人孔的结构设计83.5 支座的材料选择及结构设计83.6 安全装置的设计103
4、.6.1 安全阀的选用103.6.2 液位计的选用123.6.3 压力表的选用133.7 焊接接头设计134 储罐的补强设计145 储罐的强度计算及应力校核165.1 储罐的强度计算165.1.1 圆筒轴向应力165.1.2 圆筒切向剪应力185.1.3 封头切向剪应力185.1.4 圆筒周向应力185.2 储罐的应力校核185.2.1 圆筒及封头的应力校核185.2.1 支座的应力校核196 安全管理207 设计总结21参考文献221 概述1.1 设计任务及原始参数此次设计要求依据给定资料和数据,设计一个液化石油气储配站使用液化石油气卧式储罐。相关要求及数据以下表1-1所表示。表1-1 液化
5、石油气储罐原始数据存放介质液化石油气工作压力(MPa)1.61工作温度()-2050公称直径(mm)2300容积(m3)60充装系数0.9其它要求100%探伤1.2 液化石油气性质液化石油气在常温常压下呈气态,在常温加压或常压低温下很轻易从气态转变为液态,便于运输及贮存,故称液化石油气。液化石油气关键组成有丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等四种。除上述关键成份外,有还含有少许戊烷、硫化物和水等。通常所说液化石油气全部存在液、气两种形态,液、气态处于动态平衡中。液化石油气沸点很低,储罐内液化石油气受热膨胀,很可能会将储罐内空间充满,造成钢瓶胀裂发生爆炸。液化石油气饱和蒸汽压是随温度而改变,温度升高,蒸汽压
6、也增大。另外液化石油气蒸汽压和组份相关,不一样组份有不一样蒸汽压。大约温度每升高1,蒸汽压力增大约0.020.03MPa。液化石油气极易燃,和空气混合能形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸危险。和氟、氯等接触会发生猛烈化学反应。其蒸气比空气重,能在较低处扩散到相当远地方,遇明火会引着回燃。另外,液化石油气还含有易爆性,液化石油气爆炸极限为1.5%9.5%,其爆炸极限范围比汽油大,爆炸下限低,比汽油更易发生燃烧爆炸。易产生静电积聚,在收发作业中易产生大量静电积聚,易引发静电事故。易膨胀性,液化石油气膨胀系数大约是同温度下水1015倍。当温度升高时,液化石油气体积增大,压力急剧升高,一旦超出容
7、器承压极限,就会造成容器破裂,增大火灾爆炸危险性。含有冻伤危险性,液化石油气气化潜热很大,平时液化石油气是加压液化储于钢瓶或罐中,在使用时减压后由液态汽化变为气体,这时会吸收大量热量。若容器破裂,液化石油气由容器中喷出,溅到人身上,将会造成冻伤;毒性,当人大量吸入液化石油气后会中毒,使人昏迷、呕吐、不适,严重时可使人窒息死亡,也可引发多个慢性病。2 工艺参数计算2.1 设计压力确实定依据TSG_R0004-固定式压力容器安全技术监察规程,设计压力是指设定卧式容器顶部最高压力,其值不低于工作压力。当容器上装有安全阀时,考虑到安全阀开开启作滞后,容器不能立即泄压,设计压力不得低于安全阀开启压力。安
8、全阀开启压力是指阀瓣在运行条件下开始升起,介质连续排出瞬时压力,其值小于等于1.051.1倍容器工作压力。要求工作压力为1.61MPa,取设计压力为工作压力1.1倍,即设计压力应为:Pd=1.1P=1.11.61=1.771Mpa式中Pd设计压力,MPa; P工作压力,MPa。2.2 设计温度确实定设计温度是指容器在正常操作时,在对应设计压力下,壳壁或元件金属可能达成最高或最低温度(壳体沿截面厚度平均温度)。当壳壁或元件金属温度低于-20,按最低温度确定设计温度,除此之外,设计温度一律按最高温度选择。液化气储罐工作温度为-2050,所以设计温度取最高温度50。2.3 设计存放量确实定液态丙烷密
9、度为507kg/m3,液态丁烷密度为583kg/m3,在丙烷:丁烷=5:5时,液态液化石油气密度为545kg/m3。设液态液化石油气密度为545kg/m3进行计算,液化气储罐设计存放量应为:W=V=0.960545=29430kg式中W设计存放量,kg; 充装系数; V容积,m3; 液化石油气密度,kg/m3。3 储罐结构设计3.1 筒体材料选择及结构设计(1)筒体材料选择依据GB150.2-固定式压力容器第二部分:材料中表2要求,储罐筒体材料选择Q345R,钢板标准为GB713。因为储罐工作温度为-2050,对应温度下选许用应力为189MPa,钢板厚度为316mm。(2)筒体长度设计筒体直径
10、DN=2300mm,依据JB/T 4746-钢制压力容器用封头, 选择EHA椭圆形封头,封头容积V封=1.7588m3。V筒+2V封=V2.324L+21.7588m3=60m30.9L=15.20m式中L筒体长度,m。 筒体长度取整为15200mm。(3)筒体厚度设计依据GB150.3-固定式压力容器第三部分:设计计算筒体厚度。储罐设计要求需100%探伤,所以取其焊接系数=1.00。=pcDi2t-pc=1.771230021891.00-1.771=10.827mm式中 Di圆筒内直径,mm; 筒体计算厚度,mm;pc计算压力,MPa;t设计温度下封头材料许用应力,MPa; 焊接接头系数。
11、依据锅炉压力容器安全中提议,取钢板厚度负偏差C1=0.8mm,腐蚀裕度C2=2mm。+C1+C2=10.827+0.8+2=13.627mm加钢材圆整值后名义厚度n=14mm。筒体相关设计汇总以下表3-1。表3-1 筒体设计项目数据筒体材料Q345R筒体长度(mm)15200筒体名义厚度(mm)143.2 封头材料选择及结构设计(1)封头材料选择依据GB150.2-固定式压力容器第二部分:材料中表2要求,封头材料选择Q345R,钢板标准为GB713。因为储罐工作温度为-2050,对应温度下选许用应力为189MPa,钢板厚度为316mm。(2)封头结构设计 由上一节筒体长度设计结论可知, 选择E
12、HA椭圆形封头。依据JB/T 4746-钢制压力容器用封头,总深H=615mm,内表面积A=6.0233m2 。DN2H-h=223002(615-h)=2h=40mm式中 DN筒体公称直径,mm;h封头直边高度,mm。封头内曲面深度hi=615-40=575mm(3)封头厚度计算依据GB150.3-固定式压力容器第三部分:设计计算封头厚度。储罐设计要求需100%探伤,所以取其焊接系数=1.00。Di2hi=23002575=2由GB150.3-固定式压力容器第三部分:设计中要求,取K=1.00。=KpcDi2t-0.5pc=1.001.771230021891.00-0.51.771=10.
13、801mm式中 Di和封头连接圆筒内直径,mm; 封头计算厚度,mm;K椭圆形封头形状系数;pc计算压力,MPa;t设计温度下封头材料许用应力,MPa; 焊接接头系数。依据锅炉压力容器安全中提议,取钢板厚度负偏差C1=0.8mm,腐蚀裕度C2=2mm。+C1+C2=10.801+0.8+2=13.601mm加钢材圆整值后名义厚度n=14mm。依据JB/T 4746-钢制压力容器用封头查得,对应封头质量为650.1kg。封头相关设计汇总以下表3-2。结构尺寸图3-1。表3-2 封头设计项目数据封头材料Q345R封头类型EHA椭圆形封头封头总深(mm)615封头内表面积(mm2)6.0233封头直
14、边高度(mm)40封头内曲面深度(mm)575封头名义厚度(mm)14封头质量(kg)650.1图3-1 封头结构尺寸3.3 法兰和接管结构及材料选择液化石油气储罐应设置排污口、气相平衡口、气相口、出液口、进液口、人孔、液位计口、温度计口、压力表口、安全阀口、排空口。各接口全部应设置对应接管,经过法兰和外界连接。(1)法兰结构及材料选择设计压力1.771MPa,依据HT/G 20592-钢制管法兰表3.1.4,选择PN=6MPa,板式平焊法兰PL。依据HT/G 20592-钢制管法兰表8.1.1,PN=6MPa时,液位计口选接管公称直径32mm,压力表口,温度计口选接管公称直径20mm,其它管
15、口可选接管公称直径DN=80mm。由介质特征和使用工况,依据HT/G 20592-钢制管法兰表3.2.2,选择密封面形式为突面RF。依据各管公称直径及HT/G 20592-钢制管法兰表8.2.2-1得各法兰尺寸如表3-3所表示。 表3-3 各法兰尺寸 (mm)部件公称尺寸DN钢管外径A1连接尺寸法兰厚度C法兰内径B1AB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(个)螺栓ThAB排污口8088.989190150184M161890.591气相平衡口8088.989190150184M161890.591气相口8088.989190150184M161890.591出液口8088.9
16、89190150184M161890.591进液口8088.989190150184M161890.591液位计口3242.43812090144M121643.539温度计口2026.9259065114M101427.526压力表口2026.9259065114M101427.526安全阀口8088.989190150184M161890.591排空口8088.989190150184M161890.591 依据HT/G 20592钢制管法兰表4.0.1,接管法兰材料选择16MnD。(2)接管结构及材料选择接管选择无缝钢管。依据压力容器和化工设备实用手册中表1-2-2确定接管相关尺寸,如表
17、3-4所表示。 表3-4 各接管尺寸 (mm)名称公称直径管子外径管口伸出量管子壁厚数量排污管808915041气相平衡管808915041气相管808915041出液管808915041进液管808915041液位计管32381003.52温度计管202510031压力表管202510031安全阀管808915041排空管808915041接管材料选择16MnD。3.4 人孔结构设计人孔是为了检验压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺点结构。人孔从是否承压来看有常压人孔和承压人孔。从人孔所使用方法兰类型来看,承压人孔有板式平焊法兰人孔、带颈平焊法兰人孔和带颈对焊法兰人孔。在人孔法兰
18、和人孔盖之间密封面,依据人孔承压高低、介质性质,能够采取突面、凹凸面、榫槽面或环连接面。从人孔盖开启方法及开启后人孔盖所处位置看,人孔又可分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔三种。人孔结构采取带整体锻件凸缘补强回转盖,采取板式平焊法兰连接,密封面采取突面RF形式。人孔公称直径取DN=500mm,以方便工作人员进入检修。依据HG/T 21517-回转盖带颈对焊法兰人孔表3-3确定人孔。人孔相关尺寸以下表3-5所表示。 表3-5 人孔相关尺寸 (mm)密封面型式公称压力PN(MPa)公称直径dwsdDD1H1H2b突面2.55005301250673066028012844b1b2ABLdD
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