中北大学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：学号：1102034348学院：机械与动力工程学院专业：过程装备与控制工程题目：（60）M3液化石油气储罐设计指导教师：吕海峰王福杰职称: 副教授2014年06月16日中北大学课程设计任务书2013/2014 学年第二学期学院：机械与动力工程学院专业：过程装备与控制工程学生姓名：学号：1102034348课程设计题目：（60）M3液化石油气储罐设计起迄日期：06 月16 日～06月27日课程设计地点：校内指导教师：吕海峰王福杰基层教学组织负责人：黄晋英下达任务书日期: 2013年06月08日课程设计任务书目录第一章储罐设计介绍及介质特性 (7)1.1 液化石油气储罐介绍 (7)1.2 液化石油气的发展及应用 (7)1.3 液化石油气的组成及物理特性 (7)1.4 储罐设计的问题和难点 (7)第二章储罐设计参数的确定 (8)2.1 设计温度 (8)2.2 设计压力 (8)2.3 设计储量 (9)第三章主体材料的确定 (9)第四章工艺计算 (10)4.1 筒体和封头的设计 (10)4.2 筒体长度的确定 (10)4.3 圆筒厚度的设计 (11)4.4 椭圆封头厚度的设计 (11)第五章结构设计 (12)5.1 接管法兰垫片螺栓的选择 (12)5.2 人孔的设计 (18)5.3 人孔补强圈设计 (19)5.4 鞍座选型和结构设计 (21)5.5 视镜设计 (23)5.6 液面设计与安全阀设计 (24)5.7 焊接设计 (24)第六章强度校核 (26)第一章储罐设计介绍及介质特性1、液化石油气储罐介绍液化石油气储罐是盛放液化石油气的常用设备，常用储罐一般有两种形式：球形储罐和圆筒形储罐。

球形贮罐和圆筒形贮罐相比: 前者具有投资少, 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。

一般贮存总量大于500m 3或单罐容积大于200m 3时选用球形贮罐比较经济; 而圆筒形贮罐具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500m 3, 单罐容积小于100m 3时选用卧式贮罐比较经济。

圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。

在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形贮罐, 只有某些特殊情况下(站内地方受限制等) 才选用立式。

本文主要进行卧式圆筒形贮罐的设计。

2、液化石油气的发展及应用随着石油化学工业的发展，液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到人们的重视。

在化工生产方面，液化石油气经过分离得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用来生产合塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等产品。

用液化石油气作燃料，由于其热值高、无烟尘、无炭渣，操作使用方便，已广泛地进入人们的生活领域。

此外，液化石油气还用于切割金属，用于农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等。

液化石油气具有污染少、发热量高、易于运输、压力稳定、储存设备简单、供应方式灵活等特点，所以被广泛用作工业、商业和民用燃料。

但液化石油气中含有危害污染物质较多对人体、环境都有很大的伤害，所以对液化石油气储罐的要求也很严格。

因而，提高液化石油气储罐的技术水平对安全储备液化石油气具有重要意义。

3、液化石油气的组成及物理特性常温下对天然石油气或石油炼制过程中产生的石油气施加压力，使其以液体状态存在时称液化石油气。

液化石油气是以丙烷、丁烷为主要成分的多组分有机混合物，其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：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0.01 2.25 49.3 23.48 21.96 3.79 1.19 0.02对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下：体，体积将缩小200倍~300倍。

气态液化石油气比空气重且易燃易爆，比重是空气的1.5倍，爆炸极限仅为2%。

为方便运输、储存和分配，通常采用常温常压以保持体积较小的液化状态，所以液化石油储罐为压力容器。

液化石油气液体的密度以单位体积的质量表示，即kg/m3.它随着温度和压力的不同而发生变化。

因此，在表示液化石油气气体的密度时，必须规定温度和压力的条件。

它的密度受温度影响较大，温度上升密度变小,同时体积膨胀。

由于液体压缩性很小，因此压力对密度的影响也很小，可以忽略不计。

4、储罐的设计问题以及设计难点液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到大家的重视。

由于该气体具有易燃易爆的特点，因此在设计这种储罐时，要注意与一般气体储罐的不同点，尤其要注意安全问题，还要注意在制造、安装方面的特点。

储罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。

储罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。

所以对液化石油气的储罐要求也很严格。

卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器, 也应按GB150《钢制压力容器》进行制造、试验和验收; 并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》(简称容规) 的监督。

本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。

在设计过程中，采用整体设计确定卧式液化石油气储罐的主要尺寸，同时要采用有效措施提高储罐的耐腐性和耐热性，并且要防止介质的泄漏。

设计时，要注意安全与防火，还要注意在制造、安装等方面的特点。

有效提高液化石油气储罐的技术水平对安全储备液化石油气具有重要意义。

第二章储罐设计参数的确定1、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。

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：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-25 0 0.029 0.0946 0.014 0.0088 0.00095 0.000083 0-20 0 0.031 0.127 0.0176 0.0105 0.00114 0.000109 00 0 0.053 0.2204 0.0359 0.0224 0.00129 0.000256 0 20 0 0.084 0.394 0.069 0.045 0.00288 0.00063 0 50 0 0.158 0.0825 0.1573 0.1098 0.00758 0.0019 0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=inii py∑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=1.25901 MPa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。

根据HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》，对于在规定的充装系数范围内为，常温下盛装液化石油气容器设计压力的确定，确定此时设计压力为Pc=1.77 MPa。

由《过程设备设计》表4-11，可得出此时液化石油气法兰公称压力为2.5MPa。

3、设计储量参考相关资料，石油液化气密度一般为500-600Kg/m3，取石油液化气的密度为580Kg/m3，盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为：W=øVρt=0.9×15×580=7.83t第三章主体材料的确定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。

根据GB150-2011表4-1以及材料的经济性，选用筒体材料为低合金钢Q345R （钢材标准为GB713）[σ]t=189MPa。

选用Q345R为筒体材料，适用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性，壁厚较大（≥8mm）的压力容器。

第四章 工艺计算1、筒体和封头的设计：对于承受内压，且设计压力P c =1.77MPa<4MPa 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： 1）、 筒体设计（筒体直径）：查GB150-2011，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=4 ① 。

所以 6042=LD π② 。

由 ① ② 连解得：D=2.673m=2673mm 。

圆整得D=2700mm 2）、封头设计：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1 EHA 椭圆形封头内表面积、容积得：表4-1，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/3m 27007158.24152.8055图2-1椭圆形封头 由()22=-h H D i，得封头的直边高度h=40mm 。

2、筒体长度的确定由2V 封 +2D πL/4=（1+5%）v =630000000000 得L=10023mm 圆整得 L=10100mm 则L/D=3.707>3 符合要求3、圆筒厚度的设计： 液柱静压力：根据设计为卧式储罐，所以储存液体最大高度h max ≤D=2700mm 。

P 静（max ）=ρgh max ≤ρgD=580×9.8×2.7=15.346Kp a%5%788.0%10010947.110663.9/63max <=⨯⨯⨯=c P P ）静 则P 静可以忽略不记。

选用筒体材料为低合金钢16MnR （钢材标准为GB6654）[σ]t =189MPa 。

选用Q345R 为筒体材料，适用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性，壁厚较大（≥8mm ）的压力容器。

根据GB150，初选厚度为6~25mm ，最低冲击试验温度为-20℃，热轧处理。

∴ δ=97.13947.1118922700947.1-Φ]σ[2=-⨯⨯⨯=c t i c P D P mm∵ 对于低碳钢和低合金钢，需满足腐蚀裕度C 2≥1mm ，取C 2=2mm由《常用钢板厚度负偏差表》可查的，在6654GB 的钢板标准下Q345R 的负偏差m m 8.01=C 。