1、 目录 前言 .1 第一章 储罐的设计参数 液化石油气参数 2 设计温度 .2 设计压力 .2 主体材料 .3 第二章 工艺设计 筒体的直径 3 筒体的长度 3 储罐的容积 3 储罐的设计储存量 .3 第三章 结构设计 设计条件 .4 筒体设计 .4 封头设计 .5 接管、法兰、垫片和螺栓设计 .5 人孔、视镜、液面计及安全阀设计 .8 支座结构设计 .10 焊接结构设计 .12 第四章 强度校核 SW6 简介 .12 校核条件 .13 内压圆筒校核 .14 封头校核 .15 鞍座及相关 应力校核 .17 开孔补强校核 .23 第五章 技术条件编制 技术条件编制 .28 课 程 设 计 任 务
2、 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 1.9184 MPa 由介质温度确定 4 工作温度 -20 48 5 公称容积（
3、 Vg） 10/20/25/40/50 M3 6 工 作压力波动情况 可不考虑 7 装量系数 ( V) 0.9 8 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 0.02 11 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 i 20 HG20592-1997 MFM 液位计接口 e 32 HG20592-1997 MFM 放气管 c 450 HG/T21514-2005 MFM 人 孔 d 32 HG20592-1997 MFM 安全阀接口 j 32 HG20592-1997 MFM 排污管 a 32 HG2059
4、2-1997 MFM 液相出口管 k 32 HG20592-1997 MFM 液相回流管 b 32 HG20592-1997 MFM 液相进口管 f 32 HG20592-1997 MFM 气相管 g 20 HG20592-1997 MFM 压力表接口 h 20 HG20592-1997 MFM 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
5、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
6、，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： 2013 年 06月 08 日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤 06月 09、 13、 14、 15 日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制 06月 16 日 06 月
7、 19日：设计图纸绘制（草图和装配图） 06月 20 日 06 月 21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 随着我国化工行业的蓬勃发展，各地建立了大量的液化气储备站。对于存量小于 500m3 时，一般选用卧式圆筒形储罐。液化气储罐是储存易 燃易爆介质，直接关系到人们生命财产安全的重要设备。因此属于设计、制造要求高、检验要求严格的 III 类压力容器。本次设计的 10m3 液化石油气储罐设计就为此种情况。 液化石油气储罐是盛装液化石油气的常用设备，由于该介质具有易燃易爆的特点，因此在设计该储罐时，要注意与一般气体储罐的不同点，尤其要注
8、意安全，还要注意在制造、安装等方面的特点。 目前我国普通采用常温压力储罐，常温储罐一般有两种形式：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。一般储存总量大于 500m3 时选用球形储罐比较经济；而圆筒形储罐具有加工制造简单，安装费用少等优点，但金属耗量大占地面积大，所以在总储量小于 500m3 时选用卧式储罐比较经济，圆筒形储罐，只有某些特殊情况下才选用立式。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气储罐设计。 卧式液化石油气储罐也是一种储存压力容器，也应按 GB150钢制压力容器进行制造、试验和验
9、收；并接受固定式压力容器安全技术检查规程的监督。液化石油气储罐，不论是卧式还是球罐都属于 III 类压力容器。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、气相管、排污管以及安全阀、压力表表、液面计等。 本设计适用于原油热裂解所得液化石油气。 第一章 储罐的设计参数 1、液化石油气参数 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 0.01 2.25 47.3 23.48 21.96 3.79 1.19 0.02
10、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 -25 0 1.3 0.2 0.06 0.04 0.025 0.007 0 -20 0 1.38 0.27 0.075 0.048 0.03 0.009 0 0 0 2.355 0.466 0.153 0.102 0.034 0.024 0 20 0 3.721 0.833 0.294 0.205 0.076 0.058 0 50 0 7 1.744 0.67 0.5 0.2 0.16 0.0011 2、设计温度 根据本设
11、计工艺要求，使用地点为室外，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
12、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 -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 0 0 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.
13、00063 0 50 0 0.158 0.8249 0.1573 0.1098 0.0076 0.0019 0 有上述分压可计算再设计温度 t=50时，总的饱和蒸汽压力 P=ini ipy81=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=1.259 MPa 因为 P 液化石油气 (1.259)10m3 且比较接近，所以结构设计合理。 4、 储罐的设计储存量 W： 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600Kg/m3，盛装液
14、化石油气体的压力容器设计储存量为： W=Vt=0.910.032600=5417.28t 第三章 结构设计 1、设计条件： 设计条件表 项目 内容 备注 工作介质 液化石油气 原油热裂解产物 工作压力 MPa 1.7440 设计压力 MPa 1.9184 工作温度 C -2048 设计温度 C 50 公称容积（ Vg） m3 10 计算容积（ V计 ） m3 10.032 工作容积（ V工 ） m3 9.0288 装量系数（ v） 0.9 介质密度（ t） t/ m3 0.6 材质 Q345R（热轧） 保温要求 无 其它要求 无 其中： 工作容积： V 工 =0.9 10.032=9.0288
15、 m3 保温要求：容器内物料 温度随季节温度变化，工作压力为相应温度下的饱和蒸汽压，此储罐为常温压力储存，此类储存不设保温层。 2、结构设计： 1）筒体设计： 根据工艺设计，筒体的内径 D=1400mm，长度 L=6000mm。 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=1400mm。 P 静（ max） =gh max gD=6009.81.4=8.232Kpa 由于 所以 P 静 可以忽略不记。 筒体厚度 ： 根据中径公式： 材料许用应力 =170Mpa； 计算压力 Pc=1.9184Mpa；内径 Di=1400mm；焊接接头系数 =1（因为筒体为双面对接接头
16、形式相当于双面对接焊的全焊透对接接头，采用 100%无损检测，故取 =1）。 所以筒体厚度 对于低碳钢和低合金钢，需满足腐蚀裕度 C2 1mm，取 C2=2.5mm 设计厚度 = + C2=7.94+2.5=10.44mm 对于 Q345R(热轧 )，取钢板负偏差 C1=0.3mm，因而 = +C1=10.44+0.3=10.73mm 满足=3 16mm，圆整后取名义厚度 =12mm 有效厚度 = -C1-C2=12-2.5-0.3=9.2mm 2）封头设计： 根据工艺设计，椭圆形封头公称直径 DN=1400mm，总深度 H=375mm，内表面积 A=2.2346m2，容积 V 封 =0.39
17、77m3。 根据标准 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头，以内径为公称直径的标准椭圆形封头 的直边高度只与公称直径有关：当 DN 2000mm 时，直边高度 h=25mm。 根据标准椭圆形封头厚度计算公式： 假设封头厚度 =3 16mm，工作条件与筒体相同，则： 封头厚度 取腐蚀裕度 C2=2.5mm 设计厚度 = + C2=7.92+2.5=10.42mm 对于 Q345R(热轧 )，取钢板负偏差 C1=0.3mm，因而 = +C1=10.42+0.3=10.72mm 满足 =3 16mm，圆整后取名义厚度 =12mm 有效厚度 = -C1-C2=12-2.5-0.3=9.2mm
18、根据 查标准 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表 B.2 得封头质量为 208Kg 3）接管、法兰、垫片和螺栓设计： 接管设计： 液化石油气储罐应设置液位计接口，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。 根据水压实验压力 Pt=1.251.9184=2.398MPa，取接管公称压力 PN=2.5MPa。 根据压力容器与化工设备实用手册 PN=2.5MPa 时，可选接管公称通径 DN=32mm。 接管外径的选用以 B 系列（公制管）为准，查压力容器与化工设备实用手册流体输送用无缝钢管（ GB8163 87），选材料为 1
19、6Mn，热轧（未标注），冷轧。对应的接管尺寸如下如表： 名称 公称直 径 管子外径 数量 管口伸出量 (mm) 管子壁厚 伸长量质量（ kg） 液位计接口 20 25 2 300 3 0.48 放气管 32 38 1 150 3.5 1.26 安全阀口 32 38 1 150 3.5 1.26 排污管 32 38 1 90 3.5 0.76 液相出口管 32 38 1 90 3.5 0.76 液相回流管 32 38 1 150 3.5 1.26 液相进口管 32 38 1 150 3.5 1.26 气相管 32 38 1 150 3.5 1.26 压力表接口（冷轧） 20 25 1 100 3
20、 0.163 温度计接口（冷轧） 20 25 1 100 3 0.163 接管法兰设计： 查 HG/T 20592-97钢制管法兰，选接管法兰的公称压力 PN=2.5MPa。选用 PN=2.5MPa 带颈平焊法兰（ SO），由介质特性和使用工况，查密封面型式的选用，表 3.0.2。选择密封面型式为凹凸面（ MFM），压力等级为 1.04.0MPa，接管法兰材料选用 16MnR。法兰形式及尺寸标注示意如图所示： 根据各接管公称通径，查表 4-4 得各法兰的尺寸： 名称 公称通径 DN 钢管 外径 连接尺寸 法兰厚度 C 法兰高度 法兰颈 法兰内径 坡口 宽度 法兰理论质量 （ kg） 法兰外径 螺栓孔中心圆直径 螺栓孔直径 螺栓孔数量 螺纹 Th B 系列 液位计口 20 25 105 75 14 4 M12 16 26 45 26 4 1.03 放气管 32 38 140 100 18 4 M16 18 39 60 39 5 2.02
