液化石油氣課程設(shè)計(jì)

1、前言液化石油氣貯罐是盛裝液化石油氣的常用設(shè)備, 由于該氣體具有易燃易爆的特點(diǎn), 因此在設(shè)計(jì)這種貯罐時(shí), 要注意與一般氣體貯罐的不同點(diǎn), 尤其是安全與防火, 還要注意在制造、安裝等方面的特點(diǎn)。目前我國(guó)普遍采用常溫壓力貯罐, 常溫貯罐一般有兩種形式: 球形貯罐和圓筒形貯罐。球形貯罐和圓筒形貯罐相比: 前者具有投資少, 金屬耗量少, 占地面積少等優(yōu)點(diǎn), 但加工制造及安裝復(fù)雜, 焊接工作量大, 故安裝費(fèi)用較高。一般貯存總量大于500m 3或單罐容積大于200m 3時(shí)選用球形貯罐比較經(jīng)濟(jì); 而圓筒形貯罐具有加工制造安裝簡(jiǎn)單, 安裝費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn), 但金屬耗量大占地面積大, 所以在總貯量小于500m 3,

2、單罐容積小于100m 3時(shí)選用臥式貯罐比較經(jīng)濟(jì)。圓筒形貯罐按安裝方式可分為臥式和立式兩種。在一般中、小型液化石油氣站內(nèi)大多選用臥式圓筒形貯罐, 只有某些特殊情況下(站內(nèi)地方受限制等) 才選用立式。本文主要討論臥式圓筒形液化石油氣貯罐的設(shè)計(jì)。 液化石油氣呈液態(tài)時(shí)的特點(diǎn)。(1) 容積膨脹系數(shù)比汽油、煤油以及水等都大, 約為水的16倍, 因此, 往槽車、貯罐以及鋼瓶充灌時(shí)要嚴(yán)格控制灌裝量, 以確保安全;(2) 容重約為水的一半。因?yàn)橐夯蜌馐怯啥喾N碳?xì)浠衔锝M成的, 所以液化石油氣的液態(tài)比重即為各組成成份的平均比重, 如在常溫20時(shí), 液態(tài)丙烷的比重為0. 50, 液態(tài)丁烷的比重為0. 56 0.

3、 58, 因此, 液化石油氣的液態(tài)比重大體可認(rèn)為在0. 51左右, 即為水的一半。臥式液化石油氣貯罐設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。臥式液化石油氣貯罐也是一個(gè)儲(chǔ)存壓力容器, 也應(yīng)按GB150鋼制壓力容器進(jìn)行制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收; 并接受勞動(dòng)部頒發(fā)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(簡(jiǎn)稱容規(guī)) 的監(jiān)督。液化石油氣貯罐, 不論是臥式還是球罐都屬第三類壓力容器。貯罐主要有筒體、封頭、人孔、支座以及各種接管組成。貯罐上設(shè)有液相管、液相回液管、氣相管、排污管以及安全閥、壓力表、溫度計(jì)、液面計(jì)等。第一章 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇1.1 原始數(shù)據(jù)：序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值單位備注1名稱液化石油氣儲(chǔ)罐2用途液化石油氣儲(chǔ)配站3最高工作壓力1.61MPa4工作溫度-2

4、0-505公稱直徑3300mm6公稱容積557裝量系數(shù)0.98工作介質(zhì)液化石油氣（易燃）9其他要求100%探傷1.2 設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力取工作壓力的1.1倍，即P=1.1*1.61MPa=1.771MPa1.3 設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度取501.4主要元件材料的選擇1.4.1 筒體材料的選擇：查表得，選用筒體材料為16MnR。此外16Mn比較經(jīng)濟(jì)，所以在此選擇16MnR鋼板作為制造筒體和封頭材料。鋼板標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB6654-19961.4.2 鞍座材料的選擇：根據(jù)JB/T4731,鞍座選用材料為Q235-B，其許用應(yīng)力1.4.3 地腳螺栓的材料選擇：地腳螺栓選用符合GB/T 700規(guī)定的Q235，Q235

5、的許用應(yīng)力第二章 容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1、圓筒厚度的設(shè)計(jì)該容器需100%探傷，所以取其焊接系數(shù)為。假設(shè)圓筒的厚度在616mm范圍內(nèi)，查GB150-2011中表，可得：疲勞極限強(qiáng)度，屈服極限強(qiáng)度，下利用中徑公式，n=PDi2-0.5P=1.7713300mm21170MPa-0.51.771MPa=17.23mm鋼板厚度負(fù)偏差,在無特殊腐蝕情況下，查標(biāo)準(zhǔn)HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定表7-5知，對(duì)于有輕微腐蝕的介質(zhì)，腐蝕裕量則筒體的名義厚度n17.23mm+1mm+0.8mm=19.03mm圓整后，取n=20mm2.2、封頭壁厚的設(shè)計(jì)查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用

6、封頭中表1，得公稱直徑DN=D=3300mm選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,型號(hào)代號(hào)為EHA，取 ，根據(jù)GB150-1998中橢圓形封頭計(jì)算中式計(jì)算：n=PDi2t-0.5P=1.7713300mm21170MPa-0.51.771MPa=17.23mm同上，取,C1=0.8mm 封頭的名義厚度n17.23mm+0.8+1mm=19.03mm圓整后，取封頭的名義厚度n=20mm封頭記做 EHA330016-16MnR JB/T47462.3筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由封頭長(zhǎng)短軸之比為2，即,得hi=Di4=3300mm4=825mm封頭的容積：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1 EHA

7、和B.2 EHA表橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，質(zhì)量，見表。表1 封頭尺寸表公稱直徑DN mm總深度H mm內(nèi)表面積A 容積質(zhì)量Kg330086512.21955.04631883.2 而充裝系數(shù)為0.9計(jì)算容積V=DL+2*V=61m即 V計(jì)0.9=43.32L+25.0463算得L=6.74m圓整后，取L=6.8m2.4人孔的選擇根據(jù)HG/T 21517-20055，查表3-3，選用凹凸面的法蘭，其明細(xì)尺寸見表3-2：表3-2 人孔尺寸表 單位：mm密封面型式凹凸面MFMD6702324公稱壓力PN MPa1.062028螺柱數(shù)量20公稱直徑DN500250A365螺母數(shù)量40103B175螺

8、柱尺寸db28L250總質(zhì)量kg1532.5接管、法蘭、墊片和螺栓（柱）2.5.1接管和法蘭 3.5.2 法蘭的選擇液化石油氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置排污口，氣相平衡口，氣相口，出液口，進(jìn)液口，人孔，液位計(jì)口，溫度計(jì)口，壓力表口，安全閥口，排空口。根據(jù)設(shè)計(jì)壓力1.77MPa，以及液化石油儲(chǔ)罐的的形狀，查HTG 205922009鋼制管法蘭表，選用PN=6MPa帶頸平焊法蘭（SO），根據(jù)HTG 205922009鋼制管法蘭表查得，PN=6MPa時(shí)，液位計(jì)口選接管公稱直徑32mm，壓力表口，溫度計(jì)口選接管公稱直徑20mm，其余管口可選接管公稱通徑DN=80mm。如圖33所示。由介質(zhì)特性和使用工況，查密封面形式的

9、選擇，查HTG 205922009鋼制管法蘭表，選擇密封面形式為突面（RF）。由于帶頸的法蘭應(yīng)采用鍛（或鍛軋工藝）件和鑄（鋼）件制作，不得采用鋼板，拼焊或板卷等工藝制作，查HTG 205922009鋼制管法蘭表，接管法蘭材料選用16MnD。根據(jù)各管公稱直徑，查HTG 205922009鋼制管法蘭表1得各法蘭的尺寸。見表33。圖33 表33部件公稱直徑DN鋼管外徑A1連接尺寸法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B1法蘭頸法蘭高度HAB法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n（個(gè))螺栓ThABNRAB排污口8088.989190150184M161690.591110110834氣相平衡口8088.98

10、9190150184M161690.591110110834氣相口8088.989190150184M161690.591110110834出液口8088.989190150184M161690.591110110834進(jìn)液口8088.989190150184M161690.591110110834液位計(jì)口3242.23812090144M121443.5396060626溫度計(jì)口2026.9259065114M101427.5264040424壓力表口2026.9259065114M101427.5264040424安全閥口8088.989190150184M161690.591110110

11、834排空口8088.989190150184M161690.591110110834接管的選擇接管外徑的選用以B國(guó)內(nèi)沿用系列（公制管）為準(zhǔn)，對(duì)于公稱壓力0.25MPaPN25MPa的接管，查壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)普通無縫鋼管，選材為16MnD，接管的尺寸如下表34所示 表34 接管尺寸表 名稱公稱直徑管子外徑數(shù)量管口伸出量管子壁厚伸長(zhǎng)量質(zhì)量排污管8089115041.26氣相平衡管8089115041.26氣相管8089115041.26出液管8089115041.26進(jìn)液管8089115041.26液位計(jì)管323821003.50.447溫度計(jì)管2025110030.244壓力表管20

12、25110030.244安全閥管8089115041.26排空孔8089115041.26人孔500520120085.24排污口8089115041.262.5.2墊片查HG/T 20609-20097，得各管口的墊片尺寸如表3-4：表3-4 墊片尺寸表管口名稱公稱直徑內(nèi)徑D1外徑D2進(jìn)料口80109.5142出料口80109.5142排污口80109.5142人孔500561624液位計(jì)口3261.582溫度計(jì)口2045.561壓力表口2045.561安全閥口80109.51422.5.3螺栓（螺柱）的選擇查HG/T 20613-20098中表-11和附錄中表A.0.1,得螺柱的長(zhǎng)度和平墊

13、圈尺寸如表3-5：表2-5 螺栓及墊片名稱緊固件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長(zhǎng)H進(jìn)料口80M169217303出料口80M169217303排污口80M169217303人孔500液位計(jì)口32M168517303溫度計(jì)口20M127513242.5壓力表口20M127513242.5安全閥口80M169217303排空口50M1690173032.6鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.6.1鞍座選型該臥式容器采用雙鞍式支座，初步選用輕型鞍座，材料選用Q235-B。估算鞍座的負(fù)荷：儲(chǔ)罐總質(zhì)量 （3-3）筒體質(zhì)量： m1=DL=3.14*3.3*6*0.02*7.85*103=9761kg單個(gè)封頭的質(zhì)量，m2

14、 =1883.2kg充液質(zhì)量：，水壓試驗(yàn)充滿水，故取介質(zhì)密度為， V=V筒+2V封=4DiDiL+2V封=43.33.36+25.0463=61.4 m3則 m3=水V=100061.4kg=61400kg附件質(zhì)量：人孔質(zhì)量為，其他接管總和為200kg m4=353kg綜上所述， m=m1+2m2+m3+m4=9761+2*1883.2+61400+352=75279.4kg則每個(gè)鞍座承受的質(zhì)量為37639.7kg，即為368.86KN。查JB4712.1-20079表1，優(yōu)先選擇輕型支座。查9中表2，得出鞍座尺寸如表2-6：表2-6 鞍座尺寸表公稱直徑DN3300腹板22墊板100允許載荷Q

15、kN3044筋板45214鞍座高度h2500330e80底板2760425螺栓間距225038016鞍座質(zhì)量Kg96222墊板弧長(zhǎng)4900增加100mm增加的高度Kg792.6.2鞍座的安裝位置根據(jù)2中規(guī)定，應(yīng)盡量使支座中心到封頭切線的距離A小于等于，當(dāng)無法滿足A小于等于時(shí)，A值不宜大于。為圓筒的平均內(nèi)徑。Ra=Di2+n2=33002+202=1660mm L=L0+2h=L0+2(H-hi)=50900+2*(890-850)=6800mm即A0.5Ra=0.5*1660=830mm取鞍座的安裝位置如圖所示：第三章 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)根據(jù)GB150知該儲(chǔ)罐中只有人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。3.1、補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法

16、判別其中開孔直徑dDi2=33002=1650mm故可以采用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管材料選用16MnR，其許用應(yīng)力根據(jù)GB150-1998中式8-1，殼體開孔處的計(jì)算厚度=17.23mm接管的有效厚度強(qiáng)度削弱系數(shù)， 所以A=d+2et(1-fy)=502*17.23=8649.4mm23.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍3.2.1有效補(bǔ)強(qiáng)按GB150中式8-7，得：B2=d+2n+2nt=502+2*20+2*12=5663.2.2外側(cè)有效高度根據(jù)GB150中式8-8，得：3.2.3內(nèi)側(cè)有效高度根據(jù)GB150-1998中式8-9，得：3.3、有效補(bǔ)強(qiáng)面積根據(jù)GB150中式8-10 式8-13，分別計(jì)算如下：

17、3.3.1 筒體多余面積A1=(B-d)( -)-2t(-)(1-fy)=(1004-502)(18.2-17.23)-0=486.9454mm2接管的多余面積A2=2h1（ett）fr+2h2（etC2）f2=2h1(ntCt2)tft=2*77.6（）*1=150.54mm2焊縫金屬截面積焊角去6mm3.4、補(bǔ)強(qiáng)面積AE=A1+A2+A3=486.9454.54+150.54+36=673.48mm2因?yàn)?，所以開孔需另行補(bǔ)強(qiáng)另行補(bǔ)強(qiáng)面積為A4A-AE8649.4-673.48=7975.92mm2第四章 各部分應(yīng)力計(jì)算及校核4.1、鋼制臥式容器鋼制臥式容器計(jì)算單位計(jì) 算 條 件 簡(jiǎn) 圖設(shè)計(jì)

18、壓力 p1.771MPa設(shè)計(jì)溫度 t50筒體材料名稱16MnR(正火)封頭材料名稱16MnR(正火)封頭型式橢圓形筒體內(nèi)直徑Di3300mm筒體長(zhǎng)度 L6400mm筒體名義厚度 dn20mm支座墊板名義厚度 drn8mm筒體厚度附加量 C2mm腐蝕裕量 C10.8mm筒體焊接接頭系數(shù) F1封頭名義厚度 dhn20mm封頭厚度附加量 Ch2mm鞍座材料名稱Q235-A.F鞍座寬度 b240mm鞍座包角 120支座形心至封頭切線距離 A1180mm鞍座高度 H250mm地震烈度 低于7度4.2內(nèi)壓圓筒校核內(nèi)壓圓筒校核計(jì)算單位計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.771MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00

19、C內(nèi)徑 Di 3300.00mm材料 16MnR(正火) ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 170.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.80mm腐蝕裕量 C2 1.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 17.23mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 18.2mm名義厚度 dn = 20.00mm重量 5546.95Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 2.01 MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 310.

20、50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 154.68 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 1.93182MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 140.62MPastf 170.00MPa校核條件stf st結(jié)論 合格4.3封頭校核封頭計(jì)算計(jì)算單位 計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.771MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 3300mm曲面高度 hi 525.00mm材料 16MnR(正火) (板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 170.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.80mm腐蝕裕量 C2

21、 100mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 1.0000計(jì)算厚度 d = = 17.32mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 19mm最小厚度 dmin = 3.15mm名義厚度 dn = 20.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 545.22 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 Pw= = 1.849MPa結(jié)論 合格4.4臥式容器（雙鞍座）計(jì)算校核臥式容器（雙鞍座）計(jì)算單位計(jì) 算 條 件 簡(jiǎn) 圖 計(jì)算壓力 pC1.771MPa 設(shè)計(jì)溫度 t50 圓筒材料16MnR(正火) 鞍座材料Q235-A.F 圓筒材料常溫許用應(yīng)力 s170MPa 圓筒材料設(shè)計(jì)溫度

22、下許用應(yīng)力st170MPa 圓筒材料常溫屈服點(diǎn) ss345MPa 鞍座材料許用應(yīng)力 ssa147MPa 工作時(shí)物料密度 500kg/m3 液壓試驗(yàn)介質(zhì)密度 1000kg/m3 圓筒內(nèi)直徑Di3300mm 圓筒名義厚度 20mm 圓筒厚度附加量 1mm 圓筒焊接接頭系數(shù) 1 封頭名義厚度 20mm 封頭厚度附加量 Ch1mm 兩封頭切線間距離 7680mm 鞍座墊板名義厚度 8mm 鞍座墊板有效厚度 8mm 鞍座軸向?qū)挾?b240mm 鞍座包角 120 鞍座底板中心至封頭切線距離 A1180mm 封頭曲面高度 525mm 試驗(yàn)壓力 pT2.01MPa 鞍座高度 H250mm4.5支座反力計(jì)算腹板

23、與筋板(小端)組合截面積 9216 腹板與筋板(小端)組合截面斷面系數(shù)442368 地震烈度0 配管軸向分力 0圓筒平均半徑 1057 物料充裝系數(shù) 0.9支 座 反 力 計(jì) 算 圓筒質(zhì)量(兩切線間)5605.49 封頭質(zhì)量(曲面部分)532.399 附件質(zhì)量0 封頭容積(曲面部分)1.21226e+09 容器容積(兩切線間)V = 2.9025e+10 容器內(nèi)充液質(zhì)量工作時(shí), 13061.3壓力試驗(yàn)時(shí), = 29025 耐熱層質(zhì)量0總質(zhì)量工作時(shí), 19731.5壓力試驗(yàn)時(shí), 75279單位長(zhǎng)度載荷23.1033 41.795支座反力96803 175121175121筒 體 彎 矩 計(jì) 算圓

24、筒中間處截面上的彎矩工作時(shí)= 6.09698e+07壓力試驗(yàn)= 1.10297e+084.6圓筒軸向應(yīng)力計(jì)算支座處橫截面彎矩工作時(shí) -2.07651e+07壓力試驗(yàn) -3.75651e+07Nmm系 數(shù) 計(jì) 算K1=0.106611K2=0.192348K3=1.17069K4=K5=0.760258K6=0.0528518筒 體 軸 向 應(yīng) 力 計(jì) 算軸向應(yīng)力計(jì)算操作狀態(tài) 79.9305 83.1066MPa -1.44829 -2.5644MPa水壓試驗(yàn)狀態(tài) -2.61869 -4.63913MPa 91.8044 97.5501水平分力35641N腹板水平應(yīng)力計(jì)算高度250mm鞍座腹板厚

25、度8mm鞍座墊板實(shí)際寬度8mm鞍座墊板有效寬度8mm腹板水平應(yīng)力無 墊 板 或 墊 板 不 起 加 強(qiáng) 作 用 , 17.8205墊板起加強(qiáng)作用, MPa應(yīng)力判斷 s9 s sa = 93.3333 合格MPa第五章 儲(chǔ)罐的使用及安全措施5.1 壓力容器的安全管理壓力容器使用單位的安全管理工作主要包括以下內(nèi)容：（1）貫徹執(zhí)行本規(guī)程和壓力容器有關(guān)的法律、法規(guī)、安全技術(shù)規(guī)范；（2）建立健全壓力容器安全管理制度，制定壓力容器安全操作規(guī)程；（3）辦理壓力容器使用登記，建立壓力容器技術(shù)檔案；（4）負(fù)責(zé)壓力容器的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、安裝、使用、改造、維修、報(bào)廢等全過程管理；（5）組織開展壓力容器安全檢查，至少每月

26、進(jìn)行一次自行檢查，并且作出記錄；（6）實(shí)施年度檢查并且出具檢查報(bào)告；（7）編制壓力容器的年度定期檢驗(yàn)計(jì)劃，督促安排落實(shí)特種設(shè)備定期檢驗(yàn)和事故隱患的整治；（8）向主管部門和當(dāng)?shù)匕踩O(jiān)察機(jī)構(gòu)報(bào)送當(dāng)年壓力容器數(shù)量和變更情況的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，壓力容器定期檢驗(yàn)計(jì)劃的實(shí)施情況，存在的主要問題及處理情況等；（9）按規(guī)定報(bào)告壓力容器事故，組織、參加壓力容器事故的救援、協(xié)助調(diào)查和善后處理；（10）組織開展壓力容器作業(yè)人員的教育培訓(xùn)；（11）制定事故救援預(yù)案并組織演練。5.2 壓力容器操作規(guī)程壓力容器的使用單位，應(yīng)當(dāng)在工藝操作規(guī)程和崗位操作規(guī)程中，明確提出壓力容器安全操作要求，其操作規(guī)程至少包括以下內(nèi)容：（1）操作工藝參數(shù)（含工作壓力、最高或者最低工作溫度）；（2）崗位操作法（含開、停車的操作程序和注意事項(xiàng)）；（3）運(yùn)行中重點(diǎn)檢查的項(xiàng)目和部位，運(yùn)行中可能出現(xiàn)的異常現(xiàn)象和防止措施，以及緊急情況的處置和報(bào)告程序。5.3 異常情況處理 應(yīng)急措施壓力容器發(fā)生下列異?，F(xiàn)象之一時(shí)，操作人員應(yīng)當(dāng)立即采取緊急措施，并且按規(guī)定的報(bào)告程序，及時(shí)向有關(guān)部門報(bào)告：（1）工