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1、15南京工业大学本科生课程设计第一章 概 述1.1 LPG的物化性质液化石油气（Liquefied petroleum gas简称LPG）为丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等轻烃组成的混合物，各组分的物理化学性质（表1-1），一般前两者为主要组分。常温常压下为无色低毒气体。由炼厂气或天然气(包括油田伴生气)加压、降温、液化得到的一种无色、挥发性气体。当临界温度高达90以上，510个大气压下即能使之液化。表1-1 LPG各组分的物理化学性质项 目甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷分 子 式CH4C2H6C3H8n- C4H10i- C4H10相 对 分 子 量16.0430.0744.00458.12458.12蒸
2、 气 压/MPa0-2.430.4760.1040.10720-3.750.81040.2030.299气 体 密 度/(kg/m3)00.71681.35622.0202.59852.672615.50.6771.2691.8602.4522.452沸点(0.1013MPa)/-161.5-88.63-42.07-0.5-11.73汽化潜热(沸点及0.1013MPa 下 )/(kJ/kg)569.4489.9427.1386.0367.6临 界 压 力/MPa4.644.884.253.8O3.66临 界 密 度/(kg/L)0.1620.2030.2360.2270.233临 界 温 度-
3、82.532.396.8152.0134.9低热值（0，1013MPa,15.6）(kJ/kg)液 态-460994535845375气 态342076075388388115561115268气态比热容（0，1013 MPa,15.6）(kJ/kgk)定 压 比热容2.211.721.631.661.62定 容 比热容1.681.441.441.521.47爆炸极限（体积分数）/%上 限5.33.22.371.861.80下 限14.012.59.508.418.44当空气中含量达到一定浓度范围时，LPG遇明火即爆炸。故具有易燃易爆、低温、腐蚀等特性，添加恶臭剂后，有特殊臭味，低温或加压时为
4、棕黄色液体。（一）比重LPG是混合物，其比重随组成的变化而变化，气态时比重比空气大1.52.0倍，在大气中扩散较慢，易向低洼处流动。（二）饱和蒸汽压LPG的饱和蒸汽压是指在一定的温度下，混合物气、液相平衡时的蒸汽压力也就是蒸汽分子的蒸发速度同凝聚速度相等时的压力。受温度、组成变化的影响，常温下约为 1.32.0MPa。（三）体积膨胀系数LPG液态时和其他液体一样，受热膨胀，体积增大；温度越高，体积越大，同温下约为水的1117倍。（四）溶解度溶解度是指液态时LPG的含水率。LPG微溶于水。（五）爆炸极限窄，点火能量低，燃烧热值高LPG爆炸极限较窄，约为210%，而且爆炸下限比其他燃气低。着火温度
5、约为430460，比其他燃气低燃烧热值高，约为2200029000.燃烧所需要的空气量大，约需2330倍的空气量，而一般城市煤气只需35倍的空气量。（六）电阻率LPG的电阻率为1010，LPG从容器、设备、管道中喷出时产生的静电压达到9000V。1.2 LPG火灾危险特性燃烧伴随爆炸、破坏性大、火焰温度高，辐射热强、易形成二次爆炸、火灾初发面积大。（一）、易燃性。LPG，属甲类火灾危险物质。它只需极小的能量(0.20.3毫焦)即可引燃，万立方米的爆炸性混合物，遇火花即可发生化学性爆炸。 （二）、易聚积性。LPG在充分气化后，气体的密度比空气要大1.52倍，极易在厂房和房屋等不通风或地面的坑、沟
6、、下水道等低洼处聚积，不易挥发飘散而形成爆炸性混合物。（三）、易扩散性。LPG是由多种低碳数的烃类组分组成的，其中有些轻组分物质的密度小于或接近空气。在空气中扩散的范围和空间极大，引燃一点即可造成大面积的化学性爆炸。（四）、易产生静电。LPG在机泵管线中输送、充装和移动的过程中，极易与输送管道、充装设备、LPG钢瓶因摩擦产生高位静电。特别是LPG中含有其它因窒息造成死亡。（五）、易冻伤。LPG的沸点在6.347.70之间，在气化过程中，需要大量吸收热量造成局部温度骤降，特别是在事故状态下，容易造成人员冻伤。（六）、易膨胀性。LPG的饱和蒸汽压随温度升高而急剧增加，其膨胀系数也比较大。一般为水的
7、10倍以上，气化后体积可急剧膨胀250300倍左右。（七）、破坏性大。LPG爆燃的速度可达20003000以上，其火焰的燃烧温度达2000以上。在标准情况下，1LPG完全燃烧其发热量高达25000。第二章 储罐选型及设计2.1、选型 世界上LPG 的储存方法有地上储存和地下储存两种。地上储存可分两类: 一类是常温高压储存( 用压力球罐) ; 另一类是低温常压储存( 用拱顶罐, 一般多为双壁拱顶罐) 。1.常温高压储存 LPG 的常温高压储存是指LPG 的储存状态为环境温度, 压力为常温下的饱和压力, 如在50时丙烷的饱和蒸汽压为1.7MPa, 正丁烷为0.49MPa, 异丁烷为0.68MPa。
8、由于储存压力较高, 所以一般选用球型储罐, 受球罐壁厚和制作方法的限制, 球罐容积一般不能超过5000m3, 国内有关消防法规对此类储罐的布置已有明确规定;针对大型LPG储存基地, 如还采用压力球罐的储存方式, 势必造成储罐较多, 占地较大, 既浪费土地, 又不经济, 也不安全2.低温常压储存 LPG 的低温常压储存是指LPG 的储存状态为常压, 温度为常压下的饱和温度, 如在常压下丙烷的饱和温度为 -42, 正丁烷为0.5, 异丁烷为 -12。常压储存一般采用拱顶储罐, 罐的容积一般不超过10 万m3。低温储存考虑保冷和安全, 罐体一般为双壁。由于拱顶罐储量较大, 因此在储存量相同时储罐数量
9、较少, 增大安全系数且占地较球罐小, 管理方便。但低温储存国内刚刚起步, 我国的消防法规也无具体规定, 这给总图布置带来一定困难。综上，考虑到本设计为500m3*4的储罐设计，储量较少，故选择常温高压球形储罐。2.2、材料 液化气石油气质为易燃易爆介质, 含水同时含一定的H2S 杂质, 长炼液化气在异常时H2S 含量达达300ppm 以上, 因此液化气球罐的选材应尽量选择化学成份、力学性能优良及耐H2S 应力腐蚀优良的钢种, 同时焊接后还应进行整体热处理。受我国压力容器用钢材品种所限, 液化气球罐主要以16MnR 为主。2.3、基本尺寸 根据球罐和大型储罐，球体积公式：,V球罐体积，m3； D
10、i 球罐内径，m。代入数据得Di=9.847m。为方便制造，取Di=9.8m，代入球体积公式，得几何容积V=493m3。外径Do=10m。为了方便球罐的操作和检修，球罐底部需留足一个人的高度，则球罐中心至支柱底距离：H=0.5DO+2.0=7.0m2.4、设计压力与温度表2-1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-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940
11、.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.0011表2-2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0.012.2547.323.4821.963.791.190.02根据实际情况，选择50为设计压力。根据压力容器安全技术监察规程 中“固定式液化石油气储罐的设计压力应按不低于50时混合液化石油气组分的实际饱和蒸汽压来确定。”混合气体饱和蒸汽压由道尔顿分压定律算得1.26MPa,50异丁烷的饱和蒸汽压力为0.67MPa,丙烷50饱和蒸汽压力1.744MPa.对于设置有安全泄放装置的储罐，设计压力应为1.051.1倍的最高
12、工作压力。所以有Pc=1.11.744=1.92MPa.综上所述，取设计压力为1.92MPa.2.5、液化石油气储罐的充装量 液化石油气的液体密度随温度变化有较大的变化。为防止温度升高而导致容器内压力急剧增加，甚至超过容器的许用压力，必须在容器内保持一定的气体空间。为此，压力容器安全技术监察规程规定，液化石油气储罐设计储存量不得超过下式计算值:W = 式中，W 储存量，kg; V 储 存 容 积; 充 装系数，液化石油气取0.9; 设 计温度下饱和液体密度，kg/m3,取510kg/m3。 计算得W=0.9500510=229500kg在液 化 石 油气体未充满液化石油气储罐时，储罐内的压力为
13、液化石油气气相压力，此时温度每升高1，压力仅升高0.0196MPa0.0294MPa而当温升过高或过量充装液体时，储罐内的压力已不再是饱和蒸气压力，此时温度每升高1 压力将升高1.0MPa以上，这样很容易超过储罐的设计压力发生危险。所以液化石油气的充装量的确定是项很重要的工作，必须严格按压力容器安全技术监察规程进行规范设计。2.6、附件 据石油化工储运系统灌区设计规范：压力储罐除应设置人孔，放水管、进出口接合管、梯子及操作平台外，应尽量减少开口数量。做如下设计：（1）支柱 支柱与球壳之间采用U 形柱结构型式连接。为了承受风载荷与地震载荷，增加球罐的稳定性，支柱之间采用拉杆设计。目前国内自行建造
14、的球罐和引进球罐的大部分都是采用可调式拉杆。为了改善拉杆受力状况，选用相隔一柱单层交叉可调式拉杆 。根据球罐储量，采用8根支柱。（2）人孔结构 每个球罐开设两个人孔，分别设置在上下极板上。为保证工作人员能携带工具进出球罐方便，且不会因直径过大导致补强元件结构过大，球罐人孔直径设置为DN500。（3）接管结构 接管开设在球罐的上、下极带上。尺寸为DN20。用厚壁管以提高其强度，材料选用与球壳相同的材质以保证在低温下具有足够的冲击韧性。（4）梯子平台 由于球罐的工艺接管及人孔大部分设置在上极板板处，故每台球罐外部独立设有顶部平台、中间平台以及从地面进入平台的下部斜梯和上部盘梯，以方便日常的操作和维修。（5）安全阀 为防止球罐运转异常造成内压超过设计压力，在气相部分设置3 个安全阀和辅助的火灾安全阀。安全阀的形式采用直接载荷弹簧式，开启压力设计
