《液化石油气卧式储罐课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液化石油气卧式储罐课程设计（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、ta前言随着我国石油化工行业的快速发展，液化石油气作为炼油化工的副产品，以其经济 高效、清洁环保以及灵活方便的优势占据着城乡能源市场，储配站的液化石油气通常采 用球形储罐或卧式储罐进行储存。液化石油气是一种低碳的烃类混合物，主要由乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁 烯及少量的戊烷、戊烯等组成。常温常压下是气态，在加压和降低温度的条件下变成液 体。气态相对密度为空气的2 倍，液化石油气的饱和蒸气压随温度升高而急剧增加，其 膨胀系数较大，一般为水的10倍以上，气化后体积膨胀250300倍。液化石油气是一 种极易燃烧、爆炸的石油化工原料，其储罐属于具有较大危险的储存容器之一。因此， 在满足设施功能要求
2、下，储罐具有良好的安全性是设计的首要问题。目前我国普遍采用的常温压力贮罐一般有两种形式：球形储罐和圆筒形储罐。球形 储罐与圆筒形储罐相比，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 或单罐 容积大于200m3时选用球形储罐比较经济。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 100m3 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
3、地方 受限制等）才选用立式。本次设计对液化石油气卧式储罐进行设计计算。主要内容包括储罐工艺参数计算、 储罐的结构设计、储罐的强度计算、应力校核、绘制设备总图以及针对一些安全问题提 出对策措施。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可 循，并考虑到结构方面的要求，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
4、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 103.6.1 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
5、始参数本次设计要求根据给定的资料和数据，设计一个液化石油气储配站使用的液化石油 气卧式储罐。相关要求及数据如下表 1-1所示。表1-1液化石油气储罐的原始数据存储介质液化石油气工作压力（MPa）1.61工作温度（C）-2050公称直径（mm）2300容积（m3）60充装系数0.9其他要求100%探伤1.2 液化石油气的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容易从气态转变为液 态，便于运输及贮存，故称液化石油气。液化石油气主要组成有丙烷、丙烯、丁烷、丁 烯等四种。除上述主要成分外，有的还含有少量的戊烷、硫化物和水等。通常所说的液 化石油气都存在液、气两种形态，液、气态处于动态
6、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，导致钢瓶胀裂发生爆炸。液化 石油气的饱和蒸汽压是随温度而变化的，温度升高，蒸汽压也增大。此外液化石油气的 蒸汽压和组份有关，不同组份有不同的蒸汽压。大约温度每升高1 C,蒸汽压力增大约 0.020.03MPa。液化石油气极易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的 危险。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相 当远的地方，遇明火会引着回燃。此外，液化石油气还具有易爆性，液化石油气的爆炸 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
7、烧爆 炸。易产生静电积聚，在收发作业中易产生大量的静电积聚，易引起静电事故。易膨胀 性，液化石油气的膨胀系数大约是同温度下水的 1015 倍。当温度升高时，液化石油 气的体积增大，压力急剧升高，一旦超过容器承压极限，就会造成容器破裂，增大火灾 爆炸的危险性。具有冻伤危险性，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，也可引起多种 慢性病。2 工艺参数计算2.1 设计压力的确
8、定根据TSG_R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程，设计压力是指设定的 卧式容器顶部的最高压力，其值不低于工作压力。当容器上装有安全阀时，考虑到安全 阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不得低于安全阀的开启压力。安全阀 开启压力是指阀瓣在运行条件下开始升起，介质连续排出的瞬时压力，其值小于等于1.051.1倍容器的工作压力。规定的工作压力为1.61MPa,取设计压力为工作压力的1.1 倍，即设计压力应为：Pd = 1.1 x P = 1.1 X 1.61 = 1.771Mpa式中Pd设计压力，MPa；P工作压力，MPa。2.2 设计温度的确定设计温度是指容器在正常操作时，
9、在相应的设计压力下，壳壁或元件金属可能达到 的最高或最低温度（壳体沿截面厚度的平均温度）。当壳壁或元件金属的温度低于-20C, 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取。液化气储罐的工作温度为-20C50C，所以设计温度取最高温度50Co2.3 设计存储量的确定液态丙烷的密度为507kg/m3，液态丁烷的密度为583kg/m3，在丙烷:丁烷=5:5时， 液态液化石油气的密度为545kg/m3。设液态液化石油气的密度为545kg/m3进行计算， 液化气储罐的设计存储量应为：W =申Vp = 0.9 X 60 X 545 = 29430kg式中W设计存储量，kg；申充装系数；V
10、容积，m3；p液化石油气密度，kg/m3o3 储罐的结构设计3.1 筒体的材料选择及结构设计（1）筒体的材料选择根据GB150.2-2011固定式压力容器第二部分：材料中表2的规定，储罐筒体的 材料选用Q345R,钢板标准为GB713。由于储罐的工作温度为-20C50C,相应温度下 选许用应力为189MPa,钢板厚度为316mm。（2）筒体长度设计筒体直径DN=2300mm,根据JB/T 4746-2002钢制压力容器用封头，选用EHA 椭圆形封头，封头容积V+=1.7588m3。封VV + 2V =-筒 封 申2.32n60m3x L + 2 x 1.7588m3 =40.9L= 15.20
11、m式中L筒体长度，m。筒体长度取整为 15200mm。（3）筒体厚度的设计根据GB150.3-2011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，所以取其焊接系数申=1.000p D1.771 x 23008 =i = -= 10.827mm2ot申pc 2 x 189 x 1.00 1.771式中Di圆筒内直径，mm；8 筒体计算厚度， mm；pc计算压力，MPa；ot设计温度下封头材料的许用应力，MPa；申焊接接头系数。根据锅炉压力容器安全中的建议，取钢板厚度负偏差 C1=0.8m m,腐蚀裕度 C2=2mm。8+C1+C2 = 10.827+0.8+2 = 13
12、.627mm加钢材圆整值后名义厚度8n = 14mm。筒体的相关设计汇总如下表 3-1。表3-1筒体的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 封头的材料选择及结构设计1）封头的材料选择根据GB150.2-2011固定式压力容器第二部分：材料中表2的规定，封头材料选用Q345R,钢板标准为GB713。由于储罐的工作温度为-20C50C,相应温度下选许用应力为189MPa,钢板厚度为316mm。2）封头的结构设计由上一节筒体的长度设计的结论可知,选用EHA椭圆形封头。根据JB/T 4746-2002钢制压力容器用封头,总深 H=615mm,DN内表面
13、积 A=6.0233m2 。= 22(H-h)-2300=22 X (615 一 h)h=40mm式中dn筒体公称直径,h封头直边高度,mm；mm。5 = 2o-0.5pc = 2 X 189 X 1.00 - 0.5 X 1.771 = 10.801mm式中Di与封头连接的圆筒内直径，mm；5 封头计算厚度, mm；封头内曲面深度h = 615 - 40 = 575mmi3）封头厚度的计算根据GB150.3-2011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，所以取其焊接系数申=1.000D 2300L = = 22h.2 X 575i由GB150.3-2011固定
14、式压力容器第三部分：设计中的规定，取K=1.00。Kp D1.00 X 1.771 X 2300c iK椭圆形封头形状系数;pc计算压力，MPa；ot设计温度下封头材料的许用应力，MPa； 申焊接接头系数。根据锅炉压力容器安全中的建议，取钢板厚度负偏差 C=0.8m m,腐蚀裕度 C2=2mm。S + Ci + C2 = 10.801 + 0.8 + 2 = 13.601mm加钢材圆整值后名义厚度6n = 14mm。根据 JB/T 4746-2002钢制压力容器用封头查得，相应封头的质量为 650.1kg。 封头的相关设计汇总如下表 3-2。结构尺寸如图3-1。表3-2封头的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 法兰和接管的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。各接口都应设置相应的接管，通过 法兰与外界连接。（1）法兰的结构及材料选择设计压力1.771MPa，根据HT/G 20592-20
