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1、大型作业任务书120122013 学年第2学期专业班级：化学工程与工艺（精细化工） 一、大型作业题目：贮存槽罐二、大型作业内容（含技术指标）1贮存介质：20吨液化石油气；2贮存地点：黄石某地区；3、作业成果：计算书1份，设备图1张（CAD绘制，A1打印）。三、进度安排16月17日：分配任务；26月17日-6月21日：查询资料、初步设计；36月22日-6月28日：设计计算，完成报告。四、基本要求1设计方案：根据给定的条件合理选择设备的结构以及合适的材料，立式容器或卧式容器的筒体和封头、钢板卷制焊接结构接头、钢板材料的型号及热处理条件等；2设计计算：依据材料的性能，对选用设备的壁厚进行计算、稳定性
2、进行校核；3辅助设备的选型：包括典型辅助设备的主要尺寸计算及型号规格：人孔或手孔设计、法兰的型号规格、接管开孔结构、视镜或液面镜以及容器的支座选型等。 教研室主任签名： 2013 年 月 日化工设备机械基础大型作业题目：贮存槽罐小组成员：组长：任务分配：1、 全体成员讨论确定课程设计的方案；2、 杨艳飞、王顺、张宁共同查阅相关资料，并由王康打印资料；3、 杨艳飞主要负责整个课程设计，并编辑、整理、修改计算书，参与设备图的审核；4、 刘文静主要负责设计，绘制设备图，且参与工艺设计；5、 张宁参与工艺设计；6、 王康参与容器主要元件设计；7、 王顺主要负责修改，完善设备图，参与整个课程设计；8、
3、完成草稿之后，由夏老师给予指导，经全体成员共同检查、审核、校正之后定稿；9、 本大型课程设计作业是全体成员共同努力的结果，体现了我们团结一致，协同合作的团队精神；10、 再次感谢夏老师和胡老师的耐心指导。目录1. 绪 论41.1 液化石油气贮罐41.2 液化石油气特点41.3 卧式贮罐设计特点42. 工艺设计52.1液化石油气参数的确定52.2设计温度52.3 设计压力52.4 设计储量62.5材料选择62.6 封头的选择62.7 人孔的选择72.8 法兰的选择72.9 液面计的选择72.10鞍座的选择83. 容器主要元件设计93.1 圆筒厚度的设计93.2 液柱静压力93.3 封头厚度的设计
4、93.4筒体和封头的结构设计103.5 主要设计参数表103.6 接管，法兰，垫片和螺栓的选择113.6.1接管和法兰113.6.2 垫片的选择123.6.3螺栓（螺柱）的选择133.7人孔的设计143.7.1人孔的选取143.7.2人孔补强圈设计153.7.3开孔补强153.8 筒体整体、接管、人孔分布图173.9 视镜设计173.10 液面计设计183.11 鞍座选型和结构设计184校核计算204.1 水压试验应力校核204.2 圆筒轴向弯矩计算204.2.1 圆筒中间截面上的轴向弯矩204.2.2 鞍座平面上的轴向弯矩204.3 圆筒轴向应力计算及校核214.3.1 圆筒中间截面上由压力
5、及轴向弯矩引起的轴向应力214.3.3 圆筒轴向应力校核214.4 切向剪应力的计算及校核224.4.1 圆筒切向剪应力的计算224.4.2 圆筒被封头加强224.4.3 切向剪应力的校核224.5 圆筒周向应力的计算和校核224.5.1 在横截面的最低点处234.5.2 在鞍座边角处234.5.3 鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力234.5.4 周向应力校核234.6 鞍座应力计算及校核244.6.1 腹板水平分力及强度校核244.6.2 鞍座压缩应力及强度校核24参考文献271. 绪 论1.1 液化石油气贮罐 液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备, 由于该气体具有易燃易爆的特点，因此在设
6、计这种贮罐时，要注意与一般气体贮罐的不同点，尤其是安全与防火，还要注意在制造、安装等方面的特点。 目前我国普遍采用常温压力贮罐, 常温贮罐一般有两种形式：球形贮罐和圆筒形贮罐。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500 m3 或单罐容积大于200 m3 时选用球形贮罐比较经济；而圆筒形贮罐具有加制造安装简单, 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500 m3 , 单罐容积小于100 m3 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。
7、一般，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。综合考虑，本课程设计选用卧式圆筒形贮罐。1.2 液化石油气特点 液化石油气呈液态时的特点：（1）容积膨胀系数比汽油、煤油以及水等都大，约为水的16倍， 充满液态液化石油气的容器每升高1度容器内压力会急剧上升。因此，往槽车，储罐以及钢瓶充满时要严格控制灌装量；（2）液化石油气的主要成分是丙烷和丁烷在常温20时，液态丙烷的比重为0.5，液态丁烷的比重0.56-0.58，因此液化石油气的液态比重可认为是0.55；（3）气态的液化石油气着火温度比较低，为360-460，液化石油气的浓度达到1.5-9.5
8、时即可遇明火爆炸，液化石油气一旦出现泄漏，易发生危险。1.3 卧式贮罐设计特点 卧式液化石油气贮罐是一个储存压力容器, 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、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。2. 工艺设计2.1液化石油气参数的确定 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。本课程设计按表2-1所示比例设计1。表2-1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0.012.2549.323.4821.963.791.190.02 对于
9、设计温度下各成分的饱和蒸气压力1如表2-2。表2-2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-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.00112.2设计温度 根据本设计工艺要求，使用地点为黄石市某地区，用途为贮存液化石油气，工作温度为0-50，介质为易燃易爆的气体。 从表中我们可
10、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= -10。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。2.3 设计压力 本次设计选用的卧式圆筒形贮罐属于常温压力储存。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。设计温度t=50时，查文献1由分压可计算总最高蒸汽压力为P=0.01%0+2.25%7+47.3%1.744+23.48%0.67+21.96%0.
11、5+3.79%0.2+1.19%0.16+0.02%0.0011=1.947 MPa 因为：P异丁烷（0.2）P液化气(1.25901)D2，所以在有效补强范围。 查文献12有：补强圈焊接形式选D型， D1=d0+(612)，补强圈尺寸见表3-7。补强圈内径D1=500+10=510mm。补强圈厚度： 0=A4(D2-D1)=25.5mm 圆整取名义厚度为26mm。表3-7 补强圈补强及附件的选择接管公称直径dN/mm外径D2内径D1厚度n（）重量（Kg）5008405042667.43.8 筒体整体、接管、人孔分布图 图3-8 筒体整体、接管、人孔分布图3.9 视镜设计 查文献13有：所选视
12、镜玻璃用钢化硼硅玻璃，衬垫为石棉橡胶板，压紧环、接缘、螺栓、螺母所用材料为A3，视镜的尺寸见表3-8，视镜示意图见图3-9。表3-8视镜尺寸公称直径公称压力DD1b1b2H螺柱重量标准图图号数量直径不锈钢502.451301003426846M125.1HGJ501-86-13图3-9 视镜3.10 液面计设计 由于储罐工作温度为-10-50，查文献6，可选取磁性液面计。3.11 鞍座选型和结构设计该卧式容器采用双鞍座式支座，根据工作温度为-10-50，查文献4表5-1，选择鞍座材料为16MnR，使用温度为-20-250，许用应力为sa= 163MPa。估算鞍座的负荷：计算储罐总重量 m=m1
13、+m2 其中：m1表示贮罐质量，kg； m2表示充液质量，kg。由于水液化石油气，水压试验充满水，故介质密度为水=1000kg/m3， m2=水V=100040=40000kg；故 m=m1+m2=12000+40000=52000kg 所以每个鞍座承受的重量为 F=G/2=mg / 2=520009.81/2=255.06kN由此查文献12，选取轻型，焊制A，包角为120，有垫板的鞍座.，筋板数为6，示意图见图3-10；查文献14表2得鞍座尺寸见表3-9，示意图见图3-1。表3-9鞍座支座结构尺寸公称直径DN2000腹板210垫板b4430允许载荷Q/kN300 筋板l3330410鞍座高度
14、h250b2190e80底板l11420b3260螺栓间距l21260b122038重量kg160112垫板弧长2330增加100mm高度增加的质量kg17图3-10鞍座图3-11带补强圈焊接接头结构4校核计算4.1 水压试验应力校核 试验压力PT=1.25P=1.252.16=2.7MPa 圆筒的薄膜应力为 而16MnR钢板的s=325MPa，则常温下水压试验时的许可应力为0.9s=0.91.0325=292.5MPa 因T0.9s，所以水压试验时强度足够。4.2 圆筒轴向弯矩计算 圆筒的平均半径为4.2.1 圆筒中间截面上的轴向弯矩 查文献3式7-2，可得4.2.2 鞍座平面上的轴向弯矩
15、查文献3式7-3，可得：4.3 圆筒轴向应力计算及校核4.3.1 圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力 根据文献3中式7-4至式7-7 计算：最高点：最低点：4.3.2 由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核 鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算： （a）当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强（即ARa/2）时，轴向应力位于横截面最高点处.； 取鞍座包角=120，查文献3表7-1得，K1=1.0，K2=1.0，则（b）在横截面最低点处的轴向应力 4.3.3 圆筒轴向应力校核 查文献15中图4-8得E=2105，,则 ; 满足条件 4.4 切向剪应力的计算
16、及校核4.4.1 圆筒切向剪应力的计算 根据文献4中式7-9计算，查文献3中表7-2，得：K3=0.880，K4=0.401，则 4.4.2 圆筒被封头加强 根据文献3式7-10，计算其最大剪应力，得4.4.3 切向剪应力的校核圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料许用应力的0.8 倍，即；封头切向剪应力应满足；而=9.68MPab+1.56(Ran)1/2=44+1.56(1.3120)1/2=296.5mm； 所以此鞍座垫片可作为加强用的鞍座。4.5.1 在横截面的最低点处 根据文献3中式7-18，可得： 其中k=0.1 (容器焊在支座上) 查文献3，表7-3知，K5=0.76，则4.5.
17、2 在鞍座边角处 根据文献15，有L/R=6680/1310=5.0998时： 由于A/Ra=0.6/1.31=0.4580.5，查文献4中表7-3知，K6=0.013，则4.5.3 鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力 由于L/Ra8，根据文献3中式722，可得：4.5.4 周向应力校核 根据文献3进行校核，由于t=163MPa 所以 ； 故均满足强度要求。4.6 鞍座应力计算及校核4.6.1 腹板水平分力及强度校核 根据文献4中表7-7，可得：鞍座包角=120；查文献3表7-5得：K9=0.204，则Fs=K9F=0.204255060=52032.24N，可知，垫板起加强作用。则 其中re=1
18、1.8mm，br=b2=190mm，Ra/3=1310/3=437mm，H=250-10=240mm 则Hs=minH，Ra/3=240mm； 可得： 查文献3中表5-1，得：sa=147MPa，则2/3sa=98MPa 由于9FEV 所以压应力应按文献3中式7-29计算 其中：Hv=R+H=1300+240=1540mm 筋板面积： A1=b23=1908=1520mm2腹板面积： A2=(l1-50)2=(1420-50)10=13700mm2 11.8-17.7=1420/2-11.8-17.7-8-330=342.5mm 形心： 腹板与筋板组合截面断面系数 Zr=minZry，Zrz=3.08105mm2 代入公式，得 取K0=1.2，则 根据文献3中式7-32，进行校核 满足强度要求。 参考文献1 刘光启，马连湘，刘杰.化学化工物性数据手册（有机卷）M.北京：化学工业出 版社，2002.5.2 HG 5-15801985，卧式椭圆形封头贮罐标准系列S.北京：中国标准出版社，1985.3 HG 20592-HG206352009，中华人民共和国化工行业标准S.北京：中国标准出版社，2009.4 JB/T 47312005，钢制卧式压力容器S.北京：中国标准出版社，2005.5 赵军，张有忱，段成红.化工设备机