曾一峰課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、 中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué)生姓名： 曾一峰 學(xué) 號：0902034144 學(xué) 院： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 題 目： （45）M3液化石油氣儲罐設(shè)計(jì) 陸輝山 閆宏偉 高 強(qiáng)指導(dǎo)教師： 職稱: 2012年06月11日 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2011/2012 學(xué)年第 二 學(xué)期學(xué) 院： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 過程控制與裝備工程 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 課程設(shè)計(jì)題目： （45）M3液化石油氣儲罐設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 06 月 11 日06月 22日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 校內(nèi) 指 導(dǎo) 教 師： 陸輝山 閆宏偉 高強(qiáng) 系 主 任： 姚竹亭 下達(dá)任務(wù)書

2、日期: 2012年06月11日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書1設(shè)計(jì)目的：1) 使用國家最新壓力容器標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，掌握典型過程設(shè)備設(shè)計(jì)的全過程。2) 掌握查閱、綜合分析文獻(xiàn)資料的能力，進(jìn)行設(shè)計(jì)方法和方案的可行性研究和論證。3) 掌握電算設(shè)計(jì)計(jì)算，要求設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，且正確掌握計(jì)算機(jī)操作和專業(yè)軟件的使用。4) 掌握工程圖紙的計(jì)算機(jī)繪圖。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：1 原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)條件表序號項(xiàng) 目數(shù) 值單 位備 注1名 稱液化石油氣儲罐2用 途液化石油氣儲配站3最高工作壓力1.9184MPa由介質(zhì)溫度確定4工作溫度-20485公稱容積（Vg）10

3、/20/25/40/50M36工作壓力波動(dòng)情況可不考慮7裝量系數(shù)(V)0.98工作介質(zhì)液化石油氣（易燃）9使用地點(diǎn)室外10安裝與地基要求儲罐底壁坡度0.010.0211其它要求管口表g32HG20592-1997MFM液位計(jì)接口e80HG20592-1997MFM放氣管b500HG/T21514-2005MFM人 孔c80HG20592-1997MFM安全閥接口80HG20592-1997MFM排污管h80HG20592-1997MFM液相出口管80HG20592-1997MFM液相回流管a80HG20592-1997MFM液相進(jìn)口管80HG20592-1997MFM氣相管f20HG20592

4、-1997MFM壓力表接口d20HG20592-1997MFM溫度計(jì)接口g32HG20592-1997MFM液位計(jì)接口課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書2設(shè)計(jì)內(nèi)容1）設(shè)備工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2）設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算與校核；3）技術(shù)條件編制；4）繪制設(shè)備總裝配圖；5）編制設(shè)計(jì)說明書。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：1）設(shè)計(jì)說明書：主要內(nèi)容包括：封面、設(shè)計(jì)任務(wù)書、目錄、設(shè)計(jì)方案的分析和擬定、各部分結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算和確定、設(shè)計(jì)總結(jié)、參考文獻(xiàn)等； 2）總裝配圖設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)遵循國家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)和化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求有關(guān)規(guī)定，圖面布置要合理，結(jié)構(gòu)表達(dá)要清楚、正確，圖面要整潔，文字

5、書寫采用仿宋體、內(nèi)容要詳盡，圖紙采用計(jì)算機(jī)繪制。 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書4主要參考文獻(xiàn)：1 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，GB150-1998鋼制壓力容器，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，19982 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，中國勞動(dòng)社會保障出版社，19993 全國化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求，2000，114 鄭津洋、董其伍、桑芝富，過程設(shè)備設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社，20015 黃振仁、魏新利，過程裝備成套技術(shù)設(shè)計(jì)指南，化學(xué)工業(yè)出版社，20026 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，化工工藝設(shè)計(jì)手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，19967 蔡紀(jì)寧主編，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，化學(xué)工業(yè)出版社，

6、2003年5設(shè)計(jì)成果形式及要求：1）完成課程設(shè)計(jì)說明書一份； 2）草圖一張（A1圖紙一張）3）總裝配圖一張 (A1圖紙一張)； 6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2012年06月11日：布置任務(wù)、查閱資料并確定設(shè)計(jì)方法和步驟 06月11日06月15日：機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算（強(qiáng)度計(jì)算與校核）及技術(shù)條件編制06月15日06月20日：設(shè)計(jì)圖紙繪制（草圖和裝配圖）06月20日06月22日：撰寫設(shè)計(jì)說明書06月22日：答辯及成績評定系主任審查意見： 簽字： 年 月 日第一章 工藝設(shè)計(jì) 參數(shù)的確定液化石油氣的主要組成部分由于石油產(chǎn)地的不同，各地石油氣組成成分也不同。取其大致比例如下：表一組成成分異辛烷乙烷丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正

7、戊烷乙炔各成分百分比0.012.2549.323.4821.963.791.190.02對于設(shè)計(jì)溫度下各成分的飽和蒸氣壓力如下：表二，各溫度下各組分的飽和蒸氣壓力溫度，飽和蒸汽壓力，MPa異辛烷乙烷丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷乙炔-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.00111、設(shè)計(jì)溫度 根據(jù)本設(shè)計(jì)工藝要求，使用地點(diǎn)為太原市的室外

8、，用途為液化石油氣儲配站工作溫度為-2048，介質(zhì)為易燃易爆的氣體。 從表中我們可以明顯看出,溫度從50降到-25時(shí),各種成分的飽和蒸氣壓力下降的很厲害,可以推斷,在低溫狀態(tài)下,由飽和蒸氣壓力引起的應(yīng)力水平不會很高。由上述條件選擇危險(xiǎn)溫度為設(shè)計(jì)溫度。為保證正常工作，對設(shè)計(jì)溫度留一定的富裕量。所以，取最高設(shè)計(jì)溫度t=50，最低設(shè)計(jì)溫度t=25。根據(jù)儲罐所處環(huán)境，最高溫度為危險(xiǎn)溫度，所以選t=50為設(shè)計(jì)溫度。1、 設(shè)計(jì)壓力 該儲罐用于液化石油氣儲配供氣站，因此屬于常溫壓力儲存。工作壓力為相應(yīng)溫度下的飽和蒸氣壓。因此，不需要設(shè)保溫層。根據(jù)道爾頓分壓定律，我們不難計(jì)算出各種溫度下液化石油氣中各種成分的

9、飽和蒸氣分壓，如表三：表三，各種成分在相應(yīng)溫度下的飽和蒸氣分壓溫度, 飽和蒸氣分壓, MPa異辛烷乙烷丙烷異丁烷正丁烷異戍烷正戍烷乙烯-2500.0290.09460.0140.00880.000950.0000830-2000.0310.1270.01760.01050.001140.0001090000.0530.22040.03590.02240.001290.00025602000.0840.3940.0690.0450.002880.0006305000.1580.08250.15730.10980.007580.00190有上述分壓可計(jì)算再設(shè)計(jì)溫度t=50時(shí)，總的飽和蒸汽壓力P=0

10、.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=1.25901 MPa因?yàn)椋篜異丁烷（0.2）<P液化氣(1.25901)<P丙烷（1.744）當(dāng)液化石油氣在50時(shí)的飽和蒸汽壓力高于異丁烷在50時(shí)的飽和蒸汽壓力時(shí)，若無保冷設(shè)施，則取50時(shí)丙烷的飽和蒸汽壓力作為設(shè)計(jì)壓力。對于設(shè)置有安全泄放裝置的儲罐，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)為1.051.1倍的最高工作壓力。所以有Pc=1.1*1.744=1.9184

11、MPa。3、 設(shè)計(jì)儲量參考相關(guān)文件，取石油液化氣的密度為500Kg/m3，盛裝液化石油氣體的壓力容器設(shè)計(jì)儲存量為：W=øVt=0.9×45.226×500=20351.7第二章機(jī)械設(shè)計(jì)2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1.1筒體和封頭的設(shè)計(jì)：對于承受內(nèi)壓，且設(shè)計(jì)壓力Pc=1.9184MPa<4MPa的壓力容器，根據(jù)化工工藝設(shè)計(jì)手冊（下）常用設(shè)備系列，采用臥式橢圓形封頭容器。筒體和封頭的選形 a、 筒體設(shè)計(jì)：為了有效的提高筒體的剛性，一般取L/D=36，為方便設(shè)計(jì)，此處取 L/D=4 。所以 。 由 連解得：D=2.4286m=2428.6mm 。圓整得D=2500mmb、

12、封頭設(shè)計(jì)： Pc=1.9184MPa ，為中壓，選用橢圓形封頭 查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1 EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積得： EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積公稱直徑DN /mm總深度H /mm內(nèi)表面積A/容積/25006657.08912.2417 圖1橢圓形封頭由2V +L/4=45 得L=8254mm圓整得 L=8300mm 則L/D= 3.32 符合要求.則V =2 V+L/4=45.226 m>45m且比較接近，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。液柱靜壓力： 根據(jù)設(shè)計(jì)為臥式儲罐，所以儲存液體最大高度h maxD=2500mm。P靜（max）=gh maxgD=

13、500×9.8×2.5=12.25Kpa 則P靜可以忽略不記。圓筒厚度的設(shè)計(jì)：根據(jù)介質(zhì)的易燃易爆、有毒、有一定的腐蝕性等特性，存放溫度為-2048，最高工作壓力等條件，綜合經(jīng)濟(jì)效益，參考GB150-2011固定式壓力容器選用Q345R為筒體材料。根據(jù)GB150，初選厚度為625mm，最低沖擊試驗(yàn)溫度為-20，熱軋?zhí)幚怼８鶕?jù)GB150查得Q345R鋼在厚度為16 36mm，使用溫度為-2048時(shí)的許用應(yīng)力=185MPa 。 = mm>3mm根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計(jì)115頁，對于Q345R，最小應(yīng)大于3mm，滿足。 對于Q345R ，需滿足腐蝕裕度C21mm，取C2=2mmGBT

14、 709中的B類要求，C1=0.3mm d=+C2=14.486+2=16.486mm ， n=d+C1+=16.486+0.3+=17mm Q345R屬于普通碳素鋼，查工藝設(shè)計(jì)手冊（下）中的板材規(guī)范，選擇厚度 =18mm的鋼板。橢圓封頭厚度的設(shè)計(jì)： 為了得到良好的焊接工藝，封頭材料的選擇同筒體設(shè)計(jì)。 =14.444 mm同理，選取C2=2 mm ，C1=0.3mm 。 n=+C1+C2+=14.444+0.3+2=17 mm 跟筒體一樣，選擇厚度為18mm的Q345R為材料沖壓成型。2.1.2容器法蘭的設(shè)計(jì)Pc=1.9184MPa，故公稱壓力PN=2.5MPa（根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計(jì)139頁）。法

15、蘭壓緊面選用凹凸面面（根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計(jì)141頁）。根據(jù)壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊PN=2.5MPa時(shí)，可選接管公稱通徑DN=80mm。根據(jù)HG20592-1997 中表5.0.2，選帶頸平焊法蘭（SO）。 根據(jù)HG20592-1997中表7-1，可確定連接尺寸。 根據(jù)HG20592-1997 中表3-1，確定公稱直徑和鋼管外徑間關(guān)系，選用B系列。根據(jù)HG20592-1997 中表3.0.2-2，確定坡口寬度b根據(jù)HG/T 20592-97鋼制管法蘭，（網(wǎng)上可得出下表:法蘭尺寸序號名稱公稱通徑DN鋼管外徑B連接尺寸法蘭厚度C法蘭高度H法蘭頸法蘭內(nèi)徑B1坡口寬度b法蘭理論質(zhì)量kg法蘭外徑D螺栓孔中

16、心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺栓ThB系列a液位計(jì)口3238140100188M161830603952.02b放氣管8089200160188M1624401189164.86d安全閥口8089200160188M1624401189164.86e排污口8089200160188M1624401189164.86f液相出口8089200160188M1624401189164.86g液相回流管8089200160188M1624401189164.86h液相進(jìn)口8089200160188M1624401189164.86i氣相管8089200160188M1624401189164.8

17、6j壓力表口202510575144M121626452641.03k溫度計(jì)口202510575144M121626452641.03c人孔5005307306603620M33×256535125351281.4查壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊表1-2-2有：管子尺寸序號名稱公稱直徑管子外徑數(shù)量管口伸出量管子壁厚伸長量質(zhì)量（kg）a液位計(jì)管323821503.51.26b放氣管8089115041.26d安全閥8089115041.26e排污口8089115041.26f液相出口8089115041.26g液相回流管8089115041.26h液相進(jìn)口8089115041.26i氣相管

18、8089115041.26j壓力表口2025110030.244k溫度計(jì)口2025110030.244壓力容器法蘭墊片的選擇查鋼制管法蘭、墊片、緊固件，表4.0.2-3凹凸面法蘭用MFM型墊片尺寸，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力為Pc=1.9184MPa，采用金屬包覆墊片，選擇法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。金屬材料為純鋁板L3，標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3880，最高工作溫度200，最大硬度40HB。填充材料為非石棉纖維橡膠板，代號為NAS，最高工作溫度為290。得對應(yīng)墊片尺寸如表：墊片尺寸符號管口名稱公稱直徑DN(mm)內(nèi)徑D1(mm)外徑D2(mm)厚度(mm)g液位計(jì)口3261.5823e放氣管80120

19、1423b人孔5005305753c安全閥801201423排污口801201423h液相出口801201423液相回流管801201423a液相進(jìn)口801201423f氣相管2045.5613f壓力表口2045.5613d溫度計(jì)口2045.5613螺栓（螺柱）的選擇 根據(jù)密封所需壓緊力大小計(jì)算螺栓載荷，選擇合適的螺柱材料。計(jì)算螺栓直徑與個(gè)數(shù)，按螺紋和螺栓標(biāo)準(zhǔn)確定螺栓尺寸。選擇螺栓材料為Q345。查鋼制管法蘭、墊片、緊固件中表5.0.07-9和附錄中標(biāo)A.0.1，得螺柱的長度和平墊圈尺寸：雙頭螺柱螺母螺栓及墊圈尺寸名稱管口名稱公稱直徑螺紋螺柱長緊固件用平墊圈 mmd1d2ha液位計(jì)管32M16

20、8517303b放氣管80M1610017303d安全閥80M1610017303e排污口80M1610017303f液相出口80M1610017303g液相回流管80M1610017303h液相進(jìn)口80M1610017303i氣相管80M1610017303j壓力表口20M127513242.5k溫度計(jì)口20M127513242.52.1.3人孔視鏡液面計(jì)安全閥的設(shè)計(jì)人孔的設(shè)計(jì)圓形人孔的公稱直徑規(guī)定為400-600mm，此處選500mm。根據(jù)HGT21514-2005 鋼制人孔和手孔的類型與技術(shù)條件，續(xù)表3，選回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔 回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔根據(jù)HG/T 21518-2005回

21、轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔，根據(jù)表3-1，材料選用16MnR，即Q345R，查表3-3，即下表可知：人孔尺寸表密封面型式凹凸面MFMD7304330公稱壓力PN MPa2.566048螺柱數(shù)量20公稱直徑DN500280A405螺母數(shù)量40dw×s530×12123B200螺柱尺寸M33×2×170d506b44L300總質(zhì)量kg302根據(jù)JBT4736-2002 ，表1，補(bǔ)強(qiáng)圈外徑840mm，選用補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為16mm,質(zhì)量41.5kg。根據(jù)指導(dǎo)書12頁，根據(jù)JBT4736-2002 ，p取2mm，選用坡口形式如下圖：視鏡的設(shè)計(jì)：查HG/T21619-1986

22、壓力容器視鏡，所選視鏡玻璃用鋼化硼硅玻璃，襯墊為石棉橡膠板，壓緊環(huán)、接緣、螺栓、螺母所用材料為A3，根據(jù)HG/T21619-1986壓力容器視鏡表2，視鏡的尺寸如下表： 視鏡尺寸公稱直徑公稱壓力DD1b1b2H螺柱重量標(biāo)準(zhǔn)圖圖號數(shù)量直徑不銹鋼502.451301003426846M125.1HGJ501-86-13液面計(jì)設(shè)計(jì)：由于儲罐工作溫度為-2048，查壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊，選取磁性液面計(jì)。安全閥設(shè)計(jì)根據(jù)HGT20570.2-95，由操作壓力P=1.9184MPa，工作溫度為-2048，盛放介質(zhì)為液化石油氣體。選擇安全閥的公稱壓力PN=2.5Mpa，最高工溫度為150，材料為可鍛鑄件

23、的彈簧微啟式安全閥，型號為A41H-25。公稱直徑DN=80mm。2.1.4鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該臥式容器采用雙鞍座式支座，根據(jù)工作溫度為-2048，按JB/T 4731-2005 表5-1選擇鞍座材料為16MnR，使用溫度為-20250，許用應(yīng)力為sa= 170MPa。估算鞍座的負(fù)荷：計(jì)算儲罐總重量 m=m1+2m2+m3+m4 。其中：m1 為筒體質(zhì)量：對于Q345R普通碳素鋼，取=7.85×103kg/m3 m1=DL×=×2.5×8.3×18×10-3×7.85×103=9211.1kgm2為單個(gè)封頭的質(zhì)量：

24、查標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4746-2002 鋼制壓力容器用封頭中表B.2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知m2=986.3kg 。m3為充液質(zhì)量：石油液化氣密度一般為500-600Kg/m3 =600Kg/m3故m3（max）=×V=600×V=500×（/4×2.52×8.3+2×2.2417）=271354.8kg 。m4為附件質(zhì)量：選取人孔后，查得人孔及補(bǔ)強(qiáng)圈質(zhì)量為343.5 kg，其他接管質(zhì)量總和估為400 kg。綜上述：總質(zhì)量 m=m1+2m2+m3+m4=9211.1+2×986.3+343.5+400+271354.8=283228kg 每個(gè)鞍座承受的重量為 G/2=mg / 2=283228×9.8/2=141.641 kN由此查JB 4712.1-2007 容器支座。選取輕型，焊制A，包角為120°，有墊板的鞍座.，筋板數(shù)為6。查JB 4712.1-2007表3得鞍座尺寸如表5，示意圖如下圖：鞍座支座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑DN2600腹板210墊板b4610允許載荷Q/kN440 筋板l3295