液化石油气卧式储罐设计说明书.docx
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液化石油气卧式储罐设计说明书
专业设计课程任务书
学院
材料科学与工程
专业
材料成型及控制工程
设计题目
80m3液化石油气卧式储罐设计
设计条件表
序号
项目
数值
单位
备注
1
名称
液化石油气卧式储罐
2
用途
储存
3
最高工作压力
1.6
MPa
由介质温度确定
4
工作温度
-19~50
℃
5
公称容积(Vg)
80
M3
6
设计压力
1.77
MPa
7
装量系数(φV)
0.9
8
工作介质
液化石油气
9
材质
Q345R
1.卧式储罐结构设计
(1)结构设计:
董显20124625、刘玉琨20124484
(2)二维结构与二维图纸:
倪贝拓20124637
(3)水压数值模拟:
李高阳20124479、张根红2014606
2.卧式储罐焊接设计
(1)焊接工艺设计:
杨嘉兴20124495、申永成20124486
(2)工艺卡及焊接设计图纸:
魏启迪20124492
(3)工程预算:
宋厚20124677
80m3液化石油气卧式储罐设计
摘要
液化石油气储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,因此在设计这种储罐时,要注意安全与防火,和在制造、安装等方面的特点。
卧式储罐结构设计是以应力分析为主要途径,以材料力学为基础,对容器的各个主要受压部分进行设计。
利用ANSYS软件对进行静力学应力、应变模拟分析,得出的应力作用下的较为精确详尽的储罐响应结果,直观的再现了储油罐在应力作用下的受力情况和薄弱环节,从为储罐的设计提供了可靠的依据。
在焊接过程中,采用多层多道焊,选择合理的焊接工艺措施,如控制焊接电流、电弧电压,选择材料、破口形式、焊丝焊剂、焊条等,不但能控制结构的焊接变形和应力,而且能保证焊缝的组织和性能,有效提高压力容器的品质。
此外,除第一层打底焊外,每层都要捶击消除应力,每道焊缝都要清渣,防止夹渣,焊缝要圆滑过渡,防止应力集中。
同时,在工程预算方面,从原材料花费、焊接相关花费、人工费几个方面进行统计估算。
关键词:
卧式储罐,结构设计,模拟分析,焊接工艺,工程预算
80m3LIQUEFIEDOILTANKSTRUCTUREDESIGN
ABSTRACT
Liquefiedpetroleumgasstoragetankisholdingthecommonlyusedequipment,liquefiedpetroleumgas(LPG)duetothecharacteristicsofthegasisflammableandexplosive,sointhedesignofthetank,payattentiontothesafetyandfireprotection,andintheaspectofmanufacture,installation,etc.Horizontaltankstructuredesignisbasedonstressanalysisasthemainway,onthebasisofmechanicsofmaterials,todesignthemaincompressionportionofthecontainer.UsingANSYSsoftwaretothestress,strainsimulationstaticsanalysis,itisconcludedthatthestressundertheactionofresponseresultmoreaccurateanddetailedtank,intuitivereproducetheforceoftheoiltankundertheeffectofstressandtheweaklink,fromthedesignprovidesareliablebasisforstoragetank.Intheweldingprocess,theuseofmulti-layerwelding,multichannelselectingrationalweldingprocessmeasures,Suchascontrolweldingcurrent,arcvoltage,materialselection,crevasseform,fluxweldingwire,weldingwire,etc.,notonlycancontroltheweldingdeformationandstressofstructure,andcanguaranteeorganizationandpropertiesoftheweld,effectivelyimprovethequalityofthepressurevessel.Inaddition,inadditiontothefirstlayerofbackingwelding,eachlayertothumpofeliminatingstressandeverywayweldslagremoval,preventingslag,weldtosmooththetransition,preventstressconcentration.Atthesametime,intheaspectofengineeringbudget,fromrawmaterialscosts,weldingrelatedcostsandlaborstatisticalestimation.
KEYWORDS:
Horizontaltank,Structuredesign,Simulationanalysis,Weldingprocess,Projectbudg
第一章设计参数的选择
1.1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。
取产自新疆克拉玛依油田的液化石油气,其具体成分如下:
表1.1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
0.01
2.25
47.3
23.48
21.96
3.79
1.19
0.02
对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如表1.2:
表1.2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
-25
0
1.3
0.2
0.06
0.04
0.025
0.007
0
-20
0
1.38
0.27
0.075
0.048
0.03
0.009
0
0
0
2.355
0.466
0.153
0.102
0.034
0.024
0
20
0
3.721
0.833
0.294
0.205
0.076
0.058
0
50
0
7
1.744
0.67
0.5
0.2
0.16
0.0011
1.2设计温度
根据本设计工艺要求,使用地点为天津市的室外,用途为液化石油气储配站工作温度为-19~50℃,介质为易燃易爆的气体。
从表中我们可以明显看出,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=﹣25℃。
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。
1.3设计压力
该储罐用于液化石油气储配供气站,因此属于常温压力储存。
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。
根据道尔顿分压定律,我们不难计算出各种温度下液化石油气中各种成分的饱和蒸气分压,如表1.3:
表1.3各种成分在相应温度下的饱和蒸气分压
温度,℃
饱和蒸气分压,MPa
异辛烷
乙烷
丙烷
异丁烷
正丁烷
异戍烷
正戍烷
乙烯
-25
0
0.029
0.0946
0.014
0.0088
0.00095
0.000083
0
-20
0
0.031
0.127
0.0176
0.0105
0.00114
0.000109
0
0
0
0.053
0.2204
0.0359
0.0224
0.00129
0.000256
0
20
0
0.084
0.394
0.069
0.045
0.00288
0.00063
0
50
0
0
0.0825
0.1573
0.1098
0.00758
0.0019
0
有上述分压可计算再设计温度t=50℃时,总的高和蒸汽压力
P==0.01%×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=1.25901MPa(1.1)
因为:
P异丁烷(0.2)
设计压力为1.77MPa,最高工作压力为1.6MPa。
1.4设计储量
参考相关资料,石油液化气密度一般为500-600Kg/m3,取石油液化气的密度为510Kg/m3,盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为:
表1.4液化石油气主要成分在50℃的密度Kg/m3
温度℃
丙烷
异丁烷
正丁烷
50
446
520
542
参考化工原理:
(1.2)
故设计存储量为:
W=øVρt=0.9×80×510=36720t(1.3)
1.5主要元件材料的选择
1.5.1筒体材料的选择
选用筒体材料为Q345R鞍座地脚螺栓均选用Q345R的材料
1.5.2鞍座材料的选择
该卧式容器采用双鞍座式支座,根据工作温度为-19~50℃,按国家标准JB/T4712.1-2007选择鞍座材料为Q345R,使用温度为-20~250℃,许用应力为[σ]sa=185MPa。
1.5.3地脚螺栓的材料选择
根据密封所需压紧力大小计算螺栓载荷,选择合适的螺柱材料。
计算螺栓直径与个数,按螺纹和螺栓标准确定螺栓尺寸。
选择螺栓材料为Q345R。
第二章容器的结构设计
2.1筒体和封头的设计
对于承受内压,且设计压力Pc=1.77MPa<4MPa的压力容器,根据《化工工艺设计手册》常用设备系列,采用卧式椭圆形封头容器。
2.1.1筒体设计
查GB150-1998为了有效的提高筒体的刚性,一般取L/D=3~6,为方便设计,此处取
L/D=4(2.1)
(2.2)
由(2.1)(2.2)连解得:
D=3000mm
2.1.2封头设计
查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1EHA椭圆形封头内表面积、容积
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