1、 中北大學課 程 設 計 說 明 書學生姓名： 學 號： 學 院： 機械工程與自動化學院 專 業： 過程裝備與控制工程 題 目： （35）M3液化石油氣儲罐設計 指導教師： 職稱: 2011年06月13日 中北大學課程設計任務書 2010/2011 學年第 二 學期學 院： 機械工程與自動化學院 專 業： 過程裝備與控制工程 學 生 姓 名： 學 號： 課程設計題目： （35）M3液化石油氣儲罐設計 起 迄 日 期： 06 月 13 日06月 24日 課程設計地點： 校內 指 導 教 師： 系 主 任： 下達任務書日期: 2011年06月12日課 程 設 計 任 務 書1設計目的：1) 使用國

2、家最新壓力容器標準、規范進行設計，掌握典型過程設備設計的全過程。2) 掌握查閱、綜合分析文獻資料的能力，進行設計方法和方案的可行性研究和論證。3) 掌握電算設計計算，要求設計思路清晰，計算數據準確、可靠，且正確掌握計算機操作和專業軟件的使用。4) 掌握工程圖紙的計算機繪圖。2設計內容和要求（包括原始數據、技術參數、條件、設計要求等）：1 原始數據設計條件表序號項 目數 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由介質溫度確定4工作溫度-20485公稱容積（Vg）10/20/25/40/50M36工作壓力波動情況可不考慮7裝量系數(V)0.98工

3、作介質液化石油氣（易燃）9使用地點室外10安裝與地基要求儲罐底壁坡度0.010.0211其它要求管口表接管代號公稱尺寸連接尺寸標準連接面形式用途或名稱a32HG20592-1997MFM液位計接口b80HG20592-1997MFM放氣管c500HG/T21514-2005MFM人 孔d80HG20592-1997MFM安全閥接口e80HG20592-1997MFM排污管f80HG20592-1997MFM液相出口管g80HG20592-1997MFM液相回流管h80HG20592-1997MFM液相進口管i80HG20592-1997MFM氣相管j20HG20592-1997MFM壓力表接口

4、k20HG20592-1997MFM溫度計接口課 程 設 計 任 務 書2設計內容1）設備工藝、結構設計；2）設備強度計算與校核；3）技術條件編制；4）繪制設備總裝配圖；5）編制設計說明書。3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：1）設計說明書：主要內容包括：封面、設計任務書、目錄、設計方案的分析和擬定、各部分結構尺寸的設計計算和確定、設計總結、參考文獻等； 2）總裝配圖設計圖紙應遵循國家機械制圖標準和化工設備圖樣技術要求有關規定，圖面布置要合理，結構表達要清楚、正確，圖面要整潔，文字書寫采用仿宋體、內容要詳盡，圖紙采用計算機繪制。 課 程 設 計 任 務

5、 書4主要參考文獻：1 國家質量技術監督局，GB150-1998鋼制壓力容器，中國標準出版社，19982 國家質量技術監督局，壓力容器安全技術監察規程，中國勞動社會保障出版社，19993 全國化工設備設計技術中心站，化工設備圖樣技術要求，2000，114 鄭津洋、董其伍、桑芝富，過程設備設計，化學工業出版社，20015 黃振仁、魏新利，過程裝備成套技術設計指南，化學工業出版社，20026 國家醫藥管理局上海醫藥設計院，化工工藝設計手冊，化學工業出版社，19967 蔡紀寧主編，化工設備機械基礎課程設計指導書，化學工業出版社，2003年5設計成果形式及要求：1）完成課程設計說明書一份； 2）草圖一

6、張（A1圖紙一張）3）總裝配圖一張 (A1圖紙一張)； 6工作計劃及進度：2011年06月13日：布置任務、查閱資料并確定設計方法和步驟 06月13日06月17日：機械設計計算（強度計算與校核）及技術條件編制06月17日06月22日：設計圖紙繪制（草圖和裝配圖）06月22日06月24日：撰寫設計說明書06月24日：答辯及成績評定系主任審查意見： 簽字： 年 月 日第一章 工藝設計 1、液化石油氣參數的確定液化石油氣的主要組成部分由于石油產地的不同，各地石油氣組成成分也不同。取其大致比例如下：表1-1液化石油氣組成成分組成成分異辛烷乙烷丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷乙炔各成分百分比0.012.25

7、49.323.4821.963.791.190.02對于設計溫度下各成分的飽和蒸氣壓力如下：表1-2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-2501.30.20.060.040.0250.0070-2001.380.270.0750.0480.030.0090002.3550.4660.1530.1020.0340.02402003.7210.8330.2940.2050.0760.058050071.7440.670.50.20.160.00112、設計溫度 根據本設計工藝要求，使用地點為太原市的室外，用途為液化石油氣儲配站工作溫度為

8、-2048，介質為易燃易爆的氣體。 從表中我們可以明顯看出,溫度從50降到-25時,各種成分的飽和蒸氣壓力下降的很厲害,可以推斷,在低溫狀態下,由飽和蒸氣壓力引起的應力水平不會很高。由上述條件選擇危險溫度為設計溫度。為保證正常工作，對設計溫度留一定的富裕量。所以，取最高設計溫度t=50，最低設計溫度t=25。根據儲罐所處環境，最高溫度為危險溫度，所以選t=50為設計溫度。3、設計壓力 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。工作壓力為相應溫度下的飽和蒸氣壓。因此，不需要設保溫層。根據道爾頓分壓定律，我們不難計算出各種溫度下液化石油氣中各種成分的飽和蒸氣分壓，如表：表1-3各種成分

9、在相應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有上述分壓可計算再設計溫度t=50時，總的高和蒸汽壓力P=0.01%×0+2.25%&

10、#215;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因為：P異丁烷（0.2）<P液化氣(1.25901)<P丙烷（1.744）當液化石油氣在50時的飽和蒸汽壓力高于異丁烷在50時的飽和蒸汽壓力時，若無保冷設施，則取50時丙烷的飽和蒸汽壓力作為最高工作壓力。對于設置有安全泄放裝置的儲罐，設計壓力應為1.051.1倍的最高工作壓力。所以有Pc=1.1×1.744=1.9184MPa。4、設計儲量參

11、考相關資料，石油液化氣密度一般為500-600Kg/m3，取石油液化氣的密度為580Kg/m3，盛裝液化石油氣體的壓力容器設計儲存量為：W=øVt=0.9×35.094×580=18319.068t第二章 機械設計1、筒體和封頭的設計：對于承受內壓，且設計壓力Pc=1.9184MPa<4MPa的壓力容器，根據化工工藝設計手冊（下）常用設備系列，采用臥式橢圓形封頭容器。筒體和封頭的選形 a、 筒體設計：查GB150-1998，為了有效的提高筒體的剛性，一般取L/D=36，為方便設計，此處取 L/D=4 。所以 。 由 連解得：D=2.233m=2233mm 。

12、圓整得D=2300mmb、封頭設計：查標準JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1 EHA橢圓形封頭內表面積、容積得： 表2-1，EHA橢圓形封頭內表面積、容積公稱直徑DN /mm總深度H /mm內表面積A/容積/23006156.02331.7588 圖2-1橢圓形封頭由2V +L/4=35 得L=7577mm圓整得 L=7600mm 則L/D= 3.304 符合要求.則V =2 V+L/4=35.094 m>35m且比較接近，所以結構設計合理。第三章 結構設計1、液柱靜壓力： 根據設計為臥式儲罐，所以儲存液體最大高度h maxD=2300mm。P靜（max）=gh ma

13、xgD=580×9.8×2.3=13.073Kpa 則P靜可以忽略不記。2、 圓筒厚度的設計：根據介質的易燃易爆、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。根據GB150-1998表4-1，選用筒體材料為低合金鋼16MnR（鋼材標準為GB6654）t=170MPa。選用16MnR為筒體材料，適用于介質含有少量硫化物，具有一定腐蝕性，壁厚較大（8mm）的壓力容器。根據GB150，初選厚度為625mm，最低沖擊試驗溫度為-20，熱軋處理。 =mm 對于低碳鋼和低合金鋼，需滿足腐蝕裕度C21mm，取C2=2mm查標準HG20580-1998鋼制化工容器

14、設計基礎規定表7-1知，鋼板厚度負偏差C1=0.25mm。而當鋼材的厚度負偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時，負偏差可以忽略不計，故取C1=0。 d=+C2=14.51+2=16.51mm ， n=d+C1=16.51+0=16.51mm 圓整后取名義厚度n=18mm ，t沒有變化，故取名義厚度18mm合適。3、 橢圓封頭厚度的設計： 為了得到良好的焊接工藝，封頭材料的選擇同筒體設計，同樣采用16MnR。 =14.465 mm同理，選取C2=2 mm ，C1=0 mm 。 n=+C1+C2=14.465+2+0=16.465 mm 圓整后取名義厚度為n=18mm 跟筒體一樣，選擇

15、厚度為18mm的16MnR材料合適。4、接管，法蘭，墊片和螺栓的選擇4.1、接管和法蘭液化石油氣儲罐應設置排污口，氣相平衡口，氣相口，出液口，進液口，人孔，液位計口，溫度計口，壓力表口，安全閥口，排空口。根據壓力容器與化工設備實用手冊PN=2.5MPa時，可選接管公稱通徑DN=80mm。根據設計壓力PN=1.9184MPa，查HG/T 20592-97鋼制管法蘭表4-4，選用PN2.5MPa帶頸平焊法蘭（SO），由介質特性和使用工況，查密封面型式的選用，表3.0.2。選擇密封面型式為凹凸面（MFM），壓力等級為1.04.0MPa，接管法蘭材料選用16MnR。根據各接管公稱通徑，查表4-4得各法

16、蘭的尺寸。 圖3-1筒體整體、接管、人孔分布圖 圖3-2帶頸平焊鋼制管法蘭法蘭尺寸如表：表3-1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法蘭頸法蘭內徑B1坡口寬度b法蘭理論質量kg法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數量n螺栓ThB系列a液位計口3238140100188M161830603952.02b放氣管8089200160188M1624401189164.86d安全閥口8089200160188M1624401189164.86e排污口8089200160188M1624401189164.86f液相出口8089200160188M16244011

17、89164.86g液相回流管8089200160188M1624401189164.86h液相進口8089200160188M1624401189164.86i氣相管8089200160188M1624401189164.86j壓力表口202510575144M121626452641.03k溫度計口202510575144M121626452641.03接管外徑的選用以B國內沿用系列（公制管）為準，對于公稱壓力0.25PN25MPa的接管，查壓力容器與化工設備實用手冊普通無縫鋼管，選材料為16MnR。對應的管子尺寸如下如表：表3-2 管子尺寸序號名稱公稱直徑管子外徑數量管口伸出量管子壁厚伸長

18、量質量（kg）a液位計管323821003.50.447b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液相進口8089115041.26i氣相管8089115041.26j壓力表口2025110030.244k溫度計口2025110030.2444.2 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，根據設計壓力為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，標準為

19、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。得對應墊片尺寸如表： 圖3-3凹凸面型墊片 表3-3墊片尺寸符號管口名稱公稱直徑DN(mm)內徑D1(mm)外徑D2(mm)厚度(mm)a液位計口3261.5823b放氣管801201423c人孔5005305753d安全閥801201423e排污口801201423f液相出口801201423g液相回流管801201423h液相進口801201423i氣相管2045.5613j壓力表口2045.5613k溫度計口2045.56134.3 螺栓（螺柱）的選擇 根據密封所需壓

20、緊力大小計算螺栓載荷，選擇合適的螺柱材料。計算螺栓直徑與個數，按螺紋和螺栓標準確定螺栓尺寸。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A.0.1，得螺柱的長度和平墊圈尺寸：圖3-4雙頭螺柱圖3-5螺母表3-4 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液位計管32M168517303b放氣管80M1610017303d安全閥80M1610017303e排污口80M1610017303f液相出口80M1610017303g液相回流管80M1610017303h液相進口80M1610017303i氣相管80M161001730

21、3j壓力表口20M127513242.5k溫度計口20M127513242.55、 人孔的設計 5.1人孔的選取查壓力容器與化工設備實用手冊，因筒體長度7600mm>6000mm，需開兩個人孔，可選回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔，。由使用地為太原市室外，確定人孔的公稱直徑DN=500mm，以方便工作人員的進入檢修。配套法蘭與上面的法蘭類型相同，根據HG/T 21518-2005回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔，查表3-1，由PN=2.5MPa選用凹凸面的密封形式MFM，采用8.8級35CrMoA等長雙頭螺柱連接。其明細尺寸見下表：圖3-6回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔表3-5人孔尺寸表密封面形式公稱壓力公稱直徑d

22、w×sdDbABL螺柱數量螺母數量螺柱尺寸總質量kg凹凸面2.5MPa500530×12500730660270134485455405200300302040M36×1803315.2人孔補強圈設計：圖3-7補強圈查壓力容器與化工設備實用手冊，人孔接管直徑為500mm，選取補強圈外徑840mm，內徑510mm，補強圈厚度為16mm,質量41.5kg。查鋼制管法蘭、墊片、緊固件表4-2，得人孔法蘭6、視鏡設計查HG/T21619-1986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、接緣、螺栓、螺母所用材料為A3，視鏡的尺寸如下表： 表3-6

23、視鏡尺寸公稱直徑公稱壓力DD1b1b2H螺柱重量標準圖圖號數量直徑不銹鋼502.451301003426846M125.1HGJ501-86-13圖3-8視鏡7、 液面計設計圖3-9磁性液面計由于儲罐工作溫度為-2048，查壓力容器與化工設備實用手冊，選取磁性液面計。8、 安全閥設計圖3-10安全閥由操作壓力P=1.9184MPa，工作溫度為-2048，盛放介質為液化石油氣體。選擇安全閥的公稱壓力PN=25kg/cm2，最高工溫度為150，材料為可鍛鑄件的彈簧微啟式安全閥，型號為A41H-25。公稱直徑DN=80mm。9、鞍座選型和結構設計9.1鞍座選型該臥式容器采用雙鞍座式支座，根據工作溫度

24、為-2048，按JB/T 4731-2005 表5-1選擇鞍座材料為16MnR，使用溫度為-20250，許用應力為sa= 170MPa。估算鞍座的負荷：計算儲罐總重量 m=m1+2m2+m3+m4 。其中：m1 為筒體質量：對于16MnR普通碳素鋼，取=7.85×103kg/m3 m1=DL×=×2.3×7.6×18×10-3×7.85×103=7759.495kgm2為單個封頭的質量：查標準JB/T 4746-2002 鋼制壓力容器用封頭中標B.2 EHA橢圓形封頭質量，可知m2=839.3kg 。m3為充液質量

25、：液化石油氣<水故m3（max）=水×V=1000×V=1000×（/4×2.32×7.6+2×1.7588）=35093.75 kg 。m4為附件質量：選取人孔后，查得人孔質量為331 kg，其他接管質量總和估為400 kg。綜上述：總質量 m=m1+2m2+m3+m4=7759.495+2×839.3+35093.75+331×2+400=45593.845kg 45594kg。 每個鞍座承受的重量為 G/2=mg / 2=45594×9.8/2=223.41 kN由此查JB 4712.1-20

26、07 容器支座。選取輕型，焊制A，包角為120°，有墊板的鞍座.，筋板數為6。查JB 4712.1-2007表3得鞍座尺寸如表5，示意圖如下圖：表3-7鞍座支座結構尺寸公稱直徑DN2300腹板210墊板b4500允許載荷Q/kN410 筋板l3255410鞍座高度h250b2208e100底板l11660b3290螺栓間距l21460b124038螺孔/孔長D/l24/40114弧長2680重量kg215圖3-11鞍座9.2 鞍座位置的確定因為當外伸長度A=0.207L時，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對值相等，從而使上述兩截面上保持等強度，考慮到支座截面處除彎矩以

27、外的其他載荷，面且支座截面處應力較為復雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸A不超過0.2L值，為此中國現行標準JB 4731 鋼制臥式容器規定A0.2L=0.2（L+2h），A最大不超過0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應力過大。由標準橢圓封頭 ，有 h=H-Di / 4=615-2300 / 4=40mm故 A0.2(L+2h)=0.2(7600+2×40)=1536mm由于接管比較多，所以固定支座位于儲罐接管較多的左端。此外，由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗彎剛度，故封頭對于圓筒的抗彎剛度具有局部的加強作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐

28、體封頭對支座處圓筒截面的加強作用。因此，JB 4731 還規定當滿足A0.2L時，最好使A0.5R m（Rm=Ri+n/2），即Rm=1150+18/2=1159mm 。A0.5Rm =0.5×1159=579.5 mm ,取A=570 mm 。綜上述：A=570 mm （A為封頭切線至封頭焊縫間距離，L為筒體和兩封頭直邊段的總長）10、 焊接接頭的設計： 10.1筒體和封頭的焊接：=620 =6070 b=02 p=2 3 采用Y型對接接頭和手工電弧焊，綜合考慮材料選用16MnR. 焊條類型：E5018 鐵粉低氫鉀型圖3-12 Y型坡口 10.2接管與筒體的焊接：=45°

29、+5° b=2±0.5 p2±0.5 H1=t t =8 k30.78圖3-13帶補強圈焊接接頭結構第四章 容器強度的校核 1、水壓試驗校核壓力的確定 取 試驗壓力：PT=1.25P MPa結束語壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學工業、能源工業、科研和軍工等國民經濟的各個部門都起著重要作用的設備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計及完成不同生產工藝作用的內件。壓力容器由于密封、承壓及介質等原因，容易發生爆炸、燃燒起火而危及人員、設備和財產的安全及污染環境的事故。目前，世界各國均將其列為重

30、要的監檢產品，由國家指定的專門機構，按照國家規定的法規和標準實施監督檢查和技術檢驗。近兩個星期的液化石油氣儲罐設計，可以說是對自己綜合知識、能力的挑戰。從剛開始設計時的蒙頭蒼蠅到如今的靈活運用。在設計期間我鍛煉了很多，也收獲了很多！首先，通過液化石油氣儲罐的設計，我全面綜合的了解了液化石油氣的組成成分和各參數的確定。其次，通過大量相關資料和書籍的參考，我對液化石油氣儲罐的設計過程有了初步的了解。著手開始設計的那段時間確實比較痛苦，感覺無從下手。正所謂萬事開頭難，通過與同學們的討論合作，我們找到了一種絕處逢生的感覺，有了頭緒和思路之后設計就顯得水到渠成了。不管是筒體、封頭、鞍座、法蘭、接管還是螺

31、栓螺柱，每一種結構的設計都需要有相關工具書作指導和標準的參考，設計起來的工作量很大。不過我們在設計過程中也找了很多快樂，大家討論時的積極勁兒，這讓大伙兒設計起來非常有動力。我們按著設計的時間安排一步一步的完成設計。到畫草圖和CAD制圖時我們又迎來了新的挑戰，這次CAD的制圖，讓我們的CAD制圖技術得到了很大提高。總之，這次的設計讓我們收獲的不只是知識，同時也是各種能力的提升與鍛煉。設計過程中我們遇到了很多困難也遇到了很多分歧，但通過大量資料的查詢和相關標準的參考我們都一一解決了。這不僅鍛煉了我們個人，也鍛煉了我們小組和團隊的合作能力！再加上中途閆宏偉老師CAD制圖方面技術和技巧的指導，陸輝山老

32、師在設計方面的答疑和幫助我們解決各種設計上的問題，高強老師在軟件校核方面的指導，這些對我們的設計都有很大的幫助！在此，特向三位指導老師表示衷心的感謝！謝謝三位老師！ 參考文獻1 國家質量技術監督局，GB150-1998鋼制壓力容器，中國標準出版社，19982 國家質量技術監督局，壓力容器安全技術監察規程，中國勞動社會保障出版社，19993 全國化工設備設計技術中心站，化工設備圖樣技術要求，2000，114 鄭津洋、董其伍、桑芝富，過程設備設計，化學工業出版社，20015 黃振仁、魏新利，過程裝備成套技術設計指南，化學工業出版社，20026 國家醫藥管理局上海醫藥設計院，化工工藝設計手冊，化學工

33、業出版社， 19967 蔡紀寧主編，化工設備機械基礎課程設計指導書，化學工業出版社，2003 年附錄：外文翻譯In Wang Zuoliangs translation practices, he translated many poems, especially the poems written by Robert Burns. His translation of Burns “A Red, Red Rose” brought him fame as a verse translator. At the same time, he published about ten papers o

34、n the translation of poems. Some argue that poems cannot be translated. Frost stresses that poetry might get lost in translation. According to Wang, verse translation is possible and necessary, for “The poet-translator brings over some exciting work from another culture and in doing so is also writi

35、ng his own best work, thereby adding something to his culture. In this transmission and exchange, a richer, more colorful world emerges. ”(Wang, 1991:112). Then how can we translate poems? According to Wangs understanding, the translation of poems is related to three aspects: A poems meaning, poetic

36、 art and language. （1）A poems meaning “Socio-cultural differences are formidable enough, but the matter is made much more complex when one realizes that meaning does not consist in the meaning of words only, but also in syntactical structures, speech rhythms, levels of style.” (Wang, 1991:93).（2）Poe

37、tic art According to Wang, “Blys point about the marvelous translation being made possible in the United States only after Whitman, Pound and Williams Carlos Williams composed poetry in speech rhythms shows what may be gained when there is a genuine revolution in poetic art.” (Wang, 1991:93).（3）Language “Sometimes langu