50立方米液化石油气储罐设计.doc
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1、56m3卧式液化石油气储罐设计及安全摘 要本次设计的储罐其介质为液化石油气。液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料,已愈来愈受到人们的重视。在化工生产方面,液化石油气经过分离得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等,用来生产合塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等产品。液化石油气是由碳氢化合物所组成,主要成分为丙烷、丁烷以及其他烷系或烯类等。丙烷加丁烷百分比的综合超过60%,低于这个比例就不能称为液化石油气。液化石油气具有易燃易爆的特点,液化石油气储罐属于具有较大危险的储存容器。针对液化石油气储罐的危险特性,结合本专业安全工程所学的内容,在设计上充分考虑压力容器的安全,确保液化石油气储罐的安
2、全运行,对化工行业具有重要的现实意义。本次设计的主要根据有:GB150-2011钢制压力容器、压力容器安全技术监察规程。另外的零部件标准主要有JB/T 4736-2002补强圈,HG 2059220614-97钢制管法兰、垫片、紧固件,JB/T 4712.1-2007鞍式支座,HG 21518-95回转盖带颈对焊法兰人孔等。本次设计的流程为:先根据容器要求确定压力容器所属类别,确定储罐主体及其接管所用材料、储罐主体的直径和长度,其次进行筒体和封头的壁厚计算并校核,然后计算人孔的开口补强面积和补强圈的厚度,再根据筒体和各个接管的总质量选择支座,最后进行安全阀的选型和校核。关键词:液化石油气,安全
3、阀,开口补强,安全管理目录1前言12 结构设计22.1结构设计22.2确定筒体直径与长度23强度计算43.1筒体壁厚设计与强度校核43.2封头壁厚设计与强度校核63.3最大允许工作压力计算73.4设计温度下的计算应力73.5开孔补强74零部件选型104.1 支座104.2安全阀选型115安全技术要求145.1 安全设计分析145.2 设计、制造、安装方面安全技术措施145.3使用、维护、保养方面安全技术措施155.4 安全管理措施176总结21参考文献2256m3卧式液化石油气储罐设计及安全221 前言随着石油化学工业的发展,液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料,已愈来愈受到人们的重视。在
4、化工生产方面,液化石油气经过分离得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等,用来生产合塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等产品。综合大学阶段所学过程装备知识,本着认真负责的态度,对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑经济性、实用性、安全可靠性等。各项设计参数都参考了行业使用标准或国家标准,这样使设计有章可循,并考虑结构方面的要求,合理进行设计。本次设计完成了56m3卧式液化石油气储罐的设计,并对液化石油气储罐在设计、制造安装、使用、维护与定期检验提出了相应的安全技术要求。 液化石油气具有易燃易爆的特点,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
5、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,遇火源会着火回燃。针对液化石油气储罐的危险特性,结合本专业安全工程所学的内容,在设计上充分考虑压力容器的安全,确保液化石油气储罐的安全运行,对化工行业具有重要的现实意义。容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准。设计时可直接选用。本设计书主要介绍了液化石油气储罐的筒体、封头、法兰、支座的设计计算,低压通用零部件的选用。且各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准。此次用到的国家标准是GB150-2011钢制压力容器和压力容器安全技术监察规程,同时也参照了JB/T 4736-2002
6、补强圈、HG 2059220614-97钢制管法兰、垫片、紧固件、JB/T 4712.1-2007鞍式支座、HG 21518-95回转盖带颈对焊法兰人孔等零部件标准。2 结构设计2.1 结构设计液化石油气腐蚀性小,贮罐可选用一般钢材,但由于压力较大,可以考虑20R、Q345R。这两种钢种。如果纯粹从技术角度看,建议选用20R类的低碳钢板, Q345R钢板的价格虽比20R贵,但在制造费用方面,同等重量设备的计价,Q345R钢板为比较经济。所以在此选择Q345R钢板作为制造筒体和封头材料。56m3液化石油气储罐主要包括:圆筒形筒体、两个标准椭圆形封头、两个鞍式支座、两个人孔、各接管(接管管口表见表
7、2.1)。表2.1 管口表公称直径公称压力法兰形式密封面形式用途伸出长度DN80PN2.5WNFM气相入口180DN50PN2.5WNFM气相出口150DN80PN2.5WNFM液相入口180DN80PN2.5WNFM液相出口180DN80PN2.5WNFM排污口150DN100PN2.5WNFM安全阀200DN25PN2.5WNFM压力表125DN20PN2.5WNFM温度计125DN32PN2.5WNFM液面计125DN450PN2.5WNFM人孔2002.2 确定筒体直径与长度公称容积按式(2-1)确定: (2-1)式中:筒体内径筒体长度假设卧式容器长径比 ,则,得出:,;因为还有部分封
8、头体积,所以需将和进行圆整,暂取,;根据 JB/T4746-2002,选取EHA型封头,查出封头容积为(见表2.2)表2.2 EHA圆形封头质量公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m228007408.85033.198由上面计算得知筒体半径r=2.8m,筒体长8.4m,因此总容积 公称容积误差 因此,符合设计要求。3 强度计算3.1 筒体壁厚设计与强度校核(1)设计温度T=50。(2)差得液化石油气的密度约为580Kg/m3,设计压力P=1.76MPa,液体静压力,由计算可知液体静压力可以忽略不计。(3)材料选择:上文已选择Q345R钢板作为筒体和封头材料,查GB150钢
9、制压力容器, Q345R钢板使用状态为热轧或正火。(4)腐蚀裕量C2:查腐蚀数据手册,Q345R耐天然气腐蚀,其这里取,若设计寿命为20年,则。(5)焊缝系数:根据压力容器安全技术监察规程规定,液化石油气储罐应视为第三类压力容器,筒体纵焊缝应采用全焊透双面焊缝,且100%无损探伤,所以。(6)焊缝系数:根据压力容器安全技术监察规程2规定,液化石油气储罐应视为第三类压力容器,筒体纵焊缝应采用全焊透双面焊缝,且100%无损探伤,所以。(7)许用应力:假设钢板厚度在1735mm之间,查表3.1得。表3.1 17-35mm钢板许用应力Q345R在下列温度()下的许用应力(MPa)10015020025
10、0163163153143130(8)钢板负偏差C1:假设钢板厚度在822mm之间,故取C1=0.35mm。 C=C1+C2=2+0.35=2.35(9)壁厚计算: (3-1)式中:筒体的计算厚度,mm;计算压力,MPa;焊接接头系数;筒体的内直径,mm;设计温度下筒体材料的许用应力,MPa;将数据,带入(3-1)式,筒体计算壁厚:筒体设计厚度:考虑到钢板厚度负偏差,并查阅钢板的标准厚度规格,可取筒体的名义厚度为,满足822mm及1735mm之间所以以上假设满足要求。(10)最小壁厚校核:筒体 满足要求。(11)筒体水压试验校核对于Q345R材料,试验时水温应高于5,其常温许用应力和在试验压力
11、下的许用应力,屈服点,卧置试压。内压容器液压试验压力规定为: (3-2)式中:试验压力,;试验压力,;容器元件材料在试验温度下的许用应力,;容器元件材料在设计温度下的许用应力,; 应力校核时应计入液柱静压,由于压力试验时容器承受的试验压力高于其设计压力,因此在压力试验时应按式(3-3)对试验压力下容器壳体的周向应力进行校核不计。 (3-3) 式中: 试验压力下的筒壁周向薄膜应力,; 试验压力,; 圆筒内直径,; 圆筒的有效厚度,;圆筒的有效厚度 水压试验下的筒壁周向薄膜应力 所以筒体壁厚满足水压试验时的强度要求。3.2 封头壁厚设计与强度校核封头计算厚度按下列公式计算: (3-4)式中:系数,
12、对标准椭圆形封头;封头的计算厚度,mm;计算压力,MPa;焊接接头系数;封头的内直径,mm;设计温度下筒体材料的许用应力,MPa;将数据, 带入(3-7)式,封头设计厚度:查阅钢板的标准厚度规格,封头与筒体的名义厚度均取。封头最小壁厚校核:因此选择名义厚度为18mm的封头厚度满足要求。3.3最大允许工作压力计算3.4设计温度下的计算应力3.5 开孔补强储罐结构及人孔结构示意图见图3-1。图3-1 储罐主体及人孔示意图对筒体:,根据公称压力PN2.5MPa,公称直径DN450mm,选择回转不锈钢人孔,密封面型式FM,尺寸为,接管材质为20号钢管。对接管,按GB/150标准,则 开孔直径 接管计算
13、厚度 接管有效厚度 开孔所需要的补强面积 有效补强范围确定如下。有效补强宽度 外侧有效补强高度内侧有效补强高度 在有效补强范围以内,壳体的多余补强面积为 在有效补强范围以内,接管的多余补强面积为 在有效补强范围内,焊缝面积为(焊缝腰高取较薄板的厚度)。在有效补强范围内,总有效补强面积 因为 所以开孔后需要补强。补强圈的计算如下。补强圈材料选用与壳体相同材料,即Q345R。应该增加的补强面积按JB/T 4736-2002 补强圈 标准中C型15坡口,时,补强圈外径,所以所需要的补强圈的厚度 考虑到腐蚀裕量和钢板厚度负偏差,取补强圈的名义厚度。补强圈标记为: 4 零部件选型4.1 支座常用卧式容器
14、支座形式主要有鞍式支座,圈座和支腿三种。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。鞍式支座适用于较重的大设备,由一块鞍形板、两块支撑板、一块底板及一块竖板组成。支撑板焊于鞍形板和底板之间,竖板被焊接在它们的一侧,底板搁在地基上,并用地脚螺栓加以固定。卧式设备一般用两个鞍式支座支承,当设备过长,超过两个支座允许的支承范围的,应增加支座数目。双鞍座中一个支座为固定支座,另一个鞍座为滑动支座。所以本次设计选择鞍式支座。鞍式支座分为A型(轻型)和B型(重型)两类,本储罐液化石油气密度不大,储罐总质量也不大,据JB/T 4712容器支座选择DN2800mm,120包角轻型带垫板轻型鞍式支座。鞍式支座材料为Q2
15、35A;垫板材料选择与储罐筒体材料相同,为Q345R。液化石油气储罐各部件的重量如表4.1所示。表4.1 部件重量表名称数量单件质量(kg)总计质量(kg)筒体11050010500封头21228.92457.8人孔2273546补强圈242.384.6接管102.05220.52法兰107.0170.1总计2713672注:接管和法兰按最大重量的选取。介质的密度用水的密度代替,介质的质量为: 根据JB/T 4712.1-2007容器支座鞍式支座要求选择支座选择轻型(A型)即可满足要求,允许载荷为300kN,每个支座所承受的载荷为: 所以满足承载要求。支座型号为:JB/T 4712.1-200
16、7,支座 A2800-F JB/T 4712.1-2007,支座 A2800-S。支座参数表如下表4.2所示。表4.2 支座参数表公称直径(DN)允许载荷Q/kN鞍座高度h底板mm腹板mm280044525020403001410筋板mm垫板mm弧长3202683608326061010120螺栓间距鞍座质量增加高度增加的质量180032428鞍式支座如图4-1所示。 图4-1 轻型120包角鞍式支座4.2 安全阀选型50时液化石油气的饱和蒸汽压为1.62MPa(表压),安全阀的排放压力:选择型号为A42Y-16C的弹簧式全启封闭型安全阀,密封面材料为硬质合金,阀体为碳钢,公称压力为2.5MP
17、a(25kg/cm2)。按我国压力容器安全技术监察规程规定,液化石油气储罐的安全泄放量用下式计算: (4-1)式中: 液化石油气储罐的安全泄放量,kg/h; 在泄放状态下液化气体的汽化潜热,kJ/kg;系数,对于容器在地面上时,=1;容器的受热面积,m2;对封头为椭圆形的卧式容器 容器安装在地面上,无喷淋装置,查有关手册可得排放状态,液化石油气的汽化潜热为,系数。将数据带入公式(4-4)可得储罐的安全泄放量为:安全阀额定排量可按下式计算: (4-2)式中:安全阀的额定排量,kg/h;安全阀的排放压力(绝对),MPa;安全阀的排气温度,K;介质的分子量,;安全阀的排气面积,;气体的特性系数;已知
18、丙烷的绝热指数,则其特性系数为全启式安全阀的公称直径与流道直径如下表4.3所示。可得的全启式安全阀(PN2.5),流道直径为。所以安全阀的流道面积为: 表4.3 全启式安全阀的公称直径与流道直径表公称直径(mm)15202532405080100150200流道直径mm全启式PN1.6,2.5,6.42025325065100125PN10202532405080PN16,321520PN1.6,2.5,4.0,6.41216202532406580微启式PN161283214查有关数据可得液化石油气的临界压力;临界温度;饱和蒸汽压为1.88的液化石油气,其饱和温度约为排放状态的液化石油气,其
19、对比压力;对比温度。查表得液化石油气在此条件下的压缩系数为。液化石油气的分子量约为。将上述数据带入以下公式,得安全阀的额定排量为: 对比安全阀的排量与容器的安全泄放量可知:,选择,DN100,PN2.5,型号为A42Y-16C的弹簧式全启封闭型安全阀符合要求。5 安全技术要求5.1 安全设计分析5.1.1 物质性质液化石油气是由碳氢化合物所组成,主要成分为丙烷、丁烷以及其他烷系或烯类等。丙烷加丁烷百分比的综合超过60%,低于这个比例就不能称为液化石油气。液化石油气是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品。催化裂解气的主要成份如下(%):氢气56甲烷10乙烷35乙烯3丙烷1620丙烯6
20、11丁烷4246丁烯56,含5个碳原子以上的烃类512。5.1.2危险特性该品有麻醉作用。急性中毒:有头晕、头痛、兴奋或嗜睡、恶心、呕吐、脉缓等;重症者可突然倒下,尿失禁,意识丧失,甚至呼吸停止。可致皮肤冻伤。慢性影响:长期接触低浓度者,可出现头痛、头晕、睡眠不佳、易疲劳、情绪不稳以及植物神经功能紊乱等。 5.1.3产品设计定位随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高,能源消耗急剧增长。在国民经济各部门中,液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料,已愈来愈受到人们的重视。由于其热值高、无烟尘、无炭渣,操作使用方便,已广泛地进入人们的生活领域。但液化石油气中含有的危害污染物质含较多,对人体、环
21、境都有很大的伤害。卧式液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备,因此将卧式液化石油气贮罐的设计定位为:安全、环保。5.1.4安全防护措施液化石油气含有丙烷、丙烯、丁烯等低分子烃,为保证储罐安全,一方面应选择比较大的安全间距来减少事故的危害,如为防止较大事故(发生连续液体泄漏,泄漏时间30min)的安全距离:静风为36m,风速1.0m/s时下风向为80m;为防止重大事故(爆发性液体泄漏)的安全距离:静风为65m,风速1.0m/s时下风向为150m。其次通过风险控制,采用先进成熟的技术和可靠的防止泄漏措施,提高安全运行防范水平。5.2 储罐设计、制造、安装方面安全措施5.2.1储罐的安全附件为保证
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- 50 立方米 液化 石油气 设计
