【精编完整版】5立方米液化石油气储罐设计毕业论文

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中北大学

课程设计说明书

学生姓名：学号：

学院：

专业：

题目：5M3液化石油气储罐设计

指导教师：职称: 2015年06月29日

中北大学

课程设计任务书

学年第学期学院：机械与动力工程学院

专业：过程装备与控制工程

学生姓名：学号：

课程设计题目：5M3液化石油气储罐设计

起迄日期：

课程设计地点：校内

指导教师：

基层教学组织负责人：

下达任务书日期: 2015年06月29日

课程设计任务书1．设计目的：

1)使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的

全过程。

2)掌握查阅、综合分析文献资料的能力，进行设计方法和方案的可行性研

究和论证。

3)掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确

掌握计算机操作和专业软件的使用。

4)掌握工程图纸的计算机绘图。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

1．原始数据

设计条件表

序号项目数值单位备注

1 名称液化石油气储罐

2 用途液化石油气储配站

3 最高工作压力 1.77 MPa 由介质温度确定

（50℃）

4 工作温度-20～48 ℃

5 公称容积（V g） 5 M3

6 工作压力波动情况可不考虑

7 装量系数(φV) 0.9

8 工作介质液化石油气（易燃）

9 使用地点室外

10 安装与地基要求储罐底壁坡度0.01～0.02

11 其它要求

管口表

接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称

h 20 HG FM 液位计接口

e 50 HG FM 放气管

c 500 FM 人孔

b 50 HG FM 安全阀接口

i 50 HG FM 排污管

k 50 HG FM 液相出口管j 50 HG FM 液相回流管

a 50 HG FM 液相进口管

d 50 HG FM 气相管

f 20 HG FM 压力表接口

g 20 HG FM 温度计接口

课程设计任务书

2．设计内容

1）设备工艺、结构设计；

2）设备强度计算与校核；

3）技术条件编制；

4）绘制设备总装配图；

5）编制设计说明书。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：

1）设计说明书：

主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等；

2）总装配图

设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽，图纸采用计算机绘制。

课程设计任务书

4．主要参考文献：

[2] 国家质量技术监督局，《压力容器安全技术监察规程》，中国劳动社会保

障出版社，1999

[3] 全国化工设备设计技术中心站，《化工设备图样技术要求》，2000，11

[4] 郑津洋、董其伍、桑芝富，《过程设备设计》，化学工业出版社，2001

[5] 黄振仁、魏新利，《过程装备成套技术设计指南》，化学工业出版社，2002

[6] 国家医药管理局上海医药设计院，《化工工艺设计手册》，化学工业出版社，1996

[7] 蔡纪宁主编，《化工设备机械基础课程设计指导书》，化学工业出版社，2003年

5．设计成果形式及要求：

1）完成课程设计说明书一份；

2）草图一张（A1图纸一张）

3）总装配图一张 (A1图纸一张)；

6．工作计划及进度：

2015年06月29日：布置任务、查阅资料并确定设计方法和步骤

06月29、30、7月1、2日：机械设计计算（强度计算与校核）及技术条件编制

07月3日～07月7日：设计图纸绘制（草图和装配图）

07月8日～07月9日：撰写设计说明书

07月10日：答辩及成绩评定

系主任审查意见：

签字：

年

月日

目录

目录 (1)

第一章储罐设计介绍 (3)

1.1液化石油气储罐介绍 (3)

1.2储罐的设计问题以及设计难点 (3)

第二章储罐设计参数的确定 (4)

2.1参数的确定 (4)

2.2设计温度 (4)

2.3设计压力 (4)

2.4设计储量 (5)

第三章主体材料的确定 (5)

第四章工艺计算 (5)

4.1筒体和封头的设计 (5)

4.1.1 筒体设计 (6)

4.1.2封头设计 (6)

4.2计算压力P c (6)

4.3圆筒厚度的设计 (6)

4.4椭圆封头厚度的设计 (7)

第五章结构设计 (7)

5.1容器法兰的设计 (7)

5.2接管，法兰，垫片和螺柱的选择 (8)

5.3压力容器法兰垫片的选择 (11)

5.4接管法兰垫片的选择 (11)

5.5螺柱，螺母的选择 (12)

5.6支座的结构设计 (12)

5.7安全阀的设计 (14)

第六章焊接的设计 (15)

6.1容器焊接接头坡口设计 (15)

6.1.1 壳体对接接头的坡口设计 (15)

6.1.2 接管与带补强圈的焊接结构设计 (15)

6.2 焊接方法与材料 (15)

第七章强度校核 (16)

结束语 (30)

参考文献 (31)

第一章储罐设计介绍

1.1 液化石油气储罐介绍

液化石油气储罐是盛放液化石油气的常用设备，常用储罐一般有两种形式：球形储罐和圆筒形储罐。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500m 3或单罐容积大于200m 3时选用球形贮罐比较经济; 而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单, 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500m 3, 单罐容积小于100m 3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。在一般中、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。本文主要进行卧式圆筒形贮罐的设计。

1.2 储罐的设计问题以及设计难点

液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到大家的重视。

由于该气体具有易燃易爆的特点，因此在设计这种储罐时，要注意与一般气体储

罐的不同点，尤其要注意安全问题，还要注意在制造、安装方面的特点。储罐主

要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。储罐上设有液相管、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。所以对液化石油气的储罐要求也很严格。卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器, 也应按

GB150《钢制压力容器》进行制造、试验和验收; 并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》(简称容规) 的监督。

本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。在设计过程中，采用整体设计确定卧式液化石油气储罐的主要尺寸，同时要采用有效措施提高储罐的耐腐性和耐热性，并且要防止介质的泄漏。设计时，要注意安全与防火，还要注意在制造、安装等方面的特点。有效提高液化石油气储罐的技术水平对安全储备液化石油气具有重要意义。

第二章 储罐设计参数的确定

2.1 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。取其大致比例如下表一：

表一 石油气成分

对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下表二：

表二 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

7

1.744

0.67

0.5

0.2

0.16

0.0011

2.2 设计温度

根据本设计工艺要求，使用地点为太原市的室外，用途为液化石油气储配站工作温度为-20—48℃，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。

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

49.3

23.48

21.96

3.79

1.19

0.02

2.3 设计压力

该储罐用于液化石油气储配站，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，如表三：

表三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 0.158 0.0825 0.1573 0.1098 0.00758 0.0019 0

有上述分压可计算在设计温度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=1.25901 MPa

因为：P

异丁烷（0.2）

液化气

(1.25901)

丙烷

（1.744）

当液化石油气在50℃时的饱和蒸汽压力高于异丁烷在50℃时的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，则取50℃时丙烷的饱和蒸汽压力作为设计压力。

50℃时根据GB150的规定，取液化石油气饱和蒸汽压为1.77MPa，对于设置有安全泄放装置的储罐，设计压力应为1.05~1.1倍的最高工作压力。所以有

Pc=1.1*1.77=1.947MPa。

取设计压力P=2.5MPa

2.4 设计储量

则取石油液化气的密度为580Kgm3，盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为：

W=?Vρ

t

=0.9*5*580=2.61t

第三章主体材料的确定

根据介质的易燃易爆、有毒、有一定的腐蚀性等特性，存放温度为-

20~48℃，为低合金钢Q345R（钢材标准为GB713）[σ]t=189Pa。选用Q345R为筒体材料，适用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性，壁厚较大（≥8mm）的压力容器。

表一 Q345R钢材表

第四章工艺计算

4.1 筒体和封头的设计：

对于承受内压，且设计压力P

=1.947MPa<4MPa的压力容器，根据化工工艺设

c

计手册（下）常用设备系列，采用卧式椭圆形封头容器。

筒体和封头的选形

4.1.1 筒体设计：

根据《容规》，压力容器的LD=3～6;取LD=4（最合适）所以则得：D=1190mm

圆整得D=1200mm，查得封头尺寸为:

V=0.2545m ，总深度H=325mm

由2V +L4=5 得L=3971mm

圆整得 L=4000mm 则LD= 3.33 符合要求.

4.1.2 封头设计：

寸如下表一：

表一封头尺寸

公称直径D N(m) 总深度H(m) 内表面积A(m) 容积V(m3)

1200 325 1.6552 0.2545

则V 计=2V 封+πD 2L4=2×0.2545+(3.14×1.22 )×44=5.03m 3>5m 3 且比较接近，

所以结构设计合理。

4.2 计算压力P c

液柱静压力：

根据设计为卧式储罐，所以储存液体最大高度h max ≤D=1200mm 。

P 静（max ）=ρgh max ≤ρgD=580×9.8×1.2=6.821×103 p a

%5%35.0%10010947.11021.86/6

3

max <=???=c P P ）静（ 则P 静可以忽略不记。 4.3 圆筒厚度的设计：

根据介质的易燃易爆、有毒、有一定的腐蚀性等特性，存放温度为-

20~48℃， 20~250℃。根据GB150，初选厚度为6~25mm ，最低冲击试验温度为-20℃，热轧处理。

根据GB150查得Q345R 钢在厚度为3~16mm ，使用温度为-20~48℃时的许用应力[σ]=181MP a 。

∴ δ=9.46947

.1-118121200947.1-Φ]σ[2=???=c t i c P D P mm>3mm ∵ 对于Q345R ，需满足腐蚀裕度C 2≥1mm ，取C 2=2mm ，C 1=0.8mm 。

∴ δd =δ+C 2=6.49+2=8.49mm ， δn =δd +C 1+Δ=8.49+0.8+Δ=11mm

Q345R 属于低合金钢，查工艺设计手册（下）中的板材规范，选择厚度 δ=12mm 的钢板

∴ δe =12-0.8-2=9.2mm

水压试验时的压力：取，，得：

[][]Mpa p t

7.216.225.125.1p T =?==σσ 水压试验的应力校核：

水压试验时的应力：

740.211)

23.010(*2)23.010(1200[*7.22)(=----+=+=εεδδδi c T D P Mpa 水压试验时的压力：取，，得：

[][]Mpa p t

7.216.225.125.1p T =?==σσ 水压试验的应力校核：

水压试验时的应力 740.211)

23.010(*2)23.010(1200[*7.22)(=----+=+=εεδδδi c T D P Mpa 水压试验时的许用应力为

Mpa s 5.29232500.19.09.0=??=φσ

故筒体满足水压试验时的强度要求。

4.4 椭圆封头厚度的设计：

为了得到良好的焊接工艺，封头材料的选择同筒体设计。

∴ δ=947

.15.0-118121200947.15.0-][2???*?=Φc t i c P D P σ=6.47mm 同理，选取C 2=2 mm ，C 1=0.8 mm 。

∴ δn =δ+C 1+C 2+Δ=6.47+0.8+2=11 mm

跟筒体一样，选择厚度为12mm 的Q345R 为材料冲压成型。

∴ δe =12-0.8-2=9.2mm

第五章 结构设计

5.1 容器法兰的设计

公称压力P N =2.5MPa ，查表1 法兰分类及参数表，选取长颈对焊法兰，标准号

为JBT 4703，密封面为凹凸面密封。

根据介质有一定的腐蚀能力，选用法兰材料（锻件）为Q345R ，查表7 长颈法兰适用材料及最大许用工作压力，可知：Q345R 法兰在公称压力P N =2.5MPa 、工

作温度为-20~200℃时的最大许用工作压力为2.5MPa ,能满足使用要求。

尺寸如下表一：

表一 P N=2.5MPa时长颈对焊法兰的尺寸

公

称

直

径

DN

，

mm

法兰，mm螺柱

对接筒体

D D1 D

2 D

3 D

4 δH h a a

1

δ

1

δ

2

R d 规

格

数

量

最小

厚度

δ0，

mm

120 0 1

3

9

5

13

40

1

2

9

8

12

78

12

75

84 18

5 48

21 1

8

2

2

3

2

1

5

3

M2

7

40 14

5.2 接管，法兰，垫片和螺柱的选择

人孔，视镜，液面计，压力计，温度计以及安全阀结构设计

由于筒体的公称直径为1200mm，则应该开设人孔，圆形人孔的直径规定为人

图一

在公称压力PN=2.5MPa情况下，法兰盖参数如下表二：

表二法兰盖参数表

公称通径DN 法兰盖

外径D

螺栓孔

中心圆

螺栓孔

直径L

螺栓孔

数量n

螺纹Th 法兰盖

厚度C

法兰盖

理论重

直径K 量(kg) 50 165 125 18 4 M16 20 3.2 500 730 660 36 20 M33*2 48 150.0

人孔盖的参数如下表三：

表三人孔盖的参数表

公称直径D

w

*

s

D D

1

A H

1

H

2

b B

1

B

2

d N*l Th 质

量

500 530

*10 705 650 397 320 219 48 46 48 36 20 M30

*13

265

视镜用凸缘构成的不带颈视镜。

由于筒体公称直径为1200mm,加上支座高度整体高度也会在3m以下，且物料中没有结晶等易堵塞固体，而筒体压力在1.947MPa大于1.6MPa，则选用板式液面计。

管道留孔：

根据化工工艺设计手册（下），对于法兰管道，一般留孔应大于外径加

10mm。

管道间距：对于PN≤2.5MPa的管道，采用化工工艺设计手册（下）系列间距。

径DN=50mm，选用带颈对焊法兰，密封面式为凹凸面密封。如下图二、图三。

图二图三表四公称压力PN=2.5MPa时接口法兰参数

公称通径钢管外

径B

法兰外

径

螺栓孔

中心圆

直径

螺栓孔

直径

螺栓孔

数量

螺纹法兰厚

度

法兰高

度

法兰理

论重量

（kg）

20 25 105 75 14 4 M12 16 40 1.05 50 57 165 126 18 4 M16 20 48 3.11 500 530 730 660 36 20 M33*2 44 125 92.5

表五公称压力PN=2.5MPa时密封面尺寸

公称通

径

d f1 F2 F3 W X Y Z

20 56 2 4 3 36 50 51 35

50 99 2 4 3 73 87 88 72

500 609 2 5 4 549 575 576 648 钢管外径选择B系列，则外径为57mm。

液化石油气储罐应设置排污口，气相平衡口，气相口，出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。

表六接管法兰尺寸

序号名称公称

直径管子外径

B

连接尺寸

法兰厚

度

法兰理论质

量

kg 法兰外

螺栓孔

中心圆螺栓孔螺栓孔螺栓

D N径

D 直径

K

直径

L

数量

n

Th C

a 排污口50 57 165 126 18 4 M16 20 3.11

b 气相平衡

口

50 57 165 126 18 4 M16 20 3.11

c 气相口50 57 165 126 18 4 M16 20 3.11

d 出液口50 57 165 126 18 4 M16 20 3.11

e 进液口50 57 165 126 18 4 M16 20 3.11

f 人孔500 5307306603620M33×256 92.5 g1-2 液位计口20 25 105 75 14 4 M12 16 0,68 h 温度计口20 25 105 75 14 4 M12 16 0.68 m 压力表口20 25 105 75 14 4 M12 16 0.68 n 安全阀口50 57 165 126 18 4 M16 20 3.11 s 排空口50 57 165 126 18 4 M16 20 3.11

表七接管尺寸

序号名称公称直径管子外径数量管口伸出

量管子壁厚管子理论

质量kg

a 排污口50 57 1 150 3.5 0.694

b 气相平衡

口

50 57 1 150 3.5 0.694

c 气相口50 57 1 150 3.5 0.694

d 出液口50 57 1 150 3.5 0.694

e 进液口50 57 1 150 3.5 0.694

f 人孔500 530 1 300 9 17.34 g1-2 液位计口20 25 2 100 3 0.244 h 温度计口20 25 1 100 3 0.244 m 压力表口20 25 1 100 3 0.244 n 安全阀口50 57 2 150 3.5 0.694

s 排空口 50 57 1 150 3.5 0.694

5.3 压力容器法兰垫片的选择

储罐盛装液化石油气，根据介质性质选择耐油石棉橡胶垫片，其结构尺寸如下表八：

表八 垫片尺寸表

公称压力PN ，MPa

2.5

公称直径DN ，mm

D d 1200

1365

1220

5.4 接管法兰垫片的选择

储罐盛装液化石油气，根据介质性质选择耐油石棉橡胶垫片，在PN=2.5MnP 查资料由GBT 19006。2-2003标准其结构尺寸如下表九：

图四

表九 石棉橡胶垫片尺寸表

公称通径 外径 内径 厚度

20 50 27 3.0 50

87.5

56

3.0

5.5 螺柱，螺母的选择

由于螺柱螺母不直接接触介质，仅存在大气腐蚀，且为了保护螺柱，螺母的强度必须比螺柱低一个等级，则可选螺柱螺母材料为普通不锈钢即可！

双头螺柱等级为8.8，螺母等级为8。

表十 螺柱等级表

等级

规格

形式 等级 螺母 螺母等级 公称压力 工作温度

商品级

M16

双头螺柱

8.8

六角螺母

8

小于10MPa

-20~250℃

图五

表十一 双头螺柱的参数表

公称通径

螺纹 数量 长度 垫圈外径 垫圈内径 垫圈厚度 20 M12 4 70 24 13 2.5 50 M16 4 90 30 17 3 500 M33*2

20

165

25

44

4

5.6 支座的结构设计

表5-1选择鞍座材料为Q345R ，使用温度为-20~250℃，许用应力为[σ]sa = 170MPa 。

（1）估算鞍座的负荷：计算储罐总重量 m=m 1+2m 2+m 3+m 4 。 m 1 为筒体质量：对于Q345R 普通碳素钢，取ρ=7.85×103kgm 3 ∴ m 1=πDL δ×ρ=3.14×1.2×4×12×10-3×7.85×103=1419.7824kg

B.2 EHA 椭圆形封头质量，可知m 2=154.6kg 。 m 3为充液质量：ρ

液化石油气

<ρ水

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/deaq.html