乙烯储罐课程设计

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乙烯储罐课程设计

生工学院09级4班

食品科学与工程

罗维

090604023

2011年6月8日

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目录

第一章 设计参数的选择 ................. 3

一、乙烯的特性 ........................................ 3 二、 设计要求与数据 ................................... 3 第二章 设备结构设计 ................... 4

一、圆筒厚度的设计 .................................... 4 二、封头厚度的计算 .................................... 5 三、 核算承载能力并选择鞍座 ........................... 5 四、人孔的选择 ..................... 6

五、接管、法兰、垫片和螺栓（柱） ...................... 6 六、选配工艺接管 ...................................... 7 第三章 设备总装配图 .................. 8

参考文献 .............................................. 9

第一章设计参数的选择

一、乙烯的特性

乙烯是由两个碳原子和四个氢原子组成的化合物。两个碳原子之间以双键连接。乙烯是 合成纤维、合成橡胶、合成塑料(聚乙烯及聚氯乙烯)

、合成乙醇(酒精)的基本化工原料,

也用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸药等 外观与性状： 无色气

体，略具烃类特有的臭味。 少量乙烯具有淡淡的甜味。

pH :水溶液是中性

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熔点(C )： -169.4 沸点(C )： -103.9 相对密度(水=1):

0.61

相对蒸气密度(空气=1): 0.98 饱和蒸气压(kPa) : 4083.40(0 °C) 燃烧热(kJ/mol) : 1411.0 临界温度(C): 9.2

临界压力(MPa) : 5.04

辛醇/水分配系数的对数值： 无资料 闪点(fp):无意义 引燃温度(C): 425

爆炸上限%(V/V) : 36.0

爆炸下限%(V/V) :

2.7

溶解性：不溶于水，微溶于乙醇、酮、苯，溶于醚。溶于四氯化碳等有机溶剂。 其它理化性质： 可以和酸性高锰酸钾发生氧化还原反应，乙烯作为还原剂，被 氧化成二氧化碳。酸性高锰酸钾被还原而褪色。

H

H

危险性类别：

侵入途径：吸入

健康危害： 具有较强的麻醉作用。急性中毒：吸入高浓度乙烯可立即 引起意识丧失，无明显的兴奋期，但吸入新鲜空气后，可很快苏醒。对眼 及呼吸道粘膜有轻微刺激性。液态乙烯可致皮肤冻伤。慢性影响：长期接 触，可引起头昏、全身不适、乏力、思维不集中。个别人有胃肠道功能紊 乱。

环境危害： 对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染。 燃爆危险：本品易燃。 二、设计要求与数据

1、 设计题目：卧式乙烯储罐 2、 原始数据：公称直径 Di ( mm 1800,长度L(mm)3523,最高工作压力 Pmax(Mpa)2.2，设计压力 P=2.2 x 1.1=2.42Mpa 3、 操作温度：40 C 4、 介质名称：乙烯 5、 储罐容积：9m3

6、主要元件材料的选择：根据GB150-1998⑴表4-1,选用筒体材料为16MnR （钢材

标准为GB66）0根据JB/T4731⑵,鞍座选用材料为Q235-B，其许用应力 t Sa

=147MPa。地脚螺栓选用符合 GB/T 700规定的Q235, Q235的许用应力

b bt

=147MPa

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表1:设计数据

序 号 项目 数值 单位 备注 1 2 3 4 5 6 7 名称 最大工作压力 工作温度 公称直径 筒体长度 容积 贮存介质 其他要求 液化乙烯卧式储罐 2.2 40 1800 3523 9 MPa C mm mm m3 液化乙烯 8 100%无损检测 第二章设备结构设计

、圆筒厚度的设计

已知Di=1800mm, L=3523mm, P=2.2MPa,在操作温度-5〜40°C的范围内， 估计筒体壁厚大约为16mm在《常用容器钢板（管）许用应力表》中按设计温 度40C,板厚6〜

16mm可插值取得［；汀=170MPa

焊接接头采用V坡口双面焊接，采用全部无损检测，其焊接接头系数由焊接 接头系数表查得 =1.00 o

钢板负偏差由《钢板厚度负偏差表》查得Ci=0.8 mm乙烯的腐蚀裕量由《壳 体、圭寸头腐蚀裕量表》查得 C2=1 mm

乙烯储罐是内压薄壁容器，按公式计算筒体的设计厚度为

「 C1 C2 13.52mm （3-1） 根据钢板的厚度规格，查《钢板的常用厚度表》2，圆整为S n=14mm

P D P—1 2 2^1800 .. ------------- 0.8

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、封头厚度的计算

公称直径DN = Dj = 1800mm 选用标准椭圆形封头，长短轴比值为

2,计算中式为

(3-2)

PcDj 2.2 1800

=11.68mm

2 \" - 0.5pc 2 170 1 -0.5 2.2

同上，取 Cj = 0.8mm， C2 = 1mm

则封头的名义厚度为、n _ 11.68mm 0.8 1mm=13.48mm 圆整后取为、：n =14mm 可见，和筒体同厚。

三、核算承载能力并选择鞍座

首先粗略计算鞍座负荷。储罐总质量：W =

W2 W3 W4，式中

W —罐体的质量，Kg

W2 —封头的质量，Kg

W3 —乙烯的质量，Kg W4 —附件的质量，Kg

1、 罐体质量W1:

DN=1800mm， 「n =14 mm 的筒节，每米质量为 q = 627kg/m ，故 W 二 5 L =627 3.523 二 2209kg ； 2、 封头的质量W2：

DN=1800mm，6n =14 mm直边高度 h=40mm的椭圆形圭寸头，其质量为 q2 =419kg/m，故她=2q2 =2 419=838kg ; 3、 乙烯的质量W3：

由于W3 +V ，式中巴-0.7，为装料系数；V为贮罐体积， V 二V对 V筒=2 0.866

2.5 3.523 = 10.70m3; 为乙烯的密度 569kg/m3，所 以 W3 =0.7 10.70 569= 4262kg ；

4、 其他附件质量W4：

人孔约200kg，其他接口管总和按 300kg计，故W4 = 500kg ；

5、 设备总质量W:

W

Q

W2 W3 W4 =2209 838 4262 500 = 7809kg

Wg 7809 7.8

382.1N : 38.26KN

2 一 2

每个鞍座只承受约38.26kN负荷，所以选用轻型带垫板包角为

120的鞍座即：

JB/T4712-92 鞍座 A1600-F; JB/T4712-92鞍座 A1600-S

5

因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面 处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯 矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略 小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸 A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB 4731《钢制卧式容器》规定A<

0.2L, A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的 作用将使支座截面处的应力过大。

由标准椭圆封头的性质及查表可得，其直边高度

h=40mm。 14 330 190 表2:鞍式支座结构尺寸

DN 公称直 径 Q/kN 92 允许载 荷 鞍座高 度 2000 腹板 350 垫板 10 e h 250 1420 筋板 80 1260 260 螺栓间距 底板 220 16 垫板 弧长 12 2330 螺孔/孔 长 鞍座质量 D/l Kg 24/40 500 四、人孔的选择

根据储罐是在常温下及最高工作压力为 2.2 MPa的条件下工作，人孔的标准按公 称压力为2.2 MPa等级选取，考虑到人孔盖直径较大较重，故选用水平吊盖人孔， 该人孔结构中有吊钩和销轴，检修时只须松开螺栓将盖板绕轴旋转一个角度， 吊钩吊住，不必将盖板取下。

该人孔标记为：HG20592法兰WN450—2.2 TG Q235A 人孔的筒体尺寸为叮-450X10，由标准查得补强圈尺寸为： 内径 D=484mn外径 Do=760mm 、 d 6 450乂(14-1.8)

20mm

\"• n 一 —

由

D2-DJ 760-484

Em 考虑到罐体与人孔筒节均有一定的壁厚裕量，故补强圈取

严\"\"20mm 厚

五、接管、法兰、垫片和螺栓（柱）

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1接管和法兰

查HG/T 20592-2009⑹中表8.2 3-1 PN带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直 径，查得各法兰的尺寸。

查［6］中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查⑹中表3.2.2,法兰的密封面均 采用

MFM （凹凸面密封）。 2、垫片

垫片尺寸为50mm,包覆金属材料为纯铝板，标准为 GB/T 3880，代号为L3 填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。 垫片厚度均为3mm。

.3螺栓（螺柱）的选择

查HG/T 20613-2009⑹中表5.0.7-11和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈 尺寸如下表

螺栓及垫片 名称 公称直径 进料口 出料口 排污口 人孔 液位计口 温度计口 压力表口 安全阀口 排空口 紧固件用平垫圈 螺纹 M16 M16 M16 mm H 3 3 3 螺柱长 92 92 92 d 17 17 17 d2 30 30 30 50 50 80 450 20 20 20 80 50 M16 M12 M12 M16 M16 85 75 75 92 90 17 13 13 17 17 30 24 24 30 30 3 2.5 2.5 3 3 六、选配工艺接管

1、乙烯进料管

采用无缝钢管YB231-70

50X 4mm，管的一端伸入罐切成45° ,管长400

mm配用带劲对焊法兰 HG20592法兰 WN50-2.2 RF Q235A。 2.乙烯出料管

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采用可拆的压出管 50X 4mm伸入到罐内离罐底约100 mm,外套无缝钢管 X 6mm管壁加厚，具有补强作用）,都配用带颈对焊管法兰即HG 20592法兰WN50 —2.2FF

Q235A。 3. 排污管

在罐的右端最底部设个排污管，规格是 ©50X 4mm管端焊有与截止阀相配 的HG20592法兰 WN50-2.2RF Q235A排污管与罐体连接处焊有一厚度为 10mm 的补强圈。

4. 安全阀接口管

安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用

80x 4mm的无缝钢管，

HG 20592 法兰 WN80- 2.2FF Q235A。 5•液面计接口管

本贮罐采用玻璃管液面计 BIW PN1.6 , L=1000mm HG-227— 80两支。与液 面计相配的接口管尺寸为：

20x 3mm管法兰采用HG 20592法兰 WN20-2.2FF

Q235A

6. 放空管接口管

采用 50x 3.5mm无缝钢管，管法兰 HG20592法兰 WN50 — 2.2FF Q235A。

7、 气相口

采用 50x 3.5mm无缝钢管，管法兰 HG20592法兰 WN50 — 2.2FF Q235A。

8、水压试验及强度校核

校核罐体与封头水压试验强度，根据:

辽 0.9 J

代入数据得:

1.25 2.2 [1800 (14 -1.8)] 2 汉(14—1.8)汉 1

二

204.24MP

查表得厚度为16mm的 16MnF钢板的钢材屈服极限 J =345MPa

故在常温水压试验时的许用应力为0.9匚0.9 345二310.5MPa ,故 J ：：：09「s因此满足水压试验要求。

第三章设备总装配图

设备图见所附图纸，各零部件的名称、规格、尺寸、材料见明细表。

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本贮罐技术要求：①本设备按GB 150—1998《钢制压力容器》进行制造、试 验和验收；②焊接材料、对接焊接接头形式及尺寸可按

GB 985— 80中规定（设

计焊接头系数© =1.00 );③焊接采用电弧焊，焊条牌号为Q345R之间

E5016,Q345R与其他碳素钢之间E4315;④壳体焊缝制造完毕后，以 2.2MPa表

压进行水压试验；⑥管口方位按照设计图所示

参考文献

[1] GB150-1998 ,《钢制压力容器》 [2] JB/T 4731-2005 ,《钢制卧式压力容器》 [3] HG20580-1998 ,《钢制化工容器设计基础规定》 [4] JB/T4746-2002 ,《钢制压力容器用封头》

⑸HG/T 21517-2005 ,《回转盖带颈平焊法兰人孔》 ⑹HG/T 20592-2009 ,《钢制管法兰》

[7] HG/T 20609-2009 ,《钢制管法兰用金属包覆垫片》 [8] HG/T 20613-2009 ,《钢制管法兰用紧固件》

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