液化氣站的總體設(shè)計

1、液化氣站的總體設(shè)計、總體方案設(shè)計（一）溫度控制器工作原理1、壓力式溫控既然根據(jù)金屬熱脹冷縮的原理， 可以設(shè)計出雙金屬溫度開關(guān)， 人們不禁要問那么能不能利用其他物體的這種特性來做成溫度開關(guān)呢？回答是肯定的， 壓力式 溫控開關(guān)就是利用了氣體受熱膨脹，壓力增大來實現(xiàn)開關(guān)的功能的。壓力溫控開關(guān)在工業(yè)領(lǐng)域應用很廣， 主要是因為它的輸出力比較大， 而且不用電源，完全是氣體，符合本征安全的要求。但是由于其體積比較大，所以不適合于一般的小家電，家用一般用于冰箱和空調(diào)。一般的冰箱就是利用壓力溫度開關(guān)來維持冰箱的恒定溫度的。 下面我們通過介紹它， 來說明一般的壓力溫控開關(guān)的工作原理。 冰箱溫控器的工作原理溫度調(diào)節(jié)

2、旋鈕和凸輪是用來設(shè)定冰箱平均溫度的。 在封閉的溫包中裝有氣液共存的 “濕飽和蒸汽”，一般是制冷劑堿甲烷或氟里昂，因為它們的沸點比較低，受熱容易氣化和膨脹。通過毛細管，溫包和膜盒相連，這個膜盒是用特殊材料做成的，極具彈性。開始杠桿一端的電觸點沒有閉合，當溫度升高時，溫包內(nèi)的飽和蒸汽，受熱膨脹，壓力增大，通過毛細管的傳壓，使得膜盒也脹大起來。從而推動杠桿克服彈簧的拉力產(chǎn)生的力矩逆時針轉(zhuǎn)動， 當溫度達到一定程度時， 觸點閉合， 冰 箱壓縮機開始工作，進行制冷。當溫度降低時，飽和氣體收縮，壓力降低，觸點 斷開，停止制冷。如此循環(huán)，把冰箱溫度恒定在一定范圍之內(nèi)而且節(jié)省了電能。其實這種控制的精度也不高，

3、現(xiàn)在市場上高檔的冰箱和空調(diào)一般利用變頻調(diào)節(jié)。但是由于價格便宜，原理簡單，老式的調(diào)節(jié)方式還是很受歡迎的。2、熱敏鐵氧體溫控在家用電飯煲中有兩種溫度開關(guān)，一種就是前面提到的，雙金屬溫度開關(guān)，它可以不停地通斷， 用來對煮熟的米飯進行保溫， 還有一種溫度開關(guān)是用 “熱敏鐵氧體” 做成的， 它能實現(xiàn)只接通一次， 可以使電飯煲煮飯溫度高于一百多度后斷開，不再接通。因為米湯煮沸后，燜鍋一陣子就可以，過多通斷反而會把飯煮糊。有類似的溫度控制要求的場合也很多，都可以利用“熱敏鐵氧體”溫度開關(guān)來實現(xiàn)。所謂“熱敏鐵氧體”是一種化學物質(zhì)，類似于磁棒，對溫度很敏感，在一定溫度下能被磁鐵吸引， 而高過一定溫度就對磁性不敏

4、感了， 這個溫度可以由改變其組成的化學成分的比例而改變， 所以溫度設(shè)定十分方便。 在電飯煲中， 這個溫度一般設(shè)定為略高于一百度。如下圖所示，開始煮飯時，我們將按鈕壓下，通過杠桿，熱敏鐵氧體和磁鐵結(jié)合在一起，由于彈簧的作用力，電節(jié)點閉合，開始煮飯， 熱敏鐵氧體通過與鍋底接觸其溫度也升高， 當溫度升高到一百多度時， 其和磁鐵之間的吸引力消失， 壓著杠桿往下掉， 作用于下面的金屬片， 把電節(jié)點斷開，煮飯結(jié)束， 進入保溫階段。 以后的溫度控制就交給雙金屬溫度開關(guān)了， 因為一來，米飯保溫不會有這么高的溫度， 二來即使溫度夠恢復了磁性， 還是難以克服其本身的重力的。3、雙金屬溫控在日常生活中，溫度開關(guān)可能

5、是人們接觸最多也是最簡單的控制元件了，所謂溫度開關(guān)就是根據(jù)所要控制的對象的溫度來決定通斷的開關(guān)，我們在很多小家電中經(jīng)常能看到它的身影。根據(jù)其動作原理不同我們可以將它分為雙金屬式，壓力式和熱敏鐵氧體式幾種，我們將對它們進行逐一介紹。這里先介紹雙金屬溫度開關(guān)。各種金屬都有熱脹冷縮的特性，而不同金屬隨著溫度變化的膨脹系數(shù)不一樣， 雙金屬溫度開關(guān)就是根據(jù)這個原理來工作的。 在下面的動畫中， 我們可以看到雙金屬片是怎樣控制電路通斷的。動畫的解釋如下：雙金屬片由上面的“高錳合金”和下面的“殷鋼”組成。前者的膨脹系數(shù)是后者的好幾十倍，分別稱為“主動層”和“被動層” ，在正常溫度下圖中的彈簧片的觸點和主動層的

6、觸點是接觸的，整個電路處在接通狀態(tài)。溫度升高時， 主動層膨脹的比被動層多， 雙金屬片向下彎曲， 溫度升高到一定程度時，電路斷開。冷卻到一定程度雙金屬片伸直，電路接通。反之，我們同樣可以解釋溫度降低的情況。圖中的調(diào)溫旋鈕是來調(diào)節(jié)通斷時的平均溫度的。這種溫度開關(guān)的特點是簡單便宜， 但是精度不高， 電熨斗， 電暖瓶和電烘箱中的溫度開關(guān)就是這個原理。 除了設(shè)計溫度開關(guān)外， 根據(jù)同樣的原理， 人們還可以設(shè)計出雙金屬溫度計。熒光燈中的起輝器也是借助這個方法來實現(xiàn)電路通斷為整流器產(chǎn)生瞬間高壓的。這種開關(guān)還有動作時間慢的缺點，只適合于小電流設(shè)備，因為電流大的場合開關(guān)的過慢動作會形成電火花， 影響觸點的功能。

7、人們想出了其他辦法來加快開關(guān)動作速度。 一種是在觸點旁安放磁鐵， 使得觸點難以斷開而易于閉合。 還有一種方法就是把雙金屬片設(shè)計成蝶形的， 觸點要動作必須克服其內(nèi)部應力，產(chǎn)生快速變形，從而實現(xiàn)快速通斷。但是速動開關(guān)也有缺點，就是延時太大， 控制不夠及時， 就會大大影響控制效果。 所以我們要根據(jù)不同的控制要求來加以選擇。（二）液化氣站的規(guī)模液化氣站使用三個80 立方米的貯罐， 其中一個備用。 可供應 4000戶左右用氣，按每戶1瓶每月計，平均每月灌5000瓶（每瓶15kg）,平均每天灌166瓶。考慮氣源不穩(wěn)定原因， 故設(shè)貯罐總?cè)萘?60立方米， 取平均裝量系數(shù)0.85， 則可儲存 65 噸液化氣，

8、儲存期為一個月。殘液按5% 10%考慮，設(shè)置容積為10立方米的殘液罐一個。（三）總體方案布置1、室外電纜埋地敷設(shè)，一般深埋0.7 米，穿越公路處深埋1 米，并穿鋼管保護； 在進出建筑物處設(shè)鋼管保護， 直接埋地時， 電纜上下各填100mm 厚沙子，并蓋上水泥板。2、站內(nèi)設(shè)環(huán)形接地裝置，為電氣接地、防雷接地、防靜電接地共用，接地電阻不大于 4 歐。 配電屏、 照明配電箱和其它用電設(shè)備的金屬外殼、 穿線保護鋼管、避雷針、帶引下線泵、壓縮機和金屬容器、管架處的管道處均應與接地線可靠連接、卸槽車外設(shè)活動接地柱。3、罐區(qū)設(shè)避雷針、灌瓶間、機泵房、瓶庫的尾架或屋面設(shè)避雷針（不大于10x10mm的金屬網(wǎng)格），

9、并用扁鋼為25x4規(guī)格與接地干線連接，電阻小于10歐。 避雷針按國家標準圖制作。4、 外部電源用自備架空電線， 距站 20 米換接埋地電纜進配電室， 接電氣裝置安裝施工及驗收按規(guī)范gbj232-82 進行。5、儲罐區(qū)設(shè)可燃氣體檢測器兩臺，二次報警儀表設(shè)在門衛(wèi)處；另附設(shè)灌區(qū)照明燈及路燈；每只獨立避雷針10 米高處安裝 2 臺外照型節(jié)能燈。、儲罐設(shè)計（一）設(shè)計參數(shù)設(shè)計壓力1.77 mpa,設(shè)計溫度-40ctc50c,設(shè)計容積50m由設(shè)計條件設(shè)計壓力pd=1.77mpq t值為（-40, 50,設(shè)計容積50mi,參考 特殊壓力容器3取標準系列筒內(nèi)徑為2400mm且在容積小于1000m的情況 下，應盡

10、可能采用低碳鋼或低合金鋼，適當采用熱處理。（二）儲罐材料選用根據(jù)儲罐的pv=1.77x 50=88.5mpa品，且盛裝介質(zhì)為易燃易爆物質(zhì)，參考 過程設(shè)備設(shè)計4,所以設(shè)計儲罐為田類壓力容器。綜合考慮材料的性能與 經(jīng)濟性，20mn部適合溫度低于-20c的環(huán)境，15mnvrsfi價較高，初步采用16mnr 含碳量0.120.20%,含合1.21.6%。（三）壁厚確定1、筒體壁厚設(shè)計根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4壓力容器設(shè)計筒體壁厚計算公式一 rd 2-pc_ 1 1.77 24002 163-1.77 = 13.10查標準過程設(shè)備設(shè)計4表4-3取 =1.0 查表下表：鋼板負偏差 c （mrm表2-1鋼板負偏差鋼

11、板厚度2.02.22.52.8 3.03.2 3.53.8 4.04.5 5.5負偏差g0.180.190.20.220.250.300.5鋼板厚度6782526 3032 3436 4042 4552 60負偏差g0.60.80.91.01.11.21.3取厚度負偏差g=0.8mmc2腐蝕裕量=備實用年限x腐蝕速度取設(shè)備使用年限=20,腐蝕速度為0.1mm所以c2=2mm因為名譽厚度6na 6 +ci+c2=15.9mmkpcdi2 i- t -0.5p_1 1.77 24002 163.1-0.5 1.77= 13.066取 n n=18mm有效厚度 6 e= n n- c1-c2=15.

12、2mm2、封頭的厚度設(shè)計根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4封頭的厚度計算公式同理于筒體的厚度計算查表得：g=0.8mm腐蝕裕量按gb150-1998鋼制壓力容器5c2取4.8mm所以總厚度為17.866mm根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4圓整為22mm查標準零部件6表當公稱直徑dn240必問，eh用口 ehe的封頭成型對厚 度的影響為計算厚度的13%所以：c3 = 6 x 13%=1.689mm所以：設(shè)計厚度 .=、. + c2 =17.866mm名譽厚度：配6d +c+g=20.364mm取 6n =22mm 查標 準零 部件6表 b1和 b2選取 eha2400x 22-16mnrjb/t4746-2002橢圓形封頭

13、2個，容積 v=1.9905n3,質(zhì)量 m=1118.3kg 深度 h=640mm3、儲罐強度的校核1）質(zhì)量的計算筒體質(zhì)量：m1 = ndl p鋼=3.14 x (2.4+0.018) x10x7.8x103 =10659kg封頭質(zhì)量：m2 =2x m=2 x1118.3 =2236.6kg充滿液體的質(zhì)量： m3=vp水=50x 103 kg其他零部件的質(zhì)量：m4=1500kg所以總質(zhì)量：m=m1+m2+m3+m4=64395.6kg故支反力 f=mg/2=315.5kn2）危險截面的初步判定圖2-1危險截面的初步判定如上圖，根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4上的圖，我們可以初步的判斷危險截面:其危險截面有可

14、能發(fā)生在支座處以及罐體中截面處a、當梁的全長為l,則當外伸端長度a=0.207時，雙支座跨距中間截面的最 打彎矩和支座截面處的彎矩絕對值相等，考慮到支座截面處除彎矩以外的其 他載荷，而且支座截面 處應力較復雜，故常取支座處圓筒彎矩略小于跨距 中間圓筒的彎矩通常取 a不超過0.2l=2000mmb、根據(jù) jb4731 規(guī)定 a最好0 0.5rm=600mm所以選定a=600mm3) 鞍座的選定根據(jù)標準零部件6表選?。簀b/t4712-92鞍座bi2400-f jb/4712-92 鞍 座 bi2400-s鞍座a, 120o包角，焊制，六筋，帶墊板和重型 b為滑動式鞍座，基本結(jié)構(gòu) 尺寸見下表表2-

15、2鞍座基本結(jié)構(gòu)尺寸型號r鞍座局度腹板b0底板，h高度a2400-s2501012250b2400-f2501818250相關(guān)圖形如圖2-3圖2-2鞍座基本結(jié)構(gòu)4) 彎矩的計算a、兩支座中間處彎矩按過程設(shè)備設(shè)計4由 m=f (gl-a)筒體總長為l=l+4/3h=10853mm其中c2 =1 4h3 lc3ri1 2 3 * * - h 2帶入計算得 m1=547.23x 106n.mm2rlb、根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4得圓支座截面處的彎矩其中a取600mm帶入數(shù)據(jù)計算得：m=-10.608 x 106n.mm 5）強度的校核a、在跨距中點處圓筒截面的軸向應力，根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4章節(jié)5中的公式（5-6

16、）最高點（壓縮應力）仃1=二 ri;=7.96由內(nèi)壓引起的軸向應力：=prl2、：e=69.86mpa所以總軸向壓應力為根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計41=69.86-7.96=61.9mpari/2，或無加強圈的筒體15000.1610.279由上表選取k1=1.00帶入數(shù)據(jù)算得：-3=0.154總應力為：二一3-；一 ,:3=69.86+0.1543=70.02mpa在最低點為壓縮應力： k3f :一 , =4rie=-0.1543mpa總壓縮應力為：i% -；【；4=69.86-0.1543=69.713mpac、剪力的計算校核圓筒用封頭加強早鞍座邊角處的應力最大，根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4公式(5-12)t

17、 =max根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4表(5-2)表2-4封頭對圓筒起加強作用m2k1 二 ri e封頭對圓筒起加強作用h a n g;p鞍座包角圓筒k3封頭k4b a a s 0.5r1200o 8800o 4010.5b :二 a 三節(jié)1200。8800。8800.401 314.5 103取 k=0.880,所以 120=l55l7mp0i=130.4mpa封頭上的附加拉伸應力根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4公式（5-13）- h =- k5f一 5 二（b+1.56、，r融也查上表2-4取k4=0.401=6.914mpad、圓周向切應力計算在支座截面上圓筒最低處根據(jù)，根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4公式（5-28）根據(jù)過

18、程設(shè)備設(shè)計表2-5表2-5 ,加強圈位于鞍座平聞處的加幅卷靠近鞍座平向的加強圈內(nèi)環(huán)外環(huán)q120120k50 7600 760k60.05280.05810.0581k70.3400.2710.217查上表取k=50.7602. _f ( sin a ) 1.52 9 一a sina *cosa 2ki e查標準零部件6表：取b=240,所以r= -34.89 rt在支座截面上截面葵座400校暨兵獻荀設(shè)備設(shè)計4的要求當:二 9 =k8 =8 1200 =9600 1000 三 lhbo則查標準零部件表：取b=240,:取k6=0.0132所以=-38.429mpa1.25163=203.75mp

19、a:二二te、鞍座強度校核根據(jù)過程注204數(shù)彳4.54公式（5-31 ）當：250 16一 _ _一 3-0.760 314.5 103所以用平均應力計算根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4表（5-5）表2-6，鞍座包鞍座句俑k91200 204二 5 二(240 1.56 一 1200 15.2) 15.2其中查標準零部件表取 b0=16,查上表取k9=0.024,帶入上式得3k6f4(b 1.56、. ri e) e 2 e=16.039mpa=93.33mpa因此鞍座的強度滿足要求314.5 1033 0.0132 314.5 1030 66 -z6-4、開孔及4(240 +1.56第200 m15.2

20、)15.210215.215.210(1)開孔不需要補強的最大孔徑gb15則定，當在設(shè)計壓力小于或等于 2.5mpa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心 的間距對曲面間距以弧長計算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱直徑小于 或等于89mnw,只要接管滿足以下要求，可以對其不另行補強 根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4表（4-14）表2-7接管公稱外徑最大厚度接管公稱外徑253238454857657689最大厚度3.54.05.06.0并且根據(jù)gb150在等面積補強開孔最大直徑的限制，（1）在圓筒上開孔的限制1為當內(nèi)徑dy1500時，開孔最大直徑dwdi ,且dw5202（2）人孔的設(shè)計人孔的設(shè)置主要是為了工作人員

21、進出球罐進行檢查和維修之用，根據(jù)煤氣設(shè)計手冊，對臥式儲罐在容積大于50立方米時一般設(shè)置上下兩個人孔，根據(jù)相關(guān)的壓 力及材料，參考標準零部件6表選擇：水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔人孔型號為mfm1人孔設(shè)計壓力 2.5mpa （凹凸面）人孔接管公稱直徑 dn=500mmdw xs 為 530x12設(shè)計溫度-40 c50 c人孔壁厚 s=12mm（3）筒體開孔后需要補強的面積1）所需最小補強面積a的計算，根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4公式（4-76）a=d,2、（1 一 4）其中d為開孔直徑，在此d=530mm = =13.10mm是殼體開孔后白計算厚度，6戌為 接管有效厚度，鼠=% -c , fr為強度削弱系數(shù)，

22、根據(jù)根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計 4取 fr =1。帶入相關(guān)的值計算得：a=6947mm22）筒體補強區(qū)有效范圍在殼體上開孔處的最大應力在孔邊，并隨離孔邊距離的增加而減少，如果離在離孔邊一定距離的補強范圍內(nèi)，加上補強材料，可有效降低應力水平。根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4公式(4-79)有效寬度b按下式計算，取二者較大值其中卻為殼體開孔處的名義厚度，6nt接管名義厚度d =dw -2、e=506mm所以 b=1012mm內(nèi)外側(cè)有效高度按下式計算公式按過程設(shè)備設(shè)計4 (4-80)和(4-81)內(nèi)側(cè)：h1 = . d=m=84.16hi二接管實際外伸高度外側(cè)：h2 = .d-t =84.16h2=接管實際內(nèi)伸高度3)補強

23、區(qū)域內(nèi)的多余金屬根據(jù)設(shè)備設(shè)計等面積補強的相關(guān)知識，可作為有效補強的金屬有以下幾部分。a、a殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積。按過程設(shè)備設(shè)計4(4-82)a =(bd)(8e5)2，t(3e5)(1 fr) 2 =1062.6 mmb、a2接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積，按 4 (4-83)b =2da =2n(、et)fr 2wdet. 2c2)2、 2 =2019.84mm2c 、 a有效補強區(qū)域內(nèi)焊縫金屬的截面積 a3 = 0d、a4有效補強區(qū)域內(nèi)的另外再增加的補強元件的金屬截面積。式子中之為殼體開孔處的有效厚度6t接管計算厚度若 ae = a a2 a3 -a式子中ae為有效補強范圍內(nèi)另加的補強面積則開孔后不需要另行補強。若入=aa2a3：二 a則開孔需要另外補強，所增加的步槍金屬截面積 a4應滿足a4 _a . ae=3864.56 mm24)補強圈的設(shè)計根據(jù)標準零部件表補強圈尺寸系列查的：選定補強圈外徑d)=840mm dn=500mm補強厚度有設(shè)備設(shè)計公式得:其中根據(jù)標準零部件表中的補強圈 jb-736-2002