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文檔簡介

1、液化氣站的總體設(shè)計一、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(yīng)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)旋鈕和凸輪是

2、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”,一般是制冷劑磠甲烷或氟里昂,因為它們的沸點比較低,受熱容易氣化和膨脹。通過毛細(xì)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(dāng)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(xì)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(dāng)溫度達(dá)到一定程度時,觸點閉合,冰箱壓縮機(jī)開始工作,進(jìn)行制冷。當(dāng)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,現(xiàn)在市場上高檔的冰箱和空調(diào)一

3、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(jìn)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(xué)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感了,這個溫度可以由改變其組成的化學(xué)成

4、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(dāng)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(jìn)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(fù)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

5、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(jìn)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

6、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。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

7、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(yīng)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??晒?yīng)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??紤]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,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.

8、7米,穿越公路處深埋1米,并穿鋼管保護(hù);在進(jìn)出建筑物處設(shè)鋼管保護(hù),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(hù)鋼管、避雷針、帶引下線泵、壓縮機(jī)和金屬容器、管架處的管道處均應(yīng)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(jī)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),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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)配電室,接電氣裝置

9、安裝施工及驗收按規(guī)范GBJ232-82進(jìn)行。5、儲罐區(qū)設(shè)可燃?xì)怏w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。二、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-40<T50,設(shè)計容積50m3由設(shè)計條件設(shè)計壓力Pd=1.77MPa,T值為(-40,50,設(shè)計容積50m3,參考特殊壓力容器3取標(biāo)準(zhǔn)系列筒內(nèi)徑為2400mm,且在容積小于1000m3的情況下,應(yīng)盡可能采用低碳鋼或低合金鋼,適當(dāng)采用熱處理。(二)儲罐材料選用根據(jù)儲罐的PV=1.77×50=88.5MPa·m3,且盛裝介質(zhì)為易燃易爆物質(zhì),參考

10、過程設(shè)備設(shè)計4,所以設(shè)計儲罐為類壓力容器。綜合考慮材料的性能與經(jīng)濟(jì)性,20Mn部適合溫度低于-20的環(huán)境,15MnVR 造價較高,初步采用16MnR,含碳量0.120.20%,含錳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 查標(biāo)準(zhǔn)過程設(shè)備設(shè)計4表4-3取=1.0查表下表:鋼板負(fù)偏差C1(mm)表 2-1 鋼板負(fù)偏差鋼板厚度2.02.22.52.83.03.23.53.84.04.55.5負(fù)偏差C10.180.190.20.220.250.300.5鋼板厚度6782526303234364042455260負(fù)偏差C10.60.80.91.01.1

11、1.21.3取厚度負(fù)偏差C1=0.8mmC2腐蝕裕量=設(shè)備實用年限×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(yù)厚度n+C1+C2=15.9mm取n=18mm 有效厚度e= n- C1-C2 =15.2mm2、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:C1=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(biāo)準(zhǔn)零部件6表當(dāng)公稱直徑DN2400之間,EHA和EHB型的封頭成型對厚度的影響為計算厚度的13%所以:=×13%=1.6

12、89mm所以:設(shè)計厚度=+ C2 =17.866mm名譽(yù)厚度:+C1+C3=20.364mm取=22mm 查標(biāo)準(zhǔn)零部件6表B1和B2選取EHA2400×22-16MnRJB/T4746-2002橢圓形封頭2個,容積V=1.9905m3,質(zhì)量m=1118.3kg 深度H=640mm3、儲罐強(qiáng)度的校核1)質(zhì)量的計算筒體質(zhì)量:= =3.14×(2.4+0.018) ×10×7.8×103 =10659kg封頭質(zhì)量:=2×m =2×1118.3 =2236.6kg充滿液體的質(zhì)量:=50×103kg其他零部件的質(zhì)量:m4=1

13、500kg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:其危險截面有可能發(fā)生在支座處以及罐體中截面處。a、當(dāng)梁的全長為L,則當(dāng)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(yīng)力較復(fù)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0.5Rm=600mm所以選定A=600mm3) 鞍

14、座的選定根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)零部件6表選?。篔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2-2 鞍座基本結(jié)構(gòu)尺寸型號鞍座高度腹板b0底板1h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M1=F(C1L-A)筒體總長為L'=L+4/3H =10853mm其中帶入計算得M1=547.23×106N.mmb、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

15、600mm帶入數(shù)據(jù)計算得:M2=-10.608×106N.Mm5)強(qiáng)度的校核a、在跨距中點處圓筒截面的軸向應(yīng)力,根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4章節(jié)5中的公式(5-6)最高點(壓縮應(yīng)力) =7.96由內(nèi)壓引起的軸向應(yīng)力: =69.86Mpa所以總軸向壓應(yīng)力為根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4 =61.9Mpa=163Mpa最低點(拉伸應(yīng)力)根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4公式(5-7) =69.86Mpa所以總的拉伸應(yīng)力: =69.86+7.96 =77.82Mpab、在支座圓筒截面上的軸向應(yīng)力,在靠近同中心軸處的圓筒上端為拉伸應(yīng)力根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4公式(5-8) =根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4表(5-1)表2-3 封頭加強(qiáng)筒體鞍座條件

16、鞍座包角K1K2由封頭加強(qiáng)筒體即ARi/2,或有加強(qiáng)圈的筒體120015001.001.001.001.00未被封頭加強(qiáng)筒體即A>Ri/2,或無加強(qiáng)圈的筒體120015000.1070.1610.1920.279 由上表選取=1.00 帶入數(shù)據(jù)算得:=0.154總應(yīng)力為: =69.86+0.1543 =70.02Mpa在最低點為壓縮應(yīng)力: = =-0.1543Mpa總壓縮應(yīng)力為: =69.713Mpac、剪力的計算校核圓筒用封頭加強(qiáng)早鞍座邊角處的應(yīng)力最大,根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4公式(5-12) =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(qiáng)作用封頭對圓筒起加強(qiáng)作用鞍座包角圓筒K3

17、封頭K4120°0。8800。401120°0。8800。880 取K3=0.880,所以=15.17Mpa=130.4Mpa封頭上的附加拉伸應(yīng)力根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4公式(5-13) = =查上表2-4取K4=0.401 = =6.914Mpad、圓周向切應(yīng)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)過程設(shè)備設(shè)計表2-5表2-5 加強(qiáng)圈位于鞍座平面處的加強(qiáng)圈靠近鞍座平面的加強(qiáng)圈內(nèi)環(huán)外環(huán)120°120°K50.7600.760K60.05280.05810.0581K70.3400.2710.217 查上表取K=50.760查標(biāo)準(zhǔn)

18、零部件6表:取b=240,所以 = 在支座截面上截面鞍座邊角處,根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4的要求當(dāng): 則 查標(biāo)準(zhǔn)零部件表:取b=240,:取=0.0132所以 =-38.429Mpa<1.25163=203.75Mpae、鞍座強(qiáng)度校核根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4公式(5-31)當(dāng): 所以用平均應(yīng)力計算 根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4表(5-5)表2-6 鞍座包鞍座包角K9120°0.204 其中查標(biāo)準(zhǔn)零部件表取b0=16,查上表取K9=0.024,帶入上式得 = =16.039Mpa=93.33Mpa因此鞍座的強(qiáng)度滿足要求4、開孔及補(bǔ)強(qiáng)(1)開孔不需要補(bǔ)強(qiáng)的最大孔徑GB150規(guī)定,當(dāng)在設(shè)計壓力小于或等于2.

19、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89mm時,只要接管滿足以下要求,可以對其不另行補(bǔ)強(qiáng)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規(guī)在等面積補(bǔ)強(qiáng)開孔最大直徑的限制,(1)在圓筒上開孔的限制為當(dāng)內(nèi)徑Di1500時,開孔最大直徑d,且d(2)人孔的設(shè)計人孔的設(shè)置主要是為了工作人員進(jìn)出球罐進(jìn)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(biāo)

20、準(zhǔn)零部件6表選擇:水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔人孔型號為MFM型人孔設(shè)計壓力 2.5MPa(凹凸面)人孔接管公稱直徑 DN=500mm 為530×12設(shè)計溫度-4050人孔壁厚 =12mm (3)筒體開孔后需要補(bǔ)強(qiáng)的面積1) 所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積A的計算,根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4公式(4-76)A=其中d為開孔直徑,在此d=530mm,=13.10mm是殼體開孔后的計算厚度,為接管有效厚度,為強(qiáng)度削弱系數(shù),根據(jù)根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計4取帶入相關(guān)的值計算得: A=69472) 筒體補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效范圍 在殼體上開孔處的最大應(yīng)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(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi),加上補(bǔ)強(qiáng)材料,可有效降低應(yīng)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 其中為殼體開孔處的名義厚度,接管名義厚度 =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):=84.16 =接管實際外伸高度 外側(cè):=84.16 =接管實際內(nèi)伸高度3) 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域內(nèi)的多余金屬 根據(jù)設(shè)備設(shè)計等面積補(bǔ)強(qiáng)的相關(guān)知識,可作為有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬有以下幾部分。 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) =1062.6 b、接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積,按4(4-83) =2019.84

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