液化氣站的總體設計

1、液化氣站的總體設計一、總體方案設計（一）溫度控制器工作原理1、壓力式溫控 既然根據金屬熱脹冷縮的原理，可以設計出雙金屬溫度開關，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呢？回答是肯定的，壓力式溫控開關就是利用了氣體受熱膨脹，壓力增大來實現開關的功能的。壓力溫控開關在工業(yè)領域應用很廣，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。 一般的冰箱就是利用壓力溫度開關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的工作原理。冰箱溫控器的工作原理溫度調節(jié)旋鈕和凸輪是

2、用來設定冰箱平均溫度的。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生的力矩逆時針轉動，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而且節(jié)省了電能。其實這種控制的精度也不高，現在市場上高檔的冰箱和空調一

3、般利用變頻調節(jié)。但是由于價格便宜，原理簡單，老式的調節(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，一種就是前面提到的，雙金屬溫度開關，它可以不停地通斷，用來對煮熟的米飯進行保溫，還有一種溫度開關是用“熱敏鐵氧體”做成的，它能實現只接通一次，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”溫度開關來實現。 所謂“熱敏鐵氧體”是一種化學物質，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成

4、分的比例而改變，所以溫度設定十分方便。在電飯煲中，這個溫度一般設定為略高于一百度。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，煮飯結束，進入保溫階段。以后的溫度控制就交給雙金屬溫度開關了，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，所謂溫度開關就是根據所要控制

5、的對象的溫度來決定通斷的開關，我們在很多小家電中經常能看到它的身影。根據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。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不一樣，雙金屬溫度開關就是根據這個原理來工作的。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。圖中的調溫旋鈕是來調節(jié)通斷時的平均溫度的。 這種溫度開關的特點是簡單便宜，但是精度不高，電熨斗，電暖瓶和電烘箱中的溫度開關就是這個原理。除了設計溫度開關外，根據同樣的原理，人們還可以設計出雙金屬溫度計。熒光燈中的起輝器也是借助這個方法來實現電路通斷為整流器產生瞬間高壓的。這種開關還有動作時間慢的缺點，只適合于小電流設備，因為電流大的場合開關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計成蝶形的，觸點要動作必須克服其內部應力，產生快速變形，從而實現快速通斷。但是速動開關也有缺點，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?000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，故設貯罐總容量160立方米，取平均裝量系數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，一般深埋0.

8、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、站內設環(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、卸槽車外設活動接地柱。3、罐區(qū)設避雷針、灌瓶間、機泵房、瓶庫的尾架或屋面設避雷針（不大于10x10mm的金屬網格），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

9、安裝施工及驗收按規(guī)范GBJ232-82進行。5、儲罐區(qū)設可燃氣體檢測器兩臺，二次報警儀表設在門衛(wèi)處；另附設灌區(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、儲罐設計（一）設計參數設計壓力1.77 MPa，設計溫度-40<T50，設計容積50m3由設計條件設計壓力Pd=1.77MPa，T值為（-40，50，設計容積50m3，參考特殊壓力容器3取標準系列筒內徑為2400mm，且在容積小于1000m3的情況下，應盡可能采用低碳鋼或低合金鋼，適當采用熱處理。（二）儲罐材料選用根據儲罐的PV=1.77×50=88.5MPa·m3，且盛裝介質為易燃易爆物質，參考

10、過程設備設計4，所以設計儲罐為類壓力容器。綜合考慮材料的性能與經濟性，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、筒體壁厚設計根據過程設備設計4壓力容器設計筒體壁厚計算公式 查標準過程設備設計4表4-3取=1.0查表下表：鋼板負偏差C1（mm）表 2-1 鋼板負偏差鋼板厚度2.02.22.52.83.03.23.53.84.04.55.5負偏差C10.180.190.20.220.250.300.5鋼板厚度6782526303234364042455260負偏差C10.60.80.91.01.1

11、1.21.3取厚度負偏差C1=0.8mmC2腐蝕裕量=設備實用年限×腐蝕速度取設備使用年限=20，腐蝕速度為0.1mm所以C2=2mm因為名譽厚度n+C1+C2=15.9mm取n=18mm 有效厚度e= n- C1-C2 =15.2mm2、封頭的厚度設計根據過程設備設計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，根據過程設備設計4圓整為22mm查標準零部件6表當公稱直徑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：設計厚度=+ C2 =17.866mm名譽厚度：+C1+C3=20.364mm取=22mm 查標準零部件6表B1和B2選取EHA2400×22-16MnRJB/T4746-2002橢圓形封頭2個，容積V=1.9905m3，質量m=1118.3kg 深度H=640mm3、儲罐強度的校核1）質量的計算筒體質量：= =3.14×（2.4+0.018） ×10×7.8×103 =10659kg封頭質量：=2×m =2×1118.3 =2236.6kg充滿液體的質量：=50×103kg其他零部件的質量：m4=1

13、500kg所以總質量：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，根據過程設備設計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JB4731規(guī)定A最好0.5Rm=600mm所以選定A=600mm3） 鞍

14、座的選定根據標準零部件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，基本結構尺寸見下表表2-2 鞍座基本結構尺寸型號鞍座高度腹板b0底板1h高度A2400-S2501012250B2400-F2501818250相關圖形如圖2-3圖2-2 鞍座基本結構4） 彎矩的計算a、兩支座中間處彎矩按過程設備設計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、根據過程設備設計4得圓支座截面處的彎矩其中A取

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

16、鞍座包角K1K2由封頭加強筒體即ARi/2，或有加強圈的筒體120015001.001.001.001.00未被封頭加強筒體即A>Ri/2，或無加強圈的筒體120015000.1070.1610.1920.279 由上表選取=1.00 帶入數據算得：=0.154總應力為： =69.86+0.1543 =70.02Mpa在最低點為壓縮應力： = =-0.1543Mpa總壓縮應力為： =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，根據過程設備設計4公式（5-12） =根據過程設備設計4表（5-2）表2-4 封頭對圓筒起加強作用封頭對圓筒起加強作用鞍座包角圓筒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力根據過程設備設計4公式（5-13） = =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，根據過程設備設計4公式（5-28）根據過程設備設計表2-5表2-5 加強圈位于鞍座平面處的加強圈靠近鞍座平面的加強圈內環(huán)外環(huán)120°120°K50.7600.760K60.05280.05810.0581K70.3400.2710.217 查上表取K=50.760查標準

18、零部件6表：取b=240，所以 = 在支座截面上截面鞍座邊角處，根據過程設備設計4的要求當： 則 查標準零部件表：取b=240，：取=0.0132所以 =-38.429Mpa<1.25163=203.75Mpae、鞍座強度校核根據過程設備設計4公式（5-31）當： 所以用平均應力計算 根據過程設備設計4表（5-5）表2-6 鞍座包鞍座包角K9120°0.204 其中查標準零部件表取b0=16，查上表取K9=0.024，帶入上式得 = =16.039Mpa=93.33Mpa因此鞍座的強度滿足要求4、開孔及補強（1）開孔不需要補強的最大孔徑GB150規(guī)定，當在設計壓力小于或等于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，可以對其不另行補強根據過程設備設計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GB150規(guī)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為當內徑Di1500時，開孔最大直徑d，且d（2）人孔的設計人孔的設置主要是為了工作人員進出球罐進行檢查和維修之用，根據煤氣設計手冊，對臥式儲罐在容積大于50立方米時一般設置上下兩個人孔，根據相關的壓力及材料，參考標

20、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MFM型人孔設計壓力 2.5MPa（凹凸面）人孔接管公稱直徑 DN=500mm 為530×12設計溫度-4050人孔壁厚 =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，根據過程設備設計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，為強度削弱系數，根據根據過程設備設計4取帶入相關的值計算得： A=69472） 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，加上補強材料，可有效降低應力水平。根據過程設備設計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內外側有效高度按下式計算公式按過程設備設計4（4-80）和（4-81） 內側：=84.16 =接管實際外伸高度 外側：=84.16 =接管實際內伸高度3） 補強區(qū)域內的多余金屬 根據設備設計等面積補強的相關知識，可作為有效補強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。按過程設備設計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