液化石油气储罐的系列优化设计.pdf

第 1 期 一 J一 液化石油气储罐的系列优化设计 张焱 中航黎 明锦 西化 工机械 集 团有 限责任 公司设计 院 ， 辽宁 葫芦岛 1 2 5 0 0 1 [ 摘要]本文以设计压力1 ． 7 7 M P a 容积1 O 0 m 3 液化石油气储罐为例， 介绍了液化石油气储罐设计参数的确定、强度计算、材 料及安全附件装置的选取原则、设备制造检验的要求等设计要点，为同类产品设计提供了参考。 [ 关键词]液化石油气；储罐；设计参数；结构设计；强度计算 近年来 ，我 国社会经济 的迅速发展 ，使之对 清洁能源 的需求越来 越大。液化石油气作为一种 污染小、价格低 、资源丰 富的能源愈发受到各方 关注，应用 日益广泛 。液化石油气是 以丙烯、丙 烷、丁烷为主要成分 的多组分有机混合物 ，常温 常压 下呈气体状态 ，加大压力或降低温度即可转 化为液体 ，体积仅为气态的1 ／ 2 0 0 ～1 ／ 3 0 0 。气态液 化石油气 比空气重 ，易燃 易爆 ，密度是空气的1 ． 5 倍，爆炸极限仅为2 ％，液化石油气储罐是具有较 大危险性的储存容器。 1 液化石油气储罐的优化设计 在 容积相等 的情 况下，确定适 当的长度直径 比，使简体 、封头在相等压力 下壁厚相对较薄， 进而 降低罐体的总重，可在满足使用 需求的条件 下 ，使产 品更具竞争力。考虑到近年来市场的需 求和容积覆盖面等因素，我 公司确定 的液化石油 气储罐系列 ，按设计压力分为1 ． 7 7 MP a 、2 ． 1 6 MP a 两个系列 ，相对应的储存容积为6 、1 0 、1 6 、2 5 、 3 2 、4 0 、5 0 、6 3 、8 0 、1 0 0 、1 2 5 、1 5 0 、2 0 0 i n 等 十三种容积 的储罐，具体技术参数见表1 、表2 。 表1 设计压力为1 ． 7 7 M P a 液化石油气储罐系列 壁厚 h i m 长度 m m 型号 容积 m 内径 m m 支座间距 m m 设备总重 k g 简体／ 封 头 简体／ 总长 W G 一 6 ／ 1 ． 7 7 6 1 4 0 0 1 0 ／ l 2 3 4 0 0 ／ 4 4 0 0 2 5 0 0 2 4 5 0 W G 一 1 0 ／ 1 ． 7 7 1 O ． 1 8 0 0 1 2 ／ 1 4 3 4 0 0 ／ 4 6 0 8 2 5 0 0 3 6 4 5 W G - 1 6 ／ 1 ． 7 7 1 6 1 8 0 0 l 2 ／ 1 4 5 6 0 0 ／ 6 8 0 8 4 7 0 0 4 8 7 5 W G - 2 5 ／ 1 ． 7 7 2 5 2 4 0 0 1 4 ／ 1 6 4 8 0 0 ／ 6 3 1 2 3 6 0 0 7 0 2 5 W G 一 3 2 ／ 1 ． 7 7 3 2 2 4 0 0 1 4 ／ 1 6 6 2 0 0 ／ 7 7 l 2 5 0 0 0 8 2 1 0 W G 一 4 0 ／ 1 ． 7 7 4 0 2 4 0 0 1 4 ／ 1 6 8 0 0 0 ／ 9 5 l 2 6 8 0 0 l 0 9 0 5 W G 一 5 0 ／ 1 ． 7 7 5 0 2 6 0 0 1 6 ／ 1 8 8 4 0 0 ／1 0 0 1 6 7 2 0 0 1 2 9 0 0 W G 一 6 3 ／ 1 ． 7 7 6 3 2 6 0 0 l 6 ／ 1 8 l 1 0 0 0 ／ l 2 61 6 9 8 0 0 1 5 8 5 0 w c - 8 o ／ i ． 7 7 8 0 2 8 0 0 l 6 ／ 1 8 1 2 0 0 0 ／ 1 3 7 4 0 1 0 6 0 0 i 8 3 1 5 W G - l o o ／ 1 ． 7 7 l 0 O 2 8 0 0 1 6 ／ 1 8 l 5 2 0 0 ／ 1 6 9 4 0 1 3 8 0 0 2 2 0 8 5 W G - l 2 5 ／ 1 ． 7 7 1 2 5 3 0 0 0 1 8 ／ 2 0 1 6 6 0 0 ／ 1 8 4 4 0 1 5 2 0 0 3 1 2 0 0 W G - 1 5 0 ／ 1 ． 7 7 1 5 0 3 2 0 0 2 0 ／ 2 2 1 7 5 0 0 ／ 1 9 4 4 4 1 5 5 0 0 3 5 8 6 0 W G - 2 0 0 ／ 1 ． 7 7 2 0 0 3 4 0 0 2 0 ／ 2 2 2 0 7 0 0 ／ 2 3 0 0 7 1 7 3 0 0 4 3 7 9 7 作者简介 张焱 1 9 7 8 一，女，辽宁人，本科学历，工程师。在中航黎明锦西化工机械 集团有限责任公司研究院从事压力容器 设计与制造工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1 期 张焱液化石油气储罐的系列优化设计 一 3 压来确定 ，设计单位应在 图样 上注 明限定的组分 和对应 的压力 ；若无实际组分数据 或不做组分分 析 ，其规定温度下的工作压力不得低于表3 ． 5 的规 定 。表3 5 中指出在无保冷设施时，其工作压力 以 5 0 ℃时混 合液化石油气组分的实际饱和蒸汽压来 确定。 2 ． 1 - 3设计温度 取5 0 ℃作为设计温度。 2 ． 1 ． 4焊接接头系数 按 固容规4 ． 5 _ 3 ． 2 ． 2 第 1 条取 1 ． 0 。 2 ． 1 ． 5腐蚀裕度 一般纯净干燥 的液化石油气 要 求H S 含 量不 大于 1 0 0 mg ／ L时 ，腐 蚀速 率为 0 ． 0 5 mm／ a ，设计寿命为2 0 年 ，C 2 l mm。 2 ． 1 ． 6装量系数按 固容规3 ． 1 3 条取 0 ． 9 。 2 ． 1 ． 7主要材质材料的选择主要考虑介质特性和 工艺条件 以及设备制造过程 中材料 的焊接性、工 艺性和经济性 。 1 1 罐体材料选用Q3 4 5 R，板厚负 偏差为0 ． 3 mm。 2 固容规 2 ． 5 ． 1 第 2 款 在 湿硫化氢腐蚀环境 中使用 的，其壳体为碳钢 和低 合金钢钢板 时应按J B ／ T 4 7 3 0 的规定逐张进行超声 检测， I I 级合格 。因不 能限定介质中的硫化氢含 量，故主体材料应遵循此条规定。 2 ． 2设备上设置的安全附件 2 ． 2 ． 1压力计装置 设置在靠近外梯封头下部 ，由 截止阀和压力表组成。压力表用截止 阀型号J 1 1 H 一 1 6 0 ，压力表按 固容规8 ． 4 条选用 ，为普通压力 表Y - l 0 0 型 0 - 4 ． 0 MP a ，1 ． 5 级。 2 ． 2 ． 2温度计 装置 由WS S 系列工业双金 属温度 计 、凸缘、套管组成，液化石油气储罐上的温度 计测量范围为． 4 0 C ～ 8 0 ℃，L 3 0 0 ，1 ． 5 级 。 2 ． 2 ． 3液面计装置一次液面计采用 防霜型翻板磁 浮液位计 。罐体与液面计之间设有截止 阀，便于 液面计的维修更换。二次 自控液位计 口可配置防 爆磁浮筒液位计 ，为北京仪表 四厂生产的UF C一 0 1 型，应带有液面上下报警装置。 2 ． 2 ． 4安全阀装置设在罐体顶部，由球 阀、安全 阀两部分组成 。因介质 不允许泄漏至大气 中，选 取A 4 2 Y - 2 5 C 弹簧封 闭全启式安全 阀。 2 ． 2 ． 5装 卸方式一般采 用下装下卸 式 ，管 口在罐 底。在储罐气相 口、液相 口、排污 口、放 空 口均 装有球 阀用作装卸阀门。 2 ． 3接管法兰选用高颈对焊法 兰，按 固容规 3 ． 1 7 2 盛装液化石油气 、毒性程度 为极度和高 度危害介质 以及强渗透 性中度危害介质 的压力容 器 ，其管法兰应当按 照行业标准HG ／ T 2 0 5 9 2 ～ HG／ T 2 0 6 3 5 系列标 准 的规 定 ，至 少应用 高颈对焊 法 兰 、带加强环的金属缠绕垫片和专用级高强度 螺 栓组合。 2 ． 4接管与壳体 的接头设计按 固容规3 ． 1 4 ． 2 条 要求应为全焊透结构 。 2 ． 5液相 出口设有3 0 ～ 5 0 mm的内伸高并设置防涡流 板，以减少污物的排出。 2 ． 6外梯、走 台和安全栏杆为便于操作 ，利于观 察液位 ，在靠近液面计 的封头一侧设有外梯，罐 顶有走台和安全栏杆。 2 ． 7接地 安全装置 为防止物料装卸过程形成静 电，在每个鞍座上各设有 一个接地板 ，避免因静 电形成火灾。 3强度计算 壳 体 以 及 开 孔 补 强 等 强 度 计 算 依 据 GB1 5 0 ． 1 ～ I 5 0 ． 4 2 0 1 1 压 力容器 进行 ，根 据 S W6 2 0l 1 压 力容器强度 设计软件包 计 算结 果 ，确定各零部件的计算厚度和名义厚度 。 1 按G B1 5 0 内压强度计算及进行一 0 ． 1 MP a 的外 压校核 以保证发生操作失误时，罐 内成真空状 态 ，壳体的刚度 。 2 罐体 的稳定性校核 。 f 3 1 安全 阀排放能力按 固容规8 ． 3 条要求。 4设备制造检验的基本要求 】 【 ] 【 ] 【 ] 【 】 水压试验压力／ M P a 2 ． 2 1 压力试验 气密性试验压力／ M P a 1 ． 7 7 探伤方法 l 0 0 ％R T A 、B 类焊缝 探伤标准 J B ／ T 4 7 3 0 ． 2 - 2 0 0 5 焊缝 合格级别 I I 级合格 探伤 要求 探伤方法 磁粉 C 、D 类焊缝 探伤标准 J B ／ T 4 7 3 0 ． 4 - 2 0 0 5 合格级别 I 级合格 热处理 罐体炉内整体热处理 5 结束语 液化石 油气储罐是具有较大危险性的储存容 器 ，一旦发生故障，将给人 民生命财产造成极大 损失 。一些地方发生的液化气储罐爆炸事故教训 下转1 6 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 i 6 一 ■ 论文广场 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 4 年第 1 7 卷 进行壳体压差试验，专用工装图见图4 。 浮 萄 营 梗 ， I⋯⋯． 一 f 二 二 三 I 一 t I 、 ⋯ 卜 一 斗⋯ - ⋯ ～一 } 一 - -”- - l l l l l l l ⋯一 ～ ⋯ ～ ⋯⋯⋯ ～ ～ } ⋯ ⋯ 一 一 ⋯ ⋯ } 挈 7 _ 图4 专用工 装图 l ； l 膏 ， 。 ， 辨 _ f } } l j 一 { ＼ H } {＼ { i 卜 l i j I { 一 } ； } ， ， r _ ． ． I ， t ， { 、 连接法兰 与锥体 、筒节装焊后进行二次加工 法 兰及筒体端面，保证法兰与壳体的同心度 ，实 测 浮动管板位置 ，确认法兰与与锥体、筒体装焊 件二次加工 的总高度 ，保证膨胀节的安装 。 因结构 原 因，造 成设 备在 管程 试 压后 ，试 压余水不 易排尽 ，若采用传统 的简单抬高一头方 式 ，抬 高高程将 达 1 3 m以上 ，安全性 与经济性 均不可取 。因此采用试压后从左端用压缩空气加 压 ，右端排 空 ，反复 多次 排除余水 ，在 大量 的试 压 用水排 除后 ，将左端 略为 抬 高 ，采用 工具从右端 球 形封头 内排尽 余水并用 压 缩空气吹扫干燥 。 4 检验要点与结论 在 制造过 程 中，要注 意检 查筒体 的椭 圆度 、直 线度 、折流板 管孔 的同心 度 ，满足 换热管穿管要求 及 管系套装 要求 。同时检 查 内连接法 兰与锥体 、筒 节 装焊件 二次加工后 的同 心度与高度 尺寸公差 ，满 足膨胀节 的安装与使用 要 求 。 大直径 、大长度、大重量的换热器 ，换热管 穿管及管系与壳体套装是制造的重点，但 只要控 制好壳体椭 圆度 、直线度 ，控制好折流板孔的同 心度 ，即可让 换热管的穿管 、管系与壳体套装过 程顺利可控 。 ◆参考文献 【 1 】 李法海． 鲁奇低压法制 甲醇[ J ] _煤炭转化 ，1 9 8 1 ， 4 收稿日期2 0 1 3 ． 0 9 ． 2 3 ；修回日期2 0 1 3 ． 1 1 ． 1 0 上接 1 3 页 十分深刻 。为保证液化石油气储罐的安全运行， 避免事故发生，必须从设计 、制造、检 验、运行 等方面严格把关。我 公司液化石油气系列储罐 ， 具有长径 比合理，筒壁薄 ，性价 比高等优点，长 期 以来深受用户欢迎。 ◆参考文献 [ 1 ] G B1 5 0 ． 1 ～ 1 5 0 ．4 ． 2 0 1 1 ，压力容器[ s 】 ． [ 2 ] ．I B ／ T 4 7 3 1 ． 2 0 0 5 ，钢制卧式容器[ S ] ． [ 3 】 H G ／ T 2 0 5 8 4 ． 2 0 1 1 ，钢制化工容器制造技术要求[ S ] ． [ 4 】 T S G R O 0 0 4 。 2 0 0 9 ，固定式压力容器安全技术监察规程【 s ] [ 5 】 N B ／ T 4 7 0 1 4 ． 2 0 1 1 ，承压设备焊接工艺评定[ S ] ． 【 6 】 N B ／ T 4 7 0 1 5 。 2 0 1 1 ，压力容器焊接规程[ S ] ． 收稿 日期2 0 1 3 0 9 1 3 ；修 回日期2 0 1 3 ． 1 1 ． O 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m