大型低温常压液化石油气储罐的设计.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 设 计 与 结 构 大型低温常压液化石油气储罐的设计 The Design Development of the Low - Temperature Normal Pressure and Large LPG Storage Tank 安徽省锅炉压力容器检验所 邢献军 杨必应 合肥市锅检所 周晓清 安徽省工业设备安装公司 吴燕生 This paper analysises the design and manufacturing of the low - temperature normal pressure and large LPG storage tank , and introduces the inspection , standards applied during the tanks were manufactur2 ing. 关键词液化石油气储罐 设计 检验 液化石油气贮罐是液化石油气贮气站的重要组 成部分,近年来,由于大型液化石油气储库的建 立,对大型储罐的设计和制造有了新的要求。本文 对近年来我国建造的两座大型低温常压液化石油气 储库储罐的设计制造检验的要求进行分析。 1 设计要求 低温常压液化石油气储罐属低温常压贮存设 备。低温常压贮存是指液化石油气在低温如丙烷在 - 4217℃,异丁烷在- 1218℃ 时,其饱和蒸汽压接 近于大气压100～300mmH2O柱的储存方式。此 时液化石油气可储存在薄壁容器中,这种方法,贮 罐的投资和金属耗量少,但它需要制冷设备和耐低 温的钢材,罐壁也要保温,管理费用高,通常在单 罐储量超过3000～4000吨时选用。其工作原理是 先将液化石油气冷却至设计温度,然后进入低温常 压储罐,并为了防止周围大气通过绝热层传入热 量,使罐内液化石油气温度升高,必须将这部分热 量通过冷却的方式带走,以保证低温储罐正常稳定 的工作,使其罐内的温度、压力保持稳定。 低温常压储罐的储存压力接近大气压,设计压 力一般在91810 - 3MPa 1000mmH2O柱以下, 为保证安全稳定工作,储罐允许波动压力很小,通 常在0～700mmH2O柱之间,因此,必须严格控制 工作压力的波动,这就需要制冷系统维持。 2 设计依据及参数 两座大型低温常压液化石油气储库分别建在我 国的南海以下编号为No11和东海以下编号 为No12海岸。罐体设计均采用美国石油学会标 准API620大型焊接低压储罐设计和建造的推荐 规定90版。设计参数见表1。 3 罐体结构 No11储罐为双层结构,如图1,内罐内径为 “57000,外罐内径为 “58300,内罐顶板通过拉筋 84 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 与外罐拱顶相连,顶板重量通过拱顶传至外罐筒 体,罐内为无支撑结构。内罐外壁保温材料为玻璃 棉毡,玻璃棉毡与外罐内壁的整个空间充满松散膨 胀珍珠岩。内罐顶板上部保温材料为玻璃棉,制冷 盘管和测温系统安装在内罐底板和壁板上。内罐底 板与外罐底板之间填充保温材料,整个设计体系比 较完善。 表1 参数 设计 编号 储罐 No11储罐No12储罐 储存介质液化石油气 LPG 丁炔/丙二烯 设计容量80000CuM m331000CuM m3 设计压力 内罐1417kPa 外罐1816kPa 罐内24kPa, 罐外51mm水柱 设计温度- 45℃- 45℃ 试验压力 内罐充水试漏 外罐充气1816kPa 罐内充水22450mm 腐蚀裕量115mm115mm 操作压力常压常压 操作温度- 43℃- 43℃ 允许热损失-35℃ 时,79050kcal/ h 主体材料 内罐A537 - CL2 A516 - 60 外罐 A283C、Al31B A36、A573- 70 罐壁、底 板 A537 - CL2 承压圈A537 - CL2 顶板 A516- 70 A36 图1 No11储罐结构图 No12储罐为单层结构,如图2,罐顶板通过拉 筋与拱顶相连,顶板上部贴有两层100mm 共 200mm厚的纤维玻璃毡保温绝热材料, 储罐外壁 先贴纤维玻璃毡,在纤维玻璃毡外面,用膨胀珍珠 岩。制冷系统和测温系统安装在罐内底板和壁板 上,该罐设计较No11储罐简便,但保冷效果差。 图2 No12储罐结构图 4 焊接要求 411 焊接工艺评定 焊接工艺评定按ASME规范执行,在国内进行 焊接工艺评定验证性试验。焊接工艺卡由施工单位 按焊接工艺评定结果编制包括返修工艺。No11、 No12两罐罐体横焊缝皆为自动焊目前是国内大 型储罐现场制造中采用较先进的焊接工艺。纵焊 缝及其它焊缝均为手工焊。 412 焊工考试 根据API620第四章第418节“焊工和焊接操 作工的考核”的要求,对从事焊接作业的焊工和自 动焊的焊接操作工,都要通过制造单位按照ASME 第 Ⅸ 卷关于资格评定的规定进行考核。参加No11、 No12两罐焊接的焊工,都较严格地通过了考试, 并都进行了焊工编号,在施焊相应位置打上焊工识 别标志。 413 产品试板 根据API620附录R613的要求,每块试板应从 生产该储罐用板的同一炉钢上制取,并应采用与储 罐要求相同的焊接工艺和焊条进行焊接,试板焊件 应尽量与储罐焊缝的焊接质量和型式相同。产品焊 接试 板 施 焊 完 毕 后,经 外 观 检 查 合 格,根 据 API620附录R61311至R61315进行冲击试验。 冲击试验方法及验收标准 试验方法2mmV型缺口夏比冲击试验。 试验温度- 45℃ V型缺口位置焊缝区,热影响区 No11、No12两储罐产品试板,均严格执行上 94 第18卷第1期 压 力 容 器 总第103期 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 述标准制作,并通过试板性能试验。 414 现场焊接条件 焊材严格按焊材管理制度执行。现场焊接设备 仪表齐全,以保证焊工按焊接工艺卡施焊,并有专 人负责检查。现场焊接环境必须符合G B150 1998,必要时采取措施,改善焊接环境。 5 罐体检验 No11储罐主要检验以下内容 内罐底板搭接焊缝咬边,真空检查100 , 工卡具焊迹100MT、PT; 内罐壁板坡口检查,壁板组对焊缝间隙,焊 缝错边量,焊缝咬边,焊缝余高,焊缝RT、工卡 具焊迹MT、PT,每层壁板水平检查,垂直检查、 直径检查; 内罐顶板焊缝表面,焊缝咬边; 内罐边缘板焊缝错边量,焊缝间隙,焊缝咬 边,焊缝余高,工卡具焊迹MT、PT,焊缝RT,焊 缝100 真空检查; 内罐整体检查垂直度检查1/200H,H罐 壁高度;半径检查罐壁距 离 底 部 角 焊 缝1英 尺 305mm的地方测量其半径, 允许半径偏差 25mm; 外罐边缘板焊缝间隙,焊缝错边量,焊缝咬 边,真空度检查,外表面检查; 外罐底板焊缝咬边,真空检查,工卡具焊迹 检查; 外罐壁板主要检查焊缝错边量和焊缝咬边, 第一层壁板检查,水平度,垂直度和直径; 外罐承压圈焊缝错边量,坡口表面,焊缝间 隙,焊缝表面,焊缝RT及承压圈每块板的几何尺 寸,组对施焊成型后的尺寸。 No12储罐的检验内容与No11储罐的内罐检验 内容完全一致。 No11、No12储罐的正常操作温度均为- 43℃, 按照G B1501998钢制压力容器附录C低温 压力容器及压力容器安全技术监察规程第 65条规定,低温压力容器焊缝表面不允许存在咬 边,No11、No12两储罐内罐壁板所有焊缝均符合 以上规定。 真空度检查的要求是焊缝100真空检查, 在400mmHg真空下无漏气。 无损检测执行ASME规范RT、MT、PT探伤方 法及评定标准均采用ASME规范。RT检查部位数 量及合格级别按API620图R2执行。 6 罐内充水试验 加水至设计液位并持续24h,检查内容壁板 及焊缝变形、渗漏情况,底部角焊缝渗漏情况,基 础沉降情况。检查结果必须满足设计要求。 7 内外罐之间气密性试验 气 密 性 检 查 仅 在No11储 罐 中 进 行,用 010186MPa压缩空气来检查内外罐壁之间的空间, 持续检测1h,减压至设计值时,用肥皂沫检查所 有焊缝。 8 结论 No11、No12低温常压大型液化石油气储罐现 场制造竣工验收,符合设计规范要求。经两年多时 间的实际运行验证,该两座大型储罐的储存能力达 到了设计要求,整个工艺体系运转良好,其设计和 制造的成功经验为我国以后建造大型低温常压液化 石油气储库的罐体设计提供了宝贵的数据。 上接第15页 5 结论 1本文提出的超声传感焊缝跟踪系统可以用 于压力容器的埋弧自动焊中,既可以采用直接跟踪 焊缝坡口的方法,也可以采用跟踪磁性胶条的间接 跟踪焊缝的方法。 2该焊缝跟踪系统既可以跟踪焊缝的阶跃信 号偏差,也可以跟踪焊缝的斜坡信号偏差,其跟踪 精度、调节速度均满足压力容器焊接的要求。 参考文献 11胡绳荪等.Fuzzy - P控制超声传感埋弧焊焊缝的跟踪系 统.焊接学报,1998;192 104～109 21 胡绳荪等.自调整比例因子Fuzzy - P控制在焊缝跟踪中 的应用.积蓄工程学报,1999;351 20～22 作者简介胡绳荪,男,1956年生,教授,通讯地址天 津大学材料学院,邮编300072。 05 CPVT 大型低温常压液化石油气储罐的设计 Vol18. No1 2001 w w w . b z f x w . c o m 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 压 力 容 器 主 要 文 章 摘 要 2001年第1期 ● 对G B15098钢制压力容器某些问题的分析 本文对G B15098钢制压力容器中双相不锈钢 00Cr18Ni5Mo3Si2,外压圆筒,焊接头系数,开孔补强,筒 体端部,焊接接头,凸形封头的拼板形式等7个问题进行 了深入分析并提出了意见和建议。 ● 波齿复合垫片常温密封性能研究 本文对波齿复合垫片的常温密封性能进行了试验分析 研究。研究表明,波齿复合垫常温下具有良好的密封性能。 在试验基础上分析得到了此种垫片的密封性能曲线和相应 的公式,研究结果对垫片选用和法兰密封设计具有重要参 考价值。 ● 超声传感埋弧焊焊缝跟踪的研究 本文提出了一种非接触超声传感埋弧焊焊缝跟踪系统。 介绍了超声波传感器及其焊缝跟踪工作原理。在焊缝跟踪 中既可以采取检测焊缝坡口的跟踪方法,也可以采取检测 磁性胶条的跟踪方法。埋弧焊焊缝跟踪实验表明,该系统 具有良好的动态性能和控制精度。该焊缝跟踪方法能够满 足压力容器焊接工程的需要。 ● 压力容器用低合金钢管的开发和应用 本文系统介绍了兴澄集团开发的五种换热器用低合金 钢管,这五种低合金钢管是09CrCuSb ,企业代号ND 耐 硫酸低温露点腐蚀用无缝钢管 ; 08Cr2AlMo 抗硫化氢、 氯化氢应力腐蚀开裂用无缝钢管 ; 09MnD 低温换热器用 无缝 钢 管 ; 10E 耐 循 环 水 腐 蚀 用 无 缝 钢 管和 07CrCuAlMoTi 耐硫化氢、高温硫、海水腐蚀用无缝钢管。 ● 抗H2S应力腐蚀开裂热交换器专用钢08Cr2AlMo钢 的研究 在抗H2S - HCN - H2O系应力腐蚀用钢12Cr2AlMoV钢 的基础上开发出来的08Cr2AlMo钢具有和12Cr2AlMoV钢相 当的抗硫化氢应力腐蚀开裂的能力,同时还具有比碳钢与 12Cr2Mo1钢高的抗循环水、软化水及盐酸水溶液的耐蚀性。 由于合理的化学成分和优良工装及精炼工艺条件使 08Cr2AlMo钢的纯净度大大提高夹杂物 115级 , 硬度降 低 150HB , 并配有专用的焊接材料,使其具有良好的 可焊性和制造性能,可广泛用于制造石油炼制系统热交换 器管束,使用温度范围为- 60℃ 到500℃。 ● 08Cr2AlMo钢及其焊接接头回火脆性的试验研究 本文对08Cr2AlMo钢及其焊接接头按规范进行了回火 脆性试验。结果表明,钢材、R407焊条和08Cr2AlMo焊丝 的焊缝金属的回火脆化敏感性较低,均能满足抗回火脆化 的设计要求。 ● 08Cr2AlMo钢的力学性能和焊接性能试验研究 本文对抗硫化氢应力腐蚀用钢08Cr2AlMo,按相应的标 准和规范,进行了有关的力学性能和焊接性能试验研究。 结果表明,08Cr2AlMo钢及用R407焊条、08Cr2AlMo焊丝施 焊的焊接接头性能较好,可满足使用要求。 ● 用非线性有限元分析波纹管的稳定性 本文应用稳定性的理论,考虑材料非线性、几何非线 性和大应变等情况解决了波纹管受内压稳定性的问题,理 论计算结果和实验吻合的相当好。该问题是波纹管设计的 难点之一。同时还拓宽了波纹管稳定性的含义,解决了在 拉、压、弯曲、横向位移的内压稳定性问题,并编制了波 纹管稳定性通用程序。 ● 螺旋半圆管夹套式反应器的结构特点和开发应用 该文从容器结构的经济性和提高传热效率两个主要方 面,着重论述了螺旋半圆夹套式反应器开发与应用的实际 意义。 ● 大型低温常压液化石油气储罐的设计 本文对大型低温常压液化石油气储罐的设计制造进行 了分析,并对罐体在制造过程中的检验内容,执行规范进 行了介绍。 ● 315Ni钢低温塔式容器的制造 本文介绍了三台315Ni钢低温塔式容器的焊接工艺、 封头、筒体、塔体组装工艺以及焊后消除应力热处理、水 压试验等,最终制造出合格产品。 ● 转炉废热锅炉爆管原因及防护 针对炼铜转炉废热锅炉爆管,本文较详细地分析了其 爆管原因,并提出了一些改进及防护措施,实践证明,效 果良好。 ● 从ICPVT - 9看世界压力容器技术发展现状与趋势 三 四年一次的国际压力容器技术会议是检阅世界压力容 器技术新成就和了解世界压力容器技术发展趋势的好机会, 也是加强压力容器技术国际交流与合作,促进我国压力容 器技术发展的好机会。ICPVT9论文集分下下两册,涵盖 了设计、材料、制造、试验、在线监测和危险性评估等与 压力容器技术有关的各个方面。本文是在分析这些论文的 基础上对世界压力容器技术发展现状与趋势的一个简要介 绍,将以连载形式刊登。本部分介绍螺栓法兰接头和密封 垫片。 ● 加氢精制反应器的检验与分析 本文详细介绍了热壁加氢精制反应器的检验方案及实 际检验情况,对检验中发现的一些问题进行了计算与综合 分析,为该反应器的继续安全运行提供可靠的依据,同时 提出了一些看法与建议,对今后的工作具有一定的指导意 义。 ● ISO9001质量体系下的压力容器焊接管理模式的建立 通对对ASME体系、国家容规质量体系、ISO9001 质量体系中的焊接管理要求的分析,结合企业的实际情况, 创建了符合上述三体系的压力容器焊接管理模式。 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载