文章编号: 1000- 7466(1999) 04-0037- 02液 化 气 储 罐 设 计 探 讨邵金玲( 大庆石油化工设计院, 黑龙江 大庆) 摘要: 介绍了液化气储罐设计压力的确定、 选材、 低温低应力工况及其它注意事项, 并对现行标准规范提出建议。关键词 储罐; 液化气; 设计中图分类号: T E 972文献标识码: B液化气储罐的设计没有专门的行业设计标准,一般按GB 150- 89《 钢制压力容器》 设计, 但也有与一般压力容器不同之处, 笔者将对其设计压力的确定、 材料的选择、 低温低应力工况及其它注意事项,提出一些看法和建议。1设计压力的确定按 SH 3074—95《 石油化工钢制压力容器》 及《 压力容器安全技术监察规程》 规定, 液化气储罐的设计压力基本上是按 50 ℃时液化气的饱和蒸汽压选取的。笔者认为, 全国各地均按此数值作为设计压力不一定合适。 因为液化气一般均为常温储存, 设计温度取决于本地区环境极端最高气温, 如大庆地区极端最高气温为 37. 4 ℃, 那么取 40 ℃时的饱和蒸汽压作为设计压力应是可行的。关键是要避免太阳光直射储罐, 如果储罐安放在室外,可采取加设保冷层、 涂白色面漆、 设蓬或喷水冷却等措施液化气储存罐, 以防介质温度升高。

在安全可靠的前提下, 准确选取设计温度, 实现优化设计, 降低设计压力, 对降低液化气储罐的造价, 节约投资具有很大的现实意义。以丙烷储罐为例, 50 ℃和 40 ℃时, 其饱和蒸汽压力分别为 1. 619 MPa 和 1. 277 MPa, 设罐体尺寸为 3 000 mm×12 000 mm, 材料为 16MnR, 其计算结果见表 1。结果表明, 按 50 ℃饱和蒸汽压作为设计压力, 多用钢材 4. 2 t, 容器由二类上升为三类,制造和检验要求更为严格, 造价也相应提高。表 1 罐壁厚度和质量比较表饱和蒸汽压/ Pa1. 2771. 619计算厚度/ mm11. 7914. 97容器质量/ t12. 616. 8容器类别射线探伤比例局 部100%二三2选材常温用钢 20R、 16MnR。安装在寒冷地区环境低温下的室外储罐, 按 HGJ 19- 89《 钢制低温压力容器技术规定》 的要求, 盛装液体体积占容器体积1/ 4 以上的无保温的储存容器, 设计温度取最低环境温度, 最低环境温度为该地区历年各月的月平均最低气温的最低值, 大庆地区为- 25. 1 ℃。按此规定则应按低温设备选用材料。

然而假设液化气储罐是按 40 ℃时的饱和蒸汽压作为设计压力设计的, 当温度降至- 20 ℃( 低温)以下时, 饱和蒸汽压均下降至原设计压力的 30% 以下。如丙烷- 20 ℃的饱和蒸汽压仅是 40 ℃饱和蒸汽压的 10%。由于压力降低, 容器的总体薄膜应力也降低, 所以属于低温低应力工况, 设计温度可提高50 ℃。大庆地区月平均最低气温为- 25. 1 ℃, 设计温度提高 50 ℃后应为 24. 9 ℃, 可按常温容器进行设计和选材。在安全阀开启或放空时压力降低, 液化气储罐有可能产生闪蒸而造成低温,由于是先降压后降温液化气储存罐,低温又使饱和蒸汽压力降低, 同样也属于低温低应力工况, 没有必要使用低温钢制造容器。为更可靠,可将放空管口的接管和管法兰采用低温钢制造。3低温低应力工况在GB 150- 89 及 HGJ 19- 89 中均规定, 容器设计温度虽小于等于- 20 ℃, 但是总体薄膜拉应力小于等于材料标准常温屈服限的 1/ 6, 而且不大于50 MPa 的工况为低温低应力工况, 设计温度可加50 ℃。HGJ 19- 89 还规定总体薄膜拉应力介于标准常温屈服限的 30%至大于 1/ 6 间的工况, 为低温第 28 卷第 4 期1999 年 7 月石油化工设备PET RO-CHEM ICAL . 28No. 4July 1999收稿日期: 1999- 01-24作者简介: 邵金玲(1962-)女, 吉林长春市人, 高级工程师, 学士学位, 主要从事石油化工机械与设备的设计工作。

低应力工况, 设计温度可加 20 ℃。 按上述情况, 大庆地区设计温度分别为 24. 9 ℃和- 5. 1 ℃。以上规定对寒冷地区环境低温容器的选材是合理的, 但有时与外商谈判不易统一看法, 因此建议按美国 ASME 标准定义低温低应力工况。以 ASMEⅧ. Ⅰ- 92《 压力容器》 中的图UCS-66. 1 不做冲击试验时最小设计金属温度变化曲线为基准, 并以安全系数 N b= 3 代替 N b= 4, 温度改为℃, 引进焊接接头系数, 进行换算( 表 2) , 来判断低温下应力降低时设计温度的增加量。表 2中,= p(Di+ ) / ( 2) 。表 2设计温度增加量f = / [ ] 0. 300. 350. 400. 450. 500. 550. 60f ≤0. 3 时, 相当于我国的低温低应力工况, 设计温度加 50 ℃; f = 0. 350. 95 时, 相当于我国低温低应力工况, 但设计温度不是加 20 ℃。如一台容器, f = 0. 75, 设计温度可加 10 ℃, 原设计温度如果是- 25. 1 ℃, 加 10 ℃后为- 15. 1 ℃, 即变为常温容器, 增加 可减少。

由低温容器变为常温容器的最小壁厚可按下式计算。常温 = p Di/ {2 f [ ] - p}若容器原设计温度为- 25 ℃( 低温) , 变为常温- 19 ℃, 设计温度增加量应为!t= 6 ℃, 查表2,f =0. 85, 代入式( 1)即可计算出变为常温容器后的罐壁厚度。4其它注意事项( 1) 在低温环境下, 应校核液化气储罐的稳定性。液化气储罐在低温环境下的壁温有时可以达到- 40 ℃, 这时液化气的饱和蒸汽压下降很多, 表 3列出了一些液化气在- 40 ℃时的饱和蒸汽压。 因为- 0. 1 MPa≤p< - 0. 02 MPa, 因此, 盛装这些液化气的容器在- 40 ℃下, 均属于真空容器, 应该校核容器的稳定性。设计温度增量 !t/℃515f = / [ ] 0. 650. 700. 750. 800. 850. 900. 95设计温度增量 !t/ ℃( 1)表 3 液化气- 40 ℃时饱和蒸汽压(表压)MPa液化气丁烷丁烯-1异丁烯丁二烯已烷饱和蒸汽压 - 0. 082- 0. 079- 0. 770- 0. 080- 0. 100( 2) 液化气储罐不能装满, 其装料的系数 一 般为 0. 9。

( 3) 必须对装无水液氨或含H2S 的液化石油气的储罐进行焊后热处理, 防止应力腐蚀。( 4)易然易爆的液化气储罐应设静电接地板。结语可以用本地区极端最高气温加 23 ℃或液化气最高温度二者之间大值的饱和蒸汽压作为液化气储罐设计压力。寒冷地区的室外液化气储罐基本上均属于低温低应力工况, 不必选用低温用钢。 按文中的式( 1) 及表 2, 可使低温容器转变为常温容器进行设计。应注意某些液化气储罐在低温环境下应进行外压校核。参考文献:[ 1] 劳动部 . 压力容器安全技术监察规程[ M] . 北京: 劳动部锅炉压力容器安全杂志社, 1990.[2] GB 150- 89 钢制压力容器( 一) [S] .[3] HGJ 19- 89 钢制低温压力容器技术规定[ S] .[4] SH 3074- 95 石油化工钢制压力容器[ S] .( 张编)国家要求水处理、 垃圾处理设备国产化旨在大力推进水处理、 垃圾处理设备国产化工作的首届城市水处理、 垃圾处理国产设备展示暨技术交流及项目洽谈会, 已在北京举行。 国家机械工业局副局长姚明伟说, 城市基础设施建设是机械行业潜在的大市场和新的经济增长点。

要积极推进水处理、 垃圾处理设备的国产化工作。在国产化工作中, 国家机械局和建设部将共同分期分批提出设备主要供货厂家和产品名录。这些企业必须具有较强的产品开发能力, 先进的工艺装备和严格的企业管理, 以减少和杜绝不合格产品进入市场。生产水处理、 垃圾处理设备的单位要大力提高工程成套能力, 实现交钥匙工程。在国产化工作中, 建设部提出了“ 强制加鼓励” 的政策,要求城建部门推动使用国产设备, 并把它作为一项长期的政治性任务来完成。要把提高使用国产设备的比例, 作为城市基础设施工程质量检查的主要内容之一, 实行一票否决制。凡使用国产设备比例过低, 或没有按照规定使用国产设备的建设项目, 不能参加国家和省级工程质量奖的评选。使用国产设备可以降低工程费用的 20% , 城建部门应更加积极主动地使用国产设备。( 天木)・38・石油化工设备1999年第 28 卷