1、10萬噸丙烯睛廠丙烯睛儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)背景此儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)針對(duì)工藝末端的丙烯睛產(chǎn)品的存儲(chǔ)。該丙烯睛廠生產(chǎn)的產(chǎn)品定位是高純度丙烯睛。純丙烯睛沸點(diǎn) 77.3 C,常溫下為無色的有刺激性氣味液體。對(duì)于丙烯睛的儲(chǔ)罐國家和行業(yè)并無專門的設(shè)計(jì)規(guī)范，本設(shè)計(jì)參照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用丙烯睛以及其他工業(yè)的設(shè)計(jì)案例，并結(jié)合此工業(yè)自身特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。二、安全要求1 .丙烯睛屬高度危險(xiǎn)品，具有燃燒、爆炸性質(zhì)，閃點(diǎn) -5C,自燃點(diǎn)481 C,蒸氣密度 1.83 (相對(duì)于空氣)，與空氣的爆炸極限 3.05%17.5% (V/V),遇明火、高熱能一 起燃燒爆炸，因此，在儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中需要考慮如何避免形成燃燒、爆炸氣氛。2 .丙

2、烯睛劇毒而且易揮發(fā)，能通過皮膚及呼吸道為人體吸收，應(yīng)盡可能減少丙烯睛 的揮發(fā)。3 .工作區(qū)域空氣中丙烯睛最大允許濃度不超過2mg/m3。三、整體設(shè)計(jì)1.工廠生產(chǎn)能力為10萬噸/年，每年開車時(shí)間按 8000h計(jì)，則每小時(shí)體積流量為：M / t 10 * 104 * 103kg / 8000h3v , 16.34 m3/ h765,021 kg / m3考慮到丙烯睛產(chǎn)品作為中間產(chǎn)品，后續(xù)還會(huì)增加其他產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，以及產(chǎn)品 的輸出、市場價(jià)格的波動(dòng)，設(shè)計(jì)丙烯睛在儲(chǔ)罐中的停留時(shí)間為72h,于是儲(chǔ)罐的體積為：V v 16.34 * 721176.48 m3為方便計(jì)算，取丙烯睛儲(chǔ)罐的體積為1200ms進(jìn)行

3、設(shè)計(jì)。2,儲(chǔ)罐種類選擇丙烯睛儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)要求有：儲(chǔ)存容量1200m3,工作壓力：常壓，工作溫度：030 C o丙烯睛產(chǎn)品理化性質(zhì)有：密度： 765.021kg/m 3,純度：99.9%。根據(jù)設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐體積，以及介質(zhì)易燃、易揮發(fā)、劇毒的涂點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)運(yùn)行的石 油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范(SH/T 3007 ),設(shè)計(jì)采用常壓立式圓筒形拱頂儲(chǔ)罐。3,儲(chǔ)罐材料選擇儲(chǔ)罐材料的選取根據(jù)儲(chǔ)罐的使用工況、儲(chǔ)存介質(zhì)特性，以及材料的機(jī)械性能等因素決定。參考碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼鉞和鋼帶(GB/T3274)以及丙烯睛屬于高毒介質(zhì)，罐體選擇Q345R材質(zhì)。4,儲(chǔ)罐高度和直徑本儲(chǔ)罐容積大于1000m3,應(yīng)采用不等壁厚

4、設(shè)計(jì)。儲(chǔ)罐的最省材料的經(jīng)濟(jì)尺寸：H=( (S1+S2)/ )1/2D=(4V)/ ( H)1/2其中罐壁板厚度一S貯罐高度H貯罐的計(jì)算容積-V罐頂板厚度S1罐底板厚度S2材料許用壓力-焊縫系數(shù)-儲(chǔ)液比重-查得對(duì)于Q345R材料許用壓力為189MPa,焊縫系數(shù)為0.9 ,儲(chǔ)液比重為 0.765021 。根據(jù)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于 V=1200<2000m的儲(chǔ)罐，罐頂板厚度取8mm對(duì)于1000m3<V 1500m3的儲(chǔ)罐，選取罐底板厚度為6mm則計(jì)算得H=( (S1+S2)/ )1/2=(1890*0.9*(0.8+0.6)/0.765021*10 -3) 1/2=17.64mD= (4V)/

5、 ( H) 1/2=(4*1200)/ ( *17.64) 1/2=10.22m考慮到實(shí)際儲(chǔ)存容積與設(shè)計(jì)容量間有一定差距，最終確定儲(chǔ)罐的直徑為10.5m,高度為 18m。5.儲(chǔ)罐壁及上下底設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐罐壁是由一圈一圈的壁板焊接組成的，根據(jù)鋼板規(guī)格及儲(chǔ)罐高度要求，可確定罐壁由9圈壁板組成，每圈高度 2000mm。(1) 罐壁厚度內(nèi)層為2mm厚的不銹鋼板Q345R,四周壁板隨外載荷儲(chǔ)液靜壓力變化由下而上逐 層減薄，罐壁的壁厚計(jì)算如下：=(H-0.3) D/(2 )+ci式中該圈罐壁的最小計(jì)算壁厚cm貯液重度(v 1時(shí)取1,>1時(shí)取實(shí)際值)tf/m 3H頂端到計(jì)算圈板下端的距離mD貯罐直徑m許用應(yīng)

6、力 kgf/ m2焊縫系數(shù)ci腐蝕余量 m其中，D=10.5m, H=18,16,14,12,10,8,6,4,2m , =189MPa,焊縫系數(shù)為 0.9,C=1mm同時(shí)，根據(jù)儲(chǔ)罐剛性要求，D<16m時(shí)，要求罐壁最小厚度為4.5mm,另考慮鋼板的負(fù)偏差和腐蝕余量，當(dāng)厚度不到要求時(shí)取5mm代入計(jì)算得：表1.計(jì)算壁厚及設(shè)計(jì)壁厚mm壁厚 編R123456789計(jì)算 值6.015.444.884.313.743.182.622.041.48設(shè)計(jì) 值765555555(2)罐頂設(shè)計(jì)罐頂按自支撐拱頂設(shè)計(jì)。拱頂球面半徑R=(0.81.2)D =1.2 X 10.5 = 12.6m自支撐錐頂?shù)暮穸瓤砂?/p>

7、以下公式計(jì)算：Pt 2.24ECsin式中 D 儲(chǔ)罐直徑，m8mmi估算罐頂重p 一罐頂自重和附加載荷之和。取罐頂厚度為為7500kg,折合成單位面積載荷為7500 9.8- 11773.4 (Pa)4罐頂附加載荷應(yīng)按檢修載荷取值，且不小于1200Pa,所以P=773.4+1200=1973.4(Pa)E 一彈性模量，取 E=200Gpa9一母線與水平面夾角，取自支撐錐頂坡度為1/2 ,于是 0 =300;C一腐蝕裕量,10.52.24 mm1973.4 2000 109 sin3000.0020.00492 0.0020.00692 m7mm園整至鋼板規(guī)格厚度 8mm所以假設(shè)罐頂厚度 8mm

8、a理。(3)罐底設(shè)計(jì)罐底由中幅板和邊緣板搭接而成。根據(jù)D<12中幅板鋼材厚度選擇 5mm根據(jù)低圈罐壁板厚度 710mm間，邊緣板鋼材厚度取6mm一般取底層罐壁中心線直徑加上罐底邊緣外部最小距離為60mm此處取100mm因而罐底板直徑為 10500+2X 100= 12500mm6.開口設(shè)計(jì)共設(shè)計(jì)兩個(gè)開口，進(jìn)料口在上邊，出料口在下邊。取進(jìn)料和出料流量相同，均為16.34 m3/h,液體流速為0-3m/s,取最大流速3m/s ,則有孔徑43.9 mm4v4 * 16.34u * 3 * 3600四、荷載計(jì)算風(fēng)載荷計(jì)算(1) 傾覆設(shè)風(fēng)載荷為0.35kpa ,取風(fēng)載荷作用于貯罐重心位置，由風(fēng)載荷

9、使貯罐傾 覆的力矩應(yīng)小于由貯罐重量產(chǎn)生的抵抗力矩(取空罐時(shí)最危險(xiǎn)的情況)傾覆力矩：1八MO HQ2抵抗力矩：1M R -D(Wr WL)式中H 一貯罐高度，H=18m；Wr 一貯罐自重(包括附件及配件)，Wr =43735 X 1.01 442200 kg ；WL -貯液自重,空罐時(shí)取WL =0;Q 風(fēng)載荷，Q=CKWA (kN)其中：C形狀系數(shù)，取C=0.7;K z風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取 Kz=1.15_2A=HD=189mW0 設(shè)計(jì)風(fēng)壓值， W0 =0.35kN/m2A 一受壓面積，即儲(chǔ)罐的最大垂直投影面積,Q=C.K zWA=34.13kN1M d = 2 HQ=238.91KN.mM r

10、=2 D(W+W)=2382.4 kN .mM d<MR安全(2) 滑移由風(fēng)載荷在罐底板下表面的滑移剪力應(yīng)小于由底板和基礎(chǔ)之間的摩擦抵抗 力(取空罐時(shí)最危險(xiǎn)的情況).滑移剪力：FD=QFR,(Wr +Wl)式中科-靜摩擦系數(shù)，取科=0.7(鋼板和瀝青砂石之間的摩擦系數(shù))。F d=43.39 kN .mF r=303.2 kN .mFd<Fr安全(3) 第一圈罐壁底部的最大壓應(yīng)力(Pa)式中N 1一第一圈罐壁底部的垂直荷載，按罐體自重的80%計(jì)算;2A1一第一圈罐壁的截面積，Ai =tiDSi (m ). 3Z1一第一圈罐壁的截面抵抗距，Z1=0.785D1 8 1 ( m )D1一第一圈罐壁的平均直徑，10.5m；8 1第一圈罐壁的實(shí)際壁厚，10.0070m。N 1=35360 Kg2A 1=0.1797mZ產(chǎn)Ai=0.493922m3(r=5.87 X 10 6Pa(4) 第一圈罐壁的容許臨界壓力125cr 3.88ci105Hl基礎(chǔ)頂面至罐壁頂面的高度,H=18mcr1.14107Pacr安全0.35KPa的風(fēng)載荷作用下,安全通過以上載荷的計(jì)算，證明所設(shè)計(jì)的內(nèi)浮頂甲醇儲(chǔ)罐在 穩(wěn)定。五、數(shù)據(jù)整理及設(shè)計(jì)示意圖表2丙烯睛儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)參數(shù)匯總項(xiàng)目設(shè)計(jì)值操作壓力常壓操作溫度030 c設(shè)