淺談液化烴罐區(qū)臥式儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)

馬宗萌(天津海成能源工程技術(shù)有限公司,天津 300392)

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng)，全社會(huì)各行各業(yè)對(duì)能源的需求增長(zhǎng)很快，還有汽車(chē)保有量也呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。石化產(chǎn)業(yè)尤其是汽油、柴油相關(guān)的MTBE、芳構(gòu)化、異構(gòu)化、異丁烷脫氫等裝置不僅國(guó)有煉化石化企業(yè)在新建裝置，一些實(shí)力稍弱的合資，民資企業(yè)也大規(guī)模餓的擴(kuò)大生產(chǎn)。液化烴類是重要的原料和產(chǎn)品。

目前國(guó)內(nèi)的石油液化烴儲(chǔ)存方式主要為常溫壓力液態(tài)儲(chǔ)存，所用容器主要為球罐及臥罐。球罐耐壓高，容量大，是今后發(fā)展的趨勢(shì)；臥罐由于其形狀的影響，容量不大，一般以2-200m3為主。臥罐的優(yōu)勢(shì)是成本低，裝置規(guī)模比較小一點(diǎn)的企業(yè)，有時(shí)會(huì)有不同原料及產(chǎn)品的儲(chǔ)存需求，單體容積小的臥罐比較靈活。

在液化烴儲(chǔ)罐中比較常見(jiàn)的200m3儲(chǔ)罐，我就以我們?cè)O(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的MTBE裝置中液化烴罐區(qū)的200m3丙烷儲(chǔ)罐為例，講一下其設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)

首先，了解下丙烷儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)備直徑3800mm，圓筒長(zhǎng)度為16.3m，工作壓力1.62MPa，工作溫度：常溫，盛裝介質(zhì)：丙烷，容積：200m3，設(shè)備結(jié)構(gòu)形式：臥式150°包角雙鞍座支承。

確定本設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收應(yīng)符合GB150.1-150.4-2011《壓力容器》和NB/T47042-2014《臥式容器》的要求，設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造、維修、使用、檢驗(yàn)檢測(cè)應(yīng)接受TS?GR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)察。

2 設(shè)計(jì)壓力確定

固容規(guī)規(guī)定3.9.3：常溫儲(chǔ)存液化石油氣壓力容器規(guī)定溫度下的工作壓力，按照不低于50℃時(shí)混合液化石油氣組分的實(shí)際飽和蒸汽壓來(lái)確定，查丙烷特性得，50℃時(shí)丙烷的飽和蒸汽壓為17.001大氣壓（絕壓）即1.62MPaG。安全閥的整定壓力由儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)考慮，確定為1.7MpG。根據(jù)GB150.1-2011的規(guī)定，本設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力定為1.8MPa。

3 設(shè)計(jì)溫度確定

丙烷飽和蒸汽壓1.8MPaG對(duì)應(yīng)的溫度為55℃，即為本設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度。

4 選材

根據(jù)固容規(guī)規(guī)定，介質(zhì)丙烷為液化氣體，易爆介質(zhì),其pV=32.4x104MPa*L>5x104MPa*L。故該臥罐劃類為第Ⅲ類，為中壓儲(chǔ)存容器。因?yàn)檠b置采購(gòu)的原料中H2S含量很低，主要受壓元件定為GB713-2014Q345R熱軋鋼板，GB9948-2013 20#正火無(wú)縫鋼管，NB/T47008-2010 16MnⅢ鍛件。A、B類焊接接頭進(jìn)行100%RT檢測(cè)，Ⅱ級(jí)為合；焊接接頭系數(shù)取1.0。

需要注意一點(diǎn)：固容規(guī)3.10(2)規(guī)定：設(shè)計(jì)常溫儲(chǔ)存容器時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮在正常工作狀態(tài)下大氣環(huán)境溫度對(duì)容器殼體金屬溫度的影響，其最低設(shè)計(jì)金屬溫度不得高于歷年來(lái)月平均最低氣溫的最低值。該數(shù)值我國(guó)寒冷地區(qū)能達(dá)到-20℃一下，比如大慶為-26.3℃。

當(dāng)環(huán)境溫度低于-20℃時(shí)，容器內(nèi)丙烷的飽和蒸汽壓也下降至原設(shè)計(jì)壓力的10%以下：-20℃飽和蒸汽壓0.143MPaG，-30℃飽和蒸汽壓0.066MPaG。由于壓力降低，容器的總體薄膜應(yīng)力也降低，屬于GB150.3-2011附錄E中的低溫低應(yīng)力工況。設(shè)計(jì)溫度可以按加50℃選擇材料。大慶為23.7℃，故選材可按常溫容器選材，不必采用低溫鋼。

5 安全閥

丙烷的飽和蒸汽壓伴隨著溫度的升高而增大，液體膨脹比較強(qiáng)，所以要嚴(yán)格控制儲(chǔ)罐不能超溫，還有裝量系數(shù)不能太大，要保留適當(dāng)?shù)臍庀嗫臻g，防止溫度升高導(dǎo)致的壓力劇增。固容規(guī)3.13規(guī)定裝量系數(shù)不得大于0.95，設(shè)計(jì)中取值0.9。

安全閥最大泄放量的計(jì)算按GB150.1-2011附錄B的計(jì)算方法。選型：丙烷儲(chǔ)罐因?yàn)榻橘|(zhì)為液化氣體、易爆，選用彈簧封閉全啟式安全閥。另說(shuō)明一點(diǎn)，容積大于等于100m3的液化石油氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的安全閥，且應(yīng)采用同一型號(hào)和規(guī)格，其中至少一個(gè)備用。

6 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

壓力容器事故的主要原因是受壓元件的失效。由于壓力容器本身具有的爆炸能量，以及所含介質(zhì)外泄可能導(dǎo)致的次生災(zāi)害，都會(huì)危害容器附近的人員和設(shè)施。

固容規(guī)和GB150.1-2011引入設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要求，對(duì)高參數(shù)，高危險(xiǎn)性的Ⅲ類壓力容器開(kāi)始進(jìn)入基于失效模式的設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)控制的工作，目的在于在設(shè)計(jì)階段全面分析壓力容器可能出現(xiàn)的失效模式，更可靠地進(jìn)行設(shè)計(jì)，保障壓力容器的本質(zhì)安全，對(duì)于壓力容器安全管理人員和作業(yè)人員進(jìn)行安全控制具有重要的輔助作用。

7 結(jié)語(yǔ)

本文以丙烷儲(chǔ)罐為例介紹了壓力容器的設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)中安全應(yīng)該是放在第一位的，應(yīng)當(dāng)充分考慮在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的失效模式，保證安全生產(chǎn)，通過(guò)合理選材,改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化制造工藝等措施,控制與降低壓力容器在使用過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。

[1]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，TSGR0004-2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S]，北京：新華出版社，2009.

[2]GB150.1-4-2011壓力容器[S]，北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[3]邵金玲.液化氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)探討，石油化工設(shè)備，1999年第4期，37-38.

[4]陶善等.液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析，廣州化工，2011年13期，201-203.