液化石油气卧式储罐的规则设计

液化石油气卧式储罐的规则设计

【摘要】结合《固定式压力容器安全技术监察规程》和《压力容器》的实施，围绕20m3液化石油气卧式储罐的设计，来探讨在液化石油气卧式储罐的规则设计中参数的确定、材料的选择、结构的设计以及制造技术要求。

【关键词】液化石油气卧式储罐设计

盛装液化石油气的卧式储罐是具有爆炸危险的特种承压设备，为了它的安全运行，必须从设计、制造、使用和维护等各个环节都要严格要求。下面结合20m3液化石油气卧式储罐的设计，来探讨在液化石油气卧式储罐的规则设计中参数的确定、材料的选择、结构的设计以及制造技术要求等。

2 确定设计压力

对于常温储存液化石油气的储罐，根据TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》第3.9.3条款的规定[1]，常温储存液化石油气压力容器规定温度下的工作压力，按照不低于50℃时的混合液化石油气组分的实际饱和蒸汽压来确定。应当在图样上注明限定的组分或者对应的压力。本例中液化石油气的主要组分是丙烷，丙烷50℃时的饱和蒸气压为1.6MPa，依据此工作压力确定了这台20m3液化石油气卧式储罐的设计压力是1.77 MPa。

3 确定储罐的装量系数

液化石油气在平衡状态时的饱和蒸汽压随温度的升高而增大，其液体的膨胀性较强，因此储存液化石油气的储罐内必须留有一定的气相空间，以防止由于温度升高而导致储罐内的压力剧增。储罐的储存量直接影响到储罐的工作压力，关系到储罐的设计和使用安全。TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》第3.13条[1]规定储存液化气体的压力容器应当规定设计储存量，装量系数不得大于0.95。本例中储罐的装量系数确定为0.9。

4 确定腐蚀裕量

由所选定受压元件的材质、工作介质对受压元件的腐蚀率、容器使用环境和用户期待的使用寿命来确定，实际上应先选定受压元件的材质，再确定腐蚀裕量。工作介质对受压元件的腐蚀率主要按实测数据和经验来确定，受使用环境影响很大，变数很多，目前无现成的数据。一般介质无腐蚀的容器，其腐蚀裕量取1～2mm即可满足使用寿命的要求。本例为石油化工设备，介质为轻微腐蚀，取腐蚀裕量为2mm。5 确定焊接接头系数

焊接接头系数，应根据受压元件的焊接接头型式及无损检测的长度比例确定。双面焊焊接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头：100%无损检测φ=1.00；局部无损检测φ=0.85.单面焊对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫

板）：100%无损检测φ=0.9；局部无损检测φ=0.8.本例选焊接接头系数为1.0。6 材料的选择

液化石油气卧式储罐壳体材料选用主要有Q245R、Q345R、Q370R等几种。

Q245R属于优质碳素钢，这类钢强度较低，塑性和可焊性较好，价格低廉。

Q345R（0℃或-20℃供货）为低合金钢，是压力容器常用钢。一般用于对安全性要求较高的容器。

Q370R（-20℃供货）为低合金中强度钢。主要应用于大型球罐。

综合考虑，20m3液化石油气卧式储罐选用Q345R正火板。7 结构的设计7.1 容器直径的选取和厚度的计算

容器的直径按钢制压力容器的工程直径系列选取。本台20m3液化石油气卧式储罐要求容器的几何容积为20m3 。设定的直径应符合封头的规格，设定直径为2200mm，查标准GB/T 25198-2010《压力容器用封头》附录C，得知此规格的封头容积为1.5459 m3，得筒体容积为20-1.5459x2=16.9082 m3。得到：筒体长度为4450.2mm.长径比为4450.2/2200=2.023。比较理想，则我们确定本例液化石油气储罐的内直径为2200mm，筒体长度圆整为4450mm。

有了容器直径，即可计算圆筒的厚度。首先，设计温度下圆筒的计算厚度按照GB150.3-2011《压力容器第3部分：设计》公式3-1计算（公式的适用范围为Pc≤0.4[σ] tφ，本例中0.4[σ]tφ=0.4x189x1=75.6＞Pc=1.77所以，参数满足公式的适用范围。计算容器筒体的计算厚度：（式1）

计算出厚度为10.35mm。本例腐蚀裕量为2mm，与计算厚度之和为12.65mm，与之最接近的钢板商品厚度为14mm，故确定容器厚度为14mm。

然后对选用的筒体厚度进行应力校核：

设计温度下圆筒的计算应力按式（2）计算：

计算出厚度为10.33mm。本例腐蚀裕量为2mm，与计算厚度之和为12.63mm，与之最接近的钢板商品厚度为14mm，故确定容器封头厚度为14mm。

计算确定了容器的封头为E H A

DN2200X14（min12.33mm）。

7.3 开孔及管口的法兰和接管配置

20m3液化石油气卧式储罐法兰及其密封面型式是设计协议书中要求的，并

且应满足TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》第3.17第（2）条的规定：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中度危害介质的压力容器，其管法兰应当按照行业标准HG/T20592～HG/ T20635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螺栓组合。压力等级必须高于设计压力；其材质一般与筒体相配。

8 技术要求

液化石油气卧式储罐的制造质量是保证卧式储罐安全运行的重要因素。因此20m3液化石油气卧式储罐在设计过程中提出了保证储罐制造质量的要求，如钢板检测、焊缝要求、热处理要求等。这些要求不低于TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》、GB150.1～150.4-2011《压力容器》、JB/T4731-2005《钢制卧式容器》等的相关规定。

参考文献

[1] TSG R0004-2009.固定式压力容器安全技术监察规程

[2] GB150.1-150.4-2011《压力容器》.

[3] HG/T20583-2011.钢制化工容器结构设计规定

[4] JB/T4731-2005.钢制卧式容器