液化石油气储罐设计

第一章 工艺设计

参数的确定

液化石油气的主要组成部分由于石油产地的不同，各地石油气组成成分也不同。取其大致比例如下：

表一 组成成分 异辛烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 乙炔 各成分百分比

0.01

2.25

49.3

23.48

21.96

3.79

1.19

0.02

对于设计温度下各成分的饱和蒸气压力如下：

表二，各温度下各组分的饱和蒸气压力 温度，℃ 饱和蒸汽压力，MPa

异辛烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 乙炔 -25 0 1.3 0.2 0.06 0.04 0.025 0.007 0 -20 0 1.38 0.27 0.075 0.048 0.03 0.009 0 0 0 2.355 0.466 0.153 0.102 0.034 0.024 0 20 0 3.721 0.833 0.294 0.205 0.076 0.058 0 50

7

1.744

0.67

0.5

0.2

0.16

0.0011

1、设计温度

根据本设计工艺要求，使用地点为太原市的室外，用途为液化石油气储配站工作温度为-20—48℃，介质为易燃易爆的气体。

从表中我们可以明显看出,温度从50℃降到-25℃时,各种成分的饱和蒸气压力下降的很厉害,可以推断,在低温状态下,由饱和蒸气压力引起的应力水平不会很高。

由上述条件选择危险温度为设计温度。为保证正常工作，对设计温度留一定的富裕量。所以，取最高设计温度t=50℃，最低设计温度t=﹣25℃。根据储罐所处环境，最高温度为危险温度，所以选t=50℃为设计温度。 1、设计压力

该储罐用于液化石油气储配供气站，因此属于常温压力储存。工作压力为相应温度下的饱和蒸气压。因此，不需要设保温层。

根据道尔顿分压定律，我们不难计算出各种温度下液化石油气中各种成分的饱和蒸气分压，如表三：

表三，各种成分在相应温度下的饱和蒸气分压

温度, ℃

饱和蒸气分压, MPa

异辛烷 乙烷 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戍烷 正戍烷

乙烯 -25 0 0.029 0.0946 0.014 0.0088 0.00095 0.000083 0 -20 0 0.031 0.127 0.0176 0.0105 0.00114 0.000109 0 0 0 0.053 0.2204 0.0359 0.0224 0.00129 0.000256 0 20 0 0.084 0.394 0.069 0.045 0.00288 0.00063 0 50

0 0.158 0.0825 0.1573 0.1098 0.00758

0.0019 0

有上述分压可计算再设计温度t=50℃时，总的高和蒸汽压力

P=

i

n i i p

y ∑8

1

===0.01%×0+2.25%×7+47.3%×1.744+23.48%×0.67+21.96%×0.5+3.79%×

0.2+1.19%×0.16+0.02%×0.0011=1.25901 MPa

因为：P异丁烷（0.2）

当液化石油气在50℃时的饱和蒸汽压力高于异丁烷在50℃时的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，则取50℃时丙烷的饱和蒸汽压力作为设计压力。

对于设置有安全泄放装置的储罐，设计压力应为 1.05~1.1倍的最高工作压力。所以有Pc=1.1*1.744=1.9184MPa。

3、设计储量

参考相关文件，取石油液化气的密度为500Kg/m3，盛装液化石油气体的压力容器设计储存量为：

W=øVρt=0.9×25.4874×500=11469.33 t

二、机械设计

筒体和封头的设计：

对于承受内压，且设计压力P c=1.9184MPa<4MPa的压力容器，根据化工工艺设计手册（下）常用设备系列，采用卧式椭圆形封头容器。

筒体和封头的选形

a、筒体设计：

为了有效的提高筒体的刚性，一般取L/D=3~6，为方便设计，此处取L/D=4 ①。

所以

25

4

2

=

L

D

π

②。

由①②连解得：D=2.122m=2122mm 。

圆整得D=2000mm，根据公称容积V N=25m3，查化工工艺设计手册（下）中的推荐尺寸，取筒体尺寸D N=2000mm，L=7400mm。

L/D=3.7∈（3,6），满足结构要求。

b、封头设计：

因为封头与筒体配套使用，所以D N=2000mm。根据TB/4746-2000查得封头尺寸如下：

表四

公称直径D N(m) 总深度H(m) 内表面积A(m) 容积V(m3) 2000 525 4.493 1.1257

则V计=2V封+πD2L/4=2×1.1257+（3.14×22×7.4）/4=25.4874m3>25m3 且比较接近，所以结构设计合理。

封头的形状及尺寸如图：

图A

三、设备的结构设计

1、计算压力P c：

液柱静压力：

根据设计为卧式储罐，所以储存液体最大高度h max≤D=2000mm。

P静（max）=ρgh max≤ρgD=500×9.8×2=9.8×103 kp a

%5%511.0%10010

9184.1108.9/6

3

max <=×××=c P P ）静（ 则P 静可以忽略不记。 2、圆筒厚度的设计：

根据介质的易燃易爆、有毒、有一定的腐蚀性等特性，存放温度为-20~48℃，最高工作压力等条件，由JB 7421-2005选用Q345R 为筒体材料，适用温度为-20~250℃。根据GB150，初选厚度为6~25mm ，最低冲击试验温度为-20℃，热轧处理。

根据GB150查得Q345R 钢在厚度为3~16mm ，使用温度为-20~48℃时的许用应力[σ]=189MP a 。

∴ δ=

342.119184

.1_9.018922000

9184.1Φ_]σ[2=×××=c t i c P D P mm>3mm

∵ 对于Q345R ，需满足腐蚀裕度C 2≥1mm ，取C 2=2mm ，C 1=0.8mm 。

∴ δd =δ+C 2=11.342+2=13.342mm ， δn =δd +C 1+Δ=13.342+0.8+Δ=15mm

Q345R 属于普通碳素钢，查工艺设计手册（下）中的板材规范，选择厚度 δ=16mm 的

钢板，重量为125.6kg/m 2 。

∴ δe =16-0.8-2=13.2 mm 3、椭圆封头厚度的设计：

为了得到良好的焊接工艺，封头材料的选择同筒体设计。 ∴ δ=

9184

.15.0_9.018922000

9184.15.0_][2××××=c t

i c P D P σ=11.31 mm 同理，选取C 2=2 mm ，C 1=0.8 mm 。

∴ δn =δ+C 1+C 2+Δ=11.31+0.8+2=15 mm

跟筒体一样，选择厚度为16mm 的Q345R 为材料冲压成型。

∴ δe =16-0.8-2=13.2 mm 4、容器法兰的设计

查JB/T 4700-4707—2000《压力容器法兰》， 根据储罐公称直径D N =2000mm ，公称压力P N =2.5MPa ，查表1 法兰分类及参数表，选取长颈对焊法兰，标准号为JB/T 4703，密封面为凹凸面密封。

根据介质有一定的腐蚀能力，选用法兰材料（锻件）为16Mn ，查表7 长颈法兰适用材

料及最大许用工作压力，可知：16Mn 法兰在公称压力P N =2.5MPa 、工作温度为 -20~200℃事的最大许用工作压力为2.5MPa ,能满足使用要求。

由B/T 4700-4707—2000《压力容器法兰》，长颈对焊法兰尺寸表1查得法兰尺寸如下表5：

表5

PN=2.5MPa 是长颈对焊法兰的尺寸 公称直径DN ，mm

法兰，mm

螺柱

对接筒体

D

D1

D2

D3

D4

δ

H

A

δ1

δ

2

R

d

规格 数量 最小厚度

δ0，mm 2000 2250 2180 2129 210210144 154 64 28 42 18 39

M

6 24