丙烯腈儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

1、10萬噸丙烯腈廠丙烯腈儲(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)工藝末端的丙烯腈產(chǎn)品的存儲(chǔ)。該丙烯腈廠生產(chǎn)的產(chǎn)品定位是高純度丙烯腈。純丙烯腈沸點(diǎn)77.3，常溫下為無色的有刺激性氣味液體。對(duì)于丙烯腈的儲(chǔ)罐國(guó)家和行業(yè)并無專門的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)參照?中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用丙烯腈?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、 平安要求1. 丙烯腈屬高度危險(xiǎn)品，具有燃燒、爆炸性質(zhì)，閃點(diǎn)-5，自燃點(diǎn)481，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)中需要考慮如何防止形成燃燒、爆炸氣氛。2. 丙烯腈劇毒而且易揮發(fā)，能通

2、過皮膚及呼吸道為人體吸收，應(yīng)盡可能減少丙烯腈的揮發(fā)。3. 工作區(qū)域空氣中丙烯腈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)，那么每小時(shí)體積流量為：考慮到丙烯腈產(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(chǎng)價(jià)格的波動(dòng)，設(shè)計(jì)丙烯腈在儲(chǔ)罐中的停留時(shí)間為72h，于是儲(chǔ)罐的體積為：為方便計(jì)算，取丙烯腈儲(chǔ)罐的體積為1200m3進(jìn)行設(shè)計(jì)。2. 儲(chǔ)罐種類選擇丙烯腈儲(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。丙烯腈產(chǎn)品理化性質(zhì)有：密度：765.021kg/m3,純度：>99.9%。根據(jù)設(shè)計(jì)的儲(chǔ)

3、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)標(biāo)準(zhǔn)?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)鋼熱軋鋼鈑和鋼帶?(GBT3274)以及丙烯腈屬于高毒介質(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)采用不等壁厚設(shè)計(jì)。儲(chǔ)罐的最省材料的經(jīng)濟(jì)尺寸：H( sf (S1+S2)/ g)1/2D(4V)/ (p H)1/2其中 罐壁板厚度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-s

4、焊縫系數(shù)-f儲(chǔ)液比重-g 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<2000m3的儲(chǔ)罐，罐頂板厚度取8mm，對(duì)于1000 m3<V1500m3的儲(chǔ)罐，選取罐底板厚度為6mm。 那么計(jì)算得H=( sf (S1+S2)/ g)1/2=(1890*0.9*(0.8+0.6)/0.765021*10-3) 1/2=17.64mD(4V)/ (p H)1/2=(4*1200)/ (p *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.

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：d(g(H-0.3) D/(2sf)+c1式中 d 該圈罐壁的最小計(jì)算壁厚 cm g 貯液重度(g 1時(shí)取1， g 1 時(shí)取實(shí)際值)tf/m3 H 頂端到計(jì)算圈板下端的距離 m D 貯罐直徑 m s 許用應(yīng)力 kgf/ m2 f 焊縫系數(shù) c1 腐蝕余量 m其中，D=10.5m，H=18,16,14,12,10,8,6,4,2m，s=189

6、MPa,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壁厚編號(hào)123456789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 =1.2×10.5 = 12.6m。自支撐錐頂?shù)暮穸瓤砂匆韵鹿接?jì)算：式中 D儲(chǔ)罐直徑，m； p罐頂自重和附加載荷之和。取罐頂厚度為8mm，估算罐頂重為7500kg，折合成單

7、位面積載荷為 Pa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=1973.4Pa E彈性模量，取E=200Gpa； 母線與水平面夾角，取自支撐錐頂坡度為1/2，于是=300；C腐蝕裕量，mm。園整至鋼板規(guī)格厚度8mm。所以假設(shè)罐頂厚度8mm合理。（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之間，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+2×100=12500mm。6. 開口設(shè)計(jì)共設(shè)計(jì)兩

8、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，那么有孔徑四、 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： 抵抗力矩： 式中 H貯罐高度,H=18m； 貯罐自重包括附件及配件，=43735×1.01442200； 貯液自重,空罐時(shí)取=0； Q風(fēng)載荷，Q=CKZW0A kN 其中： C形狀系數(shù)，取C=0.7； KZ風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取Kz=1.15 設(shè)計(jì)風(fēng)壓值，=0.35kN/

9、m2 A受壓面積，即儲(chǔ)罐的最大垂直投影面積，A=HD=189m2 Q=C.KzW0A=34.13kN M D =HQ=238.91KN.m MR=D(W1+W2)=2382.4 kN .m MD<MR 平安（2） 滑移由風(fēng)載荷在罐底板下外表的滑移剪力應(yīng)小于由底板和根底之間的摩擦抵抗力(取空罐時(shí)最危險(xiǎn)的情況). 滑移剪力: FD=Q FR=(Wr +WL)式中-靜摩擦系數(shù),取=0.7(鋼板和瀝青砂石之間的摩擦系數(shù))。 FD=43.39 kN .m FR=303.2 kN .mFD<FR 平安（3） 第一圈罐壁底部的最大壓應(yīng)力 Pa式中 N1第一圈罐壁底部的垂直荷載，按罐體自重的80%計(jì)算； A1第一圈罐壁的截面積，A1 =D11 Z1第一圈罐壁的截面抵抗距，Z1=0.785D11 D1第一圈罐壁的平均直徑，10.5m； 1第一圈罐壁的實(shí)際壁厚，。 N1=35360 Kg A1=0.1797m2 Z1=A1=0.493922m3 =5.87×106Pa（4） 第一圈罐壁的容許臨界壓力H根底頂面至罐壁頂面的高度，H=18m。 平安 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0.35KPa的風(fēng)載荷作用下,平安穩(wěn)定。五、 數(shù)據(jù)整理及設(shè)計(jì)示意圖表2 丙烯腈儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)參數(shù)匯總工程設(shè)計(jì)值操作壓力常壓操作溫度030設(shè)計(jì)容積1200m3體