500m3_液化石油气储罐设计毕业论文.doc

四川理工学院毕业设计（论文）四川理工学院毕业设计（论文） 500m3液化石油气储罐设计学 生：学 号：09011010223专 业：过程装备与控制工程班 级：2009.2指导教师：林海波 四川理工学院机械工程学院二o一三年六月四 川 理 工 学 院毕业设计任务书设计题目： 500m3液化石油气储罐设计 学院：机械工程专业：过程装备与控制工程班级：2009级2班学号：09011010223学生： 指导教师： 林海波 接受任务时间 2013年3月1日 系主任 （签名）院长 （签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求设计题目：500m3液化石油气储罐设计介质：液化石油气 容积：500m3放置地点：四川自贡，进行选型论证和结构设计。完成：0#总装配图一张，零部件图0#图总量1张，设计说明书一份。2指定查阅的主要参考文献及说明nb/t 47001-2009 .钢制液化石油气卧式储罐型式与基本参数 gb1502011.钢制压力容器卧式储罐焊接工程技术我是储罐和大型储罐3进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1资料收集，阅读文献，完成开题报告3月 1 日至3月24日2完成所有结构设计和设计计算工作3月25日至4月21日3完成所有图纸的绘制、完成设计说明书的撰写4月22日至5月22日4完成图纸和说明书的修改、答辩的准备和毕业答辩5月23日至6月7日5毕业设计修改与设计资料整理6月 8 日至6月14日摘要用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的储罐，在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用。本设计运用常规设计的方法，对卧式液化石油气储罐的筒体、封头进行厚度设计计算，对水压试验进行校核，并对所开人孔进行补强设计。按照相关标准选择密封装置、人孔、支座、接口管以及部分安全附件。根据设计时的需要附上一些储罐零件图与储罐装配简图。完成了一个相对比较完整的卧式液化石油气储罐的设计。关键字：储罐；压力容器；设计；计算abstract storage tank is used to store or pack gases, liquids, liquefaction gases and other media. it is widely used in the chemical industry, petroleum, energy, light industry, environmental protection, pharmacy and food industries.conventional design methods is used in this design to calculate and design the thickness of the horizontal cylinder of liquid ammonia storage tank and the head, check the water pressure test, and reinforced design of the opened manhole. selected hermetic devices, manhole, supports, hicky tube and security accessories according to related standard. it includes some simplified drawing of tank parts and tank assembly according to the needs of this design. a relatively completed design of horizontal liquid ammonia storage tank is accomplished.keywords: storage tank；pressure vessel；design；calculate iii目录摘要iabstractii第一章 绪论61.1 lpg的属性6 1.1.1 lpg 危险特性6 1.1.2 lpg 储罐泄漏分析61.2 液化石油气储罐事故应急处理9 1.2.1 风险评估容器的失效与破坏10 1.2.2 失效分析及预防措施101.3 液化石油气储罐应力腐蚀原因和处理措施14 1.3.1 应力腐蚀的产生，必须具备以下条件141.4 液化石油气储罐钢结构防晒(雨)棚防火保护20 1.4.1 钢结构防晒(雨)棚组成及特点21 1.5.1 工艺改造背景24 1.5.2 液化石油气固定床无碱脱臭组合工艺24 1.5.6 无碱脱硫醇工艺进一步优化运行的思路29第二章 设计选材及结构302.1 工艺参数的设定30 2.1.1 设计压力30 2.1.2 筒体的选材及结构30 2.1.3 封头的结构及选材30第三章 设计计算333.1 筒体壁厚计算33第四章 附件选择354.1 人口的选择354.5 安全阀的选择41 4.7.1 鞍座结构和材料的选取43 4.7.2 100m容器载荷计算43 4.7.3 鞍座选取标准44 4.7.4 鞍座强度校核44 4.7.5 200m容器载荷计算45 4.7.6 鞍座选取标准45 4.7.7 鞍座强度校核46第五章 筒体和封头的校核计算475.1 100m筒体轴向应力校核47 5.1.1 由弯矩引起的轴向应力47 5.2.3 轴向应力组合与校核50第六章 容器焊缝标准516.1 压力容器焊接结构设计要求51第七章 结论52参考文献53致谢55 第一章 绪论1.1 lpg的属性lpg(液化石油气)是民用与工业燃料应用非常广阔，其中主要成分有丁烷和丙烷，其中还有少量介质是乙烯、丙烯、丁二烯等等，液化石油气的主要来源是油田开采的伴生气和石油提炼过程中的炼厂气。因为液化石油气是易燃、易爆，所以曾经多次发生火灾、爆炸事故，造成了严重的财产损失和人员伤亡。了为更好的测事故影响范围和危害程度、制定事故防范措施和应急救援措施，我们必须去了解和掌握lpg 危险特性、lpg 储罐的失效形式、事故类型、事故后果模拟计算，这在液化石油气储存应用时非常有意义的。1.1.1 lpg 危险特性(1)易燃性。lpg 主要组分为丁烷和丙烷，都为甲a 类火灾危险品，闪点低，极易燃烧。(2)易爆性。丁烷和丙烷的爆炸下限低，爆炸极限范围宽，着火能量小，体积膨胀系数大，爆炸危险大。(3)易积聚性。丙烷、丁烷蒸气均比空气重，泄漏后易在各种建筑物、构筑物空间的低处以及地沟、管网缝隙处积聚。(4)易挥发性。lpg 沸点低，泄漏后立即闪蒸，由液相变为气相，体积急剧膨胀，气相是液相的 250300 倍。(5)易产生静电特性。如发生小孔喷射，因流速快，可产生高电位静电，液体在管线系统、储罐等设施内流动时易积聚静电。(6)易膨胀特性。lpg 以常温压力储存居多，体积随温度升高而膨胀，且膨胀系数大。(7)腐蚀性。lpg 常含有少量硫化物，腐蚀储罐内壁，容易引起裂纹，导致强度下降，破坏焊缝而引发事故。(8)一定程度的毒性。lpg 具有一定毒性，有窒息及麻醉作用。工作场所有害因素职业接触限值(gbz2-2002)对工作场所空气中有毒物质容许浓度规定：时间加权平均容许浓度为1000 mg/m3，短时间接触容许浓度为1500 mg/m3。1.1.2 lpg 储罐泄漏分析lpg 储罐泄漏可分大量泄漏和少量泄漏。泄漏将因介质状态、存储条件、泄漏口的形状、面积、位置及外部条件呈多样性和复杂性。1 小量泄漏lpg 储罐的接管有液相进口、气相进口、液相出口、气相出口、排污口、放散口以及人孔等。由于集中应力的作用，各种接口、焊缝处较容易出现泄漏。lpg 中大多含有硫化氢，对罐内壁有腐蚀作用，易造成局部穿孔。储罐中含有一定量水分，长期贮存时，积聚在储罐下部，在罐底水层作用下，罐底及罐底阀件的腐蚀较其它部位严重，易出现泄漏。2 大量泄漏(1)储罐受热破坏。储罐或其附近有火灾时，储罐处于受热状态，造成压力升高，壁温增加，材料强度下降，承压能力降低，致使储罐破裂。同时气液相界面处存在温差，器壁上产生局部热应力，器壁在增大的内压作用下受拉伸，容易产生裂缝；裂缝一旦出现，带压的介质蒸气将迅速从裂缝喷出，导致器内压力急速下降，造成器内介质呈过热状态，大量介质在瞬间气化，可发生沸腾液体蒸气爆炸(bleve)1。遇到火源还会引起蒸气云燃烧爆炸(vce)。若储罐发生较小的局部破裂，则会在破裂处引起介质喷射释放，引起持续泄漏，遇到火源会引起喷射火焰，产生热辐射并作用于储罐，造成储罐进一步破坏，并可能引起bleve 和vce。(2)罐体焊缝质量缺陷。泄漏点发生在储罐本体焊缝上。多数事故的直接原因是焊缝突然开裂，lpg 大量泄漏。(3)充装过量等操作失误。操作失误导致充装过量，lpg体积急剧膨胀而使罐内压力急剧上升，导致安全阀起跳，甚至导致超压爆裂。(4)罐体基础沉降。因lpg 罐体庞大、盛装量多，基础负荷大，如设计缺陷或施工质量不良，都可能引发储罐基础的不均匀沉降，造成罐体局部应力急剧增大，导致罐体开裂或破坏。(5)外力、自然因素影响。罐体可能受外界强力、自然灾害等侵袭，导致罐体出现裂缝或爆裂。1.1.3 lpg 储罐事故情景根据lpg 危险特性、储存特点及失效形式和对以往lpg 事故归类分析，按储罐事故可能发生的先后顺序，把事故类型分为泄漏、喷射火、扩散、闪火、蒸气云爆炸、沸腾液体扩展蒸气爆炸六类，一般情况下沸腾液体扩展蒸气爆炸危害最大2-3。(1)泄漏(release)。lpg 储存过程中因各种原因发生大量泄漏或小量泄漏事故，泄漏是威胁lpg 储罐和罐区安全的主要祸根。(2)喷射火(jet fire)。压力储存的lpg 发生泄漏，将形成喷射流。若在泄漏口处被点燃，此时形成的火灾称为喷射火。(3)扩散(dispersion)。lpg 发生泄漏后急速气化，若不立即点燃，与空气混合形成云团，属于重气云团，向周围环境扩散。液化气体转变为气体的体积膨胀系数很大，一旦形成蒸气云则影响范围广，给云团覆盖区域及周围的区域带来潜在的火灾爆炸危险。(4)闪火(flash fire)。lpg 泄漏到空气中，形成蒸气云，遇到点火，在无约束空间产生无爆炸性的燃烧称为闪火。发生闪火时，处于云团内的人员可能受到严重烧伤，蒸气云之外的人员，不会受到明显的伤害3。(5)蒸气云爆炸(vce)。lpg 泄漏后与周围空气混合，形成蒸气云。若蒸气云浓度在爆炸浓度极限范围内并处在受约束(例如建筑物、设备等障碍物)的空间，遇火源，则发生蒸气云爆炸。(6)沸腾液体扩展蒸气爆炸(bleve)。bleve 是指由于装有液化气体的容器发生灾难性的失效，压力平衡被破坏，导致沸腾液体扩展蒸气爆炸性的泄放。bleve 虽有爆炸波和爆炸导致的裂片产生，但爆炸火球产生的热辐射是最主要的伤害4。1.1.4 储罐发生蒸气云爆炸评价应用实例某lpg 项目位于广州市某区，其lpg 产品是根据用户需求由丙烷和丁烷按比例混配而成。丙烷储罐工作温度为30 ，工作压力为1.25 mpa，容积为3500 m3，储罐的充装率为85 %。假设储存的液化丙烷为饱和液体，此时的储存压力为9.79105 pa。该地区的年平均风速为2.4 m/s，年平均温度为21.9 ，年平均相对湿度为81 %，年平均气压为101.24 kpa，该库区域半径1 公里范围内室内人员密度为0.00003 人/m2，室外人员密度为0.00003 人/m2，房屋占有率为0.5 %。1.1.5 多能法评价丙烷蒸气云爆炸计算过程采用多能法模拟评价丙烷蒸气云爆炸，其计算过程如下：1 蒸气云体积。首先需计算丙烷蒸气的化学计量浓度面积和高度(由泄漏扩散计算求得)，求得蒸气云体积vc(m3)：vc=ah其中，a蒸气云化学计量浓度面积，m2；h蒸气云化学计量浓度高度，m。2 计算爆炸源半径r0(m)：r0=(3/2vc/)1/3爆源总能量e0(mj)：e0=vcec/3其中，ec绝大多数碳氢化合物在化学计量浓度下的燃烧热，3.5 mj/ m3 。3 爆炸波伤害距离。假设云团封闭率为4 %，对于储罐库区，爆源强度等级为7，通过多能法爆炸波伤害拟合回归方程计算出死亡半径、重伤半径、轻伤半径、财产损失半径。1.1.6 多能法评价丙烷蒸气云爆炸结论(1)丙烷储罐一旦发生爆炸性蒸气云事故，在平均风速条件下，丙烷蒸气云爆炸的死亡半径为14.018 m，重伤半径为33.265 m，轻伤半径为62.607 m。爆炸波对处在伤害范围内的作业人员及消防人员的安全构成严重威胁。(2)蒸气云爆炸所产生的冲击波将对设备设施产生破坏作用：在平均风速条件下，丙烷蒸气云爆炸导致房屋破坏不得居住半径为71.881 m，房屋cb级破坏半径为52.277 m，直接财产损失858.577 万元。事故损失严重度处于“特大损失事故”等级。爆源邻近的储罐一旦遭到严重破坏，可能产生连锁反应，比如储罐破裂，导致新的火灾爆炸事故等，造成更大的损失。(3)蒸气云在未遇明火前，将随着时间的推移，向下风向扩散，在稀释到爆炸下限之前，若遇点火源随时有发生蒸气云爆炸的危险，蒸气云爆炸位置具有不确定性，其下风向位置危险性最大。(4)鉴于蒸气云爆炸事故危害严重，采取有效技术和管理措施及设置必要安全设施是防止介质泄漏造成蒸气云爆炸事故的重中之重。液化石油气一旦发生泄漏事故，应迅速启动泄漏事故应急救援预案，设法驱散蒸气云并控制好火源，以防止蒸气云爆炸。通过对lpg 危险特性、储存特点、储罐的失效形式及对以往lpg 事故的归类分析，系统地总结了lpg 储罐的事故类型，综合比对了各类事故类型的特点，推荐了适用于 lpg 特性、被广泛应用的、与工程应用吻合性较好、准确度较高的数学模型。以某lpg 项目为应用实例，以丙烷储罐为蒸气云爆炸的评价对象，进行vce 事故后果模拟评价，确定lpg 储罐事故后果严重度及影响范围，为制定防范措施、事故应急措施和管理决策提供技术支持。1.2 液化石油气储罐事故应急处理液化石油气的储存发生事故主要是压力容器的受压元件的失效引起的，所以我们还要考虑和做好压力容器发生事故时的应急处置，把损失降到最好。由于压力容器本身具有的爆炸能量，以及所含介质外泄可能导致的次生灾害，都会危害容器附近的人员和设施，因此在各行各业使用的压力容器本身就具有一定的风险。压力容器破坏的原因可以从内因和外因两方面分析，外因指介质的压力，温度和腐蚀特征等。内因是指结构材料的内在缺陷。为了防止事故的发生，提高设备的利用率，必须从设计，选材，制造工艺，安装，使用和检验各环节加以控制。在固定式压力容器安全技术监察规程中引入设计阶段的风险评估要求，对高参数，高危险性的类压力容器开始进入基于失效模式的设计和风险控制的尝试性工作，目的在于在设计阶段全面分析压力容器可能出现的失效模式，更可靠地进行设计，保障压力容器的的本质安全，对于压力容器安全管理人员和作业人员进行安全控制具有重要的辅助作用。1.2.1 风险评估容器的失效与破坏1 容器的失效模式压力容器由于载荷或温度过高而失去正常工作能力称为失效。其表现形式一般有三种情况:(1) 强度不足。即在确定的压力或其他载荷下，容器发生过量塑性变形或破裂。(2) 刚度不足。即容器不是因强度不足而发生过量塑性变形或破裂，而是由于弹性变形大而导致运输安装困难或丧失正常工作能力。(3) 失稳。即在压应力的作用下，容器形状突然改变而不能工作。2 容器在使用中的失效模式 除了传统设计考虑的失效模式外，容器在使用中的失效模式有二类，其一是泄漏，可能由器壁减薄、焊缝( 角焊缝) 缺陷、法兰连接密封结构失效等引起; 其二是开裂，可能有冷裂纹、再热裂纹、应力腐蚀开裂等。3 容器的破坏型式压力容器的失效不一定就是破坏，压力容器的破坏则是各失效类型中为数较多的一种方式。按压力容器的破坏型式及机理，通常分为延性破坏、脆性破坏、腐蚀破坏，疲劳破坏和蠕变破坏五种。腐蚀破坏包括均匀腐蚀和断裂腐蚀。应力腐蚀是断裂腐蚀中的一种。本容器的主要破坏型式为前三种。4 容器破坏产生的危害由于储罐内介质为丙烷，是易燃易爆的液化气体，在空气中爆炸下限为2 37%，其爆炸上限为9 5%，当容器发生破裂或介质外漏时就会很容易引起爆炸，产生灾难性后果。这主要表现其一是冲击灾害，主要指爆炸碎片及爆炸时的冲击波对建筑物、设备及人员的伤害; 其二是火灾，易燃易爆物料的喷出遇明火或静电火花作用引起燃烧爆炸，称二次爆炸。1.2.2 失效分析及预防措施1 常规设计对失效的控制常规设计法，以弹性失效为准则，以薄膜应力为基础，限定最大薄膜应力强度不超过规定的许用应力值。gb150 在总体上采用的是常规设计法，不区分应力性质及危险程度，采用区分载荷和结构给出不同的系数。（1） 强度失效的型式1) 过度变形失效: 指容器在总体上或局部区域发生了不可恢复的明显的塑性变形，如总体上大范围鼓胀，或局部鼓胀，不能再保障使用的安全性。2) 延性断裂: 容器发生了有充分塑性变形的破裂失效。在断裂前产生显著的塑性变形，延性断裂只有在器壁整个截面上材料处于屈服状态下才会发生。（2） 过度变形失效产生的原因1) 容器的壁厚过薄。器壁大面积使壁厚尖薄，在正常的工作压力下器壁一次薄膜应力超过材料屈服极限，使受压部件整体屈服而弹性失效。2) 由于不正常操作容器过量超装( 介质装量系数 0 95) ，使气相空间缩小，在环境温度升高时，压力急剧增大，导致壳体膨胀变形过大，弹性失效，引发破裂( 爆炸) 。3) 过度变形包括刚度失效，如法兰的刚度不足而引起扭转位移与转角过大，或法兰盘翘曲而导致密封破坏。4) 不可预见的自然环境温度升高，超过设计温度，如: 气候变暖、周围发生火灾等，使设备内压力增大，导致壳体弹性失效，引发破裂( 爆炸) 。5) 不可预见的高于地震设防烈度8 度( 本设备所采用的标准鞍座的地震设防烈度为8 度) 的自然灾害引起的设备倾覆:由地震引起的倾覆力矩使螺栓拉应力过大，螺栓变形、变细最终拉断失效; 由地震里引起的地脚螺栓剪应力过大使螺栓断裂; 由于地震载荷引起的水平地震力在支座腹板与筋板组合截面内产生的压应力超过鞍座材料的许用应力值导致设备倒塌、变形破裂。（3） 过度变形失效预防措施1) 为防止大气氧化腐蚀( 均匀腐蚀) ，在容器的设计中取足够的腐蚀裕量，并确定经济的使用寿命，设备表面防腐处理。2) 在设备在用期间或检验时重点进行测厚检查。3) 严格控制介质的充装量，介质装量系数0 9。4) 在设计中选用压力和刚性足够的带颈对焊管法兰，选用金属缠绕垫片和高强度专用级螺栓组合 安装螺栓对称安装，使法兰均匀受力，预紧力不超过允许范围。5) 在突发事件发生时，应使设备降温，如: 用水喷淋等; 得到国家地震预测报警后，可将罐内物料排空转移，停止使用。2 脆性破坏(1) 脆性破坏的特征容器在脆性破坏时没有明显的塑性变形，且根据破坏时的受载情况计算，器壁的薄膜应力低于材料的屈服极限，因而危害更大。其断口的形貌平直，有金属光泽。(2) 脆性破坏产生的原因低温的影响使材料韧性降低和结构件存在缺口等应力集中。对压力容器脆性破坏来说，裂纹性缺陷影响甚至比温度影响更大。当结构件内部裂纹缺陷的尺寸达到一定值后，即使材料具有较高的冲击韧性，仍可能发生脆性断裂。(3) 脆性破坏的预防提高焊接质量是防止脆性破坏的重要措施。无论是容器在水压试验中和使用时发生脆性破坏，其断裂部位往往是以焊接接头处开始。这是因为脆性破坏直接与缺口的存在和材料韧性的降低相关，而焊接接头很容易具备这两个条件。一方面是焊接接头内部总是存在微裂纹; 另一方面，在焊接接头的热影响区总存在不同的金相组织，从而使焊接接头的断裂韧性比母材差。因此，提高焊接质量对于防止容器脆断尤为重要。3 提高焊接质量的主要措施有(1) 设计合理的焊接结构不仅要尽量设法减少焊接结构本身的应力集中，还要注意使焊缝尽量远离其它应力集中的区域，以避免焊缝本身和其它部位的应力集中相互迭加，造成更为复杂的应力状态。(2) 制定合理的焊接工艺如焊前预热、焊后缓冷、焊后消除应力热处理等。(3) 对压力容器进行定期检验主要是对焊缝的检验，采用表面探伤和超声检测，检验重点是有否存在裂纹。4 应力腐蚀破坏（1） 应力腐蚀特征应力腐蚀破裂是金属在应力( 拉应力) 和腐蚀介质的共同作用下( 并有一定的温度条件) 引起的破裂。应力腐蚀现象较为复杂，当应力不存在时腐蚀甚微，当有应力后，金属会在腐蚀并不严重的情况下发生破裂，由于破裂是脆性的，没有明显的预兆，容易造成灾难性事故。应力腐蚀有腐蚀性介质的作用，在应力和介质的交替作用下造成材料腐蚀机械性开裂，在裂纹扩展阶段，应力腐蚀裂纹扩展速率比相同应力水平下一般的裂纹扩展速率要大的多。应力包括外加载荷的作用，热应力以及冷热加工或焊后产生的残余应力。（2） 应力腐蚀机理常温下盛装混合液化石油气的容器( 含残液储罐) ，由于气源成分定，如果硫化氢含量偏高，在湿硫化氢环境中( lpg储罐的液相硫化氢含量不低10 mg /kg 时称为湿硫化氢环境) ，硫化氢与钢材反应生成的氢原子渗透到钢材中后，可产生氢鼓泡，氢致开裂等缺陷，并使钢的脆性加大，在拉应力下造成硫化物应力腐蚀开裂。常见的是在硫化氢环境和应力共同作用下产生的应力腐蚀，在操作压力作用下lpg 储罐会在很多部位产生拉应力，壳体产生的拉应力与介质中的硫化物共同作用，有可能在罐内壁母材或焊接接头部分产生应力腐蚀，导致表面出现裂纹。（3） 应力腐蚀表象和形态为1) 从焊缝表面和射线底片上观察，裂纹可能呈断续存在，近似横向居多且呈网状或龟裂状;2) 从断面金相看，宏观: 腐蚀区呈树枝状裂纹; 微观: 沿晶、穿晶或沿、穿晶混合裂纹。（4） 应力腐蚀影响因素1) 硫化氢应力腐蚀裂纹，当然是受硫化氢浓度的控制，但除此以外，作为助长裂纹产生的因素有母材及焊缝的强度，硬度，化学成分，残余应力，缺陷等。2) 在充装、排料和检修过程中，容易受空气污染，而大气中的氧和二氧化碳能促进液化石油气应力腐蚀。（5） 应力腐蚀预防措施1) 选用材料的要求及限制条件应按hg20581 6 7 2 条第2 款( 1) (5) 的规定;2) 合理的设计结构以避免应力集中，包括焊接接头型式，如接管内伸应倒园;3) 焊接按hg20581，6 7 2 条第4 款( 1) ( 5) 的规定;4) 采用hb185 焊接工艺施焊;化石油气储罐焊接区的整体硬度。同时，在液化石油气储罐焊接区壳壁的外部吸附的水蒸汽容易凝聚成水珠，并且与h2s气体发生电化学反应，导致大量氢气的存在，这也是增加此处发生腐蚀现象的主要因素。3）科学、合理的添加缓蚀剂在液化石油气储罐的防腐处理中，在加强涂层保护的基础上，科学、合理地添加缓蚀剂是至关重要的，也是加强储罐整体防腐性能的简单、有效、环保的先进方法。目前国内外应用的缓蚀剂多含有极性基因，可以在储罐的金属层表面形成具有保护性质的吸附膜，并且利用分子中的疏水基团达到阻碍h2s和水直达金属表面的作用，从而降低液化石油气储罐发生腐蚀的几率。在国内外现阶段使用的液化石油气储罐中，由于储罐中普遍含有一定量的h2s和水，这是引发储罐出现腐蚀现象的主要因素，而在储罐内部及表层添加专业的缓蚀剂则显得尤为重要。在液化石油气储罐中添加缓蚀剂的关键在于，能否合理选择对于h2s和水等液化油气具有较强吸附性的缓蚀剂。4）合理选择检验周期定期对于液化石油气储罐的腐蚀状况进行检验是十分重要的，也是石油化工企业必须重视的日常性管理工作之一。液化石油气储罐检验周期的选择过程中，一定要符合相关设备的安全使用期限，而且要全面分析检验成本、安全风险，以及缺陷修理成本等主客观因素，保证检验工作的全面开展和进行。在对液化石油气储罐进行全面检验时，检验的项目主要包括：罐体内部及表面的焊接区域与接头、表面损伤、以及其他应力相对集中的部位，对于罐体焊缝必须定期进行彻底的无损检测。在液化石油气储罐的长期使用过程中，设备管理人员和安检人员应特别关注湿h2s工况下储罐出现的不同程度开裂现象，在全面探析形成此类缺陷原因的基础上，应严格检查是否存在较为细微的裂缝存在。1.4 液化石油气储罐钢结构防晒(雨)棚防火保护我国地域广阔,东西南北气候差异较大,南方降雨量大,气候潮湿,北方降雨量少,气候干燥,年日照时间长,某些地方夏季地表温度甚至可达70多。因此,在液化石油气储罐设计制造工程中,为防止储罐长期处于日晒雨淋状态,便采取设置防晒(雨)棚的办法来解决这一问题。防晒(雨)棚的材料组合基本上是全钢结构。众所周知,钢结构耐火时间短,火灾实验及实例证明,在全负荷的情况下钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度约为540,在600时,约15 min左右,裸露的钢结构就基本失去应有的支承能力,造成建筑结构倒塌,形成二次灾害事故。为此,国家有关建筑消防规范做出了相应的防火保护规定,但是,针对液化石油气储罐钢结构防晒(雨)棚是否需要进行防火保护,国家消防规范没有明确而具体的规定,下面就此问题谈一点自己肤浅的见解,供大家参考。1.4.1钢结构防晒(雨)棚组成及特点1 构件组成。目前国内设计制作的液化石油气储罐钢结构防晒(雨)棚的柱、梁、檩条、拉筋、屋面板等,基本上是由普通碳素结构钢(包括工字钢、h钢、角钢、方钢、圆钢等)、压型板(包括瓦楞板、彩钢板等)及螺栓经铆焊而成。2 特点。钢结构防晒(雨)棚除跨度大、承载力大、所用的材料单一等特点外,还有占地面积大、构件单体重量大、总用钢量大等特点。例如:某石油企业一座液化石油气站,储罐区建设有4具150 m3液化石油气卧形储罐,平面布置呈长方形,设置的钢结构防晒(雨)棚,占地面积660 m2,最大高度10 m。主结构梁采用30i工字钢,最长的梁32 m,重量约1.54 t;柱采用的也是30i工字钢,高8 m,重量约0.39 t,共15根,合计重量约5.85 t,其中,屋顶总重量约20 t。1.4.2钢结构防晒(雨)棚防火保护现状1 无法可依。关于建筑钢结构防火保护设计方面涉及到的现行消防规范主要有gb 500016-2006建筑设计防火规范(以下简称建规)、gb 50183-2004石油天然气工程设计防火规范(以下简称天然气规范)、gb 50160-1992石油化工企业设计防火规范(以下简称石化规范)、cecs200:2006建筑钢结构防火技术规范(以下简称钢结构规范)。建规只是对建筑室内裸露的钢结构部分及钢结构工业厂(库)房的防火保护做了相应规定;天然气规范和石化规范也仅对容器、主管架等承重的钢结构部分的防火保护做了相应的规定。至于液化石油气储罐钢结构防晒(雨)棚是否需要进行防火保护,这几本规范均没有明确规定。因此,多年来,在液化石油气储罐钢结构防晒(雨)棚防火保护设计或消防监督工作中,始终存在无法可依、观点不同等问题。2 形式多样。由于没有统一的国家规定,认识上的不一致性,在液化石油气储罐钢结构防晒(雨)棚防火保护工作中,存在三种情形:无防火保护。有防火保护,但是其设计、施工和材料选型等,是由设计或施工或使用单位根据自己对钢结构防晒(雨)棚防火保护的片面认识而确定的,这样就出现不同的设计或施工或使用单位,其防火保护的标准也不相同,比较杂乱。如耐火等级、耐火极限等。有防火保护,基本符合要求。这类钢结构防晒(雨)棚防火保护在其方案设计、材料选用、现场施工等,能结合现场实际,参照执行国家有关现行的钢结构防火保护标准,其质量基本达到要求。但是,此种情形所占比例不多。1.4.3钢结构防晒(雨)棚防火保护必要性分析1 钢结构防晒(雨)棚在火灾作用下的不稳定性。23石油气储罐火灾不同于普通的建筑火灾,它具有燃烧迅速、热辐射强、温度高、易复燃、冲击波强、破坏力大等特点。燃烧呈正压喷射式,火焰温度高达1 800,周围燃烧区温度约1 000左右,形状有圆柱形、扇形、火炬形和不规则分散形,焰长(或高)数米至几十米不等。而钢结构防晒(雨)棚的梁、柱、檩条、拉筋距离储罐24 m,火灾情况下基本上都处于热辐射或火焰高温的直接烧烤之中。所以,根据普通碳素结构钢的耐火性能和火灾实例表明,在液化石油气储罐火灾的作用下,钢结构防晒(雨)棚会完全失去应有的支承能力和稳定性,造成整体结构倒塌,并且时间很短,理论上讲应该在15 min以内。2 钢结构防晒(雨)棚在火灾作用下倒塌的危害性。破坏液化石油气储罐的结构,造成储罐泄漏源增加,导致火灾蔓延扩大。液化石油气储罐结构主要有球壳、支柱、拉杆、人孔、扶梯、进出料管及安全附件等组成。其中,温度计、液位计、安全阀、压力表这四大安全附件及进出料管,均属于抵抗撞击的“脆弱点”。当钢结构防晒(雨)棚在液化石油气储罐火灾作用下,数吨重的大型钢柱、梁、檩条、拉筋及屋顶倒塌后,完全有可能直接撞击在这些储罐结构的“脆弱点”上,造成储罐附件及管线断裂和液化石油气外泄,产生新的燃烧点,导致火灾蔓延扩大。破坏安装在液化石油气储罐上的固定消防设施,使消防设施不能发挥应有的作用。按照国家有关消防规定,单罐容积大于20 m3的液化石油气储罐均安装有固定消防冷却喷水装置,装置的环管直径一般在dn40dn80 mm之间。当钢结构防晒(雨)棚倒塌后,可直接破坏安装在储罐上的固定消防设施,造成冷却喷水装置扭曲、变形、断裂,使之不能正常工作。给扑救工作带来严重影响。钢结构防晒(雨)棚发生倒塌后,大量而笨重的钢柱、梁、檩条、拉筋等塌落物件,给冷却降温、喷雾稀释、清除障碍、暴露火点、关阀断气、堵漏控制等抢险扑救工作带来很大障碍,严重影响灭火工作的顺利展开。按照特种设备安全监察条例、压力容器安全技术监察规程及sh3136-2003液化烃球形储罐安全设计规范等规定,液化石油气储罐属于压力容器的范畴,其设计、安装及日常安全管理均有严格的防击打、防腐等规定。因此,通过上述对液化石油气储罐火灾特点和钢结构防晒(雨)棚的抗火性能分析,笔者认为有必要对液化石油气储罐钢结构防晒(雨)棚进行防火保护。1.4.4钢结构防晒(雨)棚防火保护方案1 火灾危险性分类。天然气规范、石化规范规定,液化石油气储罐火灾危险性分类为甲a类,建规规定,液化石油气储罐火灾危险性分类为甲类,所以,液化石油气储罐钢结构防晒(雨)棚按生产使用性质,其火灾危险性分类应是甲a类或甲类。2 防火保护范围。根据钢结构防晒(雨)棚的结构组成、特点及在火灾作用下的危害性等因素,防火保护的范围是柱、梁、檩条、拉筋的全部裸露部分。3 耐火极限。根据液化石油气储罐的火灾危险性分类,参照天然气规范第6.9.8条中耐火保护层耐火极限2 h和建规第3.3.5条、第3.3.6条耐火等级的规定,考虑到专业消防队伍30 min内赶到火灾现场的情况和防晒(雨)棚的实际功能,液化石油气储罐钢结构防晒(雨)棚的主结构柱和梁耐火极限不应低于1.5 h,次结构檩条和拉筋不应低于1.0 h。4 防火保护方法。钢结构防火保护的方法,目前国内主要有外包混凝土法、砌筑耐火砖法、包覆防火板法、包覆毡状柔性隔热材料法、涂敷防火涂料法等,在这些保护方法中,比较适合液化石油气储罐钢结构防晒(雨)棚保护的是涂敷防火涂料法。因为,涂敷防火涂料法尽管施工技术要求高,但是,质量轻,可以降低整体钢材的用量,外观比较协调一致;并且,通过近年来的实际应用,耐火性能可靠,技术成熟,是通过国家耐火性能质量检测认定的,便于监督。防火涂料的选型,钢结构规范第9.1.3条规定对室外钢结构工程不宜选用膨胀型防火涂料,石化规范第4.5.3条规定应采用厚型无机并能适用于烃类火灾的防火涂料,依据这两条规定,针对钢结构防晒(雨)棚的实际功能,从防火性和施工条件方面考虑,柱、梁宜选用室外厚型无机防火涂料,檩条和拉筋因横截面积小,厚型防火涂料无法施工,所以,宜选用室外薄型钢结构防火涂料。1.5液化石油气无碱脱硫醇工艺改造分析炼油厂的液化石油气中一般含有一定量的硫化物，除外，还有各种形态的有机化合物，如，czhssh，cos等。目前采用醇胺类脱硫剂有一乙醇胺二乙醇胺、n-甲基二乙醇胺和异丙醇胺等，脱除液化石油气中大部分的hzs，再采用预碱洗脱除剩余的h:s和部分小分子硫醇，再用催化氧化法脱除硫醇。催化氧化法脱硫醇是把催化剂磺化钦著钻或聚钦著钻分散到碱液中，液化石油气中的硫醇与碱液接触，与碱反应生成硫醇钠盐，溶解在碱液中，在再生塔中，通风氧化生成烷基二硫化物。从理论上讲，二硫化物应形成油相漂浮在碱液上面，分离出油相的二硫化物后，碱液得到彻底净化，再送至脱硫醇塔重复使用。但实际上，到目前为止，国内几十家炼油厂脱硫醇再生系统均无法依靠密度之差分离二硫化物。混在碱液中的二硫化物脱硫醇时，又返回到液化石油气中，造成其所含的硫化物大部分为二硫化物。虽然有个别装置对含二硫化物的碱液用轻质油萃取，但效果不理想。由于醇胺类溶剂易发泡带液，醇胺类溶剂被带到预碱洗系统，会使碱液稀释失效，必须频繁换碱。由于催化剂碱液大量携带二硫化物，必须定期更换催化剂碱液。另外，预碱洗的碱渣中含有大量的rsna和nas，随碱液一起进入碱渣罐。在酸化中和碱渣过程中，hs和rsh被置换出来，造成空气的严重污染，成为炼油厂恶臭的主要污染源1.5.1 工艺改造背景原油加工能力5.sm口a的大庆炼化分公司是集炼油与化工于一体的大型企业，年产液化石油气0.97mt。公司有两套液化石油气脱硫装置(i套0.34m“a，11套0.s5m口a)，原设计液化石油气脱硫都采用“湿法胺液脱硫+merox法碱液脱硫醇”组合工艺因为merox法碱液脱硫醇工艺运行能耗高，产生大量碱渣且不易处理，带来环保问题。为此，2002年对11套液化石油气精制系统进行技术改造，引进了北京三聚环保新材料有限公司(以下简称三聚环保)自主开发的无碱脱硫醇组合工艺技术和系列脱硫剂，之后进行扩29第三章 设计计算3.1 筒体壁厚计算查 压力容器材料使用手册-碳钢及合金钢得16mnr的密度为7.85t/m3，熔点为缝金属、补强元件） （4.2）筒体上多余金属面积： （4.3）有效补强宽度 b=2d筒体的有效厚度 所以2人孔接管上多余的面积： （4.4） 外侧有效高度：内侧有效高度即实际内伸高度 接管计算厚度：焊缝金属截面积：2则 2比较的 满足以下条件的可选用补强圈补强：刚材的标准常温抗拉强度mpa；补强圈厚度应小于或等于壳体壁厚的1.5倍；壳体名义厚度；设计压力；设计温度。可知本设计满足要求，则采用补强圈补强。所需补强圈的面积为：2补强圈的结构及尺寸：为检验焊缝的紧密型，补强圈上钻m10的螺孔一个，以通入压缩空气检验焊缝质量。按照根据焊接接头分类，接管、人孔等与壳体连接的接头，补强圈与壳体连接的接头取d类焊缝。根据补强圈焊缝要求，并查得结构图为带补强圈焊缝t型接头，补强圈坡口取b型（查化工容器及设备简明设计手册）。查标准hg 21506-92 得补强圈外径,内径则取485。计算补强圈厚度： （4.12）查标准补强圈厚度取20，计算的补强圈厚度也满足补强圈补强的条件。查得对应补强圈质量为42.33,5.4.3 进出料接管的选择材料：容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选择无缝钢管，采用无缝钢管标准gb8163-87。材料为16mnr。结构：接管伸进设备内切成45度，可避免物料沿设备内壁流动，减少物料对壁的磨损与腐蚀。接管的壁厚要求：接管的壁厚除要考虑上述要求外，还需考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管壁厚不宜小于壳体壁厚的一半，否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配。不需另行补强的条件：当壳体上的开孔满足下述全部要求时，可不另行补强。 设计压力小于或等于2.5mpa。 两相邻开孔中心的距离应不小于两孔直径之和的2倍。 接管公称外径小于或等于89。 接管最小壁厚满足以下要求。表4.2 接管最小壁厚要求接管公称直径/mm57657689最小壁厚/mm5.06.0因此热轧无缝钢管的尺寸为8912。 钢管理论重量为22.79/m。取接管伸出长度为150。管法兰的选择：根据平焊法兰适用的压力范围较低（pn2552.8498kn,为使封头对鞍座处的圆筒起加强作用，可取，则选a=700mm。左鞍座标记为jb/t4712-1992 鞍座 a3000-f.右鞍座标记为jb/t4712-1992 鞍座 a3000-s.具体尺寸如下表：表4.3 鞍座标准尺寸表公称直径dn允许载荷q/kn鞍座高度h螺栓间距l2包角肋板数个38004128250250012064.7.7 鞍座强度校核鞍座腹板的水平分力：查得鞍座包角120对应系数 支座反力：鞍座腹板有效界面内的水平方向平拉应力：式中 f鞍座反力，n； 椭圆封头长轴外半径，mm； l两封头切线之间的距离，mm； a鞍座与筒体一端的距离，mm； hi封头短轴内半径，mm。支座处截面上的弯矩： (5.2)所以 由化工机械工程手册（上卷，p1199）得k1=k2=1.0。因为m1m2，且arm/2=755mm，故最大轴向应力出现在跨中面，校核跨中面应力。筒体中间截面上最高点处 (5.3)所以 最低点处：最大轴向拉应力出现在筒体中间截面最低处所以 许用轴向拉压应力t=163mpa，而2t合格。最大轴向压应力出现在充满水时，在筒体中间截面最高处 轴向许用应力：根据a值查外压容器设计的材料温度线图得b=145mp