输气管道用卧式容器的设计及应用

石油天然气学报 ( 江汉石油学院学报)2 0 1 4 年 8 月 第 3 6 卷 第8 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y ( J J P I A u g 2 0 1 4 V o 1 3 6 N o 8 输气 管道用 卧式容器的设计及应用 梁奋飞 ，曲忠奎 ，张志强 ( 中国 石油天 然气 管道工程 有限 公司， 河北廊 坊0 6 5 O 0 0 ) 王军武 ( 中国石油 天然气管道局国际事 业部， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 ) 摘要卧式容器广泛应用于 石油化工、医药、食 品等各个领域 ，且在输 气管道站场和加 油站中也是 必不 可 少的设 备。卧式容器 是相对于立式容器而言 的，其筒体 轴线一般为水平 。基 于国 内外 多条输气管道工程设 计和应用经验，并结合缅泰输气管道 工程介 绍 了输气管道 工程用卧 式容器 的设计及应用 ，旨在 为类似管道 工 程项 目提 供 借 鉴 。 关键 词 卧式容器 ；输气管道 ；设计应用 ；材料选择；补 强计算 中图分类号T E 9 7 3 1 文献标 志码A 文章编号1 0 0 0 9 7 5 2 ( 2 0 1 4 )0 8 0 2 4 5 0 3 1 结构设计 卧式 容器 的结 构 ，主要 由筒体 、封 头 、法 兰 、工艺 接 管 、仪 表 接管 、放 空接 管 、人孔 和 鞍式 支 座 构 成 。地上安 装 的卧式 容器还应设 置梯子 、平 台 ；如果安装地 点的环境 温度低 于容器 盛装介 质操 作温度 ，还 应设 置保温 结构 。 卧式 容器 除设 置必须 的工艺接 管外 ，还应 根据需要 设置手孔 、检查孔 ，且 容器底 部 的最 低点 宜设置 排 净 口，当不 能在 圆筒 底部设置排 净 口时 ，可设置插 底管 ，其结 构型式可参 见 J B T 4 7 3 1 。 卧式容器 支座采用 鞍式支座 ，当采用规 范 J B T 4 7 1 2标 准的鞍座 时 ，在满足 J B T 4 7 1 2所规定 的条件 时 ( 鞍座包 角 q为 1 2 0 。 或 1 5 0 。 ，地震 烈度 8 。 ，钢 钢摩擦 系数 0 3 ) ，可 免 去对鞍 座 的强度 校核 ；否 则应 按 J B T 4 7 3 1 7 4进行强度 校核 。 当支座焊 接在容器上 时 ，其 中的一个支 座应采用 滑动或滚 动结 构 ，且应尽 量使 支座 中心到封 头切线 的 距 离小于或 等于 0 5圆筒 的平均 半径( 即半 径 与 0 5倍简 体厚 度之 和) ，当支座 中心到封 头切 线 的距离 无 法满 足小于 或等于 0 5 倍 的 圆筒平 均半径 时 ，也不 宜大于 0 2 倍 封头 切线 间的距离 。考虑 卧式容 器支 座处 局 部应力 时 ，可设置 容器 内、外加强 圈于鞍座平 面上或靠 近支座平 面处 。 2 设计规范应用 在输气管道工程中，卧式容器的安装位置根据实际情况大致可分为 3种情况 ，即埋地安装 、地上安装 和阀井安装 ；根据承受压力的情况可分为常压容器和压力容器，但输气管道 程 中的压力都 比较小 ，一般 不 超过 1 6 MP a ；从 容器盛装 的介质大 致可分 为 柴油 罐 、汽油罐 、排 污罐 3大类 ；而若 要从 卧式 容器 的容 积来 分类则 比较 困难 ，结合 国内外多个 输气管道 工程来看 ，容器 的容积根 据项 目的不 同而不 同 ，但一 般不 超 过 5 0 m。 。而输 气管道具 体到设计 规范 的选 择 ，大致 分为 2个方 向 ，一 个是常压 卧式容器 的设计 ，另一个 是带 压 卧式 容器 的设 计 。 2 1常压 卧式容器 2 1 1 材料选择 根据适用的工况和环境条件 ，国内工程卧式 常压埋地容器和地上安装容器的壳体元件用钢的选用原 则、钢材标准、热处理状态及许用应力值等均应符合 N B T 4 7 0 0 3 1 的规定；国外工程中，埋地卧式容 收稿日期2 0 1 4一o 7 1 2 作者 简介梁奋飞 ( 1 9 8 4 一 ) ，男 ，2 0 0 7 年 河北工业大学毕业 ，工程师 ，现主要从事油气管道用化工设备的设计工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 油气 管道 工程 2 0 1 4 年 8月 器的材料的选用原则应符合 UL 5 8中第 7条的规定 4 ，而地上卧式常压容器材料的选用原则应符合 UL 1 4 2中第 5条的规定 。 鞍式支座的材料为结构钢 ，一般国内工程选用 Q2 3 5 B，国外工程选用 A 3 6 ，也可选用其它材料。鞍式 支座垫板材料一般应与容器筒体材料相同，且当鞍式支座设计温度等于或低于一2 O 时 ，应根据实际设计 条件，如有必要设计者可以对腹板等材料提出复交低温检验要求，或选用其它合适的材料 。 2 1 2 设计 规范应 用 国 内工程 常 压 卧 式 容 器 的 设 计 、制 造 、检 验 与 验 收 可 遵 循 J B T 4 7 3 1的 规 定E ，也 可 遵 循 N B T 4 7 0 0 3 1的规定 ，但 N B T 4 7 0 0 3 1 不适用于埋地卧式容器_ 3 。 闰外工程 ，常压卧式容器 的设计制造 可遵循 UL 5 8和 UL 1 4 2 E 4 , 5 3 。 2 2带压卧式容器 1 )材料 选 择 根 据适 用 的 工况 和环 境 条件 ，国 内工 程 选 用 G B I 5 0 2规 定 的 材 料 ，国 外 工 程 选 用 A S ME P V C - 一 1的规 定 的材料 。 2 )设计规 范应用 对于 国 内工程 ，壁厚计 算 、开孔 补强 、制造 、检验 和验 收等 完全 遵 守 GB I 5 0 1 】 5 0 ，对 于国外工程 ，壁厚计算 、开孔补强 、制造 、检验 和验收等完 全遵守 A S ME P V C - 一 1 E 。 3 常用计算方法 3 1 壁厚 的计 算 输 气管道工 程 中用 卧式容 器筒体一般 为受 内压 和 ( 或)液柱静 压力 。对 于常压 容器 ，根 据工 程项 目使 用工况的不同壁厚计算可分别采用 NB T 4 7 0 0 3 1 嘲第 6 1 3 条 、UL 5 8 第 5章和 UL 1 4 2中 l 3 2条款的 相关规定 ；对于带压容器 ，筒体的厚度计算完全遵循 G B 1 5 0 3 E 6 3 第 3 3条或 AS ME P VC - 一 1中 U G - 2 7 的相关规定E 。 3 2 封头的计算 卧式容器 的封 头一般 采用 标准 椭 圆封 头 ，封 头 的厚 度计 算 可遵循 标 准 G B T 2 5 1 9 8 E 胡或 AS ME P VC - V 一 l UG - 3 2和 U 3 3的规定_ 7 。 3 3 开孔补 强计算方法 卧式常压容器的开孔当满足 N B T 4 7 0 0 3 1中第 6 5 4条的规定时可不另行补强 ；如若必须要进行 补强 ，则应按 具体条件选 用补强 圈或 厚壁管结构 型式 ，补强 圈的材料应 与被 开孑 L 壳 体 的材 料相 同 ，且 补强 圈厚度一般不大于壳体的厚度 ，补强计算可参照 NB T 4 7 0 0 3 1中 6 5 6条的规定E 3 1 ；而国外相关标准中 对于常压卧式容器的开孑 L 补强计算并没有相关规定 。 卧式带压容器的开孔补强计算根据不同的工程项 目及开孔大小选择采用 G B 1 5 0 3中的第 6 条的规定或 A S ME P V C - 一 1 U G- 3 6 U 4 6中的相关规定 _ 7 。 对于容器的壁厚计算和开孔补强计算 ，设计人员可采用 S W- 6或者 P V E l i t e 进行计算 ，也可 以通过相 关标准、规范中的规定及计算公式编制算机辅助程序( 如用 E x c e l l 、VB等等)进行简体壁厚和开孔补强 的计算 。 3 4强度计算 卧式受 压 容 器 受 压 元 件 应 先 根 据 G B 1 5 0 3或 N B T 4 7 0 0 3 1的 有 关 规 定 进 行 强 度 计 算 ，再 按 J B T 4 7 3 1 的 7 3和 7 4 条进行强度及稳定性校核计算 ，也可以通过 S W- 6或者 P V E l i t e 等计算软件进行 强度及稳定性 校核计算 。 4 卧式容器设计中需要注意的问题及几点建议 1 )在 卧式 容器的设计 中 ，一 定要 仔 细核对 图纸 中工艺 接 管 的安装 方位 与 工艺 专业 的资料 是 否 一致 ， 避免设备 到现场后无法 安装 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 6卷第 8 期 梁奋飞 等 ：输气管道 用卧式容器的设计及应用 2 )设计者在审查制造单位的材料代用单 ( 以厚代薄)时，一定要注意校对代用材料的厚度是否在许 用应力表中分档板厚的上限。例如 ：钢板的名义厚度为 1 6 mm，用 1 8 mm的钢板代用时，许用应力会下降， 这样就需要重新进行强度计算 ，有可能出现材料代用之后强度计算反而不合格。另外以厚代薄还有可能带 来原设计在焊接、无损检测及热处理方面的变化。 3 )输气管道用卧式容器进行水压试验时，需要特别注意一点 ，即按照 G B I 5 0 1第 4 6 2 2条的规定， 内压容器的液压试验压力为 1 2 5 p o ( 公式中各符号的意义参见 G B 1 5 0 1 ) ，而实际上在站内管线施 工完毕后需要站内施压，则有可能存在设备跟站内管线一起施压的情况，而站内试压压力为 1 _ 5倍的设计 压力，所以在输气管道卧式容器的设计时，水压试验压力也应为 1 5 倍的设备设计压力 。 4 )输气 管道 中埋地 卧式储罐 常用的 固定 有 2种 方法 ：一种 是不 设 鞍座 ，只在 储罐 底 部支 撑部 位焊 两 块 衬板 ，并设置定 位板 限制筒 体 由于配 管力 、地 震力等外 力作用下而 产生 的筒体 移动或转 动 。储 罐基础设 计成混凝 土鞍座 ，在其上 相应位置设 置两块钢板 ，待设备 现场就位 后 ，分 别焊牢 即可 。第 二种方 法是 在储 罐罐体上设置鞍座的常规方法，应用此固定形式除应考虑地上卧式罐需要考虑的因素外 ，还应考虑地面混 土层质量( 或混土层上铺有铺有的混凝土层面的质量) ，以及安装在被地下水浸没时对筒体产生的浮力， 因此此 时鞍座 的校 核计算就 尤为重要 ，具 体 的计 算可参考 双鞍座埋地 卧式容器鞍座 反力分析探讨 。 5 )开孔补 强计算 中 ，单孔虽 然补强计算 合格 ，然 而却 不 能忽视 该 孔 的有效 补 强 区范 围 内，还 有其 它 的开孔 而形成孔桥 ，造成应力 集 中。 6 )卧式容器人孔 选择 时 ，如果实 际使 用情况允 许 的条 件 下可 以尽 量 按照 标准 选择 。但是 随 着人 民生 活水平的提高 ，人的体型也随着增长 ，而国内标准人孔的公称直径也仅仅停留在 D N4 0 0 D N 6 0 0 ，已经不 能满 足任何一名维 检修工 人都可 以进 入的原则 ，所 以建议 设计卧式容 器时 ，在满 足设计 条件 和各种运 行工 况 的同时 ，适 当的增大人孔 。例如 ，中亚天然气 管道 工程 l O m3天然气 排污罐 ，设计 时人 孔 已经 为 D N 6 0 0 的人孔 ，但设备到现场后反映人孔太小 ，哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦的维检修人员普遍偏胖 ，无法进入或 进人困难 ，在后续的设计中，人孔由原来 的 D N6 0 0增大到 D N8 0 0 ，使问题得到了解决。 5 结语 卧式 容 器是 输气 管道 工程 必不 可少 的设 备 之一 ，卧式容 器 的设 计 包括根 据操 作压 力确 定壁 厚 ，再 根 据 自重 、风载、地震及其他附加载荷来校核轴向、剪切 、周向应力及稳定性 ，还包括支座位置的确定及 支座 本 身 的设计 。 笔 者基 于 国 内外 多条 输气 管道 工程( 缅泰输 气 管道 工程 、西 气东输 管 道工 程 以及 中亚天然 气管 道工 程 等等 )设 计 和应用 经 验 ，介 绍 了输 气管 道工 程用 卧式 容器 的设 计及 应用 ，给 出了卧式 容器设 计 中需要 注意的问题及几点建议 ，并期望能够对 自己和广大 同仁在卧式储罐的设计工作提供参考 、帮助 ，使输气 管 道 卧式容 器 的设计 更精 细化 。 参考文献 1 J B T 4 7 3 1 2 O O 5 ，钢制 卧式容 器 s 2 J B T 4 7 1 2 1 4 7 1 2 4 2 。 O 7 ，容器支座 s 3 NB T 4 7 0 0 3 1 4 7 0 0 3 2 2 0 O 9 ，钢制焊接常压容器 s 4 UI 5 8 ，S t e e l u n d e r g r o u n d t a n k s f o r f l a mma b l e a n d c o mb u s t i b l e l i q u i d s I s 5 uL 4 2 ，S t e e l a b o v e g r o u n d t a n k s f o r f l a m