精选m醋酸储罐的选型及计算

1、化工安全设计课程设计任务书某化工储运公司安全设计设计题目（4000m3醋酸储罐选型及计算）学院专业安全工程班级起讫日期指导教师2015年6月18日摘要8只4000m3醋酸储罐，建设地点位于南京贮运码头罐区的预留地，当地全年 最小频率风向为西北风。查相关规范得知，设计压力为常压，设计温度为 55 C,储存介质为醋酸，属于乙 A类液体（由石油化工企业防火设计规范 GB50160-2008查得）。相关规范：石油化工企业防火设计规范GB50160-2008石油化工储运 系统罐区设计规范SH/T3007-2014;立式圆筒钢制焊接油罐设计规范 GB50341-2014石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规

2、范SH3046-1992建筑结构荷载规范；化工设备设计全书等。目录第1章醋酸的理化性质1.第2章醋酸储罐的选型和选材 22.1储罐的选型2.2.2.2.2储罐的选材2.第3章醋酸储罐经济尺寸的选择 .4.3.1储罐的储存液位4.3.2储罐的罐壁设计5.5.6.8.9.3.3储罐的罐底设计9.9.113.4储罐的罐顶设计 11第4章醋酸储罐的安全附件 134.1储罐的一般附件13131414151515154.2安全仪表1.61616171717第5章其他安全措施1.85.1放空处理1.85.2气封装置1.85.3防冻和保温1.85.4防爆措施1.9第1章醋酸的理化性质无水醋酸在温度低于16.

3、7C时就会凝固成冰状，俗称冰醋酸，凝固时体 积膨胀，能使容器破裂。表1基 本 信 息基中文名:乙酸； 冰醋酸英文名:AceticacidCAS 号:64-19-7分子式:C2H4O2分子量:60.05RTECS号:AF1225000UN 编号:2789危险货物编号:81601IMDG规则页码:8100外观与性状:无色透明液体，有刺 激性酸臭。危险货物包装标志:20危险性类别:第8.1类酸性腐蚀品包装类别:n溶解性:溶于水、醚、甘油，不溶于二硫化碳。主要用途:用于制造醋酸盐、醋酸纤维素、医药、颜料、酯类、塑料、香料等。理 化 特 性理临界温度(C ) : 321.6临界压力(MPa) : 5.7

4、8饱和蒸汽压(kPa) : 1.52 / 20 C燃烧热(kj/mol)873.7熔点(C ) : 16.7沸点(C ) : 118.1闪点（C ）:43、（闭口杯）相对密度（水=1）:1.05相对密度（空气=1） : 2.07自燃温度(C ) : 463爆炸下限(V%) : 4.0爆炸上限(V%) : 17.0比重:1 . 049粘度:1. 22cP(20 C )危 险 特 性危危险特性:其蒸气与空气形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与 强氧化剂可发生反应。燃烧性:易燃稳定性:稳定聚合危害:不能出现毒性:属低毒类。LD50: 3530mg/ kg（大鼠经口 ） ; 1060mg/

5、 kg（兔经皮）;LC50: 5620ppm1小时（小鼠吸入）火灾危险性:乙A类建筑火险分级:乙燃烧（分解）产物:一氧化碳、二氧化碳。禁忌物:碱类、强氧化剂。灭火方法:雾状水、泡沫、二氧化碳、砂土。第2章醋酸储罐的选型和选材2.1储罐的选型根据石油化工储运系统罐区设计规范（SH/T3007-2014）,可燃液体储 罐应采用钢制储罐。储存温度下饱和蒸汽压大于或等于大气压的物料，应选用 低压储罐或压力储罐。酸类、碱类宜选用固定顶罐或卧罐。立式圆筒形储罐按其顶盖结构形式，主要可分为固定顶储罐、浮顶储罐（铝制拱顶的浮顶储罐已有建造)及内浮顶储罐三大类考虑到冰醋酸是易燃易爆液体，设计选用钢制立式圆筒形固

6、定顶储罐。固定顶储罐分为：支撑式锥顶储罐，支撑式拱顶储罐，自支撑式锥顶储罐，自支撑拱顶储罐，自支撑伞形顶罐。根据钢制立式圆筒形储罐分类及结构特点，选用自支撑拱顶储罐，其特点为主材消耗小，能承受较高的剩余压力，有利于减少蒸发损失，现阶段化工行业采 用最广泛的固定顶储罐。2.1.2物料管的设计液体储罐特别是对于立式圆筒形储罐的物料管在设计上有一定的要求。(1) 进料管通常设在罐壁下部；若由上部进人，则应伸人到距罐底约200mm处，并有防止虹吸的措施。(2) 出料管应设在罐的下部。(3) 进出料管道上均应设双阀，还应采用相当长度的金属软管或其它柔性连接措施。(4) 进出料管的设置方位应避免物料短路。

7、(5) 同种物料分罐储存时，应在进出口管道上设置倒罐副线。2.2储罐的选材醋酸对钢铁的腐蚀严重，生产和使用醋酸的设备和管道材料一般需要采用价格 较高的有色金属和合金。含钼的超低碳铬镍不锈钢(316型)对醋酸的耐腐蚀最好，也能抗孑L蚀，适合于稀醋酸蒸气，以及高温和高于大气压力环境中，也 适于一切浓度的醋酸溶液。为综合考虑质量、投资和实施的可行性等因素，对于大容积的醋酸储罐应采用 含钼不锈钢022Cr17Ni12Mo2(316L)(新标)，旧标 为00Cr17Ni14Mo2根据石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范SH3046-92 焊条牌号为 E00-18-12MO2-15。第3章醋酸储罐经济尺

8、寸的选择表3-1贮罐经济尺寸储罐经济尺寸罐壁情况储存形式最省材料经济尺寸最省费用经济尺寸等壁厚小型敞口储罐小型圭寸闭储罐不等壁厚大型圭寸闭储罐注：入=1+S2,-=上丄。其中。H为贮罐高度；R为贮罐直径；D为贮罐直径(内 径)；C为材料许用应力；为焊接接头系数；Si为储罐罐顶板厚度；S2为储罐罐底板厚度；Ci为贮罐罐壁单位面积平均费用；C2为贮罐罐底单位面积平均费 用：C3为储罐罐顶单位面积平均费用。从表1-1可以看出，对大型封闭贮罐，按材料最省的经济尺寸Hr ： o这实际上把罐顶和罐底都看作同等费用来考虑，而在工程中往往罐顶比罐底费 用多。若把罐壁和罐顶费用看作相同的费用，并且分别为罐底费用

9、两倍时，其 经济尺寸为H=0.375D(1-1)较为合理。在确定贮罐的设计容积时，贮罐安全高度 还应考虑液位的极限波动及消防的要求(贮罐空气泡沫接管到液面之间应留有一 定高度，以保证储液面上泡沫覆盖层能有足够厚度)。内浮顶罐的体积公式为：D2 H = (1_2)4根据公式(1-1 )和(1-2)及充装系数为0.9,则醋酸罐罐高度与直径计算结果 为：23XD2XH = 0.375 :D3X).9=400044D=24.7m， H=9.3m3.1储罐的储存液位根据石油化工储运系统罐区设计规范(SH/T3007-2014)固定顶罐的设计 储存液位宜按公式(1)计算：h=H ( n+h2+h3)(1)

10、式中：h储罐的设计储存液位，mHi罐壁高度，mh1泡沫管开孔下缘至罐壁顶端的高度，mh210mi n15min储罐最大进液量的折算高度，mha安全裕量，可取0.3m (包括泡沫混合液层厚度和液体的膨胀高度），m。3.2储罐的罐壁设计3.2.1储罐的技术特性表表3-2储罐内径：24.7m储罐咼度：9.3m容器类别：第II类容器几何容积：4000m3设计温度：55 r设计压力：常压相对密度：1.05许用应力：117MPa焊缝系数：0.9风载荷：0.42kPa钢板的负偏差G=0.8mm钢板的腐蚀裕量C2 =0设计参数的说明1）设计压力设计压力是指设定的容器顶部的最高压力。由于醋酸的饱和蒸汽压1.52

11、kPa/20 C小于常压，设计压力为 O.IMPa （常压）。常压储罐：设计压力小于或等于 6.9kPa（罐顶压力）的储罐。低压储罐：设计压力大于 6.9kPa,小于O.IMPa （罐顶压力）的储罐。 该醋酸储罐为低压储罐。2）设计温度设计温度是指容器正常操作时，在相应设计压力下，设定的受压元件的金 属温度，醋酸贮罐工作温度为常温。南京地区气温一般在0到40C之间，设计温度要大于其最高温度，取55 C。3）腐蚀速率醋酸在316L中能形成钝化膜，所以对合金的腐蚀性很小。4）风载荷P=2.25 卩 W=2.25X 0.74 X 0.25=0.420kPa=420Pa卩 风压高度变化系数，对于有密集

12、建筑群的大城市，取0.74W为建罐地区基本风压，根据 建筑结构荷载规范，基本风压取值， 南京50年一遇风压值为0.25KN/m3。设计考虑储存液体静压力由上至下逐渐增加，且储罐容积1000立方米，采用不等壁厚。根据立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范GB50341-2014罐壁厚度的计算，当油罐直径小于或等于60m时，宜采用变设计点法。罐壁设计厚度 按下列公式计算，且取其中的较大值。tt4.9D(H 0.3)：4.9D(H -0.3)Ci C2(1 3)Ci ( 1 4)式中td储存介质时的设计厚度（mm）tt储存水时的设计厚度（mm）D 储罐内直径（m）H 计算的罐壁板底边至罐壁顶端（当没有溢流口

13、时，应至溢流口下沿） 的垂直距离（m储液密度（取储液与水密度之比）（kg/m3）t d 设计温度下罐壁钢板的许用应力（MPa ）常温下罐壁钢板的许用应力（MPa一焊缝系数，取0.9利用公式（1-3）及（1-4）带入设计参数可得醋酸罐壁壁厚（mm）:计算壁厚分别加至各自附加壁厚的较大值。设计每圈板宽1.54米，共六块板。取C1=0.8mm， C2=0mm从底下开始计数，计算可得: 第一层：td4.9D(H -0.3) ?C C2=.0049 24.7(9.3一 0305117 汇0.90.8 0 二 11.6 mmtt4.9D(H 一0.3) *Ci= 4.9汇24.7 汉(9.3一0.3)11

14、7 0.90.8 =11.14mm第二层:td4.9D(H -0.3)C1 C2= 4.9 247 763)蚀 0.8 0 二 9.80mm117 0.9tt4.9D(H 心)CL9 247 76 一。3) 0.8 =9.37 mm117 0.9第三层:阿忙0.3) C c/9 247-.3)50.8 0 =7.94 mm丄 4.9D(H -0.3)小 ttC1 =tt t :第四层：24.7 223)0.8/a mm117 0.9117 0.9td4.9D(H 0.3) JCl C2 =4.9 24.7 (4.68-0.3) 1.05117x0.90.8 0 = 6.09 mmtt4.9D(

15、H -0.3)(1=49 24.7 (TO.3).。蛊七&口口FT7117 0.9第五层:td=C1 C2= 4.9 247 14-。.3)5 0.8 . 0 = 4.23117 0.9tt4.9D(H -0.3)(1=4.9 24.7 (3.14 -0.3) . 0.4117 0.9表3-3罐壁最小公称厚度PerHe . DHe八各层圈板厚度表3-4第一层第二层第三层第四层第五层第六层12108766（注：醋酸贮罐1524.7P0，不需要设置加强圈。根据石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范SH3046-1992,固定顶罐的罐壁上端，应设置包边角钢。表3-7固定顶罐的包边角钢最小尺寸储罐内径

16、d（ m包边角钢最小尺寸（mr）i3.3储罐的罐底设计罐底的结构主要有正圆锥形罐底、倒圆锥形罐底、倒偏锥形罐底和单面倾 斜形罐底。根据化工设备设计全书查明，性能比较好的罐底为倒圆锥形罐底，因此 我们也选用此罐底。这种罐底及其基础呈倒圆锥形，中间低，四周高。其罐底坡 度按2%5%;随排除污泥杂质，水分的要求高低而定。在罐底中央焊有积液 槽，沉降的污泥和存液集中于此，由弯管自上或由下引出排放。其特点如下：1）液体放净口处于罐底中央。不管日后罐底如何变形，放净口总是处于罐 底的最低点，这对排净沉降的杂质，水分，提高存储液体的质量十分有利。2）因易于清洗，对于燃料储罐，可以不再设置清扫孔。3）倒圆锥形

17、罐底可以增加储罐容量，储罐直径越大、罐底坡度越陡，所增 加的容量越大。4）因较少形成凹凸变形和较少沉积，可以改善罐底腐蚀状况。5）罐底受力比较复杂。倒圆锥形罐底罐底的排板：罐底的排板形式根据储罐的大小、控制焊接变形等制造工艺因 素决定。对于直接小于12.5m的储罐，因罐底受力不大，宜按条形排板组焊，图 a对于直径大于或等于12.5的储罐，罐底外缘受罐壁作用力及边缘力较大， 故底 板的外周需比中部厚，宜采用下图中的图b,对于5000立方米以上的储罐，宜采用图c该醋酸储罐内径24.7m,所以选择图b罐底的排版。根据石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范SH3046-1992表3-1中幅板钢板规格厚

18、度储罐内径（m中幅板钢板规格厚度（mr）碳素钢不锈钢D2064.5表3-2边缘板钢板规格厚度底圈罐壁板厚度（mm边缘板钢板规格厚度（mr）碳素钢不锈钢112087所以，罐底中幅板厚7mm底圈罐壁板厚度为12mm则边缘板钢板厚7mm3.4储罐的罐顶设计根据立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范GB50341-2014,自支撑式拱顶包括光面球壳、带肋球壳和单层球面网壳，拱顶球面的曲率半径宜为0.8倍1.2 倍罐直径。设计醋酸储罐容量为 4000立方米，所以采用加强肋拱顶。带肋球壳 的曲率半径不宜大于40m加强肋拱顶由46mm薄钢板和加强肋，以及由拱形 架和薄钢版构成。自支撑承拱顶的荷载靠拱顶板周边支撑与罐

19、壁上。拱顶R=0.81.2D。如图1-7所示：球面拱顶是立式圆筒形储罐中使用很广泛的一种罐顶形式，常用的容积范围为100-5000m3。与锥形盖相比，拱顶结构简单，刚性好，能够承受较高的剩 余压力（数兆帕），钢材耗量少，但气体空间较一般的锥形顶盖大，制造也比锥 形顶盖麻烦一些。第4章醋酸储罐的安全附件4.1储罐的一般附件根据石油化工储运系统罐区设计规范（SH/T3007-2014）常压和低压储 罐区储罐附件的选用：固定顶罐宜设置通气管、量油孔、透光孔、人孔、排污孔 （或清扫孔）和放水管。根据石油化工企业设计防火规范（GB50160-2008甲b、乙类液体的固 定顶罐应设阻火器和呼吸阀。可燃液体

20、的储罐宜设自动脱水器，并应设液位计和 高液位报警器，必要时可设自动联锁切断进料设施。酸、碱等腐蚀性介质的储罐灌顶附件，应设置在平台附近。4.1.1通气管1）采用气体密封的固定顶罐，所选用事故泄压设备的开启压力应高于通气 管的排气压力并应小于储罐的设计正压力，事故泄压设备的吸气压力应低于通 气管的进气压力并应高于储罐的设计负压力；2）通气管、呼吸阀宜设置在灌顶中央顶板范围内。3）通气管（或呼吸阀）的通气量，不得小于下列各项的呼出量和吸入量之和；液体储罐时的最大出液量所造成的空气吸入量，应按液体最大出液量考虑；液体进罐时的最大进出液量所造成的罐内液体蒸汽呼出量，当液体闪点（闭口）低于或等于45C时

21、，应按最大进液量的2.14倍考虑；因大气最大温降导致罐内气体收缩造成储罐吸入的空气量和因大气最大温升导致罐内气体膨胀而呼出的气体，可按表 7确定：表7储罐热呼吸通气需要量储罐容量吸入量（负压）呼出量（正压）M3/hM3M3/h闪点45C闪点w 45r4000647.0472.0647.04）通气管或呼吸阀的规格应按确定的通气量和通气管或呼吸阀的通气量曲线来选定。当缺乏通气管或呼吸阀的通气量曲线时，可根据以下原则按表8和表9确定：表8设有阻火器的通气管（或呼吸阀）规定储罐容量进（出）储罐的最大液体量通气管（或呼吸阀）M3M3/h个数X公称直径，mm4000 6602X150 (2X200)当储罐

22、容量所对应的通气管（或呼吸阀）与进（出）储罐的最大液体量所对 应的通气管（或呼吸阀）规格不一致时，应选用两者中的较大者：表9未设阻火器的通气管规定储罐容量进（出）储罐的最大液体量通气管M3M3/h个数X公称直径，mm4000 15002X150储罐容量所对应的通气管与进（出）储罐的最大液体量所对应的通气管规格 不一致时，应选用两者中的较大者。4.1.2量油孔量油孔应设置在灌顶梯子平台附近，距罐壁宜为800mm1200mn从量油孔垂直向下至罐底板的罐内空间内，严禁安装其他附件。4.1.3透光孔透光孔应设置在灌顶并距罐壁 800mm1000mm。当透光孔只设一个时，应 安装在灌顶梯子及操作平台附近

23、；当设两个或两个以上时，可沿罐圆周均匀布 置，并宜与人孔=清扫孔或排污孔相对设置，并应有一个透光孔安装在灌顶梯子 及操作平台附近。从灌顶梯子平台至呼吸阀、通气管或透光孔的通道应设踏步。梯子平台应 设置在便于操作机检修的位置。4.1.4 人孔人孔应设置在进出罐方便的位置，并应避开罐内附件，人孔中心宜高出罐底 750mm4.1.5、排污孔排污孔（或清扫孔）和放水管应安装在距有关进出油结合管较近的位置。若 设有两个排污孔和放水管时，宜沿罐圆周均匀布置。放水管可单独设置亦可和 排污孔（或清扫孔）结合在一起设置。4.1.6放水管罐下部采样器宜安装在靠近放水管的位置。储存甲B、乙、丙A类液体的固定顶储罐直

24、接通向大气的通气管或呼吸阀上 应安装阻火器。当建罐区历年最冷月份平均温度的平均值低于或等于0C时，呼吸阀及阻火器必须有防冻措施。在环境温度下物料有结晶的可能时，呼吸阀及阻火器必 须有防结晶措施。量油孔、透光孔、人孔、排污孔（或清扫孔）和放水管应按表 10确定。储 存甲B、乙类液体的储罐，宜选用排污孔；储存丙类液体的储罐宜选用清扫 孔：表10量油孔、透光孔、人孔、排污孔（或清扫孔）和放水管储罐容量M3量油孔个透光孔个人孔个排污孔（或清扫孔）个放水管个X公称 直径，mm300050001221 (1)1X1004.2安全仪表常压和低压储罐应设置液位计、温度计和高液位报警器。低压储罐还应设置 压力表

25、。重要设备的液位、温度、压力检测信号，应传送至控制室集中显示。考虑到生产的需要，对冰醋酸储罐采取了较高的仪表控制设计要求。液位控制方面设置就地、远传液位指示4.2.2液位报警器高液位报警器的设定高度，应为储罐的设计储存液位。高液位报警的设定高度，宜按公式(4)计算：h6=h+b( 4)式中：h6高液位报警器的设定高度，mh储罐的设计储存液位，mh210mi n15min储罐最大进液量的折算高度， m低液位报警的设定高度，应满足从报警开始10min15min内泵不会抽空的要求。甲B、乙A类液体罐区内阀门集中处、排水井处应设可燃气体或有毒气体检 测报警器。仪表的安装位置与罐的进出口结合管和罐内附件

26、的水平距离不应少于1000mm固定顶罐上的温度计，宜安装在罐底以上 700mm1500m处。罐内有加热器 时，宜取上限，无加热器时，宜取下限。温度控制方面设置就地、远传温度指 示，与加热系统配套设置温度调节控制和温度高低限报警。低压储罐上的压力表的安装位置，应保证在最高液位时能测量气相的压力 并便于观察和维修。当仪表或仪表原件必须安装在灌顶时，宜布置在灌顶梯子平台附近。压力控制方面与蒸汽间接加热系统和氮封系统进行联锁调节。进出物料管道上设置流量指示、记录和累积。第5章其他安全措施5.1放空处理冰醋酸储罐排放的醋酸气具有刺激性酸臭气味，对环境会造成污染，其尾 气应采取无害化的吸收处理再排放。设计的呼吸阀排气口应符合环境卫生和安 全要求，不直接排气，而是集中进行处理后再排放。尾气处理工艺为二塔串联 的逆流吸收工艺。根据醋酸易溶于水的特点，一塔对