LPG储罐设计计算书（含安全阀泄放）

液化石油气（LPG）卧式储罐设计计算书（含安全阀泄放计算）设备名称：液化石油气卧式储罐设备规格：V=100m³，DN3000，Pd=1.77MPa设备类别：第Ⅲ类固定式压力容器设计阶段：施工图设计文件编号：LPG-CALC-2026-001编制日期年月日审核日期年月日审定日期年月日批准日期年月日

目录TOC\o"1-2"\h\z\u2设计条件与技术参数 设计依据与标准引用本计算书依据现行国家法律、法规、压力容器安全技术规范及国家标准编制，用于指导100m³液化石油气（LPG）卧式储罐的施工图设计。设计、制造、检验与验收除应符合本计算书外，尚应满足TSG21及相关标准的规定。表1-1主要设计依据与标准规范序号标准/规范编号标准名称1TSG21—2016固定式压力容器安全技术监察规程（含第1号修改单）2GB/T150.1～150.4—2024压力容器3GB/T25198—2023压力容器封头4NB/T47001—2023钢制液化气体卧式储罐型式与基本参数5NB/T47042卧式容器6GB/T12241—2021安全阀一般要求7GB/T12243—2021弹簧直接载荷式安全阀8GB50156—2021汽车加油加气加氢站技术标准9GB50028—2006（2020年版）城镇燃气设计规范10GB11174液化石油气11GB/T713承压设备用钢板和钢带2设计条件与技术参数本设备为地面架空式、卧式、全压力液化石油气储罐，设计介质以丙烷为主（兼溶混丁烷），操作温度下为气液两相储存。主要设计参数见表2-1。表2-1设计条件与技术参数表项目符号数值单位备注设计压力Pc1.77MPa≥1.78MPa，按50℃饱和蒸气压取定设计温度t50/-20℃最高/最低金属温度工作压力Pw≤1.45MPa50℃丙烷饱和蒸气压全容积V100.37m³名义容积100m³内直径Di3000mm圆筒与封头同径圆筒切线长度L13200mm两封头切线间距离主体材料—Q345R—GB/T713钢板负偏差C10.3mmGB/T709B类偏差腐蚀裕量C21.0mm液相介质焊接接头系数φ1.00—双面焊，100%RT许用应力（50℃）[σ]ᵗ189MPaQ345R，δn≤16mm屈服强度σs345MPa常温充装系数φf≤0.85—50℃液相体积占比介质密度（50℃液）ρL480kg/m³丙烷3圆筒壁厚计算按GB/T150.3—2024内压圆筒壁厚计算公式，计算圆筒所需厚度：δ=Pc·式中：δ——圆筒计算壁厚，mm；Pc——设计压力，MPa；Di——圆筒内直径，mm；[σ]ᵗ——设计温度下材料许用应力，MPa；φ——焊接接头系数。代入数据：δ=1.77×3000/(2×189×1.00−1.77)=5310/376.23=14.11mm。考虑钢板负偏差C1=0.3mm、腐蚀裕量C2=1.0mm，设计厚度=14.11+1.30=15.41mm，圆整取名义厚度δn=16mm。有效厚度δe=δn−C1−C2=16−0.3−1.0=14.70mm。4封头壁厚计算两端采用标准椭圆形封头（a/b=2，形状系数K=1.0），按GB/T150.3—2024计算封头所需厚度：δh=K·Pc代入数据：δh=1.0×1.77×3000/(2×189×1.00−0.5×1.77)=5310/377.12=14.08mm；加C1+C2=1.30mm后为15.38mm，与圆筒等厚取δn=16mm。标准椭圆封头曲面深度h=Di/4=750mm，直边段高度h1=40mm，总封头深度=790mm，符合GB/T25198—2023规定。5容积与充装系数核算单个标准椭圆形封头容积按Vh=π·Di³/24计算，圆筒段容积按Vc=π·Di²·L/4计算。代入Di=3.0m、L=13.2m：Vh=π×3.0³/24=3.534m³，两个封头合计7.069m³；Vc=π/4×3.0²×13.2=93.31m³；全容积V=93.31+7.07=100.38m³，满足100m³名义容积要求。按GB50156—2021与TSG21—2016，LPG储罐在50℃时液相体积不得超过储罐全容积的85%，气相应保留不少于15%的膨胀空间。50℃丙烷液相密度取480kg/m³，则最大允许装量为：mmax=0.85·V·据此，储罐设计充装量按41t控制，液位计应设置85%高液位联锁切断。6水压试验与应力校核水压试验压力按TSG21—2016与GB/T150规定，取Pt=1.25·Pc·[σ]/[σ]ᵗ。因常温与50℃下Q345R许用应力相同（均为189MPa），故：PT=1.25×1.77=2.21MPa（水压试验时圆筒薄膜应力按σT=Pt·(Di+δe)/(2·δe·φ)计算：σT=PT允许值为0.9·σs=0.9×345=310.5MPa。σT=226.9MPa<310.5MPa，水压试验应力校核合格。7接管与开孔补强（概要）储罐设液相进出口DN80、气相安全阀口DN80、压力表口DN25、温度计口DN25、液位计口DN50（上下各一）、放空口DN50、排净口DN50等接管。对直径较大的开孔按等面积法（GB/T150.3）进行补强计算，补强圈材料与壳体相同（Q345R），补强圈厚度取14mm。本计算书仅列出主要接管，详细补强计算见接管表及节点图。8鞍式支座与载荷（概要）储罐采用两个鞍式支座，沿轴向对称布置，鞍座轴向中心至封头切线距离取A≤0.5·Ra（Ra=Di/4=750mm），本设计取A=500mm。卧式容器总质量（壳体+封头+附件+满液）约75t，每个支座反力约375kN，选取重型鞍式支座BN2000-F（适用DN3000），地脚螺栓按4-M36配置，支座强度与地脚螺栓校核详见NB/T47042。9安全阀泄放计算9.1泄放工况与整定压力根据GB/T12241—2021、TSG21—2016及APIRP521，储罐安全泄放装置应能在下列工况之一发生时，将储罐内压力限制在设计压力的110%以内：①外部火灾加热；②进料失控；③换热/内压扰动。对本卧式LPG储罐，外部火灾为控制工况。安全阀整定压力Pset取1.75MPa（表压），不高于设计压力1.77MPa；最大泄放压力（含10%超压）=1.10×1.75=1.925MPa（表压），对应绝压2.025MPa(a)，低于设计压力1.77MPa×1.10=1.95MPa的允许上限，符合规范。9.2火灾工况润湿面积卧式储罐外部火灾时，受火焰直接烘烤的表面积按圆筒段2/3外表面积计入，两端封头按2/3面积计入：Awet=0.667·π·Di式中Di=3.0m，L=13.2m；环境系数F=1.0（地面储罐、无隔热层、无固定水喷淋）。9.3火灾热输入与所需泄放量按APIRP521推荐公式，无隔热储罐外部火灾传入热量为：Q=43200·F·Awet0.82(W)代入A_wet=85m²、F=1.0：Q=43200×1.0×85^0.82=43200×38.2=1650kW。50℃丙烷汽化潜热ΔHvap≈326kJ/kg，所需质量泄放量为：Wrelief=Q·3600ΔH9.4安全阀所需流道面积气体全启式安全阀所需流道面积按GB/T12241—2021/APIRP520：A=Wrelief0.076·C·K式中：C——气体特性系数，C=520·√[k·(2/(k+1))^((k+1)/(k−1))]，丙烷k=1.15时C≈332；Kd——额定泄放系数，全启式取0.62；P——最大泄放绝压，2.025MPa(a)；M——摩尔质量，44.1kg/kmol；Z——压缩系数，0.85；T——泄放温度，323.15K。代入数据：√(M/(Z·T))=√(44.1/(0.85×323.15))=0.4007；A=18226/(0.076×332×0.62×2.025×0.4007)=18226/12.70=1435mm²=14.4cm²。9.5安全阀选型与裕度选用A50型全启式弹簧安全阀（流道直径d0=50mm），实际流道面积=π×50²/4=1963mm²=19.63cm²，大于所需1435mm²，裕度=1963/1435−1=36.8%，满足规范要求。为提高可靠性，储罐顶部设置两台同规格弹簧全启式安全阀（一用一备或并联泄放），整定压力均为1.75MPa；安全阀出口接安全放空管，放空管口高出储罐顶2m以上，并设防雨罩与阻火措施。表9-1安全阀泄放计算结果汇总项目符号数值单位设计压力Pc1.77MPa整定压力Pset1.75MPa(g)最大泄放绝压P2.025MPa(a)受火润湿面积Awet85m²环境系数F1.0—火灾热输入Q1650kW质量泄放量Wrelief18226kg/h气体特性系数C332—额定泄放系数Kd0.62—所需流道面积Areq1435mm²选用安全阀流道面积Asel1963mm²裕度—36.8%安全阀规格—A50全启式×2—10安全核验汇总表10-1主要安全项目核验结果核验项目允许值计算值结论圆筒有效厚度δe≥计算+裕量14.70mm合格封头有效厚度δe≥计算+裕量14.70mm合格水压试验应力σT≤0.9σs=310.5MPa226.9MPa合格安全阀整定压力≤设计压力1.77MPa1.75MPa合格最大泄放压力≤1.10×设计压力1.925MPa(g)合格安全阀流道面积裕度≥0+36.8%合格充装系数≤0.850.85合格焊接接头系数100%RT取1.0φ=1.0合格11结果分析与工程指导意义（1）壁厚结果：圆筒与封头计算壁厚均约14.1mm，加腐蚀裕量与钢板负偏差后取名义厚度16mm，与Q345R在50℃下的许用应力189MPa匹配；壁厚裕度适中，既保证强度安全，又避免过度保守造成材料浪费。（2）容积与充装：全容积100.38m³，最大装量41t，与国内同规格LPG卧式储罐工程惯例一致；液位计应设置85%高液位报警与联锁切断，防止超装。（3）安全阀泄放：火灾工况质量泄放量18.2t/h，所需流道面积14.4cm²；选用A50全启式安全阀两台，实际泄放能力裕度36.8%，可覆盖外部火灾、进料失控等crediblescenario；整定压力1.75MPa低于设计压力1.77MPa，超压10%后压力1.925MPa(g)仍在TSG21允许范围内。（4）工程指导：①制造时应严格执行100%射线检测，确保φ=1.0成立；②水压试验压力2.21MPa，保压时间不少于30min；③安全阀每年至少校验一次，铅封完好；④储罐区应设置固定水喷淋或消防冷却水系统，可将火灾环境系数F由1.0降至0.3，进一步降低泄放负荷；⑤地脚螺栓、鞍座、接管补强详见后续施工图节点。12免责声明本计算书依据截至2026年9月现行有效的国