淺談液化烴罐區臥式儲罐的設計

馬宗萌(天津海成能源工程技術有限公司,天津 300392)

近年來，我國經濟持續高速增長，全社會各行各業對能源的需求增長很快，還有汽車保有量也呈現爆炸式增長。石化產業尤其是汽油、柴油相關的MTBE、芳構化、異構化、異丁烷脫氫等裝置不僅國有煉化石化企業在新建裝置，一些實力稍弱的合資，民資企業也大規模餓的擴大生產。液化烴類是重要的原料和產品。

目前國內的石油液化烴儲存方式主要為常溫壓力液態儲存，所用容器主要為球罐及臥罐。球罐耐壓高，容量大，是今后發展的趨勢；臥罐由于其形狀的影響，容量不大，一般以2-200m3為主。臥罐的優勢是成本低，裝置規模比較小一點的企業，有時會有不同原料及產品的儲存需求，單體容積小的臥罐比較靈活。

在液化烴儲罐中比較常見的200m3儲罐，我就以我們設計院設計的MTBE裝置中液化烴罐區的200m3丙烷儲罐為例，講一下其設計。

1 設計參數

首先，了解下丙烷儲罐的設計參數：設備直徑3800mm，圓筒長度為16.3m，工作壓力1.62MPa，工作溫度：常溫，盛裝介質：丙烷，容積：200m3，設備結構形式：臥式150°包角雙鞍座支承。

確定本設備的設計、制造、檢驗和驗收應符合GB150.1-150.4-2011《壓力容器》和NB/T47042-2014《臥式容器》的要求，設備的設計、制造、安裝、改造、維修、使用、檢驗檢測應接受TS?GR0004-2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》的監察。

2 設計壓力確定

固容規規定3.9.3：常溫儲存液化石油氣壓力容器規定溫度下的工作壓力，按照不低于50℃時混合液化石油氣組分的實際飽和蒸汽壓來確定，查丙烷特性得，50℃時丙烷的飽和蒸汽壓為17.001大氣壓（絕壓）即1.62MPaG。安全閥的整定壓力由儲運專業根據整個系統考慮，確定為1.7MpG。根據GB150.1-2011的規定，本設備的設計壓力定為1.8MPa。

3 設計溫度確定

丙烷飽和蒸汽壓1.8MPaG對應的溫度為55℃，即為本設備的設計溫度。

4 選材

根據固容規規定，介質丙烷為液化氣體，易爆介質,其pV=32.4x104MPa*L>5x104MPa*L。故該臥罐劃類為第Ⅲ類，為中壓儲存容器。因為裝置采購的原料中H2S含量很低，主要受壓元件定為GB713-2014Q345R熱軋鋼板，GB9948-2013 20#正火無縫鋼管，NB/T47008-2010 16MnⅢ鍛件。A、B類焊接接頭進行100%RT檢測，Ⅱ級為合；焊接接頭系數取1.0。

需要注意一點：固容規3.10(2)規定：設計常溫儲存容器時，應當充分考慮在正常工作狀態下大氣環境溫度對容器殼體金屬溫度的影響，其最低設計金屬溫度不得高于歷年來月平均最低氣溫的最低值。該數值我國寒冷地區能達到-20℃一下，比如大慶為-26.3℃。

當環境溫度低于-20℃時，容器內丙烷的飽和蒸汽壓也下降至原設計壓力的10%以下：-20℃飽和蒸汽壓0.143MPaG，-30℃飽和蒸汽壓0.066MPaG。由于壓力降低，容器的總體薄膜應力也降低，屬于GB150.3-2011附錄E中的低溫低應力工況。設計溫度可以按加50℃選擇材料。大慶為23.7℃，故選材可按常溫容器選材，不必采用低溫鋼。

5 安全閥

丙烷的飽和蒸汽壓伴隨著溫度的升高而增大，液體膨脹比較強，所以要嚴格控制儲罐不能超溫，還有裝量系數不能太大，要保留適當的氣相空間，防止溫度升高導致的壓力劇增。固容規3.13規定裝量系數不得大于0.95，設計中取值0.9。

安全閥最大泄放量的計算按GB150.1-2011附錄B的計算方法。選型：丙烷儲罐因為介質為液化氣體、易爆，選用彈簧封閉全啟式安全閥。另說明一點，容積大于等于100m3的液化石油氣儲罐應設置兩個或兩個以上的安全閥，且應采用同一型號和規格，其中至少一個備用。

6 風險評估

壓力容器事故的主要原因是受壓元件的失效。由于壓力容器本身具有的爆炸能量，以及所含介質外泄可能導致的次生災害，都會危害容器附近的人員和設施。

固容規和GB150.1-2011引入設計階段的風險評估要求，對高參數，高危險性的Ⅲ類壓力容器開始進入基于失效模式的設計和風險控制的工作，目的在于在設計階段全面分析壓力容器可能出現的失效模式，更可靠地進行設計，保障壓力容器的本質安全，對于壓力容器安全管理人員和作業人員進行安全控制具有重要的輔助作用。

7 結語

本文以丙烷儲罐為例介紹了壓力容器的設計。其設計中安全應該是放在第一位的，應當充分考慮在使用過程中可能出現的失效模式，保證安全生產，通過合理選材,改進結構設計、優化制造工藝等措施,控制與降低壓力容器在使用過程中的風險。

[1]國家質量監督檢驗檢疫總局，TSGR0004-2009固定式壓力容器安全技術監察規程[S]，北京：新華出版社，2009.

[2]GB150.1-4-2011壓力容器[S]，北京，中國標準出版社，2012.

[3]邵金玲.液化氣儲罐設計探討，石油化工設備，1999年第4期，37-38.

[4]陶善等.液化石油氣儲罐設計風險評估分析，廣州化工，2011年13期，201-203.