3 000m3乙炔氣柜的設計

晏彥忠

（湖南化工醫(yī)藥設計院，湖南長沙 410007）

3 000m3乙炔氣柜的設計

晏彥忠

（湖南化工醫(yī)藥設計院，湖南長沙 410007）

以1臺3 000m3的乙炔氣柜設計為例，介紹了螺旋氣柜設計過程中應注意的問題。

乙炔氣柜；螺旋氣柜；設計

1 概述

乙炔氣柜是氯乙烯生產裝置中重要的儲存設備。乙炔與氫接觸還原成乙烯和乙烷；易附和氯，變成氯化物；在增壓低溫條件下生成水合物；與銅、銀及其鹽類反應生成爆炸性的乙炔化合物；可在各種條件下聚合；分解時發(fā)熱，因而能引起分解爆炸。當空氣中乙炔含量為7%～13%時爆炸能力最強；在純氧中30%時爆炸能力更強。因此設計乙炔氣柜時必須考慮其特殊性和安全性。

螺旋氣柜由于具有沒有外導架，用鋼量少，氣柜愈大，省材愈多；安裝高度低，僅相當于水槽高度，安裝方便、安全；抗傾覆性能雖不及外導架直導軌，但升起后的穩(wěn)定性仍較好的優(yōu)點，因此廣泛用于大、中型氣柜[1]。

2 螺旋氣柜主要結構

以3 000m3的螺旋乙炔氣柜為例，介紹螺旋氣柜的主要結構，3 000m3乙炔氣柜由鋼水槽、鐘罩、下配重塊、上配重塊、扶梯、導輪等組成。螺旋氣柜結構如圖1所示，鋼水槽直徑Do=22.5m，高度Ho=9.3m；鐘罩直徑D=21.5m，高度H=8.5m；水槽底板直徑D=22.62m。管口包括∶a）乙炔氣進出口DN600；b）水槽溢流口DN125；c1～4）高位自動放空口DN150；d）鐘罩頂人孔DN500；e）鐘罩頂部放空口DN150；h1～2）乙炔氣進出口（備用）DN600；k1～2）鐘罩側壁人孔DN600；m1～2）水槽側壁人孔DN600；n）帶放水管齊平清掃孔DN300。

圖1 3 000m3乙炔氣柜結構示意

2.1 鋼水槽

鋼水槽由底板和壁板組成。底板邊緣板之間采用對接，中幅板之間、中幅板與邊緣板之間采用搭接。水槽壁板均采用對接。

2.1.1 底板結構及制作檢驗

底板結構見圖2。底板制作檢驗應滿足以下幾點要求∶

（1）中幅板采用對接焊，先將成張的鋼板對焊成大塊板，見圖2 B-B，大塊板之間采用帶墊板的對接焊，見圖2 A-A，焊接接頭采用丁字接頭時，接頭之間的距離應不小于100mm。

（2）外圈板之間的焊接采用帶墊板的對接焊，見圖2 A-A。

（3）底板焊接后，應呈圓錐形向中心突起，突起高度見土建基礎圖，其局部凹凸變形不應大于變形長度的50mm。

（4）底板焊接結束按GB 50236-2011[2]經外觀檢查合格后，所有現場焊接接頭或未經煤油滲漏實驗的焊接接頭，均須作真空實驗，以檢查焊接接頭的嚴密性。

圖2 底板結構示意

2.1.2 壁板上下兩圈板的環(huán)縫應保證內表面對齊；相鄰兩圈壁板的縱焊縫應錯開，錯開距離不應小于250mm；對于無外導架氣柜和有外導架氣柜，水槽壁板的縱焊縫不應被內導軌所覆蓋，應與立柱邊緣保持有不小于50mm的距離。

2.2 鐘罩

鐘罩是一個可以上下運動的部件，由鐘罩壁、球形拱架、頂板、手動放空帽、自動放空帽等組成，鐘罩內壁固定24根160mm×88mm×6mm的工字鋼立柱。鐘罩結構及制作檢驗應滿以下幾點要求∶

（1）上、下帶板的自身拼接采用對接焊。

（2）壁板的自身拼接采用對接焊，相鄰兩圈板的縱焊接接頭不得相遇，錯開的距離不應小于250mm。

（3）壁板先預制成大塊菱形板，須經檢查驗收，再現場拼裝。

（4）壁板與上、下帶板、導軌墊板的連接，采用搭接雙面連續(xù)角焊。

（5）導軌與墊板的焊接，采用兩面交錯間斷焊，導軌允許拼接，接頭采用全焊透結構，焊前要預熱，焊后要保溫。

（6）導軌與鐘罩塔體組裝時，導軌與上、下帶板的之間采用螺栓連接；導軌與槽鋼立柱交叉處，導軌墊板與立柱也采用螺栓連接。螺栓擰緊后，螺栓頭四周進行密封焊。

（7）焊接接頭外觀檢查按GB 50236-2011應合格，焊接接頭應涂煤油實驗無滲漏現象。

（8）球形拱架與頂板之間不得焊接。

2.3 導軌

螺旋氣柜的導軌采用GB/T11264《輕軌》標準中的輕軌彎成成螺旋形軌道，敷設在塔節(jié)的壁板上與水平線呈45°傾角；導軌應與導軌墊板一起加工煨制成螺旋線；導軌與墊板的焊接采用兩面交錯間斷焊，防止產生過大的變形；導軌與塔體組裝時，導軌與上、下帶板的連接采用焊接；在導軌與立柱交叉處，導軌墊板與立柱應采用螺栓連接，螺栓擰緊后，螺帽頭四周進行封焊；導軌墊板與塔體壁板的連接采用雙面搭接，搭接長度應不小于板厚的5倍，且不小于35mm。

3 氣柜的計算

3.1 水槽壁板厚度的計算

槽壁第i層厚度按下面的公式計算∶

式中∶Hi——第i層鋼板計算液位高度，m；

D——儲罐內徑，m；

[σ]d——設計溫度下罐壁材料的許用應力，MPa；

[σ]t——常溫下罐壁材料的許用應力，MPa；

ρ——儲液密度，kg/m3；

C1i——鋼板厚度負偏差，mm；

?——焊接接頭系數；

C2——腐蝕裕量，mm；

δdi——第i層儲液時確定的設計厚度，mm；

δti——第i層充水實驗時確定的設計厚度，mm；

δ——第i層設計厚度δ，mm；

將D=22.5m，ρ=1 000kg/m3，?=0.9，C1i=0.3，C2=1mm，[σ]d=154mPa，[σ]t=163MPa代入以上公式，得到計算結果如表1所示。最后從下至上層壁板的名義厚度分別取為12mm、10mm、8mm、6mm。

表1 水槽壁板厚度計算

3.2 鐘罩壁板厚度的計算

鐘罩壁板厚度計算公式如下∶

式中∶p——設計壓力，Pa；Di——鐘罩內直徑，mm；

C2——腐蝕裕量，mm；

?——焊接接頭系數；

[σ]——設計溫度下壁板材料的許用應力，MPa；

δ——壁板計算厚度，mm；

將p=4 000Pa，Di=21 500mm，?=0.9，C2=1mm，[σ]=154MPa，代入以上公式，得到δ=1.31mm，GB/T 51094-2015規(guī)定塔節(jié)壁板（中間帶板）的最小厚度不應小于4mm，本氣柜鐘罩壁板厚度取4mm。

3.3 配重計算

為了得到4 000Pa的操作壓力，主要是依靠配重塊來平衡。配重塊有兩種∶①下配重塊，鑄鐵塊，其尺寸為1 200mm×140 mm×100mm，質量為121.59kg，位于鐘罩下面特制角鋼環(huán)內；②上配重塊，混凝土塊，其尺寸為450mm×250mm×200mm，質量為50.1kg，放在鐘罩頂部整個圓周的特制環(huán)形平臺上。

3.3.1 氣柜自重壓力pz的計算

不計配重塊重力，鐘罩升起后的最小壓力為（單節(jié)氣柜）∶

式中∶D1——鐘罩塔體內徑，m；

Ws1——已升起的活動節(jié)的結構重力，N；

Ww1——已升起的活動節(jié)的水封掛圈內水的重力，N；

W′s1——已升起（指脫離水槽墊梁）的活動節(jié)浸在水中部分的結構重力（N），若最后升起的活動節(jié)已完全升起（雖然底圈尚未完全隔離水槽水面），此時可不計入W′s1；

V1——分別為所計算狀態(tài)下，柜內氣體容積，m3

δk——標準狀態(tài)下所貯存的氣體空氣容量，N/m3。

3.3.2 配重塊重量計算

所需附加的配重塊的總重量，按下面的公式計算∶

式中∶Dn——鐘罩塔體內徑，m；

p——設計壓力，Pa；

pz——活動節(jié)全升起時氣柜自重最大壓力，Pa。

本臺氣柜pz=150Pa，當p=4 000Pa 時，m=148 009kg，加下配重塊511塊，加上配重塊620塊。

4 抗震設計

由于氣柜處于抗震設防烈度為7度的地區(qū)，采取了以下抗震優(yōu)化措施∶

（1）保證氣柜的高徑比不大于1.2∶1。

（2）導軌采用24kg/m 的標準輕軌。

（3）水槽底板的邊緣板與壁板的內側角焊縫焊成具有圓滑過渡的不等邊角焊縫結構（見圖3）。

圖3 不等邊角焊縫示意

5 安全裝置

鐘罩頂部設置了手動放空帽、自動放空帽，以確保氣柜的安全運行。工藝系統(tǒng)已采用有效安全措施確保抽氣操作安全，故本氣柜未設安全罩帽。

[1] GB/T 51094-2015 工業(yè)企業(yè)濕式氣柜技術規(guī)范[S].

[2] GB 50236-2011 現場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范[S].

Design of 3 000m3Acetylene Gas Holder

Yan Yan-zhong

In 1 sets of 3 000m3acetylene gas holder design as an example，it introduces the problems we should pay attention to during the spiral gas holder design.

acetylene gas holder；Spiral gas holder；design

TQ053

B

1003-6490（2017）02-0087-02

2017-02-02

晏彥忠（1985—），男，湖南邵陽人，助理工程師，主要從事非標設備的設計工作。