环氧乙烷储罐安全技术

I2.5m3立式环氧乙烷储罐设计及安全摘要环氧乙烷是一种易燃，高度危害的有机化合物，对其储存运输等需注意。环氧乙烷储罐的设计需要很高的安全要求。本文设计了一个2.5立方环氧乙烷立式储罐，其公称压力为0.8MPa，公称容积为2.5m3。筒体公称直径为1200mm，壁厚为6mm。封头厚度为6mm，并对筒体和封头进行了压力试验校核。对人孔进行了开孔补强，补强圈厚度为6mm。选择安全阀型号为A42H-1.6P，并进行了校核，结果符合要求。选择支座类型为腿式A4-1100。关键词：环氧乙烷，立式储罐，安全设计II目录1前言...................................................................12结构设计..............................................................22.1结构设计..........................................................22.2筒体直径与高度的确定..............................................23强度计算..............................................................43.1筒体壁厚设计......................................................43.2封头壁厚设计......................................................73.3开孔补强..........................................................74零部件选择...........................................................124.1支座选择.........................................................124.2安全阀选型.......................................................135安全技术要求.........................................................165.1设计.............................................................165.2制造、安装.......................................................175.3使用、维护与保养.................................................195.4定期检验.........................................................206总结..................................................................22参考文献...............................................................23III2.5m3立式环氧乙烷储罐设计及安全11前言环氧乙烷是一种工业上重要的有机化合物，易燃，高度危害，不易长途运输，因此有强烈的地域性。其20摄氏度饱和蒸气压为145.91KPa，闪点一般小于-17.8摄氏度，引燃温度为429℃，爆炸下限为3.0%。基于环氧乙烷的易燃性和高度危害性，一旦其发生泄露或是其他状况，很有可能造成危险性事故。所以环氧乙烷储罐的设计是很有必要的。其意义就在于保证环氧乙烷储存和运输的安全性，避免或减少事故的发生，并减少可能由此带来的经济损失。本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔补强、接管、管法兰进行了选择和设计。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，主要有：GB150钢制压力容器压力容器安全技术监察规程JBT4736-2002补强圈JBT4746-2002钢制压力容器用封头HG20595-97带颈对焊钢制管法兰。JBT4712-2007容器支座设计流程包括：完成罐体和封头的强度计算；选择支座、法兰及密封面结构形式；完成人孔（或手孔）校核计算；完成安全附件的选型与核对；从设计、制造安装、使用管理和维护方面提出储罐的安全技术要求，提出定期检验要求和对缺陷检查与处理的方法；完成强度计算书、安全附件选型及安全技术。2.5m3立式环氧乙烷储罐设计及安全22结构设计2.1结构设计本设计主体设备为2.5m³的环氧乙烷储罐。容器按其形状可分为：方形容器、矩形容器、球形容器、圆筒形容器（立式、卧式）[1]。方形和矩形容器大多在很小设计体积时才采用，但其承受压力较小而且使用材料较多；而球形容器虽然承受能力很强且节省材料，但是制造工艺较难且安装不方便；相对而言圆筒形储罐，制造容易，耗材少，安装内件方便，而且承压能力较好，总体考虑下最为合适我们所设计的储罐是圆筒形储罐。本设计的储罐容积并不大，卧式和立式皆可，立式储罐由于是垂直放置的，所以占地面积较小，节省土地资源。立式储罐上带有液位计，可以使相关人员在外部就可以简单方便的看到内部物质的含量。基于空间不够及其他考虑，我们最终决定采用立式储罐。法兰根据HG20592《钢制法兰、垫片、紧固件》。法兰连接密封可靠、强度足够且应用广泛。在法兰的选择上，压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。对焊法兰具有厚度更大的颈，进一步增大了刚性,在承压方面有着更好的性能，也能适应更大范围的工作温度[2]。综上所述，选用带颈对焊法兰。支座的选择方面，参照JBT4712-2007《容器支座》。立式容器支座常可分为耳式，支承式，腿式和裙式座。耳式支座结构简单轻便，但在支座与壳体的连接处，器壁常常要承受很大的局部载荷；支撑式支座和腿式多用于高度不大，重量较轻的中小型立式容器上；裙式支座用于高大的立式容器，如塔器等[3]。对2.5m3立式储罐，选用支撑式和腿式皆可，介于腿式支座使用高度范围大，底部空间大的优点，这里选择腿式支座。本储罐所用材料均选用0Cr18Ni9.2.2筒体直径与高度的确定筒体公称直径由式（2-1）确定：LDVi24（2-1其中iD—筒体公称直径，mm；L—筒体长度，mm；对于立式容器，高径比5.2~2.1DiL，总容积相对误差应5%.一般来说，公称容积小时，取较小的高径比，这里已知总容积为2.5m3，那么取5.1iDL进行计算：2.5m3立式环氧乙烷储罐设计及安全335.24mHDiV得Di=1285mm，圆整至1200mm，则H=1800mm。根据《钢制压力容器用封头》JB/T4746-2002封头容积由表2.1查得表2.1椭圆封头标准公称直径DN/mm总深度H/mm直边高度h/mm内表面积A/m2容积V/m31200325251.65520.2545校核：3254.22.18.142545.022mVVV筒体封相对误差：5%%6.1%1005.25.254.2E满足要求。那么，mmLmmDi1800,1200所以，此圆筒形储罐直径为1200mm，高度为1800mm。2.5m3立式环氧乙烷储罐设计及安全43强度计算3.1筒体壁厚设计3.1.1确定设计参数设计压力p=0.8MPa;计算压力pc=0.7MPa;设计温度t=60℃;焊接接头系数1;腐蚀裕量C2=1.0mm。3.1.2筒体壁厚的确定0Cr18Ni9的壁厚及相关许用应力表3.1：表3.1钢板许用应力钢号钢板标准使用状态厚度/mm在下列温度(℃)下的许用应力(MPa)≤201001502002500Cr18Ni9GB4237固溶2～601371141039690取壁厚（2～60）mm，则许用应力[]t=114MPa，筒体计算厚度按式（3-1）计算：mmCpDpctic23.518.01114212008.022(3-1)式中cp——设计压力，MPa；iD——筒体公称直径，mm；t——使用温度下的许用应力，MPa；2C—腐蚀余量，mm；筒体设计厚度按式（3-2）计算：1Cd（3-2）其中d—筒体设计厚度，mm；2.5m3立式环氧乙烷储罐设计及安全51C—负偏差，mm；钢板厚度负偏差由表3.2查得表3.2热轧钢板厚度负偏差钢板厚度2.02.22.52.8～3.03.2～3.53.8～4.04.5～5.5负偏差C10.180.190.200.220.250.30.5钢板厚度6～78～2526～3031～3435～4042～5052～60负偏差C10.60.80.91.01.11.21.3考虑到钢板厚度负偏差C1和圆整值，所以：假设筒体名义厚度n=6mm，则C1=0.6mm;取筒体有效厚度mmCd83.56.00.123.421eimmD4.210002min满足假设dn故n满足要求。在名义厚度计算完毕后，还需要进行最小壁厚校核。最小壁厚校核按式（3-3）进行，)(10002t2minCDni（3-3）iD=1200mm，n=6mm，2C=1mm，代入式（3-3），可得：mmmmDi5)16(4.210002tmin满足最小壁厚要求。因此，筒体名义厚度就取mmn6。3.1.3压力试验此环氧乙烷罐压力试验无特殊要求，那么对此环氧乙烷储罐进行水压试验。水压试验，根据《压力容器安全技术监察规程》及GB150-1998的规定,压力容器在2.5m3立式环氧乙烷储罐设计及安全6制造完成后需要进行水压试验。对于Q345R的钢制压力容器液压试验时，液体温度不得低于5℃。实验方法：首先对容器进行内外部检查，将容器内部的残留物清除干净，特别是对与水接触后能引起器壁产生腐蚀的物质必须彻底除净。将容器的人孔、安全阀座孔（安全阀应拆下）及其他管孔用盖板封严，只在容器的最上部保留一个装有截止阀的接管，以便于容器灌装试验用水时器内的空气由此排出，在容器下部选择一个管孔作为进水孔。此后向容器中装水，此时容器顶部的排气管上的截止阀应全开，使容器内的空气不断由此排出，直至容器内全部装满了水。装满水后，可向容器内打水加压，加压时保证容器内部的压力平稳而缓慢上升。当容器内压力升至设计压力时，应暂停升压，进行检查。若无泄漏或其他异常现象，则继续用试压泵缓慢加至试验压力。容器在试验压力下持续10-30min，然后降至工作压力，并保持有足够长的时间以便对容器进行检查。水压试验时的压力按式（3-2）计算：tTpp25.1（3-2）其中Tp—水压试验压力，MPa；p—设计压力，MPa；t—设计温度下材料的许用应力，MPa；—试验温度下材料的许用应力，MPa；将数据代入（3-2）：tTpp25.1MPa0.11141148.025.1液压试验时，还需按下式校核圆筒的应力，并考虑横放时水的静压力，水压试验时圆筒的应力T按式（3-3）计算CCDpnniTT2（3-3）对液压试验，此值不得超过该试验温度下材料屈服点的%90。查得16MnR在50℃时的屈服强度MPas205。在（3-3）代入数据，2.5m3立式环氧乙烷储罐设计及安全7MPaMPaDpSeeiTT5.18420519.09.08.13614.42)4.41200(12)(故筒体水压试验时强度满足要求。3.2封头壁厚设计3.2.1封头厚度确定封头厚度d按式（3-4）计算CPKPD