环氧乙烷储罐安全技术.doc

2.5m3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
目录
1 前言 1
2 结构设计 2
2.1 结构设计 2
2.2 筒体直径与高度的确定 2
3 强度计算 4
3.1 筒体壁厚设计 4
3.2 封头壁厚设计 7
3.3 开孔补强 7
4 零部件选择 12
4.1 支座选择 12
4.2 安全阀选型 13
5 安全技术要求 16
5.1 设计 16
5.2 制造、安装 18
5.3 使用、维护与保养 19
5.4 定期检验 20
6 总结 23
参考文献 24
1 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
JBT 4736-2002 补强圈
JBT 4746-2002 钢制压力容器用封头
HG 20595-97 带颈对焊钢制管法兰。
JBT 4712-2007 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 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JBT 4712-2007 《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:
(2-1其中—筒体公称直径,mm;
—筒体长度,mm;
对于立式容器,高径比,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,那么取进行计算:
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/m3
1200
325
25
1.6552
0.2545
校核:
相对误差:
满足要求。
那么,
所以,此圆筒形储罐直径为1200mm,高度为1800mm。
3 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;
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)
≤20
100
150
200
250
0Cr18Ni9
GB4237
固溶
2~60
137
114
103
96
90
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:
(3-1)
式中 ——设计压力,MPa;
——筒体公称直径,mm;
——使用温度下的许用应力,MPa;
—腐蚀余量,mm;
筒体设计厚度按式(3-2)计算:
(3-2)其中—筒体设计厚度,mm;
—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
2.0
2.2
2.5
2.8~3.0
3.2~3.5
3.8~4.0
4.5~5.5
负偏差C1
0.18
0.19
0.20
0.22
0.25
0.3
0.5
钢板厚度
6~7
8~25
26~30
31~34
35~40
42~50
52~60
负偏差C1
0.6
0.8
0.9
1.0