大型低温液体贮罐的设计和制作方面的考虑

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1、大型低温液体贮罐的设计和制作方面的考虑【摘要】结合实际，论述了大型低温液体贮罐设计中的罐体材料和绝热材料选择、结构设计以及焊接制造等方面的问题。简述了其投运前的总体检查及充液运行。图4表1。关键词：大型低温液体贮罐设计焊接检查运行   随着国民经济的高速发展，石油化工及空分产品被大规模使用，大容量贮存低温低压液体的贮罐被视为优先开发生产的重要产品。本文所述的盛装低温液化产品的焊接贮罐的结构方案是较多被采用的，并且是经过实践验证的一种。1986年我们和林德公司合作设计的3000m3液氮贮罐，在首钢试运行成功。1992年给大连某

2、厂设计的450m3液氮罐、1996年给大庆水气厂设计的1000m3液体贮罐等均在使用中，且运行良好。据此我们得出：用适合于产品温度的金属材料制作的大型贮罐，经过有规律的放大和采用工艺外推法可以具有较好的安全性和其它性能。这里就具体设计和制作大型低温液体贮罐中的一些问题做一论述。1相关标准   许多国家都颁布了设计和制作贮存低达-50℃低温产品的贮罐标准，例如：美国石油学会标准620及附录R，英国标准BS4741。   对于贮存-100℃以下液体的贮罐，国外最常用标准为：美国的APl620附录Q，它是设计和制造温度不低于-16

3、7．8℃的液态烃低压贮罐标准。我国目前尚没有大型低温低压贮罐的设计制造规范，我们参考了《大型贮罐设计》(常温)、国标GBl50附录C来设计、制作。2材料的选择   罐体材料的选取与盛装液体的使用温度、容积有关。不同的使用温度选择不同温度下的低温钢才合理。现以95000m3丙烷贮罐的材料选用为例，该贮罐直径为65m，丙烷贮罐所设计的物料温度为—45．6℃。在考虑丙烷物料有可能含有各种杂质、容易降低平衡温度的情况下，我们认为以—50℃作为结构的验收温度是合适的。但是国际GBl50附录C要求热影响区以及板材和焊缝金属都要满足V形缺

4、口的最低要求值。为了保证这一点，应选在—70℃下进行过横向冲击试验的钢板09MnNiDR更合理，因为低温钢重要的技术指标之一就是低温冲击韧性，概括各国低温钢冲击韧性值，大体上都将冲击功的最低试验温度作为钢的最低使用温度界限。   对于贮存—196℃的液体贮罐，我们常选用9％镍钢和铝合金。因为各国都进行过大量9％镍钢的低温操作试验，其韧性、强度均好，且成功地用于液体贮存上(GBl50附录C要求：在—196℃下，免做冲击试验)。而铝合金(如ASTM标准中的5083或ISO标准中的A1-Mg-4．5％Mn，GB标准LF4合金)强度

5、比较高、可焊性好、经济，且在低达—270℃或液态氦温度下具有必要的延性和韧性以及其他性能。   但对于双层贮罐来说，由于外部有绝热层压力的缘故，铝在低温下的热收缩会限制贮罐的尺寸和容积。选材除了要求具有较高的低温冲击韧性外，还要求在低温下具有足够高的强度、对介质的耐腐蚀性能及良好的焊接和冷热加工工艺的性能。3设计及结构   经验数据表明，那些首先应用于决定常温罐受风载荷或内部真空时的壳稳定性的要求对低温贮罐也是适用的，但是低温罐比常温罐在材料的选择和贮罐的安全运行方面提出了更高的要求，特别是脆性断裂问题。现以1000m3液氮

6、贮罐为例来说明。   此罐是由内外罐和两者间的绝热空间构成的复合贮罐，内罐贮放低温液体，并与外罐形成绝热空间。内外罐结构形式基本一样，都采用拱顶、平底式设计。不同之处，内罐充装-196℃的深冷液体。   内罐设计条件：公称直径D=10m；罐高H=13m；拱顶半径Rh=1．20=12m；设计压力正压p=10kPa，负压p=-0．5kPa；设计温度-196℃；材质0Crl8Ni9；腐蚀裕度C1=0；焊缝系数¢=1；贮液比重r=810kg／m3。   (1)拱顶采用加强结构，即将结构加强件焊在罐顶板上，对于直径是Φ10m的大型薄板

7、结构，采用加强筋是为了防止由膨胀和不稳定所引起的破坏。顶板的厚度(BS标准)，计算出顶盖板厚度4．79mm，实取5mm，再经过带肋拱顶球壳的稳定性验算得出[Pcr]>P([Pcr]为许用临界载荷，户为罐顶设计外压)，故稳定。主要设计载荷根据自重、附加载荷和内部真空条件决定。   (2)罐顶与罐体的连接见图1，此处结构形式可多种多样。但是，罐顶与承压板之间采用弱连接，连接焊缝为破裂焊缝，外侧采用单面连续焊，易于保证贮罐的密闭性。贮罐内部一旦超压，尽可能从此处掀起顶盖迅速泄压，避免罐体及罐底部盛液部分遭受破坏。         

8、   (3)承压圈由于罐内压力的作用，在罐顶一壳体连接部位产生一定的环向压应力，它由此处承压结构来承担。如图1所示：Wc、Wh是承压圈区域，只有校核此处的δ环=[P-0．0008(Rh-C1)]D2／800Atga<[δ]才会安全(式中δ环为环向应力，[δ]为设计温度下的许用应力)。