1、液化石油气球罐区的安全设计设计题目 61000m 3 液化石油气球罐区安全设计学 院 城建学院专 业 安全工程班 级 安全 1003起讫日期 2013.6.272012.7.10指导教师 鲍静姓 名 张凯奇学 号 1905100329目录1 液化石油气球罐设计 12345678 .11.1 液化石油气储存方式及比较 .11.2 液化石油气储存的工艺条件 .21.3 液化石油气球罐罐体的基本设计 .31.3.1 罐体材料的选择 .31.3.2 球罐的结构设计 .51.3.3 球罐的强度设计 .101.3.4 球罐的支座结构 .121.3.5 球罐加工工艺要求 .121.4 球罐的附件 .131.
2、4.1 人孔和开孔 .131.4.2 梯子和平台 .141.4.3 液位计 .141.4.4 压力表 .151.4.5 温度计 .151.5 安全附件及水喷淋装置 .151.5.1 安全阀 .151.5.2 水喷淋装置 .172 总平面布置及罐区安全设计 .222.1 功能分区 .222.2 合理划分储 LPG 罐区 .222.2.1 球罐间和球罐与防火堤间的防火间距 5 .222.3 防火堤的选型与构造 .232.3.1 选型 6 .232.3.2 防火堤参数设计 64 .242.4 隔堤的设计 .252.5 消防设计 .262.5.1 消防车道 5.262.5.2 消防水池 45.272.
3、5.3 消防给水设计 459.282.6 厂区其余建筑设计 4.302.7 LPG 球罐区布置说明及平面图 .313 LPG 罐区重大危险源辨识及危险性分析 .323.1 LPG 罐区重大危险源辨 10 .323.2 LPG 的危险特性分析 .323.3 LPG 罐区的危险性分析 .343.3.1 液化石油气球罐区的危险性分析 12 .343.3.2 泄漏引起的蒸汽云爆炸危害分析 .403.2.4 泄漏引起的其他危害分析 11 .444 LPG 罐区安全措施及安全管理制度 .444.1 安全措施 .444.1.1 防超压措施 .444.1.2 防泄漏措施 .454.1.3 防火灾措施 .454
4、.1.4 防液位过低过高措施 .454.1.5 防爆措施 .464.1.6 防雷、防静电措施 .464.2 LPG 罐区安全管理制度 .464.2.1 人员与机构配置 .464.2.2 安全管理制度 .465 LPG 罐区安全设施与自动化控制 .485.1 罐区安全设施 .485.1.1 工艺设备 .485.1.2 电气设备 418 .485.1.3 自动化安全仪表设备 .485.1.4 安全泄压设备 .495.1.5 事故注水设备 .495.1.6 消防设备 .495.2 自动化控制设计 .495.2.1 高危储运设施辨识 .495.2.2 自动化控制要求 16 .505.2.3 温度、压力
5、、液位的超限报警装置 .505.2.4 可燃和有毒气体泄漏检测报警 .505.2.5 火灾报警系统 .505.2.6 罐区自动控制系统构成 17 .511 液化石油气球罐设计0设计背景：本部分设计主要完成球罐体的机械强度设计计算以及安全附件的设计。1 液化石油气球罐设计 12345678针对 1000m3 液化石油气大型球罐设计中的几个关键部分：球罐选材、结构设计、安全附件等方面进行了研究。（1）阅读查找大量国内外文献，在系统了解球罐结构设计及制造方法的基础上，并对比国内和国外球罐技术和发展趋势，完成绪论的撰写。 （2）对球罐选材进行分析比较，对球罐进行工艺结构设计和尺寸计算；根据GB1233
6、7-1998钢制球形储罐对球罐进行结构与强度设计计算。根据球罐的要求选出相关附件，并根据技术要求对球罐进行制造安装。 （3）进行球罐图纸绘制，完成球罐装配图及各主要零部件图1.1 液化石油气储存方式及比较液化石油气储存方式分为常温高压、低温压力、低温常压三种。（1）常温高压法此工艺较简单也较成熟,目前为我国主要储存方式。由于常温下 LPG 的压力较大,储罐为高压容器(设计压力为 1.8 MPa),目前国内常用的有圆筒型卧罐和球罐两种。由于球罐用料省、受力好、用地少、造价低,所以大多数储罐为球型罐。但即便是球型罐同样存在罐壁越厚,焊接应力消除越困难的问题。因此,在“球型储罐设计规定”等规定中作了
7、壁厚小于或等于 50 mm 的规定。这样就限制了球罐的容积。要增大储量就要增加罐数,由于消防间距的要求,相应就得增加占地,增大投资,从而限制了大规模的储存和发展。（2）低温压力法为减小储罐壁厚、增大罐容,只有适当降低罐内的压力。但储罐内压力降低,就会使罐内的 LPG 饱和温度低于当地环境温度,需增设一套制冷系统以满足要求。但如果选择一个适当的压力工作点,使罐内的 LPG 饱和温度保持一个合适的值,就会既降低了储罐的压力、减少了壁厚、增大了罐容,又减少了制冷系统的运行天数,降低了全年制冷开支,从而提高了经济效益。尤其是对那些四季分明,年平均气温与夏季最高气温相差很大的地区就更显示出其优越性。液化
8、石油气球罐区的安全设计1（3）低温常压法1 液化石油气球罐设计2由于我国沿海经济发达地区普遍能源紧张,全年温度又较高,低温压力储存中转 LPG仍无法大幅度地增大储罐容积,因此用低温压力法大规模地储存中转 LPG 显然不是最经济的方式。只有把储罐内压力再降低,使储罐容积大幅度地增大,减少占用土地、降低耗钢量,才能使大规模地储存中转 LPG 经济可行。低温常压法就是指罐内工作压力略高于常压,基本维持在 010 kPa,对应的 LPG 饱和温度虽较低(丙烷为-45左右,丁烷为-5左右),但由于储罐耐压低,容积不受太多限制,储罐容积可大幅度地增大,单罐容积可达十几万立方米。这样在这些地区采取低温常压法
9、储存中转液化石油气便具有占地少、投资省、经济效益好的优点。通过比较可以看到:常温压力储存 LPG 方式由于受材料焊接、加工组装等因素限制,单个储罐容量仅为 2 000 m3。无法大规模化,而且投资大,经济效益较低。低温储存 LPG法由于罐内压力降低,使罐容积增大变为可能。尤其是低温常压法,单罐容积可达十几万立方米,虽增设了制冷等系统,但可大幅度增大储量、节约用地、减少耗钢量、从而降低了投资、提高了经济效益。综上所述，选用低温压力储存方式。1.2 液化石油气储存的工艺条件按照 TSG R0004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程 6 中的相关规定，压力选取原则为工作压力应当不低于 50饱
10、和蒸汽压力。丙烯、丙烷和异丁烷 50饱和蒸汽压力分别为 2.05 MPa、1.71 MPa 和 0.69MPa。因此,根据介质种类以及最高工作温度,选取球罐的设计压力为 1.6 MPa。设计温度考虑为-2040。表 1-1 混合液化石油气的设计压力设计压力，MPa混合液化石油气 50饱和蒸气压力，MPa 无保冷措施 有可靠保冷措施异丁烷 50饱和蒸气压力 等于 50异丁烷饱和蒸气压力可能达到的最高工作温度下异丁烷的饱和蒸气压异丁烷 50饱和蒸气压力，丙烷 50饱和蒸气压力等于 50丙烷饱和蒸气压力 可能达到的最高工作温度下丙烷的饱和蒸气压丙烷 50饱和蒸气压力 等于 50丙烯饱和蒸气压力 可能
11、达到的最高工作温度下丙烯的饱和蒸气压液化石油气球罐区的安全设计31.3 液化石油气球罐罐体的基本设计罐体球壳分为三层，内层为合金钢材料，夹层为保温材料，外层为防腐材料。夹层一般采用聚氨酯泡沫塑料，外层采用喷砂除锈（石英砂） 。因时间关系，下面重点设计球壳内层。1.3.1 罐体材料的选择（1）球罐用钢的选择原则是在满足强度要求的前提下，应保证有良好的成型性、优良的焊接性能、足够好的缺口韧性值和长期可靠的使用性能。球罐用钢是球罐制造和设计的主要参数，对其质量优劣具有举足轻重的影响。选材时需综合考虑钢材的抗拉强度、屈服点、刚性、韧性、可焊性以及其可靠性和经济性。其次考虑到在我国，由于液化石油气产品中
12、所含的 H2S 量较高，因此在选用盛装液化石油气球罐的材质时，除要求具有足够的强度外，钢材的抗应力腐蚀性能也是不可忽视的因素。综合考虑，选用 16MnR。（2）16MnR 钢板是我国目前使用最多、最普遍的一种低合金高强度压力容器用钢。钢材的焊接性能较好，抗腐蚀性能较好，具有良好的综合力学性能和制造工艺性能，广泛用于建造各类压力容器和中小型球罐，对于 16MnR 钢板制造的球罐无论是技术还是经验更加成熟，且价钱相对于其它钢板更便宜且能满足液化石油气储存的要求。表 1-2 化学成分如下表（GB6654-1996、GB150-1998）钢号 C Si Mn V W Ni S P16MnR 0.2 0
13、.200.55 1.20 1.60_ _ _ 0.020 0.0301 液化石油气球罐设计4表 1-3 力学性能和工艺性能如下表（GB6654-1996）注：表中 b 为试样宽度，d 旁心直径,a 钢板厚度表 1-4 许用应力： 常温强度指标 在下列温度下的许用应力，MPa钢号 钢板标准 使用状态 厚度b /MPa s /MPa 20100 150 200616 510 345 170 170 170 1701636 400 325 163 163 163 1593660 470 305 157 157 157 15060100 460 285 153 153 150 14116MnR GB
14、6654 热轧，正火100120 450 275 150 150 147 1381.3.2 球罐的结构设计球壳结构采用三带八支柱混合式结构（图 1） 。该结构的极板尺寸大,赤道板数量少,充分利用了板材的长度与宽度,因而减少了焊缝长度。拉伸试验 冲击试验 冷弯试验钢号交货状态钢板厚度 抗拉强度 MPab/屈服点 s/伸长率 %/5温度V 形冲击功Akv/jb=2a616 510540 3451636 490620 3253660 470600 3052160100 460590 28516MnR热轧或正火100120 450580 2752020 31d=2a液化石油气球罐区的安全设计5图 1-
15、1符号：R- 球罐半径 6150mm N-赤道分瓣数 16 -赤道带周向球角 22.5 0-赤道带球心角 67.51-极中板球心角 22.5 2-极侧板球心角 22.53-极边板球心角 22.51 赤道板尺寸计算： 图 1-2弧长 （1-1）03.146507.245.30m88RL弦长 （1-2）62sin()2sin()8.1弧长 （1-3）01 .17cocos()=2.08BN弦长 （1-4）01 5.Rcos()i615cosi9522（ ） （ ）弧长 （1-5）A203.41.0mBN1 液化石油气球罐设计6弦长 （1-6）2 2.5Rsin()2610sin()39.61mB弦
16、长:（1-7）022 227.5D1cos()(x5cos()s()78.3弧长 （1-8）ARD3.146018.3arcsin()arin() 91.m99601. 极板尺寸计算：图 1-3对角线弧长与弦长最大间距：（1-9）1222.5Hsin()sin(.)14m弦长: （1-10）121i610i2.5973.RB弧长: （1-11）113.45.arcsin()arcsin()6.2590910弦长 （1-12）1D257.8.mB弧长 （1-13）0R314650847.5arcsin()arcsin()9312.4m99260弦长 （1-14）122 .i i.弧长 （1-15）()3.46150(5)743808B2. 极中板尺寸计算：
