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 年给大连某厂设计的 450m3液氮罐、1996 年给大庆水气厂设计
2、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 BS 4741。对于贮存-100以下液体的贮罐，国外最常用标准为：美国的 APl 620 附录 Q，它是设计和制造温度不低于-1678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 GBl
3、50 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456。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
4、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-45Mn，GB 标准 LF4 合金)强度比较高、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、
5、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=120=12m；设计压力正 压p=10kPa，负压 p=-05kP
6、a；设计温度-196；材质 0Crl8Ni9；腐蚀裕度 C1=0；焊缝系数=1；贮液比重 r=810kgm 3。(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 10m 的大型薄板结构， 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 479mm，实取 5mm，再经 过带肋拱顶球壳的稳定性验算得出P crP(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
7、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。(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 环 = P-00008(R h-C1)D2800Atga800mm、长度1000mm 来设计。4 绝热材料的选择保温，对于大型贮罐在使用上的经济性来说， 的确是最为重要的因素之一。因为大型贮罐蒸发损 失的多少主要取决于此，绝热作用将有可能使贮罐 的日蒸发率保持在贮罐容量的00401的规 定限度内。因此壳和顶盖绝热
8、应用松散的珠光砂； 而罐底部绝热则用泡沫玻璃，因为其绝热性能好、 重量轻、强度高、耐水、耐潮。内罐和外罐绝热空 间宽度为12m，当加入和排出液体以及升温和降 温操作时，内罐壳都将向内、向外移动。为了防止 在压紧松散填充的绝热材料时产生的对内罐的过载 应力，应使绝热系统具有弹性，因为较高的许用应 力将引起注液和排液时有较大的弹性应变。5 焊接焊接低温贮罐用的最合适的填充金属和焊接方 法的选择，取决于所要求的性能和可能获得的设备 的形式。在选择填充金属时必须考虑的一些因素 是：设计金属温度、抗拉和屈服强度、韧性、焊接 材料的热处理状态、结构焊后热处理等。焊接这种现场装配的贮罐，其采用的最普通的 焊
9、接方法是手弧焊、熔化极气体保护焊和自动埋弧 焊。手弧焊需要的设备最少，因而应用起来简单， 且灵活。贮罐的立环焊缝采用手工氩弧焊焊接。在 焊接时，关键要注意：小心谨慎的控制所采用的焊 接输入热量，以便在焊缝金属和热影响区内部获得 足够的缺口韧性。在焊接接合处应避免缺口影响， 防止穿透裂纹发生。焊接铝罐没有特殊问题。采用最普通的铝材是 铝镁合金，即 5083、5086、LF4 等。铝的焊接方法 只限于采用熔化极和非熔化极气体保护焊。通常使 用的厚铝板要尽力实现立缝和环缝的焊接自动化。6 检查及运行检查的要求通常遵循应用于常温贮罐的基本原 则。但对贮放低温液体的双层贮罐，检查更加严 格，以防止发生泄
10、漏或失效而产生巨大的危害。焊 接要保证，严格注意不同接头和焊接工艺是否合 格，以及焊接的条件。所有立环焊缝都应进行射线 拍片，以保证质量。在 1000m3内罐体焊接上，为了保证低温罐的 安全运行，要求施工过程严格控制焊缝尺寸及质 量。要求对罐体纵环焊缝进行 100X 射线探伤， 质量达 JB 473094级标准。罐底对接焊缝 100 超声波检查，达 JD 473094I 级标准。其余角焊 缝，作渗透探伤并进行真空盒检漏，检查其严密 性。水压和气压组合试验用以检查贮罐的壳体的强 度和稳定性及气密性，检查罐底隆起位置和高度 (即各处均有相同的负载能力)。检查锚栓固定的断 面位置情况和罐体的安全保护
11、装置等。总体检查合格之后，在夹层充珠光砂的情况下 进行冷运转，注入深冷液体(大约在贮罐底部上面 80lOOmm)，控制检查贮罐内罐的温度，在达到 贮液温度的情况下，罐体应该有足够的降温，达到 贮液温度后，注液可加速进行。参 考 文 献1 湛卢炳大型贮罐设计(化工设备设计全书)上 海：上海科学技术出版社，1986329 页2 GB 1501998 钢制压力容器伊 凡，女，工程师，1962 年 6 月生，1983 年黑龙江省电大电子专业专科毕业，后在西安交通大学低温专业进修 现在哈尔滨制氧机厂研究所从事空分产品的设计、开发工作。论文类别:推荐别人的作品 发布者:xilu222 发布时间:2003-9-19
