帶安全閥的III類臥式液氨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)
帶安全閥臥式液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)過程中注意事項(xiàng)，如何確定各主要設(shè)計(jì)參數(shù)，圖紙上如何對(duì)制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收提出要求，III類壓力容器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告如何考慮。
氨材料在練油、化工、農(nóng)業(yè)、制藥、制冷等行業(yè)已被廣泛應(yīng)用，液氨儲(chǔ)罐作為特種設(shè)備在各行業(yè)中也被廣泛使用。如何保證液氨儲(chǔ)罐在各行業(yè)中的安全有效運(yùn)行，設(shè)計(jì)源頭上就應(yīng)當(dāng)有效控制以保證設(shè)計(jì)產(chǎn)品的安全性及經(jīng)濟(jì)合理性。以下是對(duì)一臺(tái)50m3(筒體長(zhǎng)度L=7200mm、內(nèi)直徑Di=2800mm、帶雙標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭)無保溫帶安全閥臥式液氨儲(chǔ)罐的選材、設(shè)備結(jié)構(gòu)、主要設(shè)計(jì)參數(shù)、強(qiáng)度校核、安全泄放面積、制造檢驗(yàn)技術(shù)要求、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告等設(shè)計(jì)過程中主要應(yīng)考慮問題及解決辦法。
1、主要受壓元件材料選擇
根據(jù)液氨儲(chǔ)罐操作材料條件(壓力、溫度、介質(zhì)特性及工作特點(diǎn))、選用材料的焊接及冷熱加工性能、設(shè)備結(jié)構(gòu)及制造工藝、材料來源及經(jīng)濟(jì)合理性，Q245R與Q3345R均可用，Q345R較Q245R的強(qiáng)度高很多且價(jià)格貴差不多，選用性價(jià)比較高的Q345R材料，因液氨介質(zhì)可以能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，故選的Q345R材料供貨狀態(tài)至少為正火板。同時(shí)筒體上墊板、其它管件、法蘭也應(yīng)盡可能選取Q345R或16Mn鍛件，鞍座材料可選用Q235B。
2、設(shè)備結(jié)構(gòu)確定
(1)支座：臥式容器可選標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)鞍座，為使封頭對(duì)筒體起加強(qiáng)作用，應(yīng)盡量使支座中心到封頭的切線距離A小于或等于0.5倍的圓筒的平均半徑Ra，當(dāng)無法滿足時(shí)，A不宜大于0.2L(L兩封頭切線間距離)。固定端鞍座應(yīng)設(shè)在接管較多、管徑較大的一側(cè)。
(2)開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：人孔大接管可采用補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)，同時(shí)應(yīng)注補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)的適用范圍，小接管當(dāng)接管壁厚小于1/2筒體壁厚時(shí)，盡量采用鍛件補(bǔ)強(qiáng)管。
(3)檢查孔：本設(shè)備在制造、安裝及檢修過程中根據(jù)本設(shè)備尺寸大小至少要求開設(shè)兩個(gè)DN450以上人孔，并分別布置在靠近封頭兩側(cè)的筒體上。
(4)焊接結(jié)構(gòu)：筒體上的對(duì)接接頭、接管與筒體及被強(qiáng)圈焊接接頭的坡口型式應(yīng)按GB150.3-2011或HG/T20583-2011中選用相應(yīng)全焊透形式節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)
(5)法蘭管件：根據(jù)液氨強(qiáng)滲透性性質(zhì)所有法蘭管件選取PN2.5MPa帶頸對(duì)焊法蘭。
(6)就地液位計(jì)：根據(jù)設(shè)備工作壓力、溫度、介質(zhì)密度及腐蝕情況、測(cè)量范圍、是否需報(bào)警等條件選用相應(yīng)型號(hào)磁翻板液位計(jì)。
(7)安全閥：根據(jù)安全泄放面積計(jì)算，整定壓力選取相應(yīng)型號(hào)安全閥。
(8)其它結(jié)構(gòu)：排污口結(jié)構(gòu)是否保證排凈、進(jìn)料管是否設(shè)置介質(zhì)對(duì)容器殼體防沖刷磨損結(jié)構(gòu)、底部出料口是否需設(shè)防渦流結(jié)構(gòu)、細(xì)長(zhǎng)管件是否考慮筋板加固、各接管是否考慮內(nèi)伸以加強(qiáng)開孔補(bǔ)強(qiáng)作用、設(shè)備靜電接地板設(shè)置。
3、主要設(shè)計(jì)參數(shù)確定
液氨屬中度危害、易燃易爆、強(qiáng)滲透介質(zhì)，50°C時(shí)的飽和蒸汽壓為1.93MPa(表壓)。本設(shè)備無保溫保冷措施，按《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(簡(jiǎn)稱《固容規(guī)》)規(guī)定，工作、壓力按50°C時(shí)選取。
(1)工作溫度：常溫~50°C
(2)設(shè)計(jì)溫度：50°C
(3)工作壓力：0.77~1.93MPa
(4)設(shè)計(jì)壓力P：取1.05~1.1倍工作壓力P=2.1MPa
(5)全容積V：50.6m3
(6)容器類別：PxV=106MPa.m3>50MPa.m3液氨易爆屬第一組介質(zhì)按《固容規(guī)》規(guī)定劃分為III類
(7)設(shè)計(jì)使用年限：一般容器取10年
(8)腐蝕裕度C2：2mm。由年腐蝕速度乘于設(shè)計(jì)使用年限得出，年腐蝕速度可查《金屬腐蝕手冊(cè)》
(9)充裝系數(shù)：0.9
(10)焊接接頭系數(shù)φ：1.0。設(shè)計(jì)壓力大于1.6MPa的III類容器取1.0
(11)最大允許工作壓力[Pw]：由于液氨介質(zhì)強(qiáng)滲透性決定本設(shè)備必須進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。氣密性度驗(yàn)時(shí)，一般應(yīng)將安全附件裝配齊全，而安全閥的整定壓力一般不得高于設(shè)計(jì)壓力，這樣，以設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)就會(huì)造成安全閥的開啟，難于完成試驗(yàn)，要求設(shè)計(jì)人員給出容器的最高允許工作壓力，采用比設(shè)計(jì)壓力更高的壓力作為安全閥的整定壓力，以防止氣密試驗(yàn)時(shí)安全閥的開啟，保證試驗(yàn)順利進(jìn)行。最高允許工作壓力不是隨便定的，是根據(jù)容器各主要受壓元件有效厚度計(jì)算出的最大承壓能力。圖樣上標(biāo)有最高允許工作壓力時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)本臺(tái)設(shè)備的最大承壓能力負(fù)責(zé)，即殼體強(qiáng)度、開孔補(bǔ)強(qiáng)等計(jì)算都應(yīng)采用最大允許工作壓力作為計(jì)算壓力，最大允許工作壓力按以下確定：按GB150.3-2011薄壁容器第一強(qiáng)度理論分別計(jì)算筒體及封頭的計(jì)算厚度：筒體計(jì)算厚度：
由計(jì)算厚度+鋼板負(fù)偏差C1(0.3mm)+腐蝕裕度C2(2mm)并圓整到鋼板規(guī)格厚度即名義厚度：筒體名義厚度δn=20mm封頭名義厚度δhn=20mm由名義厚度-鋼板負(fù)偏差C1(0.3mm)-腐蝕裕度C2(2mm)算出筒體與封頭的有效厚度δe=17.7mm分別算出筒體及封頭最大允許工作壓力：
[σ]t設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力;K橢圓封頭形狀系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭取1。
分別查出設(shè)備上其它主要受壓元件的最大允許工作壓力，其中PN2.5MPa人孔部件在操作溫度下最大允許工作壓力為2.5MPa。本設(shè)備最大允許工作壓力取不大于各元件最大允許工作壓力的最小值[Pw]=2.3MPa。
(12)安全閥整定壓力：取值介于設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力與最高允許工作壓力之間2.2MPa.
(13)水壓試驗(yàn)壓力Pt：PT=1.25[Pw][σ]/[σ]t=2.88MPa
(14)氣密性試驗(yàn)壓力：取設(shè)計(jì)壓力2.1MPa.
4、設(shè)備強(qiáng)度校核及安全閥泄放面積計(jì)算技巧
(1)根據(jù)GB150.3-2011中的公式對(duì)容器殼體及開孔補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行校核。注意計(jì)算壓力應(yīng)取設(shè)備的最大允許工作壓力2.3MPa。對(duì)于小接管尺寸符合GB150.3-2011中6.1.3規(guī)定可不另行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，以減少設(shè)計(jì)工作量。對(duì)于人孔補(bǔ)強(qiáng)圈計(jì)算超出筒體厚度時(shí)，可在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)適當(dāng)增大補(bǔ)強(qiáng)圈外徑及接管適當(dāng)內(nèi)伸以增加補(bǔ)強(qiáng)面積。
(2)按JB/T4731-2005進(jìn)行帶雙鞍座筒體強(qiáng)度及穩(wěn)定性、鞍座、地腳螺栓強(qiáng)度校核。當(dāng)鞍座處筒體截面或筒體中心處截面上若有應(yīng)力校核通不過時(shí)，設(shè)計(jì)人員優(yōu)選考慮調(diào)整鞍座間距、增大墊板包角、鞍座寬度、或增設(shè)加強(qiáng)圈，最后再考慮增加筒體壁厚。
(3)設(shè)備安全泄放面積按GB150.1-2011附錄B的要求計(jì)算。注意設(shè)備介質(zhì)特性及設(shè)備保溫條件選取相應(yīng)公式計(jì)算，計(jì)算公式中的設(shè)計(jì)壓力及介質(zhì)的其他物化參數(shù)也應(yīng)按設(shè)備的最允許工作壓力選取。
5、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等要求
設(shè)備圖紙上應(yīng)標(biāo)出設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等遵循的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，同時(shí)還應(yīng)出提出主要的技術(shù)要求。
(1)容器殼體上A.B類對(duì)接接頭應(yīng)按JB/T4703-2005進(jìn)行100%射線檢測(cè)，合格級(jí)別II級(jí)。所有C、D類應(yīng)進(jìn)100%磁粉檢測(cè)，合格級(jí)別I級(jí)。
(2)液氨屬應(yīng)力腐蝕介質(zhì)，設(shè)備在無損檢測(cè)合格后應(yīng)進(jìn)行焊后整體消除應(yīng)力熱處理。所有殼體上的焊接工作應(yīng)在熱處理前完成。
(3)熱處理完畢，設(shè)備應(yīng)按2.88MPa壓力進(jìn)行水壓試驗(yàn)。
(4)水壓試驗(yàn)合格后，設(shè)備應(yīng)按2.1MPa氣壓進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。
(5)設(shè)備檢驗(yàn)合格完畢，外表面進(jìn)行除銹涂漆防腐。面漆顔色選液氨的警戒色黃色。
6、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告
本設(shè)備屬III類壓力容器，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)出具包括主要失效模式和風(fēng)險(xiǎn)控制等內(nèi)容的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告主要按GB150.1-2011附錄F中的要求制定編寫。報(bào)告主要分析設(shè)備的預(yù)期使用狀況充分考慮容器在各種工況條件下可能產(chǎn)生的失效模式，對(duì)液氨介質(zhì)特性、操作條件、環(huán)境因素、裝卸條件、運(yùn)輸、安裝條件進(jìn)行危害識(shí)別，確定可能發(fā)生的危害及其后果，針對(duì)危害和相應(yīng)的失效模式，制定相應(yīng)原事故應(yīng)急預(yù)案措施。使容器的風(fēng)險(xiǎn)降到可接受水平
7、總結(jié)
以上為III類液氨臥罐的主要設(shè)計(jì)流程及注意事項(xiàng)。同時(shí)對(duì)圖紙上標(biāo)有最高允許工作壓力時(shí)設(shè)計(jì)工作量、設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)分析，對(duì)設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)提出相應(yīng)要求供同行研究探討。
