甲醇贮罐优化设计浅析

1、Feb.2009化肥设计Chem ical Fertilizer Design 第47卷第1期2009年2月甲醇贮罐优化设计浅析于咏梅(恒盛化肥有限公司,江苏徐州221400摘要:结合20万t/a低压甲醇装置甲醇贮罐的工程设计实例,从贮罐罐顶、罐壁、罐底、贮罐附件等方面阐述了甲醇贮罐结构设计的要点;提出了合理选择设计参数、合理确定贮罐结构形式等优化设计的方案和措施。关键词:低压甲醇装置;甲醇贮罐;工程设计;优化中图分类号:T Q223.121文献标识码:A文章编号:1004-8901(200901-0038-03Br i efly Ana lyz i n g O ptim i za ti on

2、 D esi gn for M ethanol TankY U Yong2mei(Hengsheng Che m ical Fertilizer Co m pany L td.,Xuzhou J iangsu221400ChinaAbstract:Author has described the gist for structure design of methanol tank in combinati on with the actual p r oject design exa mp le f ormethanol tank in the methanol p lant with a c

3、apacity of200000t/a l ow p ressure methanol and fr om as pects of attachments of tank t op,tank wall,and tank etc.;has p resented the sche me and measure f or op ti m izing the design,as how t o reas onably select the design para meters,how t o reas onably deter m ine the structure type of tank and

4、s o on.Key words:l ow p ressure methanol p lant;methanol tank;p r oject design;op ti m izati on江苏恒盛化肥有限公司是以生产农用化学肥料为主的大型化工企业,2007年年末起,公司在工业园区新上18万t/a合成氨、30万t/a尿素、20万t/a低压甲醇装置各1套。笔者主要负责甲醇装置甲醇贮罐的设计、制作和安装,体会到工程设计的优化直接关系到贮罐的安全可靠性、使用维修和工程造价,应在设计中充分考虑贮罐的强度、刚度、稳定性和防腐措施,合理地选择设计参数及贮罐的结构形式,尽可能地节省钢材。以下结合工程实例,浅

5、谈优化贮罐结构设计的要点。贮罐经济尺寸的选择(1贮罐在给定容积的情况下设计,直径和高度尺寸可有不同的组合。只有其中1种尺寸的材料最省,相应投资最省。应按材料最省和费用最省的原则计算贮罐的经济尺寸。贮罐经济尺寸见表1。表1贮罐经济尺寸罐壁情况贮罐形式材料最节省的经济尺寸费用最节省的经济尺寸等壁厚小型敞口贮罐HR HR 小型封闭贮罐H2R H2R不等壁厚大型封闭贮罐HHc2+c3 2c1R表1中,=S1+S2;=(</r;H为贮罐高度;R为贮罐半径;D为贮罐直径(内径;为材料许用压力;<为焊接接头系数;S为罐壁板厚度;S1为罐顶板厚度;S2为罐底板厚度;c1为贮罐罐壁单位面积每年平均费

6、用;c2为贮罐罐底单位面积每年平均费用;c3为贮罐罐顶单位面积每年平均费用(按水平投影面积。由表1可知,大型封闭贮罐按材料最省的经济尺寸为H,实际上把罐顶和罐底都看作同等费用来考虑,而在工程中往往罐顶比罐底费用多。若把罐壁和罐顶费用看作相同的费用,并且分别为罐底费用的2倍时,其经济尺寸为H3/8D较为合理。(2在确定贮罐的设计容积时,贮罐安全高度还应考虑液位的极限波动及消防的要求,贮罐的空气泡沫接管到液面之间应留有一定高度,以保证贮罐液面上泡沫覆盖层能有足够厚度。固定顶贮罐贮存系数,原油罐或热油罐取0.85,化工原料或成品罐取0.9。罐壁设计(1壁厚设计考虑贮液静压力由上至下逐渐增厚,但实际制

7、造中不可能采用过多的板厚规格,作者简介:于咏梅(1966年-,女,江苏新沂人,国家注册安全工程师,机械设备工程师,从事化肥生产装置的设备维修、安装等技术管理工作。83因此对于Vg1000m3的贮罐,可采用等壁厚设计;对于Vg>1000m3的贮罐,则应采用不等壁厚设计。(2罐壁板的最小公称厚度应根据油罐内径D 的大小而设定。当D<15m;15mD<36m;36m D<60m;D>60m时,罐壁最小公称厚度分别不得小于5、6、8、10mm(罐壁最小公称厚度不得小于罐壁计算厚度加上各自壁厚附加量的较大值。(3抗风载能力是大型贮罐必须考虑的,如果罐壁不具备足够的抗风能力,

8、则应设置抗风圈,敞口贮罐必须在罐壁外侧靠近罐壁上端设置抗风圈。(4抗震验算可按照有关标准要求进行,主要是校核最低层罐壁底部的剪切应力。罐顶设计大型贮罐最常用的罐顶结构为固定顶和浮顶。浮顶结构复杂,成本高,一般仅用于石油油品、醇类等易蒸发损失的介质贮存。化工生产一般采取固定顶结构,固定顶结构又分为自支撑式锥顶、支撑式锥顶、自支撑式拱顶。其中拱顶优势明显,其不仅结构合理,还可节约材料30%以上,故在罐顶设计中,应优先考虑拱顶。由于拱顶制造需专用模具,单台制造无模具时一般不采取拱顶,成批制造则应采取拱顶。当V g>1000m3时,一般都应优选拱顶结构;其次选择锥顶结构。锥顶的高度随起始角增大而

9、增高,支承式锥顶的角可设计得较小,但结构耗材多、且要求地基不得有不均匀下沉,故应用较少。只有在贮罐直径过大时,由于受结构稳定性的限制,才选用支承式锥顶结构,这时应注意,支柱下端应插入导座内,不应焊接。罐顶板与罐壁连接的结构形式见图1。图1罐顶板与罐壁连接的结构形式弱顶结构设计应引起特别注意。弱顶结构的作用在于万一贮罐内部超压、可掀起顶盖,迅速泄压,以减少罐壁和罐底的破坏,避免造成更大的损失。国内标准对弱顶结构设计的规定是,罐顶仅在外圆部分与包边角钢有一连续焊缝,且焊脚高度不得大于4mm(仅起密封、固定作用。对于有支柱支撑的锥顶,顶板不得与支柱或网壳固定,罐顶板之间相焊后,仅在罐顶周边与包边角钢

10、相焊。国外标准对弱顶结构设计除以上规定外,还有顶板与包边角钢连接处的坡度不超过16等3项限制条件,且3项限制条件中若有1项不满足时,则应设置紧急排空装置。实际上,能完全满足弱顶设计条件的连接结构是不多的,且紧急排空装置往往也不能满足实际要求。尽管如此,对于装有易燃介质的贮罐,应尽量将罐顶设计成弱顶结构,这对贮罐的安全泄压具有重要意义。罐底设计由于贮液静压力的作用及基础的不均匀沉降,使贮罐的边缘板承受了较大的局部应力,中幅板则承受了较大的变形,这些都对大型贮罐的安全使用构成威胁,故底板设计是整个设计中的重要环节。根据贮罐直径大小,直径小于12.5m的贮罐底板宜采用条形排板组焊,直径12.5m的贮

11、罐宜采用弓形边缘板与中幅板组焊。罐底结构见图2。图2罐底结构附件设计罐壁开孔接管采用钢制法兰的压力等级,不宜低于1.0MPa。罐顶开孔接管采用钢制法兰的压力等级,不宜低于0.25MPa。罐壁允许不补强的最大开孔直径为Dg50mm,罐顶允许不补强的最大开孔直径为Dg150mm。大型贮罐上的开孔注意事项如下。(1从上部进入的进料口应插入罐内,以避免料液沿罐体内壁流动,对罐壁产生腐蚀和磨损;易燃液体的进液管应插入液体中,且沿罐壁敷设,以消除静电效应,此时,接管上部应开小孔,以防液体的虹吸作用。(2为了平衡罐内、外的压力,对固定顶贮罐,应根据介质的易挥发程度,安装通气管或呼吸阀、安全阀,并加装阻火器。

12、(3油罐大多采用泡沫消防,应注意的是,泡沫入口处应设置缓冲槽或挡板,以使进入罐内的泡沫沿罐壁内侧往回流,不搅动液面即可扩散开来,从而更迅速、安全和有效地灭火。充水试验贮罐建造完毕后,应进行充水试验,检验罐底的严密性、罐壁的强度和严密性以及基础的沉降等。罐底的严密性应以充水过程中罐底无渗漏为93第1期于咏梅甲醇贮罐优化设计浅析合格;罐壁的强度和严密性应以充水到设计最高液位并保持48h 后罐壁无渗漏、无异变为合格。工程实例设计参数甲醇贮罐设计参数见表2。表2甲醇贮罐设计参数项目指标项目指标贮罐直径/mm 14500贮罐高度/mm 14000设计压力/MPa 常压物料名称甲醇工作压力/MPa 常压腐

13、蚀裕量/mm 1.5液压试验压力/MPa 盛水试漏焊接接头系数0.9设计温度/80全容积/m 32310工作温度/常温充装系数0.9物料密度/kg m -3800C 保温厚度/mm 50基本风压/Pa 600地震裂度/级7贮罐材料Q235-A场地类型计算罐壁厚度将设计参数代入强度计算公式计算罐壁厚度。t d =4.9D (H -0.3d <t t =4.9D (H -0.3t <计算结果加上壁厚附加量及圆整后,确定罐壁由7圈2m 宽的钢板组成,罐壁板自下而上的厚度分别为10、8、8、6、6、6、6mm 。确定贮罐顶部结构(1曲率半径。由设计条件可知V g >1000m 3,按

14、照优化设计的原则,笔者考虑采取加肋拱顶结构,该结构可在满足拱顶稳定性的情况下达到拱顶盖质量最轻,设计也最经济。其结构形式选取图1中的(c 结构。罐顶球面的曲率半径,其值R =14500×1.2=17400mm 。(2顶盖厚度。由于贮罐顶盖采用加肋拱顶结构,根据设计规范,其最小厚度取4.76mm ,实际取其厚度为6mm 。(3肋板结构。带肋球壳拱顶临界荷载的计算方法采用中国建筑科学研究院对钢筋混凝土带肋的研究成果。由于钢制带肋球壳固定顶盖比较简单,因此,在国内得到广泛的应用。在此实例中,笔者也采取了这种结构。确定罐底厚度(1板厚度。因该贮罐内径为14.5m ,腐蚀裕量为1.5mm ,故

15、确定该贮罐的中幅板厚度为=6+1.5=7.5(mm ,边缘板厚度为=7+1.5=8.5(mm ,经圆整最后确定中幅板的厚度为8mm ,边缘板的厚度10mm 。(2接头形式。该贮罐内径大于12.5m ,底板的结构形式确定为弓形排板,见图2。因该边缘板的厚度大于6mm ,故按对接接头形式进行设计。参考文献:1湛卢炳,孙晋坡,陈再康,等.大型贮罐设计M .上海:上海科学技术出版社,1986.2G B50341-2003,立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范S.3仇志晖.大型贮罐设计经验浅谈J .化工设备设计,1996(12.4AP I 650-98,美国钢制焊接油罐S.5JB /T4735-1997,钢制

16、焊接常压容器S.修改稿日期:2008-08-10行业信息国家公布化肥出口关税调整方案国务院关税税则委员会根据国内生产消费和国际市场的变化,于2008年11月13日公布了调整征收出口关税(包括暂定关税和特别关税的产品范围和税率的通知,自2008年12月1日起执行。通知中的要点如下:降低部分化肥和其原料的出口关税;降低氮肥、磷肥等及其部分原料的特别出口关税;调整尿素、磷铵(包括磷酸一铵、磷酸二铵等化肥产品淡季出口关税征收方式;取消部分化工产品的出口关税。通知指示:合成氨和氮肥的特别出口关税由150%下调至75%(旺季,对上述2种产品以外的其他化肥及化肥原料征收的100%的特别出口关税下调至75%(旺季。通知指示:尿素、重过磷酸钙、磷酸一铵、磷酸二铵从2008年12月开始到2009年12月底出口将设定基准价。旺季出口的暂定税率均为35%,淡季出口的暂定税率若出口价格不高于基准价时,按10%征收,若出口价高于基准价时,按一定公式计算后征收。基准价格:尿素2300元/t 、重过磷酸钙3100元/t 、磷酸一铵3700元/t 、磷酸二铵400