60000m3液氨贮罐区安全设计

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1、课程设计任务书课题名称化工安全设计课程设计60000m3液氨贮罐区安全设计院 (系)城市建设与安全工程学院专 业安全工程姓 名学 号起讫日期2012.06.152012.7.5指导教师 王志荣 张明广 2011 年 6 月 15 日8660000m3液氨贮罐区安全设计摘要 本文安全设计首先分析了储罐区内的储存物质的物化和危险特性分析，确定了各个储罐的设计参数，以及材料和型号的选择；其次对储罐上的主要构件、安全装进行了设计，并对各个孔槽进行了强度校验和计算；然后对化工品储罐区展开了总平面布置，确定了消防间距、消防通道、消防等级、消防设备等消防问题，并对贮罐区物质危险性进行分析，划分火灾危险等级，

2、通过对典型事故的案例分析，设计相应的安全对策和职业危害控制措施，最后制定了安全管理制度和应急救援预案。关键词： 危险特性 强度校验 消防平面布置 应急对策 目 录摘要第一章 设计参数、化学品物化性质及危险特性的确定71.1确定设计参数71.1.1设计压力71.1.2设计温度71.1.3设计寿命71.1.4腐蚀速率81.1.5风载荷81.1.6雪载荷81.2氨的物化及危险特性分析91.2.1氨的理化性质91.2.2稳定性和反应活性91.2.3废弃处理101.2.4危险性概述10第二章 贮罐的选材、型号、安装方式、保温系统设计122.1储罐的选材、型号、安装方式的设计122.1.1储罐选材122.

3、1.2储罐选型132.1.3储罐安装152.2储罐的保温系统设计162.2.1低温液氨储罐的技术特性162.2.2低温液氨储罐保冷结构形式与选择172.2.3保冷材料的选择和厚度的确定182.2.4保冷施工要求19第三章 贮罐主要结构件的结构及罐体开孔设计203.1结构设计213.1.1封头形式选择213.1.2筒体厚度和封头厚度设计213.2开孔设计273.2.1开孔的形状273.2.2检查孔273.2.3安全附件开孔及布置283.3接管设计293.3.1液氨进出料接管的选择293.3.2排污管303.3.3.安全阀接管313.3.4放空接口管313.4储罐结构设计图纸 附件一32第四章 安

4、全装置的选择和设计324.1储罐安全装置324.1.1 液位计324.1.2 压力表的选型334.1.3 安全阀的选型334.1.4 温度计的选型354.2灌区安全装置354.2.1火灾自动报警系统354.2.2 防雷措施与静电接地38第五章 液氨贮罐区总平面布置385.1 储罐区平面设计要求395.1.1 工厂总平面设计法规要求395.1.2 设计实际情况395.2 贮罐的布置395.2.1 贮罐布置法规要求395.2.2 具体布置415.3 防火间距的确定415.3.1 防火间距设计的法规要求415.3.2 防火间距的确定425.4 防火堤的确定425.4.1防火堤的具体要求425.4.2

5、 防火堤和隔堤高度的确定445.4.3 贮罐至内堤脚线的距离确定455.4.4 防火堤的选型455.4.5 防火堤、隔堤上的通道设置495.5 消防通道的确定505.5.1 消防通道的具体要求505.5.2 消防通道的设计515.6 消防等级515.7 排水设施515.8罐区平面设计图纸 附件二53第六章 消防设计536.1液氨罐区整体消防布置536.2液氨罐区的灭火设备。546.2.1灭火剂546.2.2灭火器546.2.3消防水炮566.2.4水喷淋576.2.5消火栓576.2.6消防软管卷盘576.2.7消防水池586.3液氨罐区的灭火系统586.3.1低倍数泡沫喷淋系统58第七章 物

6、质火灾等级划分61第八章 典型事故案例分析618.1爆炸事故案例分析618.1.1安徽亳州化肥厂液氨储罐爆炸事故案例分析(1987年)628.1.2福建省晋江县沪厝安制冰厂液氨储罐爆炸事故案例分析(1988年)638.1.3河南省扶沟县化肥厂液氨储罐爆炸事故(1988年)648.2破裂泄露事故案例分析658.2.1湖南化工厂液氨储罐破裂事故案例分析(1981年)658.2.2塞内加尔液氨储罐破裂事故(1992年)658.2.3湖北随州大地化工公司氨气泄漏事故分析(2008年)658.3事故暴露的问题66第九章 安全对策措施及职业危害控制679.1安全对策679.2职业危害控制措施689.2.1

7、氨吸入的危害表现：689.2.2液氨储罐事故应急处理699.2.3职业危害控制措施69第十章 安全管理制度及应急预案的制定7010.1安全管理制度7010.1.1安全管理制度的目的7010.1.2安全管理制度的内容7110.2液氨泄漏事故应急救援预案7310.2.1总则7310.2.2事故类型和危险程度分析7310.2.3应急处置基本原则7410.2.4组织机构及职责7510.2.5预防与预警7510.2.6 信息报告程序7610.2.7应急处置7710.2.8应急物资与装备保障7910.3液氨贮罐区防火防爆应急预案8010.3.1 总则8010.3.2事故类型和危害程度分析8010.3.3应

8、急处置基本原则8010.3.4组织机构及职责8010.3.5预防与预警8110.3.6信息报告程序8210.3.7应急处置8210.3.8应急物资与装备保障83参考文献84任务分配： 第一章：高翔 第二章：刘皓 第三章：李汝巍、韩娇娇 第四章：张志强 第五章：王祥组长 第六、七章：仝彤 第八、九章：夏寒玉 第十章：沈志燕 第一章 设计参数、化学品物化性质及危险特性的确定1.1确定设计参数依据液氨MSDS(安全技术说明书)液氨饱和蒸汽压力值1.1.1设计压力本次采用常压低温储存方式，用惰性气体密封容器，其设计压力取容器内介质静压力加上惰性气体的密封压力。静压力为液体自重所产生的压力，仅与液体深度

9、和密度有关，在液压技术中，通常忽略静压力。液氨在-334操作温度饱和蒸汽压为0.1Mpa，在-40时的饱和蒸汽压为0.07Mpa，在储罐设计中应该选取最大的压力值为设计压力，因此设计压力为对应设计温度下的饱和蒸汽压0.1Mpa。储存是低温，需加氮封，压力设计为常压0.1Mpa。氮气的纯度不得低于99.96%，氮气压力宜为0.5MPa0.6MPa，使罐内气相空间压力在0.1Mpa左右，当气相空间压力高于0.1Mpa时，氮封阀关闭，停止氮气供应；当气相空间压力低于0.1Mpa时，氮封阀开启，开始补充氮气，保证储罐在正常运行过程中不吸进空气，防止形成爆炸性气体。1.1.2设计温度氨在常压0.1Mpa

10、下，冷却到-334就液化，故常压下液氨需在低于-334贮存。在氨的储存过程中要保持氨是液体，温度必须低于-334 ，同时为了考虑一定的余量，与安全系数，因此设计温度设为-40摄氏度。 1.1.3设计寿命对于一般的储罐的使用都是25-40年之间。因此我们设计该储罐的使用寿命为40年。1.1.4腐蚀速率 依据腐蚀数据手册中图“pH腐蚀速率图”可知，由于氨的碱性约在1011之间，所以平均腐蚀速率取0.01mm/a是合理的。1.1.5风载荷依据南京市52年来气象要素变化特征分析化工设备设计全书-球罐和大型储罐风载荷是指垂直于气流方向的平面所受的风的压力。对于大型的储罐考虑到安全起见，将风载荷考虑进去。

11、Wpv2/1600 kN/m2，v为所处环境的最大风速。Wp指的是标态下垂直于风向每平方米面积所受到风的压力。查气象资料可知，南京最大风力为11级，也就是28.5m/s，提供风载裕度后，取风速为30m/s。Wp900/16000.5625 kN/m21.1.6雪载荷雪载荷是指由于积雪而产生的向下重力的载荷。对于大型的储罐考虑到容器的材料能承受的压力和强度的因素，雪载荷不能忽略。 查气象资料表明，南京近52年来积雪最大厚度达到37cm，秦岭淮河以南地区雪的密度区取150kg/m3，根据Sogh ，可求出基本雪压为So0.54kpa，雪载荷根据公式ShUSo。计算，Sh为雪载荷计算的标准值，U为屋

12、面积雪分布系数。 So为基本雪压，其中，U取值在雪分布均匀时取1.0，但现实中不存在理想状态，参考相关数据U取1.4， 有Sh1.40.540.756kN/m2参数汇总表格：操作压力/Mpa设计压力/Mpa操作温度/设计温度/设计寿命/年腐蚀速率/mm/a风载荷 /kN/m2雪载荷/kN/m20.070.1-33.4-40400.010.56250.7561.2氨的物化及危险特性分析1.2.1氨的理化性质外观与性状：无色、强碱性、极易挥发的气体、有刺激性恶臭气味。 相对密度(水1)：0.82(79)相对密度(空气1)：0.6熔点：77.7沸点：33.5爆炸上限%(V/V)：27.4%爆炸下限%

13、(V/V)：15.7%饱和蒸气压：506.62kpa(4.7)临界温度：132.5临界压力：11.4Mpa引燃温度：651溶解性：易溶于水、乙醇、乙醚主要用途：用作致冷剂及制取铵盐和氮肥。1.2.2稳定性和反应活性稳定性：稳定聚合危害：不聚合 禁忌物：卤素、酰基氯、酸类、氧仿、强氧化剂。 燃烧(分解)产物：氧化氮、氨 1.2.3废弃处理废弃处置方法：先用水稀释，再加盐酸中和，然后放入废水系统。1.2.4危险性概述危险性类别：第2.3 类有毒气体。健康危害：1、急性毒性：LD50：350mg/kg(大鼠经口) LC50：1390mg/m3，4小进(大鼠吸入)2、刺激性：家兔经眼：100mg，重度

14、刺激。3、亚急性与慢性毒性：大鼠，20mg/m3，24小时/天，84天，或56小时/天，7个月，出现神经系统功能紊乱，血胆碱酯酶活性抑制等。 4、致突变性：微生物致突变性：大肠杆菌1500ppm/3小时。5、细胞遗传学分析：大鼠吸入1980g/m3/16m周。6、为保护液氨操作者的健康和车间安全，我国规定车间空气中氨的最高容许浓度为30mg/m3。这个浓度对于每周工作5天，每天接触8 h来说是安全的，但如果接触时间长，嗅觉器官的灵敏性会发生改变。不同浓度的氨对人体的作用见表不同浓度的氨对人体的作用氨浓度 对人体的作用10- 620 任何人都闻到臭味 25 有毒范围25 最高容许浓度100 开始

15、引起粘膜刺激，可耐6 h 1000 剧烈咳嗽，支气管痉挛，肺水肿引起窒息 2000 吸入30min就有危险 5000 短时间内就会死亡氨主要通过呼吸道吸入， 此外， 也可以通过皮肤吸收。氨吸入体内很快转变成尿素。氨的毒害作用主要由下列三点引起： 1、减少三磷酸腺苷阻碍三羧酸循环， 降低细胞色素氧化酶的作用； 2、脑氨增加，可引起神经方面的障碍；3、高浓度氨的强烈刺激性引起组织的溶解和坏死。吸入高浓度氨气会出现打喷嚏、流涎、咳嗽、恶心、头痛、出汗、面部充血、胸部痛、呼吸急促、尿频、眩晕、窒息感、不安感、胃痛、闭尿等症状。刺激眼睛引起流泪、眼痛、视觉障碍。皮肤接触后引起皮肤刺激、皮肤发红，可致灼伤

16、和糜烂。慢性中毒时出现头痛、作恶梦、食欲不振、易激动、慢性结膜炎、慢性支气管炎、血痰、耳聋等症状。液氨自储罐、气瓶或管道泄漏时，立即气化成原体积的884 倍( 0 e ，760 mmH g) 的气态氨，并与空气混合形成高浓度的氨) 空气混合气，吸入这种混合气，可能在几分钟内就会死亡。(2)燃爆危险：对环境有严重危害，对水体、土壤和大气可造成污染。根据石油化工企业设计防火规范中储存物品的火灾危险性，可以查的液氨的火灾危险类别属于乙类，具有一定的火灾危险性。 液氨在常温常压下能气化成氨气，此气在空气中可燃，但一般难以着火，如果连续接触火源就会燃烧，有时也能引起爆炸。如果有油脂或其它可燃物质，则更容

17、易着火。在氧气中燃烧时发出黄色火焰，并生成氮和水:4NH3 + 3O2 =2N2 + 6H2O氨在一氧化二氮中也能发生爆炸，爆炸浓度为212% 72%。氨被氧、空气和其它氧化剂氧化后生成氧化氮、硝酸等。与酸或卤素发生激烈反应，并有时引起飞散或爆炸:2NH3 + 3C l2=N2 + 6HClHCl+ NH3=NH4Cl如果氯过剩，则能生成具有爆炸性的三氯化氮:NH4Cl+ 3Cl2=NC l3+4HCl氨气与空气的混合气能引起爆炸，其爆炸极限为含氨15% 27% (体积)。虽然其爆炸极限范围比其它可燃性气体窄，危险性较小，但是在实际工作中仍须严禁烟火，而且要严防空气侵入储罐、管道、气瓶等设备中

18、形成具有燃烧爆炸性的氨) 空气混合气。(3)环境危害：对环境有危害，对水体和土壤可造成污染。氨呈碱性，具有强腐蚀性，无水氨对大多数普通金属不起作用，但是如果混有少量水分或湿气，则无论是气态或液态氨都会与铜、银、锡、锌及其合金发生激烈作用。又易与氧化银或氧化汞反应生成爆炸性化合物(雷酸盐)。与钠、镁等金属反应:2NH3 +2Na=2NH2Na+H22NH3+3Mg=Mg3N2 +3H2鉴于氨的强腐蚀性，在选择设备及与氨接触的金属材料时，必须选用不含上述金属的铁及铁合金。第二章 贮罐的选材、型号、安装方式、保温系统设计2.1储罐的选材、型号、安装方式的设计2.1.1储罐选材2.1.1.1选材依据依

19、据石油化工企业设计防火规范“材料的选择应保证介质的工艺要求，储存要求，在选材时应因地制宜， 要综合考虑质量、经济和实施的可行性等因素。”“贮罐应选用钢罐，合适储罐设计的钢罐一般用碳素结构钢或合金结构钢。”2.1.1.2选择钢材(1)鉴于我国钢材生产情况，依据GB35311996低温压力容器用低合金钢钢板以及GB150中选取了20R、16MnR、15MnVR、15MnVNR、16MnDR、09Mn2VDR、07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR等八种钢种作为储罐用钢。(2)根据纯液氨的特性，10000m液氨储罐用钢要求：屈服强度小于等于355MPa；实际测量抗拉强度小于等于630MPa

20、；(3)材料使用状态至少为正火+回火退火调质；(4)钢材耐蚀性：提高钢耐蚀性的方法很多，如表面涂一层耐蚀金属、涂敷非金属层、电化学保护和改变腐蚀环境介质等。但是利用合金化方法，提高材料本身的耐蚀性是最有效的防止腐蚀破坏的措施之一。如：加入Mn、N等元素，代替部分Ni获得单相奥氏体组织，同时能大大提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。(5)限制碳当量，根据化工设备设计全书球罐和大型储罐中大型立式储罐选材所示，可以考虑20R和16MnR这两种钢材。如果纯粹从安全性角度看，20R类的低碳钢板要好一点，但结合经济性，16MnR钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板为比较

21、经济。所以综合安全性和经济性，16MnR钢板更加适合。根据曾国修的低温用金属材料可知16MnR适用于-400C是安全的。所以：这次设计我们选用16MnR作为储罐材料。2.1.2储罐选型2.1.2.1选型的依据(1)常压低温储存与压力储存的选择：常压低温依据液氨储罐设计规范液氨储存有三种方式：1、常压低温储存，也就是低温罐储存温度-34，常压罐加冰机，一次性投资小，运行费用高；2、降温储存，储存温度1025，根据需要选择，球罐加冰机，一次性投资中等，运行费用低；3、压力储存，储存温度常温设计压力2.2MPa，球罐，一次性投资最高，运行费用低。 其中低温储存可以保持产品的低温状态，危险性较小，并且

22、低温液化状态下的储存量大。相比于其他方式，同等储存治疗的容器体积占地面积小。 所以我们此次设计采用常压低温储存。(2)球型储罐与圆筒型储罐的选择：立式圆筒依据球形储罐和大型储罐储罐按几何形状来划分可分为五大类，即立式圆筒形储罐、卧式圆筒形储罐、球形储罐、双曲线储罐和悬链式储罐。烃类等物质的液态储存一般采用两种方式:一种为球形储罐储存；另一种为低温立式圆筒形储罐(简称低温储罐) 储存。选择球形储罐的缺点：1、球罐内液体处于常温或降温状态，罐体承受液体在常温或降温状态下的饱和蒸汽压；2、由于材料和制造技术的限制，球罐的单罐储量相对较小，大量储存时需采用多个球罐；3、球罐的储存压力较高，罐内压力受环

23、境的影响较大；4、罐体材料大多采用高强钢，其操作危险性也相对较大。低温储罐则由于单罐储量较大，储存压力低而弥补了球罐的不足。本次设计为10000m液氨储罐，并且有保冷设施，所以采用低温立式储罐。(3)固定顶与内浮顶储罐的选择依据化工设备设计全书低温储罐一般有立式，卧式，小型，中型，大型之分。依据石油化工企业设计防火规范6.2.2 “液氨应选用金属浮舱式的浮顶或内浮顶罐，对于有特殊要求的物料，可选用其他形式的储罐。”但是结合低温储罐设计书可知“液氨的立式储罐一般做成固定式，因为其结构紧凑，占地面积小，设计，操作，维护等方便。”所以：选固定顶式。(4)依据石油化工企业设计防火规范6.2.2条规定：

24、“甲B、乙A类的液体应选用金属浮舱式的浮顶或内浮顶。对于有特殊要求的物料，可选用其他型式的储罐。”2.1.2.2选型因此此次课程设计我们组采用的储罐选型为“大型地上立式固定顶圆筒低温常压钢制储罐”。2.1.3储罐安装2.1.3.1安装的依据依据大型立式圆柱形储液罐制造与安装大型立式储罐主体安装方法有正装法和倒装法两种。(1)正装法是指以罐底为基准平面，罐壁板从底层第一节开始，逐块逐节向上安装(2)倒装法是指以罐底为基准平面，先安装顶圈壁板和罐顶，然后自上而下，逐圈壁板组装焊接与顶起，交替进行，依次直到底圈壁板安装完毕。 拱顶储罐是最常见的固定顶储罐，国内普遍采用倒装法安装。正装法除了用于组装某

25、些特殊结构的拱顶储罐外，在普通的立式拱顶储罐施工中极少采用。实际应用的倒装法有中心柱提升、空气顶升、手动倒链起升、电动倒链群体起升、液压提升等多种倒装法。目前，采用较多的是手动倒链起升和电动倒链群体起升倒装法，液压提升倒装法正在逐步推广。 2.1.3.2安装选择：倒装法此次设计的储罐为立式圆筒固定顶储罐，故选择倒装法。由于储罐选择钢制容器，需要承载的力较大，因此需要坚固的地基，一般采用钢筋混凝土结构，因大型钢储罐基础受地质构造等因素的影响，在施工设计中，储罐基础将均匀性的、整体稳定性的进行沉降，故需要对地基进行设计，以保证其安全性。2.1.3.3地基设计：沙石桩挤秘法依据化工设备设计全书球罐和

26、大型储罐储罐的荷载通过基础传给地基。当罐基础下为软土地基、不良地质现象的山区地基、特殊土地基以及地震作用地基土有液化时或地基土的承载力设计值及沉降差不能满足设计要求时，均应对地基进行处理。根据地基土性质及软弱地基土层厚度分布情况可分别采用垫层法、刚性桩法、强夯法、复合地基法、冲水预压及排水固结法。依据南京地铁地基土物理及力学参数研究对南京地基土的分析，“覆盖层主要是长江冲、淤积形成的新近系沉积软弱土，基岩复杂，工程地质条件较差。”相结合决定我们本次设计的地基处理选择复合地基法中的沙石桩挤秘法。“对于大型储罐，在正式设计和施工前应在有代表性的场地进行加固效果实验，从而确定置换率、桩距及桩径。”2

27、.2储罐的保温系统设计2.2.1低温液氨储罐的技术特性技术特性汇总表名称数据设计压力(MPa)0.1设计温度(0C)-40外界环境最高月平均温度(0C)30(最高温度40)介质名称液氨腐蚀速率(mm/a)0.01主要材料16MnR充氮压力(MPa)0.1公称容积(m3)10000储液容积(m3)9000公称直径(m)26筒体高度(m)18.8(修整高度19)地基制造方法砂石桩挤秘法安装方式倒装法型号立式固定顶圆筒低温常压钢制储罐工作地点南京市2.2.2低温液氨储罐保冷结构形式与选择2.2.2.1低温液氨储罐保冷原理依据SH3046-92石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范及HJ19-89钢制

28、低温压力容器技术规定从冷冻工序出来的-34.40C低温液氨，导入罐内储存，为防止周围大气将热量传入罐内而导致液氨蒸发量增加，所以必需采取相应的设备保冷措施，以确保罐内的温度、压力保持稳定。2.2.2.2 保冷结构形式的分类依据大型立式圆筒形低温储罐简介保冷结构形式一般可分成两种即：双壳体夹层式和单壳体外保冷式，其特点见表3。两种保冷结构形式的特点双壳程夹层式单壳体外包冷式优点1 有利于壳体局检修和检查；2 使用周期长。1 节省投资费用；2 节省一套充氮装置；3 施工方便简单；4 节省厂地空间；5 无热膨胀问题。缺点1 一次性投资大； 施工难度大；3 增加一套充氮装置，加大了工艺难度；4 存在热

29、膨胀题。5 占地面积增大。1 不利于局部检修和检查。2.2.2.3确定保冷结构形式(1)减少投资费用；(2)降低施工难度；(3)节约厂地空间；(4)减化工艺流程。从以上四条考虑，确定采用单壳体外保冷结构形式。保冷结构简图见下图。2.2.3保冷材料的选择和厚度的确定2.2.3.1保冷材料的选择依据美国API-620及其附录R和附录Q的规定进行。保冷材料的选择取决于储液量、储罐形式、蒸发率等因素。一般要求保冷材料具有使用寿命长、组织稳定性高、密度小、导热率低、含水量少、抗压性能好、耐高温和不易燃等优点。所以：保冷材料如下：1、罐内吊平顶上的保冷材料选用硬质聚氨脂泡沫塑料；2、壳体与罐底保冷材料均选

30、用泡沫玻璃。保冷材料的性能见表。保冷材料的性能密度Kg /m3抗压强度MPa导热系数W/m0C膨胀系数1/0C使用温度0C吸水率g/cm3聚氨酯硬脂泡沫30500.20.020.037010-6-901203/100泡沫玻璃1401800.50.650.050.065910-6-19630060100153153150141128116查得16MnR材料在 ，屈服强度=345MPa，除以系数后算得的许用应力为216Mpa，因此许用应力取最小值170Mpa；焊缝为双面对接焊，100%无损探伤，=1.00 。 设备内径。依据液氨密度表时液氨密度为0.6883g/cm3依据石油化工企业设计防火规范正

31、常储存量不能超过罐体的85%，所以液体静压依据压力设计指导手册“计算压力指在相应设计温度下用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常情况下计算压力等于设计压力加上液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力是，可以忽略不计。”所以：水压不可忽略，总压力P取0.1+0.11=0.21MPa，依此计算罐体厚度罐体液面上方壁厚为：罐体底部计算厚度为： 依据“参数汇总表”设计寿命为40年；腐蚀速率取0.01mm/a，所以腐蚀裕量为将，代入，则查钢板厚度规格表5-8，。所以：确定筒体上方选用10mm厚下方选用18mm厚的16MnR钢板制作罐体；壁厚势从上方的10mm到下方的18mm是逐渐增

32、厚的，可以从顶部每隔两米厚度增加1mm。(2)计算封头的壁厚依据化工设备设计全书采用标准椭圆形封头封头厚度计算，式中根据，向上圆整后取取标准依据工业特种设备在标准椭圆形封头极点处环向应力与径向应力相等，由第三强度理论可知其许用应力为0Mpa，而在赤道处由第三强度理论可知其许用应力计算可知长径、短径因此长径取a=13m11333mm，短径b=5.7m5667mm，是符合强度要求的。所以：确定选用厚度为10mm的16MnR钢板制作长径a=13m，短径b=5.7m的“近似标准椭球封头”(解释7)。(3)底封头的厚度设计与排版形式1、依据化工设备设计全书采用倒圆锥罐底底封头承受来自筒体重量、封头重量(

33、为方便计算此处以厚圆板代替近似计算)、液氨重量(此处选择90%安全充装量)、雪载的重量即 =依据化工设备设计全书内径，罐底外缘受罐壁作用力及边缘力较大，故地板的外周需比中部厚，因此排版方式如下图：中部厚度为20mm，外缘厚度为22mm；焊接方式为全焊透对接结构，在罐底与罐壁的连接焊缝处采用连续焊；罐底一般情况下的坡度值取为15/1000，对软弱地基不大于30/1000. (4)校核罐体与封头水压试验强度：第一步进行筒体上部水压校核其中：故，水压试验时强度足够。第二步进行筒体下部水压试验校核其中同上公式：0.2625MPa， 181.2=16.8mm，故，水压试验时强度足够。结构设计汇总表储罐型

34、号：固定顶立式圆筒 材料：16MnR，外加保温材料罐底型号：倒圆锥罐底，坡度15/1000厚度：中部20mm，外缘22mm保冷材料：泡沫玻璃，厚度80mm焊接：排版采用全焊接对接结构，与罐壁采用连续焊封头型号：似标准椭圆形封头 长径：13m，短径5.7m 厚度：10m保冷材料：硬质聚氨脂泡沫塑料，厚度200mm焊接：封头采用双面焊透(或冲压)，与罐壁采用连续焊筒体型号：单壁圆筒 分段厚度：1916:10mm、1614:11mm、1412:12mm、1210:13mm、108:14mm、86:15mm、64:16mm、42:17mm、21:18mm保冷材料：泡沫玻璃，厚度80mm焊接：双面焊透3

35、.2开孔设计3.2.1开孔的形状依据HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定压力容器上的开孔最好是圆形，在特殊条件下也可以采用椭圆形或长圆形孔。长圆形孔的两侧为平行线，两端为半圆形。对于椭圆形开孔和长圆形开孔，其长、短轴之比最好大于2。由管子或圆形接管形成的开孔，若轴线未与容器器壁或封头相垂直，则应在设计时考虑用椭圆形开孔。3.2.2检查孔3.2.2.1要求需要经常进行清理或制造、检查上有要求的容器应设置检查孔。检查孔包括人孔、手孔。3.2.2.2数量及尺寸依据根据GB150-1998钢制压力容器检查孔的最小数量与最小尺寸应符合表1-3-1的要求 检查孔的最低数量和最小尺寸内直径Dim

36、m检查孔最少数量检查孔最小尺寸 mm人孔手孔300Di500手孔2个75或长圆孔75X50500Di1000人孔1个，或手孔2个(当容器无法开人孔时)400或长圆孔400X250 380X280100或长圆孔100X80Di1000人孔1个，或手孔2个(当容器无法开人孔时)400或长圆孔400X250 380X280150或长圆孔150X1003.2.2.3位置检查孔的设置位置应合理、恰当，便于观察或清理内部，手孔应设置在封头上或封头附近的筒体上；立式小型容器的人、手孔应设在封头或顶盖上，较大的立式容器人孔可设于筒体上；设置两个人孔的容器，其位置一般设在封头和筒体上；设在侧面位置的人孔，容器内

37、部应根据需要设置梯子或踏步；用于装卸填料、触煤的手孔允许斜置。综合以上信息可知我们所设计的压力容器应至少设一个圆形直径为400mm的人孔，位置设于筒体上，距底部1.5m，容器内部应根据需要设置梯子或踏步；或者可以设置直径为150mm的两个手孔，位置设于封头或封头附近的筒体。所以：选择人孔作为检查孔注：此液氨储罐为常压储罐，可不进行开孔补强。3.2.3安全附件开孔及布置3.2.3.1液位计开孔位置在罐体垂直高度6000mm、16000mm两处，直径为10m3.2.3.2压力表开孔位置在顶部，直径为压力表接管直径25mm3.2.3.3温度计开孔位置在距罐底1.5m处，直径25mm3.2.3.4喷淋

38、水入口开孔直径150mm罐顶位置；罐壁位置3.3接管设计3.3.1液氨进出料接管的选择3.3.1.1材料依据根据常用压力容器手册容器接管一般应采用无缝钢管，所以液体进料口接管材料选择无缝钢管，采用无缝钢管标准GB8163-87。材料为16MnR。3.3.1.2接管尺寸接管伸出长度L为350mm(接管中心线距壳体外表面)保温层厚度由第二章设计知为200mm，接管公称直径为400mm接管伸出长度L单位(mm)保温层厚度接管公称直径DN最小伸出长度1762003506003503.3.1.3接管的壁厚要求考虑焊接方法、焊接参数、加工条件、施焊位置等制造上的因素及运输、安装中的刚性要求。一般情况下，管

39、壁厚不宜小于壳体壁厚的一半否则，应采用厚壁管或整体锻件，以保证接管与壳体相焊部分厚度的匹配，故设计壁厚为9mm。所以：接管长度L为350mm，壁厚，壁厚为9mm。3.3.1.4管法兰的选择依据根据常用压力容器手册根据平焊法兰适用的压力范围较低(PN1.0Mpa)，选择突面板式平焊管法兰，标记为HGJ45，法兰RF(A)400-0.1，其中D=540(D为法兰外径)，管法兰材料钢号(标准号):20(GB711)。根据常用压力容器手册垫片的选用原则“石棉橡胶板为最常用非金属垫片，宜用于温度、压力不高且波动较小的水、蒸汽、空气、煤气、氨、碱液及其他惰性气体等介质的不常拆卸的连接”根据钢制管法兰、垫片

40、、紧固件选配表(HG20614-1997)选择：垫片型式为石棉橡胶板垫片XB400，公称直径400mm，外径540mm，厚度为3mm，密封面型式为突面。3.3.1.5安装位置依据石油企业设计防火规范第7.2.14 条“当可燃液体容器内可能存在空气时，其入口管应从容器下部接入；若必须从罐部接入，宜延伸至距容器底200mm处。”1、 进料口应位于容器正常工作时最高液位的上方，即在筒体顶部；2、 进料口的接管应伸至距容器底200mm处端部成45斜角。切向进料，为了是避免物料沿设备内壁流动一减少磨蚀和腐蚀。在短时间内将物料注满容器。注：出料口的基本尺寸以及法兰与进料口相同，位置设于筒体底部。3.3.2

41、排污管依据根据常用压力容器手册 在清洗储罐时候，为了能将废液完全排除储罐外，液氨介质会腐蚀管壁而出现沉淀，故需在筒体右底部安设排污管一个。3.3.2.1材料及尺寸选择无缝钢管GB8163-87热轧钢为材料的排污管，焊接在容器底部，公称直径为500mm，最小伸出长度为300mm，厚度同进出料口为9mm。需要双阀，靠近罐体的阀门常开，另一个用来操作，以确保安全。且排污管不宜太细，以免堵塞管口。排污管大小主要与设备容积有关，一般排净时间越短越好，这样可以延长生产时间(增加了产量)。综合考虑这里取500mm。3.3.2.2管法兰采用突面板式平焊管法兰HGJ45，法兰一端连接排污阀(截止阀)，型号J41

42、H-40，取公称通径为500mm，外径为625mm。3.3.2.3设置位置：罐的右端底部3.3.3.安全阀接管依据石油化工企业设计防火规范氨储罐设计安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用直径150mm 的无缝钢管，管法兰公称直径150mm，厚度设计与进出料接口管一样为9mm。3.3.4放空接口管为了在注入液体时，能将容器内的空气排到罐体外以便能顺利快速的注入，需要安设一个放空管，管口弯向地面。采用公称直径为250mm的无缝钢管，厚度为9mm，长度500mm。安装位置：设在顶部开孔布置及接管汇总表开孔及布置名称 位置/mm孔径/mm进料口筒体顶部400出料口筒体底部400人孔距罐底150

43、0400喷淋进口放空口罐顶500排污口罐底500温度计入口距罐底150025压力表入口罐顶25液位计罐体上1200、1600030接管名称厚度/mm长度/mm法兰垫片材料进出料接管9350平焊法兰石棉橡胶板垫片16MnR放空管9500平焊法兰石棉橡胶板垫片无缝钢管排污管9500平焊法兰石棉橡胶板垫片无缝钢管安全阀接管9平焊法兰石棉橡胶板垫片无缝钢管注：法兰、垫片要与关口配套3.4储罐结构设计图纸 附件一第四章 安全装置的选择和设计根据液氨储罐规范第二章第三十条要求，“液氨储罐应设液位计、压力表和安全阀，低温液氨储罐应设温度指标仪；根据工艺条件，宜设上、下限位报警装置，装卸管道应设远程自动切断装

44、置”。液氨储罐设计应符合石油化工企业设计防火规范。4.1储罐安全装置4.1.1 液位计 根据石油化工企业设计防火规范6.6.23规定“可燃液体的储罐应设液位计和高液位报警器”，液氨储罐安全充装量不得超过储罐容积的85%，正常生产时液氨储罐应控制在较低的液位，一般控制在安全充装量的30%之内，这样做是为了避免在储存过程中因环境温度上升膨胀、升压而导致储罐发生超压危险。所以选用磁性翻柱液位计。磁性翻柱液位计由浮子、立管组件、指示器三部分组成。浮子在立管组件内随液位的变化而上升或下降，通过磁耦合作用，带动立管组件外的指示器颜色发生变化(液红气白)，从而指示出液位高度。液位报警开关安装在立管组件外部相

45、应的报警位置上，当浮子随液位到达报警位置(液位安全高度小于16.15m)时，报警开关闭合，发出开关信号；液位远传变送器也安装在立管组件外部，通过磁耦合将液位的变化线性 地转换成 420mA 电流信号远传给控制室，实现液位的显示、测量、控制和记录。选用磁翻板(柱)液位计UHZ-661-A1UHZ-661-A1磁翻板(柱)液位计规格测量范围：20015000mm(量程较大时建议分段制作)补充：因找不到相应量程的液位计。精度：10mm翻柱直径：10mm介质温度：180 +420 4.1.2 压力表的选型 现场压力表，根据冷躲库氨制冷装置安全技术规程(暂行)中要求，氨压力表量程应不小于最大工作压力的1

46、.5倍，不大于最大工作压力的3倍，精度2.5级。 压力表是用以测量介质压力大小的仪表。需要单独装设安全泄压装置的压力容器都必须装有压力表。压力表有液柱式压力表，活塞式压力表，电量式压力表，弹性组件式压力表。其中弹性式压力表由于其结构坚固不易泄漏，具有较高的准确度并且对使用条件的要求不高，适用于压力容器介质压力的测量，但使用期间必须经常检验。压力表的最大量程为工作压力的1.53.0倍，最好为2倍。压力表还应具有足够的精度，在此压力表精度不低于2.5级。当储罐压力低于设计压力时，有连锁装置启动充氮阀门，当达到设计压力时，关闭阀门。故采用耐腐蚀的YTF-150(6MPa)压力表。4.1.3 安全阀的

47、选型 根据石油化工企业设计防火规范5.5.1规定“在非正常条件下，可能超压的下列设备应设安全阀： (1)顶部最高操作压力大于等于0.1MPa的压力容器。 (5)可燃气体或液体受热膨胀，可能超过的设计有压力的设备。 (6)顶部最高操作压力为0.030.1MPa的设备根据工艺要求设置。”由于氨气有毒，液氨极易气化，并且对环境的污染较大，易燃易爆，不能有泄漏。根据石油化工企业设计防火规范5.5.12规定“有突然超压或发生瞬时分解危险物料的反应设备，如安全阀不能满足要求时，应装爆破片或爆破片和导爆管，导爆管口必须朝向无火源的安全方向：必要时应采取二次爆炸、火灾的措施”。 根据石油化工企业设计防火规范5

48、.5.5 “有可能被物料堵塞或腐蚀的安全阀，在安全阀前应设爆破片或在其出口管道上采取吹扫、加热或保温等防堵措施”。考虑到氨气的物理性质，所以选用爆破片和安全阀串联。爆破片的泄放管道要有足够的支撑，以免负荷过重而使爆破片受到损伤。综上所述：使用爆破片+安全阀的串联4.1.3.1.爆破片 容器为常压容器，所以爆破片选择反拱型卡簧型(由卡簧支撑在夹持器支撑环内，并衬密封膜的组合式爆破片装置)。氨气具有轻微的腐蚀性，爆破片的材料采用不锈钢，并涂上聚四氟乙烯保护膜。 爆破片的具体参数： (1)容器的安全泄放量计算： 立式压力容器 L(19m)为压力容器内最高液位，(26m)为压力容器外径 q为泄放压力下

49、液体的气化潜热，1365kJ/kg(查得) F=0.6(因设有喷淋装置)计算得：=46334kg/h (2)爆破压力：每一爆破片装置应有指定温度下的标定爆破压力，其值不得超过容器的设计压力。但我们的液氨储罐的设计压力为0.1Mpa，为常压储罐，常理来说是不用装爆破片的，但由于液氨易燃易爆，必须考虑到外部火灾，氮封失效情况下发生的储罐内部燃烧或爆炸引起的超压，故爆破压力大于储罐的设计压力，设定为0.15MPa。 (3)爆破片排放面积的计算：10MPa，K=0.8计算得A73546，故公称通径为306mm。 4.1.3.2安全阀选用弹簧全启式安全阀 根据石油化工企业设计防火规范5.5.2“单个安全

50、阀的开启压力(定压)，不应大于设备的设计压力。当一台设备安装多个安全阀时，其中一个安全阀的开启压力(定压)不应大于设备的设计压力；其他安全阀的开启压力可以提高，但不应大于设备设计压力的1.05倍”。因为是爆破片和安全阀串联，所以两者的公称直径是一样大的。即安全阀直径为306mm。但是安全阀规格大多都是公称直径小于200mm，即设两个泄压装置。公称直径为150mm。其中一个安全阀的的开启压力为0.98MPa(P=PO)另一个安全阀的开启压力为0.104MPa(P=1.04PO) PO 为设计压力补充：原帖由 ripdover 于 2009-3-25 15:11 发表由于氨的临界温度低于50度，当

51、设备无保冷设施时，设计压力取50度的饱和蒸气压，当有保冷设施时，设计压力取最高工作温度下的饱和蒸气压。安全阀的开启应力应小于或等于设计压力。4.1.4 温度计的选型 根据石油化工企业设计防火规范6.3.10“液氨储罐应设液位计、压力表、安全阀；低温液氨储罐尚应设温度指示仪”因为此液氨储罐是常压低温储罐，所以必须要温度计来时刻测量内部温度。温度计主要用来测量工作介质的温度。根据测量温度方式的不同，可分为接触式和非接触式。接触式有液体膨胀式，固体膨胀式，压力式以及热电阻和热电偶等。在此我们选用铜热电阻式温度计，因为它常用于液体，气体，蒸汽的中低温测量，能远距离传送，方便远程监控，量程为-50150

52、摄氏度，正好覆盖了液氨的常压储存温度。4.2灌区安全装置4.2.1火灾自动报警系统 根据石油化工企业设计防火规范8.12.1规定“石油化工企业生产区、公用及辅助生产设施 、全厂性重要设施和区域性重要设施的火灾危险场所应设火灾自动报警系统和火灾电话报警”。 火灾自动报警系统是由触发器件，火灾报警装置，火灾警报装置以及其他具有辅助功能的装置组成的火灾报警系统。它能够在液氨储罐的火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。一般火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、防排

53、烟系统、通风系统、空调系统、防火门、防火卷帘、挡烟垂壁等相关设备联动，自动或手动发出指令，启动相应的防火灭火装置。4.2.1.1系统各部分介绍 (1)触发器是指在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发器件，主要包括火灾探测器和手动报警按钮。火灾探测器是能对火灾参数(如烟、温、光、火焰辐射、气体浓度等)响应，并自动产生火灾报警信号的器件。手动火灾报警按钮是手动方式产生火灾报警信号、启动火灾自动报警系统的器件。 (2)火灾报警装置是指在火灾自动报警系统中，用以接收、显示和传递火灾报警信号，并能发出控制信号和具有其它辅助功能的控制指示设备称为火灾报警装置。火灾报警控制器就是其中最基本的一种。火灾报警控制器担负着为火灾探测器提供稳定的工作电源；监视探测器及系统自身的工作状态；接受、转换、处理火灾探测器输出的报警信号；进行声光报警；指示报警的具体部位及时间；同时执行相应辅助控制等任务。是火灾报警系统中的核心组成部分。 (3)火灾警报装置：在火灾自动报警系统中，用以发出区别于环境声、光的火灾警报信号的装置称为火灾警报装置，火灾警报器是一种最基本的火灾警报装置，通常与火灾报警控制器组合在一起，它以声、光音响方式向报警区域发出火灾警报信号，以警示人们采取安全疏散、灭火救灾措施。 (4)消防控制设备：在火