化工品储罐设计

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[摘 要]对于盛装液体化工品的立式圆筒形储罐,结构形式与常规石油类产品储罐不完全相同.化工品储罐常采用氮封形式、低压储罐、倒锥底及单面斜底结构、不锈钢储罐等.本文通过化工品储罐设计过程中储罐选型、材料选择、结构设计,总结了化工品储罐在设计中与石油产品储罐的不同.

[关 键 词]氮封；锈钢储罐；低压储罐；倒锥底

中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）27-0020-01

1.前言

液体化工品的储存性质与石油类产品不完全相同,而且液体化工品种类繁多,且需求量不如石油类产品多,故液体化工品储罐的单罐容量也较小.由于液体化工品的性质的特殊性,在化工品储罐设计时,储罐的设计参数、材料、结构形式和储罐附件的设计选用也不同于石油类产品储罐.

2.储罐结构形式

对于石油类产品储罐,常用的储罐形式有拱顶储罐、内浮顶储罐、外浮顶储罐等.由于液体化工品储罐单罐容量一般较小,不采用外浮顶储罐,在储罐结构形式上,也有一定的特殊结构.

2.1拱顶氮封结构

对于下列特性的化工品储罐,常设置储罐氮封保护系统.

（1）毒性较大,对环境污染较大的物料；

（2）吸水性较强,容易造成物料水分增加的物料；

（3）对氧气比较敏感,容易氧化的物料；

（4）闪点较低,危险性较大的物料.

氮封保护系统,是指在物料与罐顶之间的空间内充入氮气,储罐内维持一定的压力（正压）.当储罐内的介质被泵抽出或由于外界温度降低时,该系统可以自动补入氮气,防止外界空气进入.当向储罐内充液或由于外界温度升高使储罐内压力高于氮封压力时,可以通过呼吸阀自动排放.为安全考虑,一般在罐顶部设置有紧急泄放人孔.[4]

储罐设置氮封保护系统,可以有效的隔绝空气,从而使物料不接触空气中的水分和氧气,控制物料的含水率及气相空间的含氧量,防止物料吸水和燃烧或爆炸,还可以防止物料变质.同时,氮封保护系统可以维持罐内的正压,可以减少物料的小呼吸损耗.

2.2内浮顶氮封储罐

部分化工品易燃易爆的同时,毒性程度也为极度或高度危害,如苯、丙烯腈、环氧氯丙烷等介质,此类化工品可采用内浮顶加氮封结构储罐.内浮顶加氮封保护系统可进一步减少有毒气体挥发至大气中.内浮顶加氮封结构是指在内浮盘至罐顶的空间内充入氮气,使之保持一定的氮封压力.与常规成品油内浮顶储罐相比,氮封结构的内浮顶储罐无罐顶或罐壁通气孔,而在罐顶部设置呼吸阀,阻火器等.内浮顶氮封储罐可采用废弃回收,将呼吸阀呼出气体进行回收处理,防止有毒气体进入大气,污染环境.

2.3低压储罐

在许多情况下,为了减少低沸点储液在储存时的蒸发损耗,常需提高储罐的储存压力.

目前,国内立式圆筒形储罐设计标准主要有SH3046-1992《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》、GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》.这两个规范均规定设计压力不大于6KPa.当储罐设计压力大于2KPa而小于6KPa时,在罐壁计算时应考虑气压对罐壁厚度的影响.

对于储罐储存压力大于6KPa的储罐,需根据API620《大型焊接低压储罐设计与建造》进行设计计算.

对于低压储罐设计计算,主要是对抗压圈、罐壁计算、锚栓设计等方面内容.

抗压圈的设计主要是通过计算总环向力,确定所需的承压区域面积,选择推荐的承压圈结构,计算所选结构的承压区域面积,使其大于所需的面积.低压储罐罐壁厚度可通过罐体自由体分析计算罐壁经向、周向单位内力,进而通过公式计算确定罐壁厚度.锚固的设计,应根据外界载荷确定升举力,判断是否大于罐顶、罐壁及其所支撑的构件的总重,确定是否设置锚固装置.[2]

3.材料选择

3.1罐体钢板

3.1.1碳钢储罐

对于常规的石油产品储罐来说,常用的钢板为Q345R和Q235-B.对于储罐罐壁厚度较厚的钢板,才选用强度较高的Q345R,对于罐顶及罐底来说,则一般均选用Q235-B钢板.

在化工品储罐中,对于承装毒性程度为极度及高度危害介质的化工品储罐,由于Q235系列钢板S、P含量相对较高,一般材料不选用Q235系列钢板,多采用Q345R及其他性能更好钢板.

3.1.2不锈钢储罐

由于部分化工品对碳钢的腐蚀较严重,如冰醋酸、丙烯酸等介质,部分化工品对纯度有较严格的要求,杂质的存在,不但影响质量也会影响化工品的销售价格.这类化工品储罐一般选用奥氏体不锈钢材料.奥氏体不锈钢是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢,此钢在常温氧化性环境中容易钝化,使表面产生一层以氧化铬为主、保护性很强的薄膜,使腐蚀率明显降低,也能减少铁离子对化工品的污染.

3.2内浮盘

对于内浮顶储罐来说,常用浮盘材料有：铝合金内浮盘、不锈钢内浮盘、碳钢焊制内浮盘.其中,铝合金内浮盘及不锈钢内浮盘为浮筒式组装内浮盘,一般均有专业厂家生产安装,成本比碳钢焊制内浮盘低.

I级和II级毒性液体的内浮顶储罐,不采用用易熔材料制作的内浮顶,即不采用组装式铝合金内浮盘.

3.3储罐密封

丁腈橡胶耐油性极好,耐磨性较高,耐热性较好,且成本相对较低,广泛用在常规的石油类产品储罐中.但丁晴橡胶的缺点是不耐芳香族、卤代烃、酮及酯类腐蚀,在化工品储罐中应考虑其他耐腐蚀橡胶.

氟橡胶具有耐高温、耐油及耐多种化学药品侵蚀的特性,具有高度的化学稳定性,是目前所有弹性体中耐介质腐蚀性能最好的一种.故对储存芳香族、卤代烃、酮及酯类化工品的储罐浮盘密封材料可选用氟橡胶密封.

4.结构设计

4.1罐底设计

目前,立式圆筒形储罐的罐底结构主要有正锥底结构、倒锥底结构及单面斜底结构.对于化工品储罐来说,一般采用倒锥底结构或单面斜底结构.相对传统正锥底储罐,倒锥底及单面斜底结构能够将介质中的水分、污泥和其他杂质快速而有效地集中到储罐最低点的集液槽中,并及时排出罐外,可以保证储存介质的品质,提高储存介质的纯度,因此特别适用于液体化学品介质的储存.

倒锥底及单面斜底储罐在罐底最低点均设置集液槽.对倒锥底储罐来说,集液槽在罐底中心.由于罐底中心处沉降变形最大,受力情况也较为恶劣,故一般集液槽采用整块钢板冲压成型[3].

4.2泡沫缓冲装置

由于部分化工品属于水溶性介质,在考虑进行泡沫灭火时,需设置泡沫缓冲装置,使抗溶泡沫平稳地布满整个液面,起灭火作用.

储罐可设置斜板溜槽式的泡沫缓冲装置.斜板与罐壁形成一个横截面为等边直角三角形的溜槽,沿罐壁盘旋而下,使泡沫顺槽而流,铺于液面,起灭火作用.

5.结论

（1）对于液体化工品储罐,根据介质特性、毒性程度要求来决定化工品储罐的结构形式.

（2）化工品储罐材料选择时,应根据介质的腐蚀性、毒性程度及洁净度要求来确定化工品储罐主要钢板、浮盘及浮盘密封的材料.

（3）化工品储罐常设计倒锥底及单面斜底结构,来提高储存质量.