【立方米石油液化气储罐】

设计摘要

储罐是石油液化气储存的重要设备之一， 石油液化气主要成分： 乙烯、乙烷、

丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等；这些化学成分都对工艺设备腐蚀，在生产过程中设

备盛装的介质还具有高温、高压、高真空、易燃易爆的特性，甚至是有毒的气体

或液体。根据以上的特点，确定其设备结构、工艺参数、零部件。在设备生产过

程中，没有连续运转的安全可靠性，在一定的操作条件下（如温度、压力等）有

足够的机械强度；具有优良的耐腐蚀性能；具有良好的密封性能；高效率、低耗

能。

关键词：储罐 设备结构 工艺参数 机械强度 耐腐蚀强度

密封性能

前言

在与普通机械设备相比， 对于处理如气体、液体等流体材料为主的化工设备，

其所处的工艺条件和过程都比较复杂。 尤其在化学工业、 石油化工部门使用的设

备，多数情况下是在高温、低温、高压、高真空、强腐蚀、易燃易爆、有毒的苛

刻条件下操作， 加之生产过程具有连续性和自动化程度高的特点， 这就需要要求

在役设备既要安全可靠地运行， 又要满足工艺过程的要求， 同时还应具有较高的

经济技术指标以及易于操作和维护的特点。

生产过程苛刻的操作条件决定了设备必须可靠运行，为了保证其安全运行，

防止事故发生，化工设备应该具有足够的能力来承受使用寿命内可能遇到的各种

外来载荷。就是要求所使用的设备具有足够强度、 韧性和刚度， 以及良好的密封

性和耐腐蚀性。

化工设备是由不同的材料制造而成的，其安全性与材料的强度密度切相关。

在相同的设计条件下，提高材料强度无疑可以保证设备具有较高的安全性。

由于材料、焊接和使用等方面的原因， 化工设备不可避免地会出现各种各样的缺陷；在选材时充分考虑材料在破坏前吸收变形能量的能力水平， 并注意材料强度和韧性的合理搭配。设备的设计应该确保具有足够的强度抵抗变形能力。

在相同工艺条件下，为了获得较好的效果，设备可以使用不同的结构内件、

附件等。并充分利用材料性能， 使用简单和易于保证质量的制造方法， 减少加工

量，降低制造成本。

　化工设备除了要满足工艺条件和考虑经济性能， 使设备操作

简单，便于维护和控制； 在结构设计上就应该考虑易损零部件的可维护性和可修

理性。

对于化工设备提出的基本要求比较多， 全部满足显然是比较困难的， 但是主要还是化工设备的安全性、工艺性和经济性，且核心是安全性要求。由此，可以针对化工设备的具体使用情况，优先考虑主要要求，再适当兼顾次要要求。

一、设计条件：

1、工作压力：

1.5 MPa

2、工作温度：

30℃

3、物料密度：

0.45 ×103 Kg/m 3

4、设备材料：

Q345R

5、设备总容积：

20 m3

6、充装系数：

0.85

7、焊接接头系数： 1.0

8、腐蚀裕度： 1.5 mm

9、设备简图： 见下图

10、管口表：

管口符号

公称尺寸

用

途

管口符号

公称尺寸

用

途

a1～ 2

20

液面计

g

50

排污口

B

500

人

孔

h

50

气相平衡口

C

20

温度计口

i

50

气相口

D

20

压力计口

j

50

出液口

e

100

安全阀

k

50

进液口

1~2

F

50

排空口

l

20

连通管排污口

二、方案论证

（１）、结构方案

石油液化气储罐是圆筒形容器； 具有制造容易， 安装内件方便， 承压能力较强等特点。

圆筒形容器是由筒体（筒身） 、封头（端盖）、密封装置、人孔、接管和支座等６个部件组成。筒体和封头是用板材卷制而成的具有典型几何形状的焊接构

件，构成了整个压力容器实现化学反应或储存物料的压力空间， 是压力容器是主要的受压元件。

压力容器使用的密封装置较多， 其主要目的是在压力容器某一可能发生介质泄露而需要加入密封的部位设置一个完善的物理壁垒； 保证压力容器正常、 安全可靠运行的又一个重要部件。

因为工艺过程的要求和检修的需求， 在压力容器的管体和封头上开设有不同尺寸的安装孔和工艺接管， 如：人孔、物料进出口接管以及安装压力表、 液面计、安全阀和各类检测仪的接管等。

在压力容器壳体上开孔后，器壁会因去除一部分承载的材料而强度被削弱，并使容器结构出现局部的的不连续； 对筒体和封头上开设的孔， 当尺寸超过某一规定值后，就要进行开孔补强设计， 选用合理的补强结构， 确保压力容器所需的强度。

支座是支撑和固定设备的一个基础部件，通常是由板材或成型材组焊而成；该石油液化气储罐采用了卧式支座。

　根据容器的质量、 结构、承受的载荷以及操作和维修要求来选定的， 压力容器采用的是卧式支座中的一种典型结构的， 现拟用鞍式支座。

（２）、材料选用方案

储存压力容器主要用于储存或盛装气体、 液体、液化气体等介质的压力容器；现为液化石油气储罐。

　根据 ?固定式压力容器安全技术监察规程 ?采用了既考虑容器的压力等级、 容积大小，又考虑介质危害程度以及在生产过程中的作用的分类方法，将此容器划分到第二类压力容器。

根据 ?化工设备 ?第十页，压力容器用钢要求：

根据工作环境和操作条件， 压力容器用钢应具有较高的强度， 同时应有良好

的朔性、韧性和优良的焊接性能，另外还要满足耐腐蚀要求。

① 压力容器需要承受压力或其他载荷，钢材应该具有足够的强度。压力容器的强度指标是确定壁厚的依据，但钢材的各项力学性能相互联系又相互制约，因此，选材时不能单看强度，而要全面分析。材料强度过低，势必要增强容器元件的厚度；但无原则地选用高强度的材料， 将会带来材料和制造成本的提高以及抗脆断能力的降低。

② 在考虑强度要求的同时，钢材应有良好的韧性。在压力容器的结构上不

可避免地会有小圆角或缺口结构； 在焊接制造中也不可能没有如气孔、 夹渣、未焊透、未溶合等缺陷，甚至裂纹。这些都会在容器的局部位置形成应力集中，这

时就要求材料应具有良好的韧性， 以防止因载荷波动、 冲击、过载或低温而造成压力容器的裂纹。

③ 从制造工艺考虑，钢材还要有良好的焊接性能和较好的冷（热）加工性能。压力容器多数情况下是用钢材采用冷（热）卷，热冲压成型以及焊接等加工工艺制造出来的； 要求材料应具有良好的塑性和焊接性能， 以保证冷卷和热冲时不断裂，而且能得到质量可靠的焊接结构。

④ 为了满足工艺条件需要，钢材应具有较好的耐腐蚀能力。

⑤ 考虑到压力容器的使用性能，钢中的硫和磷含量应较低。因为硫和磷是

最主要的有害元素。

　硫能促进非金属夹杂物的形成， 是塑性和韧性降低； 磷元素尽管能够提高钢材的强度， 但会增加钢材的脆性， 特别低温的脆性。

　压力容器用钢的硫和磷含量就要求分别低于 0.02%和 0.03%。

钢材所具有的各种性能都是通过钢中化学成分的设计或采用不同的热处理方法来获得的，为了保证钢材的使用质量，压力容器制造厂在接受钢厂来货时，都需要按照钢材的质量保证书，对于保证钢材基本要求的化学成分、抗拉强度、

屈服强度、断后伸长率、冲击功等指标进行检查。有必要时要进行 100%无损检测。

压力容器用碳素钢和低合金钢板， 这类材料属于一般压力容器专用钢板。 其

中低合金钢是在普通结构钢的基础上加入了少量或微量的合金元素，如： Mn、

Si、 Mo 、V 、Ni 、 Cr 等，从而使钢材的强度和综合力学性能得到明显改善。中

国 GB713-2008?锅炉与压力容器用钢板 ?提供了多个钢板品种，根据设计条件给

出设备材料为 Q345R，工作温度 30°C，符合（《化工设备》表 1—2 压力容器用碳素钢和低合金钢板使用性能）；厚度范围 6~16mm，使用温度范围 -20~475°C。

Q345R 是在低碳钢的基础上加入合金元素 Mn 而得到的低合金钢。与 20R

钢相比，含碳量相仿，但加入适量的 Mn 元素后，使 Q345R 的强度显著提高。

三、筒体设计

一、强度计算

1、设计条件：

工作压力： 1.5 MPa 工作温度： 30℃ 3 3

设备材料： Q345R

3

充装系数： 0.85

焊接接头系数： 1.0

腐蚀裕度： 1.5 mm

2、压力容器壁厚的计算：

① 设计温度选用（根据《化工设备》第

设计温度 t：



48 页表



3—3）；

t=t w +20=30+20=50°C

设计温度 t 为 50°C

② 设计压力 P:

根据《化工设备》第 47 页所述：当容器上装有安全阀时考虑到安全阀开启

动作的滞后，容器不能及时泄压， 设计压力 P 不得低于安全阀的开启压力 p2 [开

启压力是指阀瓣在运行条件下开始升起， 介质连续排除的瞬间时压力其值小于或

等于（ 1.05~1.1）倍容器的工作压力 pw ].

所以 p ≥ (1.05~1.1) p

w

因此

p =1.05 pw =1.05 ×1.5=1.57Mpa

×

根据《化工设备》第 8 页:内压容器按压力大小分等级可知： 因 p =1.57Mpa ，所以该容器属于低压容器（代号 L ）:0.1 Mpa ≤p <1.6Mpa 。

为了对不同安全要求的压力容器进行更好的技术管理和监督检查， 《固定式

压力容器安全技术监察规程》 采用了既考虑容器的压力等级、 容积大小， 又考虑

介质危害程度以及在生产过程中的作用的分类方法， 将压力容器划分成了三个类

别。

根据第三类压力容器情况为：易燃或毒性程度为中度危害介质，且 pv 乘积大于 10 Mpa ﹒ m 3 的中压储存容器。因此，该储存容器属于第三压力容器。

③压力容器的公称直径 DN:

根据《化工设备》第 61 页所述：规定公称直径的目的是使容器的直径成为

以系列规定的数值，以便零部件的标准化，以符号 DN 表示，单位为 mm。用钢

卷制而成的筒体， 其公称直径即等于内径 （ D ），现行标准中规定的压力容器公

i

称直径系列，封头的公称直径与筒体一致。

根据 NB/T47001-2009《钢制液化石油气卧式储罐型式与基本参数》第 286 页，表 4 所取：取压力容器公称直径 DN=2000mm；根据 JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》查得： DN2000 封头容积 Vf=1.1257

因此：

筒体的体积为 V=20-2Vf

3

V=20-2 ×1.1257=17.7486 m

h=V/ π 2=5649.5mm h=5700mm

r 经圆整得：

取 DN=2000mm

得 h=5700mm

筒体周长 C=6283mm

④储存量 W 《容规》宣贯第三章设计

介质为液化气体 （含液化石油气） 的固定式压力容器设计储存量； W=Φνpt

m

t

0.45

×103 Kg/m 3

（ Ф—充装系数

0.85，ν—压力容器的容积

3

；p —物料密度：

W=Φνpt =7.65t

⑤确定筒体厚度：

根据《化工设备》第 59 页所述：双面焊对接接头，

100%无损检测 Ф=1.0。

设计压力： 1.57 MPa

设计温度： t=50 °C

容器公称直径： DN=2000mm

腐蚀裕度：

1.5 mm

设备材料：

Q345R

Q345R 钢板在 50°C 的许用应力由（《化工设备》第

50 页表 3—6

查取，估

计壁厚在 6～16mm 之间，故[ ] t

MPa，将数据代入公式 δ=

pc

Di

t

pc

=170

2[

]

得到储罐筒体计算厚度：

δ=

pc Di

3140

]t

pc = 338.43 =9.27mm

2[

设计厚度：

d =

+c2 =10.77mm

根据 GB713-2008《锅炉与压力容器用钢板》第

2 页 5.2 条款查得：

钢板厚度

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