25m3立式环氧乙烷储罐设计及安全摘要环氧乙烷是一种易燃，高度危害的有机化合物，对其储存运输等需注意。环氧乙烷 储罐的设计需要很高的安全要求。本文设计了一个2.5立方环氧乙烷立式储罐，其公称 压力为0.8MPa，公称容积为2.5m3。筒体公称直径为1200mm,壁厚为6mm。圭寸头厚度 为6mm,并对筒体和封头进行了压力试验校核。对人孔进行了开孔补强，补强圈厚度 为6mm。选择安全阀型号为A42H-1.6P，并进行了校核，结果符合要求。选择支座类型 为腿式A4-1100。关键词：环氧乙烷，立式储罐，安全设计目录1前言12结构设计22.1结构设计22.2筒体直径与高度的确定23强度计算43.1筒体壁厚设计43.2封头壁厚设计73.3开孔补强74零部件选择124.1支座选择124.2安全阀选型135安全技术要求165.1设计165.2制造、安装175.3使用、维护与保养195.4定期检验206总结22参考文献23III1前言环氧乙烷是一种工业上重要的有机化合物，易燃，高度危害，不易长途运输，因此 有强烈的地域性。其20摄氏度饱和蒸气压为145.91KPa,闪点一般小于-17.8摄氏度，引 燃温度为429U爆炸下限为3.0%。基于环氧乙烷的易燃性和高度危害性，一旦其发生泄露或是其他状况，很有可能造 成危险性事故。所以环氧乙烷储罐的设计是很有必要的。其意义就在于保证环氧乙烷储 存和运输的安全性，避免或减少事故的发生，并减少可能由此带来的经济损失。本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，按容器 的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔 补强、接管、管法兰进行了选择和设计。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，主要有：GB150钢制压力容器压力容器安全技术监察规程JBT 4736-2002 补强圈JBT 4746-2002钢制压力容器用封头HG 20595-97带颈对焊钢制管法兰。JBT 4712-2007容器支座设计流程包括：完成罐体和封头的强度计算；选择支座、法兰及密封面结构形式；完成人孔（或手 孔）校核计算；完成安全附件的选型与核对；从设计、制造安装、使用管理和维护方面 提出储罐的安全技术要求，提出定期检验要求和对缺陷检查与处理的方法；完成强度计 算书、安全附件选型及安全技术。2结构设计2.1结构设计本设计主体设备为2.5m3的环氧乙烷储罐。容器按其形状可分为：方形容器、 矩形容器、球形容器、圆筒形容器（立式、卧式）。方形和矩形容器大多在很小设计体积时才采用，但其承受压力较小而且使用材料较多；而球形容器虽然承受能力很 强且节省材料，但是制造工艺较难且安装不方便；相对而言圆筒形储罐，制造容易，耗 材少，安装内件方便，而且承压能力较好，总体考虑下最为合适我们所设计的储罐是圆 筒形储罐。本设计的储罐容积并不大，卧式和立式皆可，立式储罐由于是垂直放置的，所 以占地面积较小，节省土地资源。立式储罐上带有液位计，可以使相关人员在外部就可 以简单方便的看到内部物质的含量。基于空间不够及其他考虑，我们最终决定采用立式 储罐。法兰根据HG20592钢制法兰、垫片、紧固件法兰连接密封可靠、强度足够且 应用广泛。在法兰的选择上，压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。对焊法兰具有厚度 更大的颈，进一步增大了刚性，在承压方面有着更好的性能，也能适应更大范围的工作温 度。综上所述，选用带颈对焊法兰。支座的选择方面，参照JBT 4712-2007容器支座立式容器支座常可分为耳式， 支承式，腿式和裙式座。耳式支座结构简单轻便，但在支座与壳体的连接处，器壁常常 要承受很大的局部载荷；支撑式支座和腿式多用于高度不大，重量较轻的中小型立式容 器上；裙式支座用于高大的立式容器，如塔器等。对2.5m3立式储罐，选用支撑式和 腿式皆可，介于腿式支座使用高度范围大，底部空间大的优点，这里选择腿式支座。本储罐所用材料均选用0Cr18Ni9.2.2筒体直径与高度的确定筒体公称直径由式（2-1）确定：V 二上D2L（2-14 i其中D 一筒体公称直径，mm；iL 一筒体长度，mm；对于立式容器，高径比 二1.2 2.5，总容积相对误差应5%.Di一般来说，公称容积小时，取较小的高径比，这里已知总容积为2.5m3,那么取=1.5进行计算：DiH = 2.5m 3得 Di=1285mm，圆整至 1200mm，贝U H=1800mm。 根据钢制压力容器用封头JB/T4746-2002封头容积由表2.1查得表2.1椭圆封头标准公称直径DN/mm总深度H/mm直边高度h/mm内表面积A/m2容积V/m31200325251.65520.2545校核:兀.V 二 2V + V 二 2 X 0.2545 +x 1.8 x 1.22 二 2.54m3封 筒体4相对误差：E = 2.54 2.5 x 100% = 1.6% 5%2.5满足要求。那么，D 二 1200mm,L 二 1800mmi所以，此圆筒形储罐直径为1200m m,高度为1800mm。3强度计算3.1筒体壁厚设计3.1.1确定设计参数设计压力p=0.8MPa;计算压力pc=0.7MPa;设计温度t=60C;焊接接头系数申二1；腐蚀裕量C2=1.0mm。3.1.2筒体壁厚的确定0Crl8Ni9的壁厚及相关许用应力表3.1：0.8 x12005 = 2-p + C2 = 2 x 114 x 1 - 0.8+ 1 = 5.23 m m(3-1)表3.1钢板许用应力钢号钢板标准使用状态厚度/mm在下列温度（C）下的许用应力（MPa）201001502002500Cr18Ni9GB4237固溶2601371141039690取壁厚（260） mm,则许用应力q t=114MPa,筒体计算厚度按式（3-1）计算：式中p设计压力，MPa；cD筒体公称直径，mm；iL1使用温度下的许用应力，MPa；C2 腐蚀余量，mm；(3-2)筒体设计厚度按式（3-2）计算:6 = 6 + Cd1其中6丿一筒体设计厚度，mm；dCi负偏差，mm；钢板厚度负偏差由表3.2查得表3.2热轧钢板厚度负偏差钢板厚度2.02.22.52.8 3.03.2 3.53.8 4.04.5 5.5负偏差q0.180.190.200.220.250.30.5钢板厚度6782526 3031 3435 4042 5052 60负偏差c10.60.80.91.01.11.21.3考虑到钢板厚度负偏差C和圆整值，所以: 假设筒体名义厚度5 n=6mm,则C=0.6mm;取筒体有效厚度5 =5+ C = 4.23 +1.0 + 0.6 二 5.83mmd12min2 x D1000=2.4mm 5nd故5满足要求。n在名义厚度计算完毕后，还需要进行最小壁厚校核。(3-3)最小壁厚校核按式(3-3)进行，-C2)D =1200mm， 5 =6mm， C =1mm,代入式(3-3),可得: in2t =i = 2.4mm (6 1) = 5mmmin 1000满足最小壁厚要求。因此，筒体名义厚度就取5 = 6mm。n3.1.3压力试验此环氧乙烷罐压力试验无特殊要求，那么对此环氧乙烷储罐进行水压试验。水压试验，根据压力容器安全技术监察规程及GB150-1998的规定，压力容器在 制造完成后需要进行水压试验。对于Q345R的钢制压力容器液压试验时，液体温度不 得低于5C。实验方法：首先对容器进行内外部检查，将容器内部的残留物清除干净，特别是对 与水接触后能引起器壁产生腐蚀的物质必须彻底除净。将容器的人孔、安全阀座孔（安 全阀应拆下）及其他管孔用盖板封严，只在容器的最上部保留一个装有截止阀的接管， 以便于容器灌装试验用水时器内的空气由此排出，在容器下部选择一个管孔作为进水 孔。此后向容器中装水，此时容器顶部的排气管上的截止阀应全开，使容器内的空气不 断由此排出，直至容器内全部装满了水。装满水后，可向容器内打水加压，加压时保证 容器内部的压力平稳而缓慢上升。当容器内压力升至设计压力时，应暂停升压，进行检 查。若无泄漏或其他异常现象，则继续用试压泵缓慢加至试验压力。容器在试验压力下 持续10-30mi n，然后降至工作压力，并保持有足够长的时间以便对容器进行检查。水压试验时的压力按式（3-2）计算：p = 1.25 p（3-2） 其中厂水压试验压力，M%p 设计压力，MPa；U 设计温度下材料的许用应力，MPa；L试验温度下材料的许用应力，MPa；将数据代入（3-2）：=1.25 p1 1 4=1.25 x 0.8 x= 1.0 MPa1 1 4液压试验时，还需按下式校核圆筒的应力，并考虑横放时水的静压力,水压试验时圆筒的应力b t按式（3-3）计算(3-3)p Id +6 - c )T in2 - C)n对液压试验，此值不得超过该试验温度下材料屈服点的90%。查得16MnR在50C 时的屈服强度b = 205MPa。s在（3-3）代入数据，。=Pt(D 叫1(12 + 仙二 136.8MPa t26 p2 x 4.4 x 1e0.15%Di=1.8mm,故6 n 满足要求。所以，取圭寸头名义厚度6 = 6mmn3.3开孔补强容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下列影响：(1) 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。(2) 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。(3) 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。上述三种因素均使开孔或开孔接管部位的引力比壳体中的膜应力大，统称为开孔或 接管部位的应力集中。开孔部分的应力集中将引起壳体局部的强度削弱，若开孔很小并有接管，且接管又 能使强度的削弱得以补偿，则不需另行补强。若开孔较大，就要采取适当的补强措施。补强措施可采用增加大面积壳体厚度的整体式补强或在开孔附近区