10万吨丙烯腈厂丙烯腈储罐的设计
一、设计背景
此储罐设计针对工艺末端的丙烯腈产品的存储。该丙烯腈厂生产的产品定位是高纯度丙烯腈。纯丙烯腈沸点77.3℃，常温下为无色的有刺激性气味液体。对于丙烯腈的储罐国家和行业并无专门的设计规范，本设计参照《中华人民共和国国家标准工业用丙烯腈》以及其他工业的设计案例，并结合此工业自身特点进行设计。 二、安全要求
1. 丙烯腈属高度危险品，具有燃烧、爆炸性质，闪点-5℃，自燃点481℃，蒸气密度
1.83（相对于空气），与空气的爆炸极限3.05%~17.5%（V/V），遇明火、高热能一起燃烧爆炸，因此，在储罐设计中需要考虑如何避免形成燃烧、爆炸气氛。 2. 丙烯腈剧毒而且易挥发，能通过皮肤及呼吸道为人体吸收，应尽可能减少丙烯腈
的挥发。
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3. 工作区域空气中丙烯腈最大允许浓度不超过2mg/m。 三、整体设计
1. 工厂生产能力为10万吨/年，每年开车时间按8000h计，则每小时体积流量为：
M/t10*104*103kg/8000hv???16.34m3/h 3?765.021kg/m考虑到丙烯腈产品作为中间产品，后续还会增加其他产品的生产工艺，以及产品
的输出、市场价格的波动，设计丙烯腈在储罐中的停留时间为72h，于是储罐的体积为：
V?v??16.34*72?1176.48m3
为方便计算，取丙烯腈储罐的体积为1200m进行设计。 2. 储罐种类选择
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丙烯腈储罐设计要求有：储存容量1200m，工作压力：常压，工作温度：0~30℃。
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丙烯腈产品理化性质有：密度：765.021kg/m,纯度：>99.9%。
根据设计的储罐体积，以及介质易燃、易挥发、剧毒的涂点，结合现运行的《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T 3007），设计采用常压立式圆筒形拱顶储罐。 3. 储罐材料选择
储罐材料的选取根据储罐的使用工况、储存介质特性，以及材料的机械性能等因素决定。参考《碳素结构钢和低合金结构钢热轧钢钣和钢带》(GB／T3274)以及丙烯腈属于高毒介质，罐体选择Q345R材质。 4. 储罐高度和直径
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本储罐容积大于1000m，应采用不等壁厚设计。 储罐的最省材料的经济尺寸：
1/2
H＝(( [?]? (S1+S2))/??)
1/2
D＝((4V)/ (? H))其中 罐壁板厚度－S 贮罐高度－H
贮罐的计算容积－V
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罐顶板厚度－S1 罐底板厚度－S2 材料许用压力-[?] 焊缝系数-? 储液比重-?
?????????????查得对于Q345R，材料许用压力为189MPa,焊缝系数为0.9，储液比重为0.765021。
3
根据规格标准，对于V=1200<2000m的储罐，罐顶板厚度取8mm，对于1000
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m3 1/2-3 1/2 H=(( [?]? (S1+S2))/??)=((1890*0.9*(0.8+0.6))/0.765021*10)=17.64m 1/21/2 D＝((4V)/ (? H))=((4*1200)/ (? *17.64))=10.22m 考虑到实际储存容积与设计容量间有一定差距，最终确定储罐的直径为10.5m，高度为18m。 5. 储罐壁及上下底设计 储罐罐壁是由一圈一圈的壁板焊接组成的，根据钢板规格及储罐高度要求，可确定罐壁由9圈壁板组成，每圈高度2000mm。 （1） 罐壁厚度 内层为 2mm 厚的不锈钢板Q345R，四周壁板随外载荷储液静压力变化由下而上逐层减薄，罐壁的壁厚计算如下： ?＝(?(H-0.3) D/(2[?]?))+c1 式中 ? 该圈罐壁的最小计算壁厚 cm 3 ???????贮液重度(??＜1时取1，???＞1?时取实际值)tf/m H 顶端到计算圈板下端的距离 m D 贮罐直径 m 2 [?] 许用应力 kgf/ m ???????焊缝系数 ????????????c1 腐蚀余量 m 其中，D=10.5m，H=18,16,14,12,10,8,6,4,2m，[?]=189MPa,焊缝系数为0.9，C=1mm。同时，根据储罐刚性要求，D<16m时，要求罐壁最小厚度为4.5mm，另考虑钢板的负偏差和腐蚀余量，当厚度不到要求时取5mm，代入计算得： 表 1. 计算壁厚及设计壁厚 mm 壁厚1 编号 计算值 设计值 6.01 7 2 5.44 6 3 4.88 5 4 4.31 5 5 3.74 5 6 3.18 5 7 2.62 5 8 2.04 5 9 1.48 5 （2） 罐顶设计 罐顶按自支撑拱顶设计。拱顶球面半径R=(0.8~1.2)D =1.2×10.5 = 12.6m。 自支撑锥顶的厚度可按以下公式计算： Dt?2.24sin?PE?C 式中 D—储罐直径，m； p—罐顶自重和附加载荷之和。取罐顶厚度为8mm，估算罐顶重为7500kg，折合成单位面积载荷为 7500?9.8??????11??773.4（Pa） ?4?罐顶附加载荷应按检修载荷取值，且不小于1200Pa，所以 P=773.4+1200=1973.4（Pa） E—弹性模量，取E=200Gpa； θ—母线与水平面夹角，取自支撑锥顶坡度为1/2，于是θ=300； C—腐蚀裕量，mm。 10.5?t?2.241973.42000?109?0.002?0.00492?0.002?0.00692m?7mm??sin300 园整至钢板规格厚度8mm。所以假设罐顶厚度8mm合理。 （3） 罐底设计 罐底由中幅板和边缘板搭接而成。根据D<12，中幅板钢材厚度选择5mm。根据低圈罐壁板厚度7～10mm之间，边缘板钢材厚度取6mm。 一般取底层罐壁中心线直径加上罐底边缘外部最小距离为60mm，此处取100mm。因而罐底板直径为10500+2×100=12500mm。 6. 开口设计 共设计两个开口，进料口在上边，出料口在下边。取进料和出料流量相 3 同，均为16.34 m/h，液体流速为 0-3m/s,取最大流速 3m/s，则有孔径 D?4v?u?4*16.34?43.9mm ?*3*3600 四、 荷载计算 风载荷计算 （1） 倾覆 设风载荷为0.35kpa，取风载荷作用于贮罐重心位置，由风载荷使贮罐倾覆的力矩应小于由贮罐重量产生的抵抗力矩（取空罐时最危险的情况）。 倾覆力矩： MO?1HQ2 抵抗力矩：