化工安全设计课程设计任务书设计题目某化工储运公司安全设计（4000 m3醋酸储罐选型及计算）学院专业安全工程班级起讫日期指导教师2015 年6 月18 日8只4000 m3醋酸储罐，建设地点位于南京贮运码头罐区的预留地，当地全年最小频率风向为西北风。

查相关规范得知，设计压力为常压，设计温度为55℃，储存介质为醋酸，属于乙A类液体（由《石油化工企业防火设计规范》GB50160-2008查得）。

相关规范：《石油化工企业防火设计规范》GB50160-2008；《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T3007-2014；《立式圆筒钢制焊接油罐设计规范》GB50341-2014；《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》SH3046-1992；《建筑结构荷载规范》；《化工设备设计全书》等。

第1章醋酸的理化性质 (1)第2章醋酸储罐的选型和选材 (2)2.1储罐的选型 (2)2.1.1储罐的选型 (2)2.1.2物料管的设计 (2)2.2储罐的选材 (2)第3章醋酸储罐经济尺寸的选择 (4)3.1储罐的储存液位 (4)3.2储罐的罐壁设计 (5)3.2.1储罐的技术特性表 (5)3.2.2壁厚的计算 (6)3.2.3罐壁加强圈的计算 (8)3.2.4罐壁包边角钢 (9)3.3储罐的罐底设计 (9)3.3.1罐底的选型 (9)3.3.2罐底板厚度的计算 (11)3.4储罐的罐顶设计 (11)第4章醋酸储罐的安全附件 (13)4.1储罐的一般附件 (13)4.1.1通气管 (13)4.1.2量油孔 (14)4.1.3透光孔 (14)4.1.4人孔 (15)4.1.5、排污孔 (15)4.1.6放水管 (15)4.1.7阻火器 (15)4.2安全仪表 (16)4.2.1液位计 (16)4.2.2液位报警器 (16)4.2.3温度计 (17)4.2.4压力表 (17)4.2.5流量计 (17)第5章其他安全措施 (18)5.1放空处理 (18)5.2气封装置 (18)5.3 防冻和保温 (18)5.4防爆措施 (19)第1章醋酸的理化性质无水醋酸在温度低于16．7℃时就会凝固成冰状，俗称冰醋酸，凝固时体积膨胀，能使容器破裂。

表1第2章醋酸储罐的选型和选材2.1储罐的选型2.1.1储罐的选型根据《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T3007-2014），可燃液体储罐应采用钢制储罐。

储存温度下饱和蒸汽压大于或等于大气压的物料，应选用低压储罐或压力储罐。

酸类、碱类宜选用固定顶罐或卧罐。

立式圆筒形储罐按其顶盖结构形式，主要可分为固定顶储罐、浮顶储罐（铝制拱顶的浮顶储罐已有建造）及内浮顶储罐三大类。

考虑到冰醋酸是易燃易爆液体，设计选用钢制立式圆筒形固定顶储罐。

固定顶储罐分为：支撑式锥顶储罐，支撑式拱顶储罐，自支撑式锥顶储罐，自支撑拱顶储罐，自支撑伞形顶罐。

根据钢制立式圆筒形储罐分类及结构特点，选用自支撑拱顶储罐，其特点为主材消耗小，能承受较高的剩余压力，有利于减少蒸发损失，现阶段化工行业采用最广泛的固定顶储罐。

2.1.2物料管的设计液体储罐特别是对于立式圆筒形储罐的物料管在设计上有一定的要求。

(1)进料管通常设在罐壁下部；若由上部进人，则应伸人到距罐底约200mm 处，并有防止虹吸的措施。

(2)出料管应设在罐的下部。

(3)进出料管道上均应设双阀，还应采用相当长度的金属软管或其它柔性连接措施。

(4)进出料管的设置方位应避免物料短路。

(5)同种物料分罐储存时，应在进出口管道上设置倒罐副线。

2.2储罐的选材醋酸对钢铁的腐蚀严重，生产和使用醋酸的设备和管道材料一般需要采用价格较高的有色金属和合金。

含钼的超低碳铬镍不锈钢(316型)对醋酸的耐腐蚀最好，也能抗孑L蚀，适合于稀醋酸蒸气，以及高温和高于大气压力环境中，也适于一切浓度的醋酸溶液。

为综合考虑质量、投资和实施的可行性等因素，对于大容积的醋酸储罐应采用含钼不锈钢022Cr17Ni12Mo2（316L）（新标），旧标为00Cr17Ni14Mo2。

根据《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》SH3046-92，焊条牌号为E00-18-12Mo2-15。

第3章 醋酸储罐经济尺寸的选择表3-1贮罐经济尺寸注：λ=S 1 +S 2,[]gρφσα=。

其中。

H 为贮罐高度；R 为贮罐直径；D 为贮罐直径(内径)；[σ]为材料许用应力；φ为焊接接头系数；S 1为储罐罐顶板厚度； S 2为储罐罐底板厚度；C 1为贮罐罐壁单位面积平均费用；C 2为贮罐罐底单位面积平均费用：C 3为储罐罐顶单位面积平均费用。

从表1-1可以看出，对大型封闭贮罐，按材料最省的经济尺寸αλ≈H 。

这实际上把罐顶和罐底都看作同等费用来考虑，而在工程中往往罐顶比罐底费用多。

若把罐壁和罐顶费用看作相同的费用，并且分别为罐底费用两倍时，其经济尺寸为H=0.375D (1-1) 较为合理。

在确定贮罐的设计容积时，贮罐安全高度还应考虑液位的极限波动及消防的要求（贮罐空气泡沫接管到液面之间应留有一定高度，以保证储液面上泡沫覆盖层能有足够厚度）。

内浮顶罐的体积公式为：V H D =⨯⨯24π)21(-根据公式（1-1）和（1-2）及充装系数为0.9，则醋酸罐罐高度与直径计算结果为：4π×D 2×H ＝4π×0.375×D 3×0.9=4000D=24.7m ，H=9.3m3.1储罐的储存液位根据《石油化工储运系统罐区设计规范》(SH/T3007-2014)固定顶罐的设计储存液位宜按公式（1）计算：h=H1－（h1＋h2＋h3） (1)储罐的设计储存液位，m；式中：h———————H1——————罐壁高度，m；h1——————泡沫管开孔下缘至罐壁顶端的高度，m；h2——————10min~15min储罐最大进液量的折算高度，m；h3——————安全裕量，可取0.3m（包括泡沫混合液层厚度和液体的膨胀高度），m。

3.2储罐的罐壁设计3.2.1储罐的技术特性表表3-2设计参数的说明1）设计压力设计压力是指设定的容器顶部的最高压力。

由于醋酸的饱和蒸汽压1.52kPa/20。

C小于常压，设计压力为0.1MPa（常压）。

常压储罐：设计压力小于或等于6.9kPa（罐顶压力）的储罐。

低压储罐：设计压力大于6.9kPa，小于0.1MPa（罐顶压力）的储罐。

该醋酸储罐为低压储罐。

2）设计温度设计温度是指容器正常操作时，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度，醋酸贮罐工作温度为常温。

南京地区气温一般在0到40℃之间，设计温度要大于其最高温度，取55℃。

3）腐蚀速率醋酸在316L 中能形成钝化膜，所以对合金的腐蚀性很小。

4）风载荷P=2.25μW=2.25×0.74×0.25=0.420kPa=420Paμ——为风压高度变化系数, 对于有密集建筑群的大城市，取0.74W ——为建罐地区基本风压，根据《建筑结构荷载规范》，基本风压取值，南京50年一遇风压值为0.25KN/m 3。

3.2.2壁厚的计算设计考虑储存液体静压力由上至下逐渐增加，且储罐容积>1000立方米，采用不等壁厚。

根据《立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》GB50341-2014，罐壁厚度的计算，当油罐直径小于或等于60m 时，宜采用变设计点法。

罐壁设计厚度按下列公式计算，且取其中的较大值。

[]21)3.0(9.4t C C H D d d ++-=ϕσρ（1—3）[]1)3.0(9.4C H D t t t +-=ϕσ （1—4）式中 t d — 储存介质时的设计厚度（mm ） t t — 储存水时的设计厚度（mm ） D — 储罐内直径（m ）H — 计算的罐壁板底边至罐壁顶端（当没有溢流口时，应至溢流口下沿）的垂直距离（m ）ρ — 储液密度（取储液与水密度之比）（kg/m 3） []d σ—设计温度下罐壁钢板的许用应力（a MP ） []t σ— 常温下罐壁钢板的许用应力（MPa ） ϕ— 焊缝系数，取0.9利用公式（1-3）及（1-4）带入设计参数可得醋酸罐壁壁厚（mm ）：计算壁厚分别加至各自附加壁厚的较大值。

设计每圈板宽1.54米，共六块板。

取C 1=0.8mm ，C 2=0mm 从底下开始计数，计算可得： 第一层：[]21)3.0(9.4t C C H D d d ++-=ϕσρ==++⨯⨯-⨯⨯08.09.011705.13.03.97.240049.0）（11.6mm[]1)3.0(9.4C H D t t t +-=ϕσ=14.118.09.01173.03.97.249.4=+⨯-⨯⨯）（mm第二层：[]21)3.0(9.4t C C H D d d ++-=ϕσρ=80.908.09.011705.13.076.77.249.4=++⨯⨯-⨯⨯）（mm[]1)3.0(9.4C H D t t t +-=ϕσ=37.98.09.01173.076.77.249.4=+⨯-⨯⨯）（mm第三层：[]21)3.0(9.4t C C H D d d ++-=ϕσρ=94.708.09.011705.13.022.67.249.4=++⨯⨯-⨯⨯）（mm[]1)3.0(9.4C H D t t t +-=ϕσ=60.78.09.01173.022.67.249.4=+⨯-⨯⨯）（mm第四层：[]21)3.0(9.4t C C H D d d ++-=ϕσρ=09.608.09.011705.13.068.47.249.4=++⨯⨯-⨯⨯）（mm[]1)3.0(9.4C H D t t t +-=ϕσ=83.58.09.01173.068.47.249.4=+⨯-⨯⨯）（mm第五层：[]21)3.0(9.4t C C H D d d ++-=ϕσρ=23.408.09.011705.13.014.37.249.4=++⨯⨯-⨯⨯）（[]1)3.0(9.4C H D t t t +-=ϕσ=06.48.09.01173.014.37.249.4=+⨯-⨯⨯）（表3-3罐壁最小公称厚度各层圈板厚度表3-4 第一层 第二层 第三层 第四层 第五层 第六层 12 10 8 7 6 6（注：醋酸贮罐15<24.7<36，根据表1-3，罐壁最小公称厚度仍不得小于6mm ）3.2.3罐壁加强圈的计算风 压 高 度 系 数z μ基 本 风 压 0W （pa) 罐 顶 呼 吸 阀 负压 q(pa) 0.742506473.2.3.1设计外压固定顶储罐罐壁筒体设计外压：Pa q W P z 65.11926472.125074.025.22.125.200=⨯+⨯⨯=+=μ3.2.3.2罐壁筒体临界压力⎪⎭⎫ ⎝⎛=D t H D P E cr min 160002.5∑=ei E H H ⎪⎭⎫⎝⎛=i i ei t t h H min 2.5P cr ：罐壁筒体的临界压力（Pa ） t min ：顶层罐壁板的规格厚度（mm ） H E ：罐壁筒体的当量高度（m ） H ei ：第i 圈罐壁板的当量高度（m ） h i ：第i 圈罐壁板的实际高度（m ）t i：第i圈罐壁板的规格厚度（mm）D：储罐内径（m）Le：设置加强圈后，每段筒体的当量高度（m）表3-6罐壁的当量高度H E=5.59m罐壁的临界压力P cr=2056PaP cr>P0，不需要设置加强圈。