【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)計(jì)溫度 ℃19650工作溫度 ℃環(huán)境溫度介質(zhì)名稱LNG普通型膨脹珍珠巖腐蝕裕度 mm01焊接接頭系數(shù)1主體材質(zhì)0Cr18Ni9 Q345R幾何容積 m3100(夾層)充裝系數(shù) 設(shè)備凈重 t充液后總質(zhì)量 t安全閥開啟壓力MPa地震烈度7(近震)場(chǎng)土地分類Ⅱ類第二組日蒸發(fā)率 %≤%/d(LNG)基本風(fēng)壓 N/m2600容器類別三第3章 LNG儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì) 內(nèi)罐的應(yīng)變強(qiáng)化設(shè)計(jì) 內(nèi)罐的選材由于內(nèi)罐直接與液化天然氣接觸，承受著內(nèi)壓力和低溫，所以在選擇材料時(shí)應(yīng)考慮材料在低溫深冷條件下的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)還要考慮材料與液化天然氣的相容性。奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9有較好的低溫性能，且與天然氣能很好相容，所以內(nèi)容器的材料就選奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9。 內(nèi)罐的結(jié)構(gòu) 內(nèi)罐結(jié)構(gòu)為圓柱體，封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。 內(nèi)罐設(shè)計(jì)條件 工作介質(zhì)：液化天然氣設(shè)計(jì)壓力：設(shè)計(jì)溫度：196℃材料屈服強(qiáng)度:205MPa焊接接頭系數(shù)：腐蝕裕量：0mm 內(nèi)罐的應(yīng)變強(qiáng)化設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)罐經(jīng)應(yīng)變強(qiáng)化處理，所以其計(jì)算按照Q/CIMC230012009進(jìn)行。內(nèi)罐的內(nèi)徑?。篋i=2800m3體積 ∴圓柱體的高度∵液柱靜壓力：∴計(jì)算壓力圓柱體的壁厚由下式計(jì)算： (311)式中：δ1：內(nèi)筒體計(jì)算壁厚，mm； pc：計(jì)算壓力，MPa Di：內(nèi)筒體的內(nèi)徑，mm； σk：應(yīng)變強(qiáng)化后的屈服強(qiáng)度，取405MPa。 φ：焊接接頭系數(shù)。 ∴圓柱體的壁厚為： ∴ δ1=，∴圓整后取內(nèi)筒體的名義厚度為：δn1=6mm封頭厚度計(jì)算： (312)經(jīng)圓整，取δn2=6mm∴內(nèi)容器的名義厚度為δn=6mm∴有效厚度為δe=6mm。 內(nèi)罐的常規(guī)設(shè)計(jì) 內(nèi)罐筒體的常規(guī)設(shè)計(jì)承受內(nèi)壓的圓筒設(shè)計(jì)厚度按下式計(jì)算： (321)式中：[σ]t：內(nèi)圓筒材料的許用應(yīng)力，MPa。取[σ]t=137MPa； C：材料的腐蝕裕量，mm?！啵鄨A整取內(nèi)筒體的名義厚度為：δn1=11mm。 內(nèi)罐封頭的常規(guī)設(shè)計(jì)承受內(nèi)壓的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭設(shè)計(jì)厚度按下式計(jì)算： (322)經(jīng)圓整，取δn2=11mm∴內(nèi)容器常規(guī)設(shè)計(jì)的名義厚度為δn=11mm，有效厚度為δe=11mm。 保冷層的設(shè)計(jì)計(jì)算保冷層的絕熱方式采用真空粉末絕熱，所填充的多孔介質(zhì)為珠光砂。所采用的普通珠光砂的性能： 粒徑范圍： 松散密度：4560kg/m3 振實(shí)密度：5560kg/m3 導(dǎo)熱系數(shù)：(mk) 安息角：33176。37176。 含水率1%保冷計(jì)算應(yīng)根據(jù)工藝要求確定保冷計(jì)算參數(shù),當(dāng)無特殊工藝要求時(shí)保冷厚度應(yīng)采用最大允許冷損失量進(jìn)行計(jì)算并用經(jīng)濟(jì)厚度調(diào)整，保冷的經(jīng)濟(jì)厚度必須用防結(jié)露厚度校核。 按最大允許冷損失量進(jìn)行計(jì)算此時(shí)，絕熱層厚度計(jì)算中，應(yīng)使其外徑D1滿足下列衡等式要求： (331)式中：[Q]：以每平方米絕熱層外表面積為單位的最大允許冷損失量（為負(fù)值），w/m2； λ:絕熱材料在平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，w/（m℃）；as：絕熱層外表面向周圍環(huán)境的放熱系數(shù)，w/（m2℃）； T0：管道或設(shè)備的外表面溫度，℃；Ta：環(huán)境溫度，℃； D1：絕熱層外徑，m； D0：內(nèi)筒體外徑，m。： [Q]=( TaTd)as： [Q]=其中：Td：當(dāng)?shù)貧庀髼l件下最熱月的露點(diǎn)溫度（℃）。Td的取值應(yīng)按GB5026497的附錄C提供的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度查有關(guān)的環(huán)境溫度相對(duì)濕度露點(diǎn)對(duì)照表（Ta、ψ、Td表）而得到。由附錄C可以得到：Ta=℃，φ=78%。 ∴經(jīng)計(jì)算和查圖得到Td=℃∴TaTd== ∴[Q]=( TaTd)as== 又T0=℃, λ= w/（m℃）,D0= ∴ ∴ ∴D1==3256mm ∴保冷層厚度δ==（32562812）=222mm 按經(jīng)濟(jì)厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算經(jīng)濟(jì)厚度時(shí)，由于內(nèi)筒體外徑D0=2804mm1020mm，所以應(yīng)按平面型的公式計(jì)算。平面型絕熱層經(jīng)濟(jì)厚度計(jì)算中應(yīng)使絕熱層外徑D1滿足下列衡等式要求： (332)式中：PE: 能量?jī)r(jià)格，元/106kJ； PT：絕熱結(jié)構(gòu)單位造價(jià)，元/m3； λ：絕熱材料在平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，w/（m℃）； as：絕熱層外表面向周圍環(huán)境的放熱系數(shù)，w/（m2℃） t：年運(yùn)行時(shí)間，h； T0：設(shè)備外表面溫度，℃； Ta：環(huán)境溫度，運(yùn)行期間平均氣溫，℃； S：絕熱工程投資年攤銷率，%。宜在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)按復(fù)利率計(jì)算。 (333)式中：i：年利率（復(fù)利率），%，一般取i=10%； n：計(jì)息年數(shù)，年。 熱價(jià)PH= (334)式中：PH：熱價(jià)，元；PF：燃料到廠價(jià)，元/噸；qF：燃料收到基低位發(fā)熱量，kJ/kg；ηB：鍋爐熱效率,(ηB=)，對(duì)大容量、高參數(shù)鍋爐ηB取值應(yīng)靠上限，反之應(yīng)靠下限；C1：工況系數(shù)，（C1=）；C2：火用值系數(shù)?！郟H==冷凍系數(shù)ε應(yīng)按下式計(jì)算： ∴普冷（Ta—39℃）時(shí)的冷價(jià)PC1按下式計(jì)算： (335)式中：PC1：普冷、中冷冷價(jià)，元/106kJ；PH：熱價(jià)，元/106kJ；ηSE：汽電轉(zhuǎn)換效率，ηSE=；ηA：輔機(jī)綜合效率，ηA=；PW：冷卻用水價(jià)，元/m3。 ∴元/106kJ ∴40—196℃時(shí)的冷價(jià)PC2為： (336) (337) 式中：F：制冷車間總投資，元。當(dāng)全套流程為碳鋼設(shè)備時(shí)，F(xiàn)可忽略；n：折舊年限，a；t：年運(yùn)行時(shí)間，h/a；QR：制冷設(shè)備實(shí)際制冷量，106kJ/h。當(dāng)制造廠提不出此數(shù)據(jù)時(shí)按上述公式近似計(jì)算；W：制冷機(jī)軸功率，106kJ/h；ε：冷凍系數(shù)；ηm：制冷機(jī)機(jī)械效率，ηm=。 ∴冷價(jià)PE=PC2=420元/106kJ (338)式中：w：年平均風(fēng)速，m/s；∴ w/（m2℃）又 λ= w/（m℃）； PT=1270元/m3； t=8000h； Ta=℃； T0=℃。 ∴ ∴ ∴D1==3312mm ∴經(jīng)濟(jì)厚度 按防止絕熱層外表面結(jié)露進(jìn)行計(jì)算 圓筒型單層防止絕熱層外表面結(jié)露的絕熱層厚度計(jì)算中，應(yīng)使絕熱層外徑D1滿足下列衡等式的要求： (339)∴∴D1=3256mm∴δ=222mm綜上所述，保冷層厚度為δ=250mm。 外罐的設(shè)計(jì)計(jì)算 外罐的選材由于外罐沒有直接與液化天然氣接觸，不承受低溫，在常溫和真空條件下工作，承受著外壓，所以可以選用綜合性能較好的Q345R（16MnR）。 外罐的結(jié)構(gòu) 外罐結(jié)構(gòu)為圓柱體，封頭采用蝶形封頭，支座采用裙座。 外罐設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)壓力：（外壓）設(shè)計(jì)溫度：50℃焊接接頭系數(shù)：腐蝕裕量：1mm外罐內(nèi)徑為D1=3312mm設(shè)外筒體的名義厚度為δn=22mm ∴有效厚度為δe=21mm外罐的外徑D2=3312+222=3356mm； 圓筒體長度L=∴ ∴查相關(guān)圖可得到：A= ∴∴ (341)∵設(shè)計(jì)壓力P=[P]=，且兩者較接近∴外筒體名義厚度δn=22mm合理。蝶形封頭外壓校核：取封頭的厚度等于筒體厚度∴D1=3312mm，δn=22mm，δe=21mm，D2=3356mm∴等效半徑R0=D1+δn=3312+22=3334mm∴ (342)查圖得：B=102MPa∴ 滿足要求∴外容器的名義厚度為δn=22mm。 內(nèi)罐加強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)當(dāng)內(nèi)罐進(jìn)行噴氦法檢漏時(shí)，所以內(nèi)罐需要加加強(qiáng)圈以防止內(nèi)容器發(fā)生失穩(wěn)失效。加強(qiáng)圈選用扁鋼，材料用0Cr18Ni9，腐蝕裕量取0mm，位置放置在內(nèi)容器的內(nèi)部。加強(qiáng)圈的焊接和開孔應(yīng)符合GB150的要求。加強(qiáng)圈的設(shè)置必須使容器屬于短圓筒才有實(shí)際作用，所以加強(qiáng)圈的最大間距應(yīng)符合下式要求： (351)式中：Lmax：加強(qiáng)圈的最大間距，mm； E：內(nèi)容器材料的彈性模量，MPa； D0：內(nèi)容器的外徑，mm； m：穩(wěn)定性安全系數(shù),取m=； pc：計(jì)算壓力，MPa。取pc=； δe：內(nèi)容器的有效厚度，mm?！唷嗳〖訌?qiáng)圈的間距為Ls=800mm。選