在國(guó)內(nèi)容量為200-2000m3的大型珠光砂堆積低溫儲(chǔ)罐的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，國(guó)內(nèi)國(guó)外均采用API-620標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。大型低溫液體貯罐的外形結(jié)構(gòu)一般采用雙筒壁、平底、拱頂、珠光砂堆積絕熱。由互獨(dú)立的內(nèi)罐、外罐和保冷層組成, 置于一定高度的水泥基礎(chǔ)平臺(tái)上, 水泥基礎(chǔ)平臺(tái)離開地面有一定的距離, 并保持通風(fēng), 以防止基礎(chǔ)平臺(tái)因土壤中的水分凍結(jié)而損壞基礎(chǔ), 同時(shí)要確保低溫液體泵有一定的凈吸入壓頭。
(1) 設(shè)計(jì)壓力
低溫儲(chǔ)罐按照設(shè)計(jì)壓力分為高壓罐和低壓罐兩種。高壓罐設(shè)計(jì)壓力約為0. 029MPa ( 0.30kgf/ cm2 ) , 真空度為- 0.00049MPa( - 0. 005kgf/cm2 ) ; 低壓罐設(shè)計(jì)壓力約為0.0147MPa( 0.15kgf/cm2 ) , 真空度-0.00049MPa ( - 0.005kgf/cm2 ) 。罐體設(shè)計(jì)壓力的選擇與蒸發(fā)氣壓縮機(jī)的能力、儲(chǔ)液量、儲(chǔ)罐形式和安全排放理念有關(guān), 由設(shè)計(jì)者根據(jù)具體情況確定。
(2) 儲(chǔ)存溫度
低溫儲(chǔ)罐內(nèi)液體在接近常壓下儲(chǔ)存, 其儲(chǔ)存溫度一般按照常壓下液體的沸點(diǎn)選取。由于物料的來源不同, 物料的純度和組分也不相同, 物料儲(chǔ)存溫度和密度必須隨著介質(zhì)純度和組分的具體情況進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)所儲(chǔ)存的物料沒有穩(wěn)定的來源而導(dǎo)致每批物料組分不同、密度不同和溫度不同時(shí), 在設(shè)計(jì)上應(yīng)采取相應(yīng)措施阻止這些差別所造成的罐內(nèi)液體的翻滾。
(3) 蒸發(fā)率
低溫儲(chǔ)罐每天的滿罐蒸發(fā)率一般在0.02%-0.08% 。儲(chǔ)罐的保冷措施越好, 冷量損失越低,蒸發(fā)率就越小。蒸發(fā)率較高時(shí), 蒸發(fā)氣壓縮機(jī)和制冷系統(tǒng)負(fù)荷加大, 啟動(dòng)更加頻繁, 導(dǎo)致能耗增高。而選擇較低的蒸發(fā)率則保冷材料性能要求提高, 保冷材料量和保冷空間增大, 使得投資增長(zhǎng)。因此, 設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)液量、國(guó)內(nèi)材料等情況合理規(guī)定蒸發(fā)率。
(4) 儲(chǔ)罐容積和高徑比
儲(chǔ)罐的儲(chǔ)液量一般按照生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)或轉(zhuǎn)運(yùn)量的需要由用戶提出, 設(shè)計(jì)者應(yīng)據(jù)此確定儲(chǔ)罐體積。確定儲(chǔ)罐容積時(shí)應(yīng)考慮最高液位以上的氣相空間和液體在地震載荷作用下的晃液高度。確定單罐容積時(shí)應(yīng)考慮到便于生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、轉(zhuǎn)運(yùn)的需要, 也要考慮安全、材料的獲取、國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)能力等因素,不可一味追求單罐儲(chǔ)量大。儲(chǔ)罐的高徑比除滿足環(huán)境要求外, 主要取決于經(jīng)濟(jì)性和罐壁板的厚度。當(dāng)儲(chǔ)罐容積確定后,應(yīng)進(jìn)行不同高徑比罐體的經(jīng)濟(jì)性分析比較, 按照不同的高徑比初步計(jì)算出儲(chǔ)罐各部分的材料規(guī)格, 統(tǒng)計(jì)材料耗量, 并進(jìn)行造價(jià)估算。由于儲(chǔ)罐壁板( 特別是最下一帶板) 較厚時(shí)存在加工困難、缺口韌性下降等因素, 因此一般不希望壁板太厚。一般來說, 低溫鋼當(dāng)板厚大于19-25.4mm 時(shí), 材料缺口韌性下降, 焊接狀態(tài)的缺口韌性更會(huì)急劇降低,需要通過預(yù)熱或熱處理來減小焊接接頭韌性降低。低溫儲(chǔ)罐一般對(duì)材料韌性要求較高, 并且進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理比較困難, 因此,擇合適的單罐容積和高徑比降低罐壁板的厚度非常重要。
(5) 低溫金屬材料的選擇
低溫儲(chǔ)罐材料選擇基本按照美國(guó)API-620 及其附錄R和附錄Q 的規(guī)定進(jìn)行。API-620附錄R 和附錄Q將低溫儲(chǔ)罐各構(gòu)件劃分為主要受壓元件、次要受壓元件和基本元件, 并按照所劃分類別的要求進(jìn)行材料的選擇。主要受壓元件是指那些承受主應(yīng)力, 其失效后會(huì)造成儲(chǔ)存液體泄漏的元件, 如盛液的罐壁板、罐底板、加強(qiáng)環(huán)等; 次要受壓元件是指 那些失效后不會(huì)成液體泄漏的元件, 如罐頂板、頂部支承結(jié)構(gòu)等。
保冷材料的選擇保冷材料的選擇取決于儲(chǔ)液量、儲(chǔ)罐形式、蒸發(fā)率等因素。一般要求保冷材料具有使用壽命長(zhǎng)、組織穩(wěn)定性高、密度小、導(dǎo)熱率低、含水量少、抗壓性能好、耐高溫和不易燃等優(yōu)點(diǎn)具體說明。
1) 由于低溫儲(chǔ)罐操作特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所限,使得保冷材料的更換十分困難, 因此需要所選的保冷材料具有較長(zhǎng)的使用壽命;
2) 為了避免非金屬保冷材料在環(huán)境和溫度變化時(shí)發(fā)生組織結(jié)構(gòu)的變化而失去作用, 一般要求所選的保冷材料具有穩(wěn)定的化學(xué)組織;
3) 較低的導(dǎo)熱率可以減少保冷材料量和降低儲(chǔ)罐的冷損失;
4) 密度小可使作用于罐體受壓元件上的載荷減小;
5) 抗壓性能是為了保證材料自身完整, 避免破碎和承受一定的載荷( 如, 側(cè)壁和罐底保冷材料) ;
6) 含水量小可避免保冷材料在低溫下因結(jié)冰而破壞;
7) 耐高溫和不易燃是為了防止儲(chǔ)罐外部火災(zāi)條件下由于保冷材料高溫分解和燃燒而造成儲(chǔ)罐破壞。
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