3 000m3乙炔氣柜的設(shè)計(jì)

晏彥忠

（湖南化工醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，湖南長(zhǎng)沙 410007）

3 000m3乙炔氣柜的設(shè)計(jì)

晏彥忠

（湖南化工醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，湖南長(zhǎng)沙 410007）

以1臺(tái)3 000m3的乙炔氣柜設(shè)計(jì)為例，介紹了螺旋氣柜設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。

乙炔氣柜；螺旋氣柜；設(shè)計(jì)

1 概述

乙炔氣柜是氯乙烯生產(chǎn)裝置中重要的儲(chǔ)存設(shè)備。乙炔與氫接觸還原成乙烯和乙烷；易附和氯，變成氯化物；在增壓低溫條件下生成水合物；與銅、銀及其鹽類反應(yīng)生成爆炸性的乙炔化合物；可在各種條件下聚合；分解時(shí)發(fā)熱，因而能引起分解爆炸。當(dāng)空氣中乙炔含量為7%～13%時(shí)爆炸能力最強(qiáng)；在純氧中30%時(shí)爆炸能力更強(qiáng)。因此設(shè)計(jì)乙炔氣柜時(shí)必須考慮其特殊性和安全性。

螺旋氣柜由于具有沒(méi)有外導(dǎo)架，用鋼量少，氣柜愈大，省材愈多；安裝高度低，僅相當(dāng)于水槽高度，安裝方便、安全；抗傾覆性能雖不及外導(dǎo)架直導(dǎo)軌，但升起后的穩(wěn)定性仍較好的優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛用于大、中型氣柜[1]。

2 螺旋氣柜主要結(jié)構(gòu)

以3 000m3的螺旋乙炔氣柜為例，介紹螺旋氣柜的主要結(jié)構(gòu)，3 000m3乙炔氣柜由鋼水槽、鐘罩、下配重塊、上配重塊、扶梯、導(dǎo)輪等組成。螺旋氣柜結(jié)構(gòu)如圖1所示，鋼水槽直徑Do=22.5m，高度Ho=9.3m；鐘罩直徑D=21.5m，高度H=8.5m；水槽底板直徑D=22.62m。管口包括∶a）乙炔氣進(jìn)出口DN600；b）水槽溢流口DN125；c1～4）高位自動(dòng)放空口DN150；d）鐘罩頂人孔DN500；e）鐘罩頂部放空口DN150；h1～2）乙炔氣進(jìn)出口（備用）DN600；k1～2）鐘罩側(cè)壁人孔DN600；m1～2）水槽側(cè)壁人孔DN600；n）帶放水管齊平清掃孔DN300。

圖1 3 000m3乙炔氣柜結(jié)構(gòu)示意

2.1 鋼水槽

鋼水槽由底板和壁板組成。底板邊緣板之間采用對(duì)接，中幅板之間、中幅板與邊緣板之間采用搭接。水槽壁板均采用對(duì)接。

2.1.1 底板結(jié)構(gòu)及制作檢驗(yàn)

底板結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。底板制作檢驗(yàn)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求∶

（1）中幅板采用對(duì)接焊，先將成張的鋼板對(duì)焊成大塊板，見(jiàn)圖2 B-B，大塊板之間采用帶墊板的對(duì)接焊，見(jiàn)圖2 A-A，焊接接頭采用丁字接頭時(shí)，接頭之間的距離應(yīng)不小于100mm。

（2）外圈板之間的焊接采用帶墊板的對(duì)接焊，見(jiàn)圖2 A-A。

（3）底板焊接后，應(yīng)呈圓錐形向中心突起，突起高度見(jiàn)土建基礎(chǔ)圖，其局部凹凸變形不應(yīng)大于變形長(zhǎng)度的50mm。

（4）底板焊接結(jié)束按GB 50236-2011[2]經(jīng)外觀檢查合格后，所有現(xiàn)場(chǎng)焊接接頭或未經(jīng)煤油滲漏實(shí)驗(yàn)的焊接接頭，均須作真空實(shí)驗(yàn)，以檢查焊接接頭的嚴(yán)密性。

圖2 底板結(jié)構(gòu)示意

2.1.2 壁板上下兩圈板的環(huán)縫應(yīng)保證內(nèi)表面對(duì)齊；相鄰兩圈壁板的縱焊縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，錯(cuò)開(kāi)距離不應(yīng)小于250mm；對(duì)于無(wú)外導(dǎo)架氣柜和有外導(dǎo)架氣柜，水槽壁板的縱焊縫不應(yīng)被內(nèi)導(dǎo)軌所覆蓋，應(yīng)與立柱邊緣保持有不小于50mm的距離。

2.2 鐘罩

鐘罩是一個(gè)可以上下運(yùn)動(dòng)的部件，由鐘罩壁、球形拱架、頂板、手動(dòng)放空帽、自動(dòng)放空帽等組成，鐘罩內(nèi)壁固定24根160mm×88mm×6mm的工字鋼立柱。鐘罩結(jié)構(gòu)及制作檢驗(yàn)應(yīng)滿以下幾點(diǎn)要求∶

（1）上、下帶板的自身拼接采用對(duì)接焊。

（2）壁板的自身拼接采用對(duì)接焊，相鄰兩圈板的縱焊接接頭不得相遇，錯(cuò)開(kāi)的距離不應(yīng)小于250mm。

（3）壁板先預(yù)制成大塊菱形板，須經(jīng)檢查驗(yàn)收，再現(xiàn)場(chǎng)拼裝。

（4）壁板與上、下帶板、導(dǎo)軌墊板的連接，采用搭接雙面連續(xù)角焊。

（5）導(dǎo)軌與墊板的焊接，采用兩面交錯(cuò)間斷焊，導(dǎo)軌允許拼接，接頭采用全焊透結(jié)構(gòu)，焊前要預(yù)熱，焊后要保溫。

（6）導(dǎo)軌與鐘罩塔體組裝時(shí)，導(dǎo)軌與上、下帶板的之間采用螺栓連接；導(dǎo)軌與槽鋼立柱交叉處，導(dǎo)軌墊板與立柱也采用螺栓連接。螺栓擰緊后，螺栓頭四周進(jìn)行密封焊。

（7）焊接接頭外觀檢查按GB 50236-2011應(yīng)合格，焊接接頭應(yīng)涂煤油實(shí)驗(yàn)無(wú)滲漏現(xiàn)象。

（8）球形拱架與頂板之間不得焊接。

2.3 導(dǎo)軌

螺旋氣柜的導(dǎo)軌采用GB/T11264《輕軌》標(biāo)準(zhǔn)中的輕軌彎成成螺旋形軌道，敷設(shè)在塔節(jié)的壁板上與水平線呈45°傾角；導(dǎo)軌應(yīng)與導(dǎo)軌墊板一起加工煨制成螺旋線；導(dǎo)軌與墊板的焊接采用兩面交錯(cuò)間斷焊，防止產(chǎn)生過(guò)大的變形；導(dǎo)軌與塔體組裝時(shí)，導(dǎo)軌與上、下帶板的連接采用焊接；在導(dǎo)軌與立柱交叉處，導(dǎo)軌墊板與立柱應(yīng)采用螺栓連接，螺栓擰緊后，螺帽頭四周進(jìn)行封焊；導(dǎo)軌墊板與塔體壁板的連接采用雙面搭接，搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于板厚的5倍，且不小于35mm。

3 氣柜的計(jì)算

3.1 水槽壁板厚度的計(jì)算

槽壁第i層厚度按下面的公式計(jì)算∶

式中∶Hi——第i層鋼板計(jì)算液位高度，m；

D——儲(chǔ)罐內(nèi)徑，m；

[σ]d——設(shè)計(jì)溫度下罐壁材料的許用應(yīng)力，MPa；

[σ]t——常溫下罐壁材料的許用應(yīng)力，MPa；

ρ——儲(chǔ)液密度，kg/m3；

C1i——鋼板厚度負(fù)偏差，mm；

?——焊接接頭系數(shù)；

C2——腐蝕裕量，mm；

δdi——第i層儲(chǔ)液時(shí)確定的設(shè)計(jì)厚度，mm；

δti——第i層充水實(shí)驗(yàn)時(shí)確定的設(shè)計(jì)厚度，mm；

δ——第i層設(shè)計(jì)厚度δ，mm；

將D=22.5m，ρ=1 000kg/m3，?=0.9，C1i=0.3，C2=1mm，[σ]d=154mPa，[σ]t=163MPa代入以上公式，得到計(jì)算結(jié)果如表1所示。最后從下至上層壁板的名義厚度分別取為12mm、10mm、8mm、6mm。

表1 水槽壁板厚度計(jì)算

3.2 鐘罩壁板厚度的計(jì)算

鐘罩壁板厚度計(jì)算公式如下∶

式中∶p——設(shè)計(jì)壓力，Pa；Di——鐘罩內(nèi)直徑，mm；

C2——腐蝕裕量，mm；

?——焊接接頭系數(shù)；

[σ]——設(shè)計(jì)溫度下壁板材料的許用應(yīng)力，MPa；

δ——壁板計(jì)算厚度，mm；

將p=4 000Pa，Di=21 500mm，?=0.9，C2=1mm，[σ]=154MPa，代入以上公式，得到δ=1.31mm，GB/T 51094-2015規(guī)定塔節(jié)壁板（中間帶板）的最小厚度不應(yīng)小于4mm，本氣柜鐘罩壁板厚度取4mm。

3.3 配重計(jì)算

為了得到4 000Pa的操作壓力，主要是依靠配重塊來(lái)平衡。配重塊有兩種∶①下配重塊，鑄鐵塊，其尺寸為1 200mm×140 mm×100mm，質(zhì)量為121.59kg，位于鐘罩下面特制角鋼環(huán)內(nèi)；②上配重塊，混凝土塊，其尺寸為450mm×250mm×200mm，質(zhì)量為50.1kg，放在鐘罩頂部整個(gè)圓周的特制環(huán)形平臺(tái)上。

3.3.1 氣柜自重壓力pz的計(jì)算

不計(jì)配重塊重力，鐘罩升起后的最小壓力為（單節(jié)氣柜）∶

式中∶D1——鐘罩塔體內(nèi)徑，m；

Ws1——已升起的活動(dòng)節(jié)的結(jié)構(gòu)重力，N；

Ww1——已升起的活動(dòng)節(jié)的水封掛圈內(nèi)水的重力，N；

W′s1——已升起（指脫離水槽墊梁）的活動(dòng)節(jié)浸在水中部分的結(jié)構(gòu)重力（N），若最后升起的活動(dòng)節(jié)已完全升起（雖然底圈尚未完全隔離水槽水面），此時(shí)可不計(jì)入W′s1；

V1——分別為所計(jì)算狀態(tài)下，柜內(nèi)氣體容積，m3

δk——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所貯存的氣體空氣容量，N/m3。

3.3.2 配重塊重量計(jì)算

所需附加的配重塊的總重量，按下面的公式計(jì)算∶

式中∶Dn——鐘罩塔體內(nèi)徑，m；

p——設(shè)計(jì)壓力，Pa；

pz——活動(dòng)節(jié)全升起時(shí)氣柜自重最大壓力，Pa。

本臺(tái)氣柜pz=150Pa，當(dāng)p=4 000Pa 時(shí)，m=148 009kg，加下配重塊511塊，加上配重塊620塊。

4 抗震設(shè)計(jì)

由于氣柜處于抗震設(shè)防烈度為7度的地區(qū)，采取了以下抗震優(yōu)化措施∶

（1）保證氣柜的高徑比不大于1.2∶1。

（2）導(dǎo)軌采用24kg/m 的標(biāo)準(zhǔn)輕軌。

（3）水槽底板的邊緣板與壁板的內(nèi)側(cè)角焊縫焊成具有圓滑過(guò)渡的不等邊角焊縫結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3）。

圖3 不等邊角焊縫示意

5 安全裝置

鐘罩頂部設(shè)置了手動(dòng)放空帽、自動(dòng)放空帽，以確保氣柜的安全運(yùn)行。工藝系統(tǒng)已采用有效安全措施確保抽氣操作安全，故本氣柜未設(shè)安全罩帽。

[1] GB/T 51094-2015 工業(yè)企業(yè)濕式氣柜技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50236-2011 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

Design of 3 000m3Acetylene Gas Holder

Yan Yan-zhong

In 1 sets of 3 000m3acetylene gas holder design as an example，it introduces the problems we should pay attention to during the spiral gas holder design.

acetylene gas holder；Spiral gas holder；design

TQ053

B

1003-6490（2017）02-0087-02

2017-02-02

晏彥忠（1985—），男，湖南邵陽(yáng)人，助理工程師，主要從事非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)工作。