100立方米LNG储罐设计.docx

石油工程学院课程设计任务书题目名称100立方米1.NG储罐设计系部专业班级学生姓名一、课程设计的内容（1）确定拱顶油罐的基本结构和局部构件；（2）确定油罐大小及相应构件的规格尺寸；（3）储罐的附属设施。二、课程设计的要求与数据1、设计要求（I）初步掌握主要设备的选型；（2）熟练应用常用工程制图软件；（3）熟悉储运项目设计程序步骤；（4）掌握储运项目常用标准规范；（5）熟悉并掌握储罐的计算方法；（6）熟练应用CAD绘制一张储罐罐体图及附件安装图;2、设计数据物料：1.NG、BoG等；设计规模：3500Nm3/h；设计压力：1.0MPa；工作压力：0.8MPa;设计温度：-196；工作温度：162充装系数：0.9；日蒸发率：0.06%；基本风压：686Pa雪载荷：441Pa抗震设防烈度：8级；储液密度：426kg11P腐蚀裕量：Imm安装与地基要求：储罐底壁坡度：0.010.02三、课程设计应完成的工作1、课程设计内容（1）工艺计算：储罐材料的选择：罐顶、罐壁、罐底和各类附件的材料；储罐尺寸计算：罐顶、罐壁、罐底钢板厚度、油罐直径和高度计算等；储罐强度校核：罐壁校核；罐底结构设计；储罐抗震设计；1.NG储罐附件设计选型。绘制图纸：采用CAD绘制1.NG储罐罐体图及附件安装图1张。2、课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括:（1）摘要；（2）目录；（3）正文；（4）结论；（5）参考文献（不少于15篇）；（6）附录。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介绍。学生确定选题，明确设计要求。教室2查阅与设计有关的资料图书馆3相关工艺设计计算教室4撰写课程设计说明书教室5CAD绘制设计图教室6课程设计初稿的修订教室7上交课程设计修订稿，课程设计答辩教室五、应收集的资料及主要参考文献1孙陆晶,叶郁,贾领军.国内外1.NG供需现状及发展前景J.中国石油和化工经济分析,2012,(12):52-57.周淑慧,郃婕,杨义等.中国1.NG产业发展现状、问题与市场空间J.国际石油经济,2013,21(6):5-15.3杨国强.1.NG储罐设计与施工D.西安石油大学硕士学位论文.2016.4刘喜轲.I(X)O立方米1.NG结构及工艺设计研究D.哈尔滨商业大学硕士学位论文.2019.5王振良.大型1.NG低温储罐设计理论与方法研究D.西安石油大学硕士学位论文.2011.6国家技术监督局58150.168150.4-2011压力容器由.北京:中国标准出版社,2011.国家技术监督局TSG21-2016固定式压力容器安全技术监察规程S.北京:中国标准出版社,2016.8国家技术监督局.NBT47065.4-2018容器支座第4部分:支承式支座S.北京:中国标准出版社,2018.9国家技术监督局GB50264201工业设备及管道绝热工程设计规范S.北京:中国标准出版社,2013.10国家技术监督局.GBT709-2019热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差S.北京:中国标准出版社,2019.11国家技术监督局.GBT26978-2021现场组装立式圆筒平底钢质低温液化气储罐的设计与建造S.北京:中国标准出版社,2021.12张周卫,赵丽,汪雅红等.液化天然气装备设计技术M.北京:化学工业出版社,2018,346-363.13王乐莲.浅谈BOG回收工艺J.工业、生产期刊,2019,7:23.14崔政斌.王明明.压力容器安全技术M.北京:化学工业出版社.2019.84-88.15马红,胡文君.大型1.NG储罐结构形式及选型J.中国房地产业,2013,(4).16张洪林,李庆等.大型1.NG储罐设计及建造技术J石油规划设计.2012,(3):33.35.指导教师：年月0系部主任：年月0教学院长：年月0近年来，随着我国国民经济的迅速发展和低温技术应用的日益普及，液氮、液氧、液氢、液氮、液氯、液化天然气等低温液化气体的应用日趋广泛，奥氏体不锈钢深冷容器的需求量不断增长。另一方面，在全球气候变暖和能源危机日益严峻的背景下，节能减排已成为当前的重要趋势，为了节约材料,减轻重量,降低制造、运输和安装过程中的能耗,实现安全与经济并重、安全与资源节约并重的绿色制造理念,轻型化设计已经成为压力容器的主导发展方向。本课题研究的目的就是在保证储罐拥有足够的强度的同时，引进应变强化技术，有效的减少内罐的壁厚从而实现1.NG储罐的轻型化设计、节约资源、减少产品的成本和提高产品的竞争力。本课题研究的内容主要有:1.NG储罐的结构设计、1.NG储罐内外罐以及保冷层的设计壁厚的确定、1.NG储罐的强度校核、1.NG储罐安全附件的设计与选型和1.NG储罐的管道设计等。关键词：1.NG；储罐；工艺设计AbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofChina'snationaleconomyandtheincreasingpopularityofcryogenictechnologyapplications,theapplicationoflowtemperatureliquefiedgasessuchasliquidnitrogen,liquidoxygen,liquidhydrogen,liquidargon,liquidhelium,andliquefiednaturalgasisbecomingincreasinglywidespread,andthedemandforausteniticstainlesssteelcryogenicvesselsisgrowing.Ontheotherhand,inthecontextofglobalwarmingandtheincreasinglysevereenergycrisis,energysavingandemissionreductionhasbecomeanimportanttrendatpresent,inordertosavematerials,reduceweight,reduceenergyconsumptionduringmanufacturing,transportationandinstallation,andachievethegreenmanufacturingconceptofbothsafetyandeconomy,safetyandresourceconservation,lightweightdesignhasbecometheleadingdevelopmentdirectionofpressurevessels.Thepurposeofthisresearchistoensurethatthestoragetankhassufficientstrengthwhileintroducingstrainstrengtheningtechnology,effectivelyreducethewallthicknessoftheinnertank,soastorealizethelightweightdesignof1.NGstoragetank,saveresources,reduceproductcostandimproveproductcompetitiveness.Themaincontentsofthisresearchare:thestructuraldesignof1.NGstoragetank,thedeterminationofthewallthicknessoftheinnerandoutertanksof1.NGstoragetankandthedesignofthecoolinglayer,thestrengthcheckof1.NGstoragetank,thedesignandselectionofthesafetyaccessoriesof1.NGstoragetankandthepipelinedesignof1.NGstoragetank.KeyWords：1.NG；Storagetank；Processdesign目录摘要-1-Abstract-2-1绪论-5-1.1 研究背景及意义-5-1.2 1.NG国内外发展现状-5-1.2.1 国外发展现状-6-1.2.2 国内发展现状-6-13储罐的分类-7-2 1.NG储罐结构设计-8-2.1 设计参数-8-2.2 储罐材料选择-8-2.2.1 1.NG低温储罐的特殊要求-8-2.2.2 1.NG储罐内罐设计所用材料-9-2.2.3 外罐材料选择-9-2.3 保温层-9-3 1.NG储罐结构设计计算-11-3.1 内罐的常规设计-11-3.1.1 内罐筒体-11-3.1.2 内罐封头-11-3.2 内罐的应变强化设计-12-3.2.1 内罐的应变强度设计计算-12-3.2.3 内罐常规设计与应变强化设计的比较-13-3.3 外罐设计-13-3.3.1 外罐设计条件-13-3.3.2 外罐设计计算-13-3.4 保温层设计-15-3.5 强度校核-15-3.5.1 水压试验-15-3.5.2 抗震计算-16-4 1.NG储罐BOG工艺设计研究-19-4.3 概述-19-4.4 BOG直接压缩工艺-19-4.5 BOG再液化工艺-19-4.6 蓄冷式再液化工艺-19-5 1.NG储罐附件设计-19-5.3 内罐下支撑结构-20-5.4 外罐下支撑结构-20-5.5 内罐的定位支撑结构-21-5.6 安全阀-21-5.6.1 安全阀最小泄放面积的计算-21-5.6.2 安全阀的最小排气截面积的计算-22-5.7 测温装置的选型-23-5.8 液位测量装置的选型-23-5.9 真空测量装置的选型-23-5.10 真空夹层安全泄放装置的选型-23-5.11 管路设计-23-结论-25-参考文献-26-附录-27-1绪论1.1 研究背景及意义能源问题一直是世界关注的焦点问题，能源的可持续发展是促进科学技术发展的动力。在我国节约能源是实现可持续发展策略的重要举措。近几年随着世界经济的快速发展，对于能源的需求也在不断扩大，同时由于石油等能源的价格上涨和环境问题导致能源结构发生变化，而天然气作为高效、清洁的能源已被广泛应用于各个行业，据预测，天然气在2020年将超过石油成为世界主要能源，成为能源结构的主体。1.NG(1.iqUefiedNatUraIGaS)是液化天然气，它的主要成分是CH4即为甲烷，天然气经充分燃烧后产生二氧化碳和水，所以称为清洁能源。目前，1.NG已成为世界上最具理想、前提与切合实际的新型能源。1.NG作为天然气的一种特别的储存状态，有利于天然气的长距离输送，有利于偏远地区天然气的回收，同时也降低了储存成本。1.NG由于进行了液化分离，使其相对于管道运输而言更加清洁。在使用过程中，1.NG性能优越，是一种高效清洁的能源，且与其他能源相比之下具有较高的能源利用效率和社会经济效益。同时1.NG用途广泛，其具有较高的密度力和推动力，除了可以作为电厂、燃气等的燃料外，还可以作为航空航天的新型燃料。所以1.NG无论是作为电池燃料或者直接燃烧都是最为理想的燃料，具有良好的应用前景。随着世界经济的快速发展，对于能源的需求也与日俱增。由于天然气的热值高、污染小、价格低等优点，这种优质燃料也越来越受到重视。目前，世界的能源结构正在发生变化，天然气用量正在快速增长，已占到能源总量的24%左右，天然气不仅作为生活燃料使用，也广泛的应用于飞机、汽车运输、发电等行业中。1.NG经压缩后体积缩小近600倍，压缩后存储在-162°C,压力为OJMPa的低温储罐中。随着国家经济的不断增长，我国对能源的需求也在不断加大，所以开发1.NG项目链，增大1.NG在能源结构的比例对于优化能源结构有重大的意义，能有效地解决能源供应问题与生态环保问题，是实现经济快速增长和社会可持续发展的重要举措。我国天然气储量丰富，约3.8M3zn3,经过勘探已在渤海、四川、南海等地发现多个天然气气田，其中大型气田约22个，中型气田约67个。由于能源枯竭问题，在我国已经开始使用1.NG来代替和弥补石油的不足，并在沿海等发达地区建立大型1.NG站。在1.NG站中，大型的1.NG储罐是1.NG项目中的主要核心设备。一般情况下，1.NG是在低温条件下进行存储，所以对储罐和材质和类型都有严格的要求。同时，由于储罐结构的复杂性，也使得1.NG储罐在设计和施工中存在较大的难度，但是为了解决日益严重的能源问题，建立1.NG项目已变得刻不容缓。1.2 1.NG国内外发展现状1.2.1 国外发展现状世界1.NG技术始于1914年，美国克利夫兰建成了世界第一座工业规模的1.NG装置，使得液化天然气具有远距离传输的能力。随后1.NG技术迅速发展，其工业规模也在不断扩大，1959年美国建造了世界上的第一座1.NG储罐，之后全球已建成1.NG接收站40多，储罐300座，其中大型储罐超过三分之一，1.NG装置技术已渐渐成熟。1964年阿尔及利亚建成世界第一座1.NG工厂，同时开始向英格兰输送,这标志着1.NG世界贸易的开始。1969年美国阿拉斯加肯奈1.NG液化装置开始投产并开始向日本出口。1970年利比亚成为非洲第一个1.NG生产的国家。从20世纪60年代开始，1.NG工业项目在国外迅速发展。法国于1964年在阿尔及利亚设计了第一座大型的1.NG工厂并顺利投产，同时也实现了大规模的1.NG运输。与此同时，英国开始从法国开始进口1.NG,并建造了液化工厂与进口站点，这标志着1.NG世界贸易的开端。从20世纪70年代开始，1.NG的贸易不断的在欧洲与亚洲市场扩大发展。在1970年，全世界的1.NG贸易总量已达到2.69x1091113,三个出口国和五个进口国。在1989年，澳大利亚也开始了1.NG项目的开发运行。韩国与中国开始与1986年与1990年从印尼开始进口1.NG0从20世纪80年代开始，1.NG以8%的平均速率稳步增长，是世界发展最为迅速的燃料之一。从2000年开始，1.NG的增长率已达到10%,总量已占世界天然气的贸易总量的26%。到2003年，全世界己有12个1.NG出口国与13个1.NG进口国。2012年末国际市场上1.NG的贸易量将占到天然气总贸易量的36%,2015年全球1.NG贸易增长2.5%达至U322亿立方英尺/天，创下历史新高，当前共有19个国家出口1.NG,到2020年将达到天然气贸易量的40%,占天然气消费量的15%。至2020年全球天然气消费量将继续以年2%3%的增长率增长，而1.NG在天然气贸易市场中所占份额也将逐步增大,达到8%的年增长率。1.NG在国际天然气贸易中发展势头如此强劲，地位越来越重要。目前世界各国都有新建的1.NG项目，并且世界对1.NG的需求量也将会不断扩大，据相关专家预测，2030年天然气消费量将达4800亿方，天然气也将会代替石油成为全世界的第一通用能源。1.2.2 国内发展现状我国天然气储量丰富，经过勘探研究，已经在四川、渤海和东海等地发现了天然气气田。目前我国已经在四川盆地、渤海湾和鄂尔多斯等地建成多个大型气田，此外，在新疆和南海的气田也在加紧开发。我国是在20世纪80年代末开始进行1.NG项目的建设研究，2(X)1年在中原油田，我国的第一座小型1.NG项目装置试运行取得成功，这也标志着我国在1.NG项目的研究上取得了重大的进步。我国的第一座1.NG项目是建立在上海的调度站，其主要是用于在不可抗的因素下造成天然气停输故障时确保东海天然气的供应，确保供气安全。2014年，我国天然气的产量保持稳定的增长，全年产量达到1300xl08n3,同比增长12.1%,增加速度较快，而且国内的天然气消费量突破1700xl08m3,为了促进经济的发展，2014年我国已有达55个1.NG项目计划投产，合计总产能将超过6000万n/天。1.NG供应量的激增也有望刺激1.NG下游产业的发展，总体而言，2014年国1.NG的产能也将呈现爆发式的增长。同时，我国进口1.NG量也将大幅度增长，2014年进口1.NG接收站将增至12个，总接转能力将达到3730万H?/年。我国的1.NG消耗量正以10%的速度逐年递增，到2020年1.NG的消耗量将会达到总能源消耗量的11%。1.NG相对于石油而言，其安全性和环保性都较高，所以受到国家的高度重视，同时根据1.NG的发展趋势，在未来几年将是我国1.NG项目的发展期，并且将会取得较大的发展。1.3 储罐的分类1.NG通常在压力为O.IMpa、-160°C的低温条件下进行存储，根据1.NG的特点可以将1.NG储罐的结构进行如下的分类：1 .按1.NG储罐的容量进行分类1。小型储罐，其容量一般为550m3,经常用于1.NG的汽车加注和民用的液化站点。中型储罐，其容量一般为50-100m3,一般被用在工业液化站点。大型储罐，其容量一般为100-Io(X)11V,一般适用小型的1.NG生产项目。特大型储槽，其容量一般为40000-200000m3,一般用于1.NG的接收站，目前更大的储槽其容量已超过200000m3,并向更大的容量进行扩大。2 .按1.NG储罐的形状分类。球形罐，其一般用于中小型的1.NG项目中。大型储槽，其一般用于负荷型或者调峰型1.NG项目。3 .按1.NG储罐的位置进行分类。按照1.NG储罐的位置可将其分为地上型和地下型两类。4 .按1.NG储罐的建造材料进行分类。双金属型，其内外均使用金属材料，内罐使用不锈钢和铝合金，外壳使用钢材。薄膜型，其内罐一般使用36Ni钢。预应力混泥土型，内罐使用耐低温金属材料，外壳使用预应力混泥土。5 .按1.NG储罐的结构进行分类。按储罐的结构可将其分为单容罐、双容罐和全容罐。2 1.NG储罐结构设计2.1 设计参数本设计依据的标准有：GB150.1-GB150.4-2011压力容器,GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范及欧盟标准EN13458-2:2002等标准。主要设计参数如表2.1所示：表2.1设计参数表设计参数内罐外罐设计压力MPa1.00.1工作压力MPa0.80.1设计温度-196-20-60工作温度°C-162环境温度介质名称1.NG普通型膨胀珍珠岩腐蚀裕量mm11焊接接头系数1I主体材质OCrl8Ni9Q345R几何容积m3100充装系数0.9日蒸发率0.06%基本风压Pa686雪载荷Pa441抗震设防烈度8级储液密度kgm3426安装与地基要求储罐底壁坡度：0.01-0.022.2 储罐材料选择2.2.1 1.NG低温储罐的特殊要求由于1.NG储罐的特殊性，所以1.NG储罐主要有如下的特殊要求：(1)耐低温性。在常压下，1.NG沸点为-160。1.NG一般选择用低温常压的方式进行存储，将天然气温度降到其沸点下，使罐内的压力高于常压，与常温高压存储的方式相比较，可以较大的降低罐壁的厚度提高安全性。所以，1.NG储罐的罐体应具备较强的耐低温性和保冷性。(2)保温条件。由于储罐的罐内和罐外温度差较大，几乎达到200C,要使罐内的温度保持在恒定的低温要求下，储罐的罐体应具有较好的保温性能，内、外罐之间应该填充具有承压能力的保冷材料。（3）安全性要求高。储罐一旦发生事故，其中储存的低温液化天然气大量挥发，形成自爆的气团，非常危险。所以需要运用双壁结构，密封严密来防止储罐泄露。（4）材料特殊。由于低温存储的特殊性，内壁要承受低温，外壁要增强抗拉强度，内壁采用9%N钢或奥氏体不锈钢，外壁应采用预应力钢筋混凝土。（5）抗震性。一般建筑物的抗震要求是在地震的载荷下不易倒塌。为了确保储罐在意外事故下的安全性，储罐必须具有较好的抗震性能。因此，在建造储罐时应避开地层断裂带，同时应该对储罐进行抗震实验，分析储罐结构，确保其在地震强度下不被损坏。（6）施工要求严格。施工过程严格按照要求：罐焊要求严格：保冷材料选择严格；减少焊接变形，以及防止在焊接过程中产生焊接应力或是焊接空洞；罐的外顶能抵抗一般坠落物，对抗拉强度和抗压性要求高；浇注时严格控制水化温度。2.2.2 1.NG储罐内罐设计所用材料1.NG在低温-162°C储存的特殊性，决定了其储罐的设计材料能满足低温状态下保证其性能，需要安全可靠，强度和韧度不能改变。在超低温下性能好的材料有几种：贝氏体不锈钢、托氏体不锈钢峋，9%银钢和铝合金、钛合金等。与贝氏体不锈钢合金材质相比，9%银钢的性能更加优越，它不但成本低、强度高、耐低温性能好，而且在焊接过程中更具备良好的机械性能。在它的成分中通过添加一定量铭,铝在增加钢材的屈服强度和应变强度方面起着积极的作用，另外该钢材还添加了馍这种成分，它能促进钢材的耐低温性能的提高。其中，9%银钢作为一种铁素体低温钢，在较低温环境下有很好的韧性，是其中唯一一种可以-196°C下使用的。因此1.NG的存储和运输设备的结构材料国际上普遍使用9%锲钢。基于液化天然气低温储存的特殊性，内罐材料的选用上要保证低温下的强度和韧性,综合来看，奥氏体不锈钢性能更好，相容性更佳，是最佳的内部容器选材，这样可以达到1.NG储存的最佳效果。2.2.3 外罐材料选择由于外罐没有直接与液化天然气接触，不承受低温，在常温和真空条件下工作，承受着外压，所以可以选用综合性能较好的Q345R低合金钢板。外罐结构为圆柱体，封头采用椭圆形封头，支座采用支撑式。2.3 保温层保冷材料为控制储存1.NG的气化量，减少罐体的热冲击和热应力，保冷材料必须具备极高的隔热性能和较高的压缩强度，以及如下特征：a.低热导率;b.耐162°C低温，不出现裂纹特性；C.高压缩强度；d.低吸水性和吸湿性；e.化学稳定性良好；£难燃性或不燃性；g.施工容易，投资少。保冷层的绝热方式采用真空粉末绝热，所填充的多孔介质为膨胀珍珠岩。使用原因：由于膨胀后的珍珠岩具有微孔、质轻的特点，所以当低温设备绝热层充入膨胀珍珠岩后，绝热层内的空气发生自然对流。保冷层所需要的特征尺度非常小，由于空气的黏性对对流热阻的作用，导致微孔中空气的吸收和散射，从而使得辐射对热传递的贡献大大减小。所以，填充膨胀珍珠岩后的绝热系统中的热传递形式仅可以看作是绝热材料本身的固体热传导和材料间的气体传导，实际上这部分的热流量约占总热流量的90%以上。而在常压、温度为273277K的条件下，膨胀珍珠岩的平均热传导率仅为001850.029W(mK),且热稳定性好；所以膨胀珍珠岩作为一种非常好的绝热材料被广泛应用于空气分离装置等低温绝热系统网3 1.NG储罐结构设计计算3.1 内罐的常规设计3.1.1 内罐筒体设计温度下的圆筒的计算厚度(3.1)6-Pd2l-pc式中：Pc计算压力，Pc=Ps+Py；Ps设计压力，MPaPy液柱静压力，p=pgh=426×9.8×13.5=0.056(MPCI)内罐计算厚度，mm；D1内罐直径，mm；M设计温度下材料的许用应力，内罐材料奥氏体不锈钢查表得137MPa；焊接系数，取夕=1.();代入数据得：(1+0.056)x30002x1.0x137(1+0.056)腐蚀裕量取C=1/77/7¾钢板负偏差取C=O.8%；钢板的设计厚度£=6.+1=13mm,钢板的有效厚度取=14wio3.1.2内罐封头本设计采用椭圆形封头，椭圆型封头一般采用长短轴比值为2的标准型、受内压(凹面受压)椭圆形封头。封头计算厚度(3.2)圾CDi2t-0.5pc式中：Di封头内径或与其连接的圆筒内直径，mm；PC计算压力，MPa;“凸形封头计算厚度，mm；K椭圆形封头形状系数，取K=1。代入数据得：Cl×1.056×3000COh=11.507?7/772×137×l-0.5×1.056计算厚度：11.5&初九；设计厚度：计算厚度+腐蚀裕量=12.58mm；名义厚度：计算厚度+腐蚀裕量+负偏差=13.38mm,圆整得14mm;有效厚度：名义厚度-负偏差=13.2mm0椭圆形封头的最大工作压力：pj=2×137×1158=1.06KDj+0应1×3000+0.5X13.23.2内罐的应变强化设计3.2.1 内罐的应变强度设计计算材料屈服强度：205MP内罐内径：300()?；内罐标准椭圆封头深度：H=75QnHnV球冠=出2,_?)V=D2+2Vm圆柱体高度:圆柱体壁厚:代入数据得:圆柱体高度:一修冠-D24二PD2台一0.5，。V球冠=×0752x(1.5-?)=2.21相3(3.(3)(3.(4)(3.(5)(3.(6)=13.5m100-4,42×324最大设计液位高度：13.5x0.9=1210有效容积：V=(I"X12.15+2.21=88.09加圆柱体壁厚：1x3000=556/7?wC405,八U2×1×0.51.5钢板厚度负偏差，取0.6,圆整后取内筒体名义厚度：,=8mm封头厚度计算：一熄。=5.56mm2x-lx0.51.5经圆整,取、=8mm03.1.3内罐常规设计与应变强化设计的比较内罐常规设计的壁厚为14mm。而经应变强化处理后壁厚降低为8mm,比常规设计减少了6mmo内罐应变强化设计的罐体钢质量为：m=11×3×0.008×13.5X7930+2×9.755×0.008×7930=9309.47而常规设计的罐体钢质量为：加=乃X3X0.01413.5X7930+2×9.755×0.014×7930=16291.57依由此可得，采用应变强化技术后节省钢材6982.1kg,即能节省31.l0(%=42857%的钢材。可见，应变强化技术能有效的减少容器的壁厚，减轻容16291.57器的质量，节约资源，实现容器的轻量化。3.3外罐设计3.3.1 外罐设计条件设计压力：OJMPa(外压)设计温度：50焊接系数：1.O腐蚀裕量：Imm3.3.2 外罐设计计算计算许用外压力:(3.7)外罐内直径：D1=3500;%外罐计算厚度:Pd2t-pc外罐名义厚度：6=22.58+0.8=23.38/加，圆整取24mm;有效厚度：Se=23.2mm,外径:D2=3500+2x24=3548圆筒体长：1.=14.695wz阴为1.14695.A3548_因为=4.14,=15293>D23548e23.2查外压或轴向受压圆筒和管子几何参数（附录A）,代入下式得:OQ=-E4=-×2×105×0.000118=15.73P33计算许用外压力：rpl15/73=O10wplj15293设计压力P=OIMPaqo.103MPa,即外筒名义厚度n=24"合理。外封头外压计算计算许用压力：(3.8)比业Ro取封头厚度为筒体厚度，即外罐内直径D=3500小外罐名义厚度：n=24w典有效厚度：心=232阳外罐外直径：4=354脑血等效半径：%=3+3=1750+24=1774w见查图得：B=02MPa,计算许用压力：如笔户1.32W"满足要求，故外容器名义厚度为为=24?。3.4 保温层设计保温层的计算:OlIn2=2,DOI式中：DO内筒外径，机7；Dl绝热层外径，机加；Tu环境温度；Tq设备外表面温度；4绝热层放热系数；绝热材料在平均温度下的热导率；q最大冷损失量，当Ta-Td4.5C时，回=-二上，当兀-二>4.5时，回=-45avo由GB50264-2013查知：兰州市内最热月平均相对湿度:=61%;最热月环境温度T=30.5C查h-d图知露点温度Td=22.2C,当地环境温度:Ta=30.5°C,Ta-Td=8.3°C,即Ta-Td>4.5oC,则Q=-4.5s°根据GB50264-2013查知:,=8.141W11T=I63C,故Q=4.5x8.141=36.63W/m?,根据GB50264-2013查得=0.05W(mK),Do=3000÷2×14=3028mm=3.028m0将数据代入，得即D13.5m保温层厚度：S=g(A-Z)=；(3.5-3.028)=0.236/3.5 强度校核3.5.1 水压试验压力容器在投入使用之前应该完成水压试验，水压试验应用以证明：设计和制造的储罐能够储存指定产品(无泄漏)。1.1.NG储罐的试验要求：a.全高度水压试验，内罐应填充到最大设计液位；b.内罐部分高度水压试验，试验液位等于最大设计液位的1.25倍乘以将要储存物质的密度。外罐试验应使用相同数量的水；c.对外罐进行水压试验时，应设置一个适合的隔水装置防止水进入底部绝缘层；d.填充环形空间时应特别注意控制、调节水位，以防止内部空间及环形空间之间产生水位差；已直到所有罐壁和底部焊接配件安装到位后才可以进行水压试验。水压试验完成后不允许再进行焊接；f要使用珍珠岩粉末作绝缘材料的储罐，应在珍珠岩粉末装灌之前进行水压试验；g.薄膜储罐的试验水平应基于上述部分水压试验要求。2.水压试验校核水压试验压力：叫=PRD+5)(3.11),2由工艺设计给定设计温度-16SC,设计压力IMPa,选择奥氏体不锈钢，材料的许用应力为同=137MPa(附录C),所选材料屈服应力上=585W¼。代入数据得：205片=1.25XIX=1.87MPa'1371.87x(3000+14)小1.GT7-=201.29MPaT2×14201.29M<0.9crs=0.9×585×1.0=526MPa,故水压试验满足要求。3.5.2抗震计算1 .设计准则在地震力作用下，储罐破坏形态主要表现为罐壁下部出现象足。因此，抗震计算的重点是防止罐壁发生轴压失稳。罐壁轴向压应力应小于临界压应力，设计最高液位到罐壁上沿的距离应大于液面晃动波高。2 .罐壁许用临界应力罐壁许用临界应力应按下式计算：tr=0.15E-(3.12)式中：bcr罐壁临界许用应力，MPa；E设计温度下罐壁材料的弹性模量，MPa；t底层罐壁有效厚度，齿。3 .抗震验算地震作用下罐壁底部产生的最大轴向压应力应按下式计算：l三G+Ci(3.13)AlZ1式中：1罐壁底部的最大轴向压应力，MPa；Cv竖向地震影响系数(7度及8度地震区Cv=I;9度地震区Cv=1.45);Mi罐壁底部垂直荷载，必=().45&”w，MN;1罐壁横截面积，Al=，产；C1翘离影响系数，G=14;Z1底圈罐壁的断面系数，Z1=O.785D2r,W2;罐壁底部水平地震剪力：Qo=O6Czaimg(3.14)式中：QO在水平地震作用下，罐壁底部的水平剪力，MN;Cz综合影响系数，取CZ=O4;/1罐体影响系数，取为=1.10;g重力加速度，9.8/77/52；川产生地震作用的储液等效质量，=尸g，kg;Fr动液系数，R1.5,再=0.6196R>1.5,母=0.6354;W储罐内储液总量，kg;罐壁轴向应力校核应满足下式要求：<71cr(3.15)表3.1地震影响系数最大值设防烈度789设计基本地震加速度0.1g0.15g0.2g0.3g0.4gHmin0.230.3450.450.6750.90由表3.1可得出地震影响系数a=045。代入数据得：罐壁底部水平地震剪力：m=0.6196×426×12.15×=2266886依=106×0.4×0.24×1.1Ox2266886X9.8=0.02345MN罐壁底部垂直荷载：M1=0.45×0.02345×12.15=0.128M7m最大轴向压应力：1×().1281.4×0.128=10.1240.093=2.96MPa罐壁许用临界应力：ct=0.15吟=0.15×206000×上F=13596MPa由抗震验算可知，罐壁轴向压应力6<"满足要求，可知该设计地震校核符合要求。41.NG储罐BOG工艺设计研究4.1 概述在储存液化天然气(1.NG)的过程中，储罐内的1.NG与储罐外界持续进行热交换，加之储罐内液下泵的运行也会产生热量，都会使储罐内的1.NG受热气化产生闪蒸气(BoilOffGas),即BoG气体。BoG气体若直接排放或燃烧，不但是能源的浪费，也对环境造成了污染，甚至会影响1.NG厂站的安全平稳运行。因此，需采取合理的工艺对BOG气体进行回收利用。目前BoG处理工艺主要有3种工艺：BOG直接压缩工艺，BoG再液化工艺，蓄冷式再液化工艺“31。4.2 BOG直接压缩工艺利用压缩机对1.NG储罐产生的BOG气体进行增压，压力达到进入燃气外管网的条件后向外管网输送，无需经过再冷凝器和1.NG第二级泵。储罐中的BOG气体属于低温气体，在压缩时可以采用以下两种方式：一是直接采用低温压缩机进行压缩后进行后续处理；二是对BOG气体进行加热，当BOG气体温度达到常温压缩机的工作温度要求后进行压缩处理。4.3 BOG再液化工艺再液化工艺分为间接热交换再液化和再冷凝器液化2种流程。间接热交