齐晓娣 崔晓云 杨翠娟 张玉平 何燕彬 李建平 李昆东

（石家庄工大化工设备有限公司)

埋地式液化石油气储罐的设计

齐晓娣*崔晓云 杨翠娟 张玉平 何燕彬 李建平 李昆东

（石家庄工大化工设备有限公司)

介绍了埋地式液化石油气储罐的特点和设计，并对设计中应注意的问题进行了论述。

液化石油气 储罐 地埋罐 设计 压力容器

0 前言

以往液化石油气 （LPG）站的储罐都安放在地面上，但随着人们对安全、环保等意识的增强，埋地罐 （也称地埋式罐）将越来越广泛地得到应用。由于储罐是埋在地下的，比地面罐受力状况好，因此其防火、防爆性可靠，且结构简单紧凑，具有材料省、成本低等优点。此外，还可使贮罐与贮罐之间及贮罐与相邻建筑物之间的安全距离大大缩短，既减少了占地面积，也更安全。本文就地埋罐设计中的问题进行论述。

1 设计参数的确定

1.1 设计压力和设计温度

设计压力是指在相应设计温度下用以确定容器壳体壁厚的压力，一般取设计压力等于或略高于最高操作压力。地埋罐由于其置于地面以下用沙土覆盖，外部不加绝热层，其操作温度取决于环境温度。环境温度越低则操作压力越低，反之亦然。对同一地区，地埋罐的环境最高温度低于地面罐，其设计压力也应低于地面罐，因此其计算壁厚也比地面罐薄，从而可以节省原材料，降低制造成本。某地埋罐的操作参数如表1所示。

表1 操作参数

《固定式压力容器安全技术监察规程》 （TSG R0004—2009）中的 “3.9.3常温储存液化气体压力容器的设计压力”第 （2）条规定： “常温储存液化石油气压力容器规定温度下的工作压力，按照不低于50℃时混合液化石油气组分的实际饱和蒸汽压来确定，设计单位在设计图样上注明限定的组分和对应的压力；若无实际组分数据或者不做组分分析，其规定温度下的工作压力不得低于表3-5的规定”。按上述规定，可取地埋式液化石油气储罐设计压力为1.77 MPa，设计温度为50℃。

1.2 腐蚀裕量

液化石油气介质为轻微腐蚀性介质，按均匀腐蚀速率不超过0.1 mm/a考虑，设计使用寿命为10年，则腐蚀裕量定为1 mm。

1.3 装量系数

《固定式压力容器安全技术监察规程》（第3.13节）规定：储存液化气体的压力容器应当规定设计储存量，装量系数不得大于0.95。故取装量系数为0.9。

1.4 容器材料

根据液化石油气地埋罐的设计温度、设计压力、介质特殊性和操作特点以及材料的焊接性能、设备制造工艺、设备的经济合理性等，主材选用Q345R热轧钢板，符合GB 713—2008标准。

1.5 容器类别

液化石油气为易燃、易爆介质，根据 《固定式压力容器安全技术监察规程》附件A “压力容器类别及压力等级、品种的划分”可知，液化石油气属于第一组介质 （A1.1（1）第一组介质，毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。）；故按该监察规程的 “A1.3.1图A-1”，可确定该压力容器类别为Ⅲ类 （P=1.77 MPa，V=40 000 L）。

1.6 最大允许工作压力

该设备装有安全阀，且需要进行气密试验。根据 《固定式压力容器安全技术监察规程》（第3.24节）规定：对于带有安全阀、爆破片等超压泄放装置的压力容器，如果设计时提出气密性试验要求，则设计者应当给出该压力容器的最高允许工作压力。

GB 150附录B“超压泄放装置”中第B2.1条对最大允许工作压力做出了定义： “最大允许工作压力系指在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。该压力是根据容器各部分壳体的有效厚度计算所得，且取最小值”。

该设备经SW6—1998（过程设备强度计算软件包）计算得:筒体厚度为16 mm，封头厚度为18 mm，钢板负偏差为0.3 mm。因此，筒体最大允许工作压力Pw为：

式中 δe——圆筒或封头的有效厚度，mm；

[δ]t——设计温度下圆筒或封头材料的许用

应力，MPa；

φ——焊接接头系数；

Di——圆筒的内直径，mm。代入数值得：

同理，封头的最大允许工作压力Pw为：

式中K——椭圆封头的形状系数，标准封头K=1.0。

代入数值得：

本设备所选管法兰公称压力为25 MPa，材质为20Ⅱ，查得在50℃时法兰材料的最大允许工作压力为2.25 MPa。

经比较，取液化石油气储罐的最大允许工作压力Pw=2.125 MPa。

然后，再次用SW6在最大允许工作压力下对容器强度进行全面校核。

1.7 安全阀的动作压力

根据 《固定式压力容器安全技术监察规程》（第3.9.2款）规定，对于设计图样中注明最高允许工作压力的压力容器，允许超压泄放装置的动作压力不高于该压力容器的最高允许工作压力，故取安全阀的动作压力为1.9 MPa。这样取值可以充分利用压力容器的实际承载能力，在保证安全的基础上，避免超压泄放装置频繁动作，既利于稳定生产，又不浪费物料，还避免了环境污染。

2 埋地卧式容器的设计计算

埋地卧式容器与一般卧式容器相比，除承受介质内压和物料质量的作用外，还受到地面混土层质量或混土层上铺有的混凝土面层质量的作用，以及可能有的地下水浸没对筒体产生的浮力作用。由客户提供的资料可知，该埋地卧式容器由干粗砂直接填埋，干粗砂上无混凝土面层；且容器填埋位置在最高水位之上，故不必考虑被水浸没时的浮力作用。

2.1 混土层对圆筒体的静压力

埋地卧式容器上的混土层 （干粗砂）的质量将增加圆筒体及支座的负荷，使圆筒体承受附加外压。在距地面以下深H的a-a水平截面上，混土层质量对圆筒体作用的竖向压力为：

式中 γ——干粗砂层密度，kg/m3；

H——容器上任一点A到地面的距离，m；H=H0＋Ro（1-sinθ）

H0——圆筒顶至地面的距离，m；

Ro——圆筒外径，m。

在深度H上同时还存在由混土层质量引起的作用于圆筒体上的侧向压力为：

式中K0——混土层的侧压系数，K0=0.25～0.33。

对半径为Ro的卧放圆筒体，在距地面深H点A处筒体表面的法向压力为P，它是由Pv、Ph产生的 （见图1）。

令该点三角单元体的斜边长为d1，则有：

由上式可见，最大法向压力发生在θ=90°的圆筒顶点。

为计算方便，取该法向压力乘以1.2～1.4系数作为埋地卧式容器受土体重力作用而产生的外压，即：

在埋地外压为P0的情况下对卧式容器进行全面强度校核，该设备校核合格。

2.2 混土层 （干粗砂）对圆筒体的附加载荷

把埋地卧式容器上方的干粗砂等质量视为附加载荷作用在卧式容器上，计算轴向弯矩及支座反力。

由混土层的质量引起的支座附加反力为：

式中L——封头切向间距，m，L=6.6 m；

h1——封头曲面高度，m，h1=0.65 m。将数据代入上式得：

在进行鞍座强度计算时要考虑此力的影响。

3 结束语

本文主要就埋地式液化石油气储罐设计参数的确定以及混土层对圆筒体产生的静压力和附加载荷的计算等问题进行了详细的说明。由于尚无完整的设计资料，本文只是结合现有资料进行了阐述总结，希望引起同仁的注意，使埋地式储罐的设计更进一步完整化、规范化。

埋地式液化石油气储罐对盛装的易燃、易爆介质具有可靠的防火、防爆能力。由于其结构简单紧凑，节约材料，节约占地面积，因而制造成本有所降低。此外，埋地式储罐比地面储罐受力状况好，更安全可靠。

[1]TSG R0004—2009.固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[2]GB 150—1998.钢制压力容器 [S].

[3]全国锅炉压力容器标准化技术委员会.压力容器设计工程师培训教程 [M].北京：新华出版社，2005.

Design of Underground LPG Tank

Qi XiaodiCui Xiaoyun Yang Cuijuan Zhang Yuping He Yanbin Li Jianping Li Kundong

This paper introduces the characteristics and design of underground LPG tanks,and discusses some promblems that should be paid attention to during design.

LPG;Tank； Underground tank； Design;Pressure vessel

TQ 053.2

*齐晓娣，女，1979年生，工程师。石家庄市，050031。

2011-07-27）