3 000m3乙炔气柜的设计

晏彦忠

（湖南化工医药设计院，湖南长沙 410007）

3 000m3乙炔气柜的设计

晏彦忠

（湖南化工医药设计院，湖南长沙 410007）

以1台3 000m3的乙炔气柜设计为例，介绍了螺旋气柜设计过程中应注意的问题。

乙炔气柜；螺旋气柜；设计

1 概述

乙炔气柜是氯乙烯生产装置中重要的储存设备。乙炔与氢接触还原成乙烯和乙烷；易附和氯，变成氯化物；在增压低温条件下生成水合物；与铜、银及其盐类反应生成爆炸性的乙炔化合物；可在各种条件下聚合；分解时发热，因而能引起分解爆炸。当空气中乙炔含量为7%～13%时爆炸能力最强；在纯氧中30%时爆炸能力更强。因此设计乙炔气柜时必须考虑其特殊性和安全性。

螺旋气柜由于具有没有外导架，用钢量少，气柜愈大，省材愈多；安装高度低，仅相当于水槽高度，安装方便、安全；抗倾覆性能虽不及外导架直导轨，但升起后的稳定性仍较好的优点，因此广泛用于大、中型气柜[1]。

2 螺旋气柜主要结构

以3 000m3的螺旋乙炔气柜为例，介绍螺旋气柜的主要结构，3 000m3乙炔气柜由钢水槽、钟罩、下配重块、上配重块、扶梯、导轮等组成。螺旋气柜结构如图1所示，钢水槽直径Do=22.5m，高度Ho=9.3m；钟罩直径D=21.5m，高度H=8.5m；水槽底板直径D=22.62m。管口包括∶a）乙炔气进出口DN600；b）水槽溢流口DN125；c1～4）高位自动放空口DN150；d）钟罩顶人孔DN500；e）钟罩顶部放空口DN150；h1～2）乙炔气进出口（备用）DN600；k1～2）钟罩侧壁人孔DN600；m1～2）水槽侧壁人孔DN600；n）带放水管齐平清扫孔DN300。

图1 3 000m3乙炔气柜结构示意

2.1 钢水槽

钢水槽由底板和壁板组成。底板边缘板之间采用对接，中幅板之间、中幅板与边缘板之间采用搭接。水槽壁板均采用对接。

2.1.1 底板结构及制作检验

底板结构见图2。底板制作检验应满足以下几点要求∶

（1）中幅板采用对接焊，先将成张的钢板对焊成大块板，见图2 B-B，大块板之间采用带垫板的对接焊，见图2 A-A，焊接接头采用丁字接头时，接头之间的距离应不小于100mm。

（2）外圈板之间的焊接采用带垫板的对接焊，见图2 A-A。

（3）底板焊接后，应呈圆锥形向中心突起，突起高度见土建基础图，其局部凹凸变形不应大于变形长度的50mm。

（4）底板焊接结束按GB 50236-2011[2]经外观检查合格后，所有现场焊接接头或未经煤油渗漏实验的焊接接头，均须作真空实验，以检查焊接接头的严密性。

图2 底板结构示意

2.1.2 壁板上下两圈板的环缝应保证内表面对齐；相邻两圈壁板的纵焊缝应错开，错开距离不应小于250mm；对于无外导架气柜和有外导架气柜，水槽壁板的纵焊缝不应被内导轨所覆盖，应与立柱边缘保持有不小于50mm的距离。

2.2 钟罩

钟罩是一个可以上下运动的部件，由钟罩壁、球形拱架、顶板、手动放空帽、自动放空帽等组成，钟罩内壁固定24根160mm×88mm×6mm的工字钢立柱。钟罩结构及制作检验应满以下几点要求∶

（1）上、下带板的自身拼接采用对接焊。

（2）壁板的自身拼接采用对接焊，相邻两圈板的纵焊接接头不得相遇，错开的距离不应小于250mm。

（3）壁板先预制成大块菱形板，须经检查验收，再现场拼装。

（4）壁板与上、下带板、导轨垫板的连接，采用搭接双面连续角焊。

（5）导轨与垫板的焊接，采用两面交错间断焊，导轨允许拼接，接头采用全焊透结构，焊前要预热，焊后要保温。

（6）导轨与钟罩塔体组装时，导轨与上、下带板的之间采用螺栓连接；导轨与槽钢立柱交叉处，导轨垫板与立柱也采用螺栓连接。螺栓拧紧后，螺栓头四周进行密封焊。

（7）焊接接头外观检查按GB 50236-2011应合格，焊接接头应涂煤油实验无渗漏现象。

（8）球形拱架与顶板之间不得焊接。

2.3 导轨

螺旋气柜的导轨采用GB/T11264《轻轨》标准中的轻轨弯成成螺旋形轨道，敷设在塔节的壁板上与水平线呈45°倾角；导轨应与导轨垫板一起加工煨制成螺旋线；导轨与垫板的焊接采用两面交错间断焊，防止产生过大的变形；导轨与塔体组装时，导轨与上、下带板的连接采用焊接；在导轨与立柱交叉处，导轨垫板与立柱应采用螺栓连接，螺栓拧紧后，螺帽头四周进行封焊；导轨垫板与塔体壁板的连接采用双面搭接，搭接长度应不小于板厚的5倍，且不小于35mm。

3 气柜的计算

3.1 水槽壁板厚度的计算

槽壁第i层厚度按下面的公式计算∶

式中∶Hi——第i层钢板计算液位高度，m；

D——储罐内径，m；

[σ]d——设计温度下罐壁材料的许用应力，MPa；

[σ]t——常温下罐壁材料的许用应力，MPa；

ρ——储液密度，kg/m3；

C1i——钢板厚度负偏差，mm；

Ø——焊接接头系数；

C2——腐蚀裕量，mm；

δdi——第i层储液时确定的设计厚度，mm；

δti——第i层充水实验时确定的设计厚度，mm；

δ——第i层设计厚度δ，mm；

将D=22.5m，ρ=1 000kg/m3，Ø=0.9，C1i=0.3，C2=1mm，[σ]d=154mPa，[σ]t=163MPa代入以上公式，得到计算结果如表1所示。最后从下至上层壁板的名义厚度分别取为12mm、10mm、8mm、6mm。

表1 水槽壁板厚度计算

3.2 钟罩壁板厚度的计算

钟罩壁板厚度计算公式如下∶

式中∶p——设计压力，Pa；Di——钟罩内直径，mm；

C2——腐蚀裕量，mm；

Ø——焊接接头系数；

[σ]——设计温度下壁板材料的许用应力，MPa；

δ——壁板计算厚度，mm；

将p=4 000Pa，Di=21 500mm，Ø=0.9，C2=1mm，[σ]=154MPa，代入以上公式，得到δ=1.31mm，GB/T 51094-2015规定塔节壁板（中间带板）的最小厚度不应小于4mm，本气柜钟罩壁板厚度取4mm。

3.3 配重计算

为了得到4 000Pa的操作压力，主要是依靠配重块来平衡。配重块有两种∶①下配重块，铸铁块，其尺寸为1 200mm×140 mm×100mm，质量为121.59kg，位于钟罩下面特制角钢环内；②上配重块，混凝土块，其尺寸为450mm×250mm×200mm，质量为50.1kg，放在钟罩顶部整个圆周的特制环形平台上。

3.3.1 气柜自重压力pz的计算

不计配重块重力，钟罩升起后的最小压力为（单节气柜）∶

式中∶D1——钟罩塔体内径，m；

Ws1——已升起的活动节的结构重力，N；

Ww1——已升起的活动节的水封挂圈内水的重力，N；

W′s1——已升起（指脱离水槽垫梁）的活动节浸在水中部分的结构重力（N），若最后升起的活动节已完全升起（虽然底圈尚未完全隔离水槽水面），此时可不计入W′s1；

V1——分别为所计算状态下，柜内气体容积，m3

δk——标准状态下所贮存的气体空气容量，N/m3。

3.3.2 配重块重量计算

所需附加的配重块的总重量，按下面的公式计算∶

式中∶Dn——钟罩塔体内径，m；

p——设计压力，Pa；

pz——活动节全升起时气柜自重最大压力，Pa。

本台气柜pz=150Pa，当p=4 000Pa 时，m=148 009kg，加下配重块511块，加上配重块620块。

4 抗震设计

由于气柜处于抗震设防烈度为7度的地区，采取了以下抗震优化措施∶

（1）保证气柜的高径比不大于1.2∶1。

（2）导轨采用24kg/m 的标准轻轨。

（3）水槽底板的边缘板与壁板的内侧角焊缝焊成具有圆滑过渡的不等边角焊缝结构（见图3）。

图3 不等边角焊缝示意

5 安全装置

钟罩顶部设置了手动放空帽、自动放空帽，以确保气柜的安全运行。工艺系统已采用有效安全措施确保抽气操作安全，故本气柜未设安全罩帽。

[1] GB/T 51094-2015 工业企业湿式气柜技术规范[S].

[2] GB 50236-2011 现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范[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

晏彦忠（1985—），男，湖南邵阳人，助理工程师，主要从事非标设备的设计工作。