学文网[摘要] 结合实例，采用“新容规”的安全系数和工作压力选取原则，进行液化石油气球罐的设计，与“旧容规”相比，节约钢材19.3%，经济效益明显。采用“新容规”在保证球罐强度、刚度、稳定性的安全前提下，可减少设备投资。
[关键词] 容规；安全系数；设计压力；设计
[abstract] with actual examples, the "new let rules" safety coefficient and pressure selection on the principle of liquefied petroleum gas (LPG) of spherical tank design, and "old let rules" compared to save 19.3% steel, and the economic benefit is obvious. The "new let rules" in the guarantee spherical tank strength, stiffness and stability of the security premise, can reduce equipment investment.
[keywords] let rules; Safety coefficient; Design pressure; design
中***分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
随着我国压力容器制造技术的进步，特别是压力容器用钢板生产质量的提高，焊接技术和无损检测技术手段的提升，在保障安全的前提下，为提高我国压力容器建造的经济性和国际竞争力，2009年12月1日实施的 TSG R0004-2009《固定式压力容器安全监察规程》（以下简称“新容规”），以代替1999版的《压力容器安全技术监察规程》（以下简称“旧容规”），其内容有了较大调整。对于压力容器之一的液化石油气球罐来讲，主要有两个较大变化：
1．降低了安全系数，相应的设计计算的许用应力也发生了变化；
2．只规定了工作压力的选取原则，设计压力由设计者考虑适当的设计裕量确定。
本文对在“新容规”指导下，如何合理地进行液化石油气球罐的设计提出看法，供设计同行参考。
钢板许用应力
在我国压力容器设计过程中，安全系数是确定钢材许用应力的重要数据，它代表了一个国家压力容器的设计理念、技术水平和质量管理水平。研究结果表明，与国际同类技术标准的综合技术指标相比较，我国现行安全法规和技术标准中规定的安全系数较为保守。因此，在保证安全的基础上，节约资源，提高中国产品的国际竞争力，有必要调整相应的压力容器安全系数，适应技术的进步和装备制造业的发展。“新容规”3.8条规定了确定容器材料（或者设计应力强度）的最小安全系数，对碳素钢和低合金钢nb≥2.7，ns≥1.5。
表1列出了根据新的安全系数计算的Q345R钢板许用应力值和GB150-1998所列许用应力值。
表1 Q345R[7]许用应力值
注：GB12337-1998中不同厚度与对应许用应力值与GB150-1998一致。
从表1可以看出，采用新的安全系数，钢材的设计计算许用应力值有了增加。对压力容器设计来说，在其他条件不变的情况下，增大许用应力值就意味着减小壁厚，降低容器吨重，从而节约材料，减少设备投资。
1.1工作压力和设计压力
对于盛装混合液化石油气的球罐，由于液化石油气的来源不同，各种烷烃和烯烃的成分含量也不同。“旧容规”规定了设计压力的取值原则，并且在表3-3中规定了移动式压力容器罐体常见介质的设计压力、腐蚀裕量、单位容积充装量。
“新容规”只规定了混合液化石油气工作压力的取值原则。取消了对设计压力的规定，由用户或设计单位考虑适当的设计裕量，以及超压泄放装置的需要，在工作压力的基础上确定设计压力。
因此，“新容规”对于“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***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”
即对于盛装混合液化石油气的球罐，其工作压力可根据各种组分在50℃时的饱和蒸汽压通过拉乌尔定律计算得到。设计压力可在工作压力的 基础上加一定的裕量以及超压泄放装置的需要， 在工作压力的基础上确定设计压力。
2 设计举例
2.1设计数据
需设计1台2000m3常温储存商品液化石油气球罐。设计温度：50℃；计算风压：900Pa；计算雪压：600Pa；地震设防裂度：7度0.15g；壳体材质：Q345R（16MnR）；腐蚀裕量：3mm；球壳分带：三带混合式；支柱规格：φ620×10/Q345R。液化气组分如表2所示。
表2 混合液化石油气的组成及其50℃饱和蒸汽压
2.2 采用“新容规”设计的结果
（1）采用标准：GB12337-1998《钢制球形储罐》、GB 713-2008《锅炉和压力容器用钢板》和
TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》。
（2）设计取值：Q345R（16MnR）（16﹤δ≤36）许用应力：σ=181MPa。
设计压力应按照规定合理取值。经计算得到表2组分气体50℃饱和蒸汽压P=0.843MPa（绝对压
力），表压为0.743MPa。又GB 11174-1997《液化石油气》规定，适用于做工业和民用燃料的液化
石油气蒸汽压（37.8℃）不大于1380kPa为合格，即1.38MPa。
在***某石化厂对盛装液化石油气球罐的实际工作压力进行了统计，在2008年全年天气最热
的一段时间，液化石油气球罐的工作压力最高值为1.18MPa，并且只出现在全天最热的2个小时内。
设计压力根据工作压力合理取值，本人认为，设计压力取1.38+0.18=1.56MPa合适。根据表2组分50℃饱和蒸汽压和实测压力值，设计压力取1.56MPa是偏安全的。
（3）计算结果：壳体名义厚度δ=42mm，支柱与球壳连接最低点a的应力校核σTa=174.8MPa ，
球壳最高允许工作压力1.739MPa。球壳板总重量256548kg。
2.3 采用99版容规设计的结果
（1）采用标准：GB12337-1998《钢制球形储罐》、GB 150-1998《钢制压力容器》和99版容规。
（2）设计取值：Q345R（16MnR）许用应力：［σ］t=157MPa，设计压力：1.77MPa。
（3）计算结果：壳体厚度δ=52mm，支柱与球壳连接最低点a的应力校核σTa=152.1MPa，球壳最高允许工作压力1.954MPa。球壳板总重量：
318197kg。
2.4 两种结果比较
由于球壳板厚度减小了10mm，球壳板钢板节约：318197kg -256548kg =61649kg。每台球罐可节约球壳板61.649t，总重量减少了19.3%。因此，采用“新容规”进行设计，对设计压力合理取值，采用规程的规定确定许用应力的安全系数，对合理设计球罐，提高经济性很有益。球壳板
减薄了壁厚，降低了钢板的材料成本，同时还大大减少了焊接工作量。球壳板厚度减薄，使球壳板易于压制成型，加工费用亦降低，还便于运输和现场吊装施工，经济效益是显而易见的。
3 结论
安全系数是我国根据压力容器建造技术的发展，特别是材料性能、焊接技术和无损检测技术的进步而相应变化的，世界各主要工业国家一直在研究安全技术问题并将其成果付诸实践，其目的一是提高标准规范的经济性，借以提高标准规范的竞争力；二是促进资源的节约和可持续发展。因此，降低安全系数，提高材料的许用应力，减轻压力容器重量，既保证了安全又产生经济效益和社会效益。
“新容规”中规定了储存混合液化石油气工作压力的选取原则，由用户或设计单位考虑适当的设计裕量以及超压泄放装置的需要，在工作压力的基础上确定设计压力。在我国，不同地区的商品液化石油气组分是不同的，有时差别还较大，因此需要用户或设计单位在实际设计中深入考察，取得组分的详实数据，合理确定工作压力。
注：文章内所有公式及***表请以PDF形式查看。
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