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大型储罐设计规范

发布时间:2020-07-29 05:58

  1.1贮罐设计的几个问题 1.2 贮罐的种类和特点 1.3 材料 选择 1.4许用应力、焊缝系数、壁厚附加量 贮罐经济尺寸的选择和载荷 2.1 贮罐经济尺寸的选择 2.2 载荷 罐壁设计3.1 罐壁强度计算 3.2贮罐的风力稳定计算 3.3 贮罐的抗震设计 3.4 4.1罐底的应力计算 4.2 罐底结构 罐顶设计5.1 5.2拱顶 贮罐附件(或配件)及其选用6.1 常用附件 1.1贮罐设计的几个问题 贮罐容量按目前水平,考虑贮罐的经济尺寸,其容量一般限制到稍大于150000 m3,若有下列情况者需考虑用多台贮 需要贮罐容量大于150000m3; 需要对原料、中间产品和产品进行计量的贮罐;盛装特 在贮存容易着火、分解变质、聚合和易于污染的贮液,当出现事故时为避免更大损失和减少影响,宜用多台贮罐。 1.1.1 贮罐容量 系指理论上能进入的容量,一般用整数表示。b.实际容 系指技术上能进入地容量。对固定顶和内浮顶贮罐,如图1-1 值取决于消防口地安装位置限制液面地最大高度,对浮顶贮罐由罐壁高度及浮顶边缘最大高度决定液面地最 大高度。 公称容量实际容量图1-1 贮罐容量 系指技术上能处理的容量,B值是罐底值至排出管顶部的 距离,若是罐壁直接开孔接管排出,则B 值由管中心线b.物料性质 由于物料性质不同,物料贮存条件和消防条件的要求不同。因此在同一罐区贮存不同物料时应考虑贮存性质相同或 相近的物料尽可能布置在一起。 1.2贮罐的种类和特点 1.2.1贮罐的设计压力和设计温度 指罐体强度和稳定性能承受的压力。设计压力、操作压力、贮液的贮存压力,在概念上各不相同。 a.贮存压力根据贮液性质如蒸汽压等,为了减少蒸发损失 和污染而制定的压力。 b.操作压力 操作压力大于贮存压力, 贮液蒸汽需克服阻火器、管道、阀门和蒸汽回 c.设计压力考虑操作压力的波动和温度的变化等安全因 素,应略大于操作压力。 设计温度指罐体金属温度,一般比贮液温度(近似操作温度)低一些。非高温贮罐的设计温度主要是看最低的设计温 度,因为最低的设计温度往往确定罐体用钢板的选择。 无加热的贮罐取建罐地区最低日平均温度加13 (API650 加8.3,JIS B8501加8.0,我国“立式园筒形钢制焊接油罐设计规定” 加13) 我国石油部“立式园筒形钢制焊接油罐设计规定”在最低日平均温度上加13是出于以下考虑,在寒冷环境里,罐壁 的温度常介于环境温度与贮存液温度之间,而最低日平均温 度是不经常存在的,即便罐内无加热,但因受贮存液影响, 往往使罐壁温度比最低日平均温度位高,当罐内液位下降 后,上部钢板就趋于环境温度,然而罐壁的应力水平亦下降。 另外,还考虑了我国多年的实际使用经验。 日本JIS B8501-1979 标准规定贮罐的金属温度不超过 260;使用温度超过90的贮罐,罐体不得采用高强度钢, 而且不得采用浮顶罐;罐壁温度超过90小于260,贮罐 结构材料的许用应力要考虑温度的影响,在这个温度范围内 属于高温贮罐。 1.2.2 贮罐种类 贮罐分四大类:固定顶贮罐; 罐。自支承锥顶贮罐是一种接近于圆锥体表面的罐顶,锥顶载荷靠锥顶板周边支承于罐壁上。有支承锥顶贮罐的锥顶载 主要由梁和柱上的檩条或置于有支柱或无支柱的桁架上的檩条来承担。有支承锥顶贮罐一般 用在1000m 以上的贮罐。对于梁柱式锥顶贮罐,不适用 于会有不均匀下沉的地基或地震载荷较大的地区。锥顶贮罐 与同容量的拱顶贮罐相比,可以设计成气体空间较小的小坡 度锥顶,“小呼吸”时损耗少,锥顶制造和施工较容易,但耗 钢量大。目前自支承式锥顶贮罐(中小型罐),在我国设计 建造越来越多。在锥顶上操作比在供顶上操作安全。 篇二:5000立方米储罐设计 1.1大型储罐的意义 有“工业血液”之称的原油作为国家重要的战略物资,是支撑国民经济发展和国家安全的重要支柱。随着我国国民经济 的快速发展,石油短缺问题越来越严重。自 1993 年开始, 我国已成为纯石油进口国,2000 年我国原油、成品油进口总 量约为七千万吨,2001 年的进口总量约为六千万吨[1]。据 有关部门预测,2010 2020年我国石油供需缺口分别为 一亿两千万吨和两亿一千万吨左右,而我国原油储备设施和 能力与国民经济发展的要求很不适应,目前拥有包括油田生产、运输、加工和贸易各个环节的原油储罐容量约为二千万 吨,其中炼油企业原油储罐容量约为一千六百万吨,我国的 原油储存能力仅供炼油厂加工 20 天左右。美国、日本等发 达国家均建立了完备的石油储备制度,它们的石油储备均以 原油为主,日本从 1994 年开始至今,其储备量一直保持在 150 天的石油消费量,美国是世界上最大的石油储备国,1992 年其石油储备量达到两亿零一百七十万吨,达到了 93 石油消费量。我国原油储存不具备战略性储备能力,其抵御风险和应付突发事件的能力非常脆弱 [2]。由此可见,将原油提炼为成品油作为战略储备储存起来也成为了一项至关重要的任务。而有效、经济、合理地设 计出一个成品油储罐,对成品油的储存有着非常重大的意 1.2设计目的及要求 设计一个5000m3成品油储罐。设计压力:1.8KPa,容积: 5000 m3,设计温度:0-45,设计风压:750Pa,地震烈度: 国内大型储罐设计建造技术发展可分为四个阶段。第一阶段为整体技术引进,包括材料、设计技术及施工技术,如20 世纪 80 年代中期在大庆、秦皇岛建设的 10104m3 储罐; 第二阶段实现了设计技术及施工技术国产化,仅高强度材料进口,如20 世纪90 年代在上海、镇海、兰州、黄岛等地建 设的10104m3 储罐储罐;第三阶段全面实现了国产化,从 高强度材料、设计技术及施工技术,如在北京燕山建设的 台10104m3储罐。第四阶段是大型储罐的设计跨入世界先 进行列,国内已设计建成15104m3 储罐,如在江苏仪征和 甘肃兰州建设的15104m3 储罐。大型储罐在国外的发展起 步较早,1962 年美国首先建成 10104m3 大型储罐;1967 年委内瑞拉建成了15104m3 大型储罐;1971 年日本建成了 16104m3 大型储罐;接着沙特阿拉伯建成 20104m3 巨型 储罐[3]。 2.1设计理论、规范的选用 API650、英国的BS2654、日本的 JISB8501 等。其中 广泛采用美国石油学会标准API650。事实上,API650 标准 已经成为国际上设计建造油罐的通用标准。通过对建成的大 型油罐罐壁应力分析结果来看,采用API650 标准进行设计, 罐壁应力分布比较平缓,有利于提高油罐的安全性。鉴于上 述原因,大型油罐采用美国石油学会标准 API650 进行设计 比较合理。在以上几个国家储罐的设计标准中,罐壁强度的 计算公式和系数的选取上有所不同,但基本理论都是根据储 液的静压力作用在罐壁上所产生的环向应力,用定点法或变 而在规范中的焊缝系数,则反映了一个国家的技术政策和技术水平,合理地确定焊缝系数关系到储罐的安全以及经 济。在规范中,各国在焊缝系数选择上的差异比较大。储罐 上的焊缝是储罐受力的薄弱环节,分析国内外大量的储罐破 坏事故,多发生在焊缝或焊缝热影响区的金属部分。在一般 情况下,焊缝金属强度和母材金属强度相等,甚至超过它。 但由于焊缝和焊缝热影响区受高温影响强度削弱,因此,必 须采用焊缝系数补偿焊接时可能产生的强度削弱,焊缝系数 与无损探伤的技术水平也是直接相关的。世界上工业发达的 国家,如美国和英国取的焊缝系数是φ=l。 依据我国的大型储罐的制造、施工水平和无损检验水平,储罐的设计标准中取焊缝系数φ=0.9 还是比较符合中国的实 际情况。但在设计容量大于5104m3 容积以上的大型油罐, 我国的储罐设计标准,具有一定的局限性。应借鉴国外的设 计规范,罐壁焊缝系数取φ=l 比较符合中国的实际。大型储 罐没计时,罐壁焊缝系数取φ=1 在技术 的选取,在SH3046 标准中H为罐壁高度或溢流口高度,对于浮顶罐和拱顶罐在 罐壁上无溢流口,因此计算罐壁时H取罐壁的实际高度。而 在API650 1.5米,在其它参数相同时,按 SH3046 标准计算比按 API650 标准计算,每层罐壁约增加厚度 1~4mm。因此按 API650 标准设计大型储罐可节省投资。 2.2材料的发展 随着油罐的大型化而产生的主要问题之一就是对材料的要求更高。为了避免底层罐壁过厚带来的整体热处理问题和 解决焊接问题,对于大型油罐的设计,均采用高强度钢。在 日本,10l04m3、12l04m3、l6l04m3 大型油罐普遍使用 WEL—TEN62等。这类材料强度高、韧性好、碳当量较低、 焊接性能较好。事实上,这类材料的发展和推广促进了油罐 的大型化。因此,大型油罐一般采用屈服强度490MPa 钢材。迄今为止,国内建造的10l04m3 以上浮顶油罐大都 采用490MPa 级的高强度钢材。在设计和建造方面,对使用 日本的高强度钢板,国内已经积累了相当丰富的经验。 油罐用国产高强度钢板目前国内钢铁企业也在开发,其中武汉钢铁(集团)公司等单位研制的 WH610D2 钢板在燕山石 化公司建造的 10l04m3浮顶油罐得到工业化应用。武 钢联合有关单位自主研制的 WH610D2 钢板不仅具有高强 度、高韧性,而且具有优良的焊接性能,尤其是能够适用于 大线能量焊接工艺条件。此钢板的研制成功,结束了我国建 造10l04m3 原油储罐长期依赖进口的历史局面。 10 对于强度级别更高的材料,如屈服强度在490MPa以上的 材料,在国内外油罐建设上很少使用,没有成熟的经验。因 此,目前大型油罐用材料不宜使用屈服强度超过490MPa 2.3结构的发展 罐壁方面,油罐大型化的主要限制是罐壁钢板最大允许使用厚度的限制。目前国内外主要油罐规范允许的罐壁钢板最 大使用厚度为45mm,按此计算,使用屈服强度490MPa 高强度材料所能够建造的油罐最大容量在20万立方米以下。 如何能够在不突破最大允许使用厚度的前提下增大油罐的 容量,解决这一问题的途径之一就是采用双壁(或多壁)油罐。 这种双壁(或多壁)油罐称为液力平衡式油罐,采用液力平衡 原理,在内层罐壁(亦称主罐壁)的下部外侧施加一个反向的 力,从而降低内层罐壁所受的液压力,降低内层罐壁厚度。 液力平衡式油罐是今后超大型油罐的发展方向之一,但其细 节结构有待进一步探讨研究。 罐顶方面,大型油罐罐顶主要有浮顶、自支撑拱顶和柱支撑锥顶等。柱支撑锥顶的直径在理论上可以做的很大,可以 满足大型油罐的要求。但其结构复杂,耗钢量大,对基础沉 降的要求高,容易发生腐蚀等问题,往往会带来经济性差的 问题。另外,柱支撑锥顶油罐很难设置浮盘,不宜用作储存 11 易挥发的油品。由此看来柱支撑锥顶不是大型油罐的理想顶 盖。自支撑拱顶具有结构简单,耗钢量小,对基础沉降的要 求低等特点,在油罐上应用普遍。自支撑拱顶主要包括带肋 壳拱顶、网壳式拱顶(包括子午线网壳、短程线网壳)、网架 式拱顶、桁架式拱顶。网架式拱顶和桁架式拱顶由于材料消 耗高、经济性差等原因,很少在油罐上使用。带肋壳拱顶适 用于直径小于 40 米的油罐,不适合用于大型油罐。网壳式 拱顶最适合用于大型油罐罐顶,具有结构简单、耗钢量小、 施工简单等特点。钢制网壳式拱顶技术在国内得到了比较快 的发展,计算理论和计算程序都比较成熟。目前国内已经建 万立方米的钢制网壳式拱顶油罐(直径6O 米)。铝制网 壳式拱顶是一项新的技术,具有结构简单、安装方便、耐腐 蚀、免维护、整体成本低等特点,在发达国家得到了广泛的 使用,其设计技术、制造技术、安装都比较成熟,是大型拱 顶的发展方向之一。国内此项技术处于起步阶段。目前大型 油罐大多数采用外浮顶结构,主要原因是外浮顶油罐最经 济,易于施工。外浮顶油罐主要用于储存原油,浮顶结构主 2.4设计计算中面临的问题 2.4.1大型立式储罐的分类 目前国内常用并有较成熟设计、制造和使用经验的大型立式储罐主要有以下几种。按压力分类有常压罐、低压罐、高 12 压罐;按温度分类有低温罐(-20)、常温罐( 90) 和高温罐(90~250)。按罐顶形式分有固定顶及浮顶储罐, 对于浮顶储罐又有外浮顶、内浮顶、单浮盘、双浮盘等形式。 2.4.2储罐大型化给设计、制造、使用带来的问题 储罐的容积增大,其危险性也增大,无论是储存油品还是储存化工原料,容积大了,一旦出了事故,所造成的危害也 相应增大。储罐的容积增大,其罐底占地面积大,对储罐的 基础沉陷要求就要提高。 (1)储罐基础的沉陷状况直接影响到储罐的安全,如果基础沉陷过大,就有可能造成罐底板变形,若罐底板变形所造成 的应力过大,储罐底板焊缝就可能会出现裂缝。 (2)储罐基础沉降出现严重不均匀时会造成储罐罐壁倾斜,这种倾斜达到一定程度时,会对前面所提到的浮顶罐的操作 造成影响,即由于罐壁的垂直度的原因,可能 (3)储罐基础周边沉降不均匀,危害最大。由于罐壁底圈板与罐底板的连接处属高应力区,如果基础周边沉降的不均匀 量过大,会造成罐壁与底板的角焊缝及罐底边缘应力增大, 可能会出现罐壁底圈板与罐底板间的焊缝撕裂[4]。 以上这些都会给设计、制造、使用大型立式储罐带来困难,在设计中应引起足够的重视。 篇三:大型立式储油罐结构设计13 油品和各种液体化学品的储存设备—储罐是石油化工装置和储运系统设施的重要组成部分。由于大型储罐的容积 大、使用寿命长。热设计规范制造的费用低,还节约材料。 20世纪70 年代以来,内浮顶储油罐和大型浮顶油罐发展 较快。第一个发展油罐内部覆盖层的施法国。1955 年美国也 开始建造此种类型的储罐。1962 年美国德士古公司就开始使 用带盖浮顶罐,并在纽瓦克建有世界上最大直径为 187ft (61.6mm)的带盖浮顶罐。至1972 年美国已建造了600 1978年国内3000m3 铝浮盘投入使用,通过测试蒸发损耗 标定,收到显著效果。近 20 年也相继出现各种形式和结构 世界技术先进的国家,都备有较齐全的储罐计算机专用程序,对储罐作静态分析和动态分析,同时对储罐的重要理论 问题,如大型储罐T形焊缝部位的疲劳分析,大型储罐基础 的静态和动态特性分析,抗震分析等,以试验分析为基础深 入研究,通过试验取得大量数据,验证了理论的准确性,从 而使研究具有使用价值。 近几十年来,发展了各种形式的储罐,尤其是在石油化工生产中大量采用大型的薄壁压力容器。它易于制造,又便于 14 在内部装设工艺附件,并便于工作介质在内部相互作用等。 2.1各种设计方法 此种方法的特点是指把钢板从罐底部一直到顶部逐块安装起来,它在浮顶罐的施工安装中用得较多,即所谓充水正 装法,它的安装顺序是在罐低及二层圈板安装后,开始在罐 内安装浮顶,临时的支撑腿,为了加强排水,罐顶中心要比 周边浮筒低,浮顶安装完以后,装上水除去支撑腿,浮顶即 作为安装操作平台,每安装一层后,将上升到上一层工作面, 继续进行安装。 2.1.2 倒装法 先从罐顶开始从上往下安装,将罐顶和上层罐圈在地面上安装,焊好以后将第二圈板围在第一罐圈的外围,以第一罐 圈为胎具,对中点焊成圆圈后,将第一罐圈及罐顶盖部分整 环焊缝。用同样的方法把下面的部分依次点焊环焊,直到罐底板的角接焊死即成。 2.1.3 卷装法 将罐体先预制成整幅钢板,然后用胎具将其卷筒,在运至储罐基础上,将其卷筒竖起来,展成罐体装上顶盖封闭安装 而建成。 2.2各种方法优缺点比较 这种装焊方法需要采用多种设备和装配夹具,大多数装配焊接都要搭脚手架,此外,装配工作在吊架吊台上工作,不 仅操作不方便,不宜保证焊接 质量,还花费时间,而且高空焊接薄钢焊接容易变形,工序烦琐,各工种相互制约,施工速度慢,也不安全,所以在 大型储罐中很少采用正装法。 2.2.2 倒装法 这种方法不用搭脚手架,并且操作人员是在地面上工作,安全增加,有利于提高工程质量,但相比于卷装法来说,由 于倒装法也是在工地作用,因此劳动强度还是比较大,而卷 装法生产效率和产品质量上都比前两中大有提高。 2.3油罐的基础 为了确保有一个稳定性,排水良好,具有足够承载能力,必须建造油罐基础或底座,大的油罐常需带有混淋土的基 础,以便把整个基础封闭起来,增加稳定性。油罐基础座, 根据油罐的类型,容易满足生产使用要求,地形、地貌、地 基条件,以及施工技术条件的因素。合理选用的油罐基础有 以下常见几种:护坡式基础、环墙式基础、外环墙式基础、 特殊构造的基础。 根据比较选用,护坡式基础[2]。 3.1罐壁的强度计算 3.1.1罐壁厚的计算 16 ?C(mm)(3.1)式中:P—设计压力:0.2(Mpa);Pi— 罐的内径:15000(mm) C2—腐蚀裕度C2?KB;K—腐蚀,轻微腐蚀1.0(mm); B—容器的使用寿命10 3.1.2罐壁的应力校核 ?203.36MPa?230MPa(3.2)故满足材料要求按照试验应 力公式校核 ?0.9?s(3.3)

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