儲罐設(shè)計論文及儲罐CAD詳圖帶CAD圖,設(shè)計,論文,CAD,詳圖 1500 儲 罐 設(shè) 計 1500儲罐設(shè)計 1 綜述 1.1國內(nèi)外汽油儲罐的發(fā)展概況 長期以來，我國庫存輕質(zhì)油品，廣泛采用固定頂油罐和浮頂油罐。由于固定頂油罐在存貯和收發(fā)油品時存在“小呼吸” 和“大呼吸”，油品蒸發(fā)損耗較大，而且會因為油氣逸散到空氣中造成環(huán)境污染，危害人們身體健康。因此油品及化學(xué)品的蒸發(fā)損耗一直是石油、化學(xué)工業(yè)關(guān)心的問題。人們最初關(guān)心的是經(jīng)濟損失和安全，近年來還關(guān)心生態(tài)、環(huán)境保護方面的問題。為了較經(jīng)濟有效地解決這個問題，世界上發(fā)達國家如美國、法國、前蘇聯(lián)早在五、六十年代相繼開始研制浮頂油罐。我國直到70年代末期才開始研制。由于浮頂罐能降低損耗，減少環(huán)境污染，主要用于儲存原油、汽油、柴油等介質(zhì)。隨著內(nèi)浮頂技術(shù)的發(fā)展，汽油和航空煤油大多數(shù)采用內(nèi)浮頂罐，新建的外浮頂罐幾乎都用于儲存原油。 1955年前后，第一次實際采用塑料泡沫浮頂這個充氣的救生筏形的構(gòu)件漂浮在液面上，能減少汽油罐的蒸發(fā)損失85%。法國還研制了由硬聚氯乙烯浮動蓋板組成并以同樣材料作為浮子支撐的內(nèi)浮頂罐。前蘇聯(lián)從1961年起開始使用合成材料做內(nèi)浮蓋，到1970年末已有300622容量的儲罐裝配了合成材料做的內(nèi)蓋。1962年美國在組瓦克建有世界上最大直徑為187ft(61.6m)的帶蓋浮頂罐。到1972年美國已建造了600多個內(nèi)浮頂油罐。 由于塑料浮頂耐溫較差及使用壽命等問題, 從20世紀50年代開始，非鋼內(nèi)浮頂罐開始出現(xiàn)，其材料有鋁、環(huán)氧及聚酯玻璃鋼、聚氯乙烯塑料和聚氨酯泡沫塑料等。加拿大歐文煉廠在直徑為28.65m油罐中就采用了全鋁制的內(nèi)浮頂。 與鋼制內(nèi)浮頂相比,非鋼內(nèi)浮頂具有質(zhì)輕、耐腐蝕等優(yōu)點,但強度較差,有的價格較貴,使其應(yīng)用受到限制。20世紀80年代以前以鋼制內(nèi)浮頂?shù)膽?yīng)用為主，但此后,耐腐蝕能力和綜合力學(xué)性能較好的鋁合金在內(nèi)浮頂制造上得以應(yīng)用,用其制造的裝配式鋁制內(nèi)浮頂油罐的降耗率能夠達到96%,而且現(xiàn)場安裝時的動火量比鋼盤式內(nèi)浮頂減少95%以上,因此得到廣泛的推廣應(yīng)用。為了更好的設(shè)計和發(fā)展內(nèi)浮頂儲罐，1978年美國API650附錄H對內(nèi)浮盤的分類、設(shè)計、安裝、檢驗及標準荷載、浮力要求等作了一系列的修訂和改進。 國內(nèi)于20世紀70年代后期，開始使用淺盤式鋼制內(nèi)浮頂。由于淺盤式鋼制內(nèi)浮頂?shù)目钩列圆睿?0世紀80年代中后期開始使用鋁制內(nèi)浮頂，鋼制內(nèi)浮頂已使用得很少。1978年國內(nèi)3000鋁盤儲罐投入使用，通過測試蒸發(fā)損耗標定，收到顯著效果，近20年也相繼出現(xiàn)了各種形式和結(jié)構(gòu)的內(nèi)浮盤或覆蓋物。 經(jīng)過長時期的使用及探索,近年來,內(nèi)浮頂?shù)目傮w結(jié)構(gòu)有了較大改進,相繼開發(fā)了多種新型的裝配式鋁浮頂,使內(nèi)浮頂儲罐技術(shù)得到較快發(fā)展。目前新建的內(nèi)浮頂罐，絕大多數(shù)采用鋁制內(nèi)浮頂。在用的罐，當需要改造成內(nèi)浮頂罐時，采用鋁制內(nèi)浮頂是最佳的選擇。 1.2儲罐結(jié)構(gòu)型式的選擇 油品儲罐的選型應(yīng)考慮的主要因素是盡量降低油品損耗，避免油品在儲存期間變質(zhì)，減輕大氣污染與火災(zāi)的危險性，同時還要考慮經(jīng)濟合理。 控制和減少儲液的蒸發(fā)是儲罐技術(shù)發(fā)展的一個重要方面。油品在儲存過程中的蒸發(fā)損失不僅可以造成儲液量的損失，還導(dǎo)致油品質(zhì)量的下降，使油品變質(zhì)。減少儲罐的蒸發(fā)損失有很多措施，如用水噴淋可基本消除固定頂罐的小呼吸損失，但這要浪費大量的冷卻水，將罐體外表面涂成白色或使用熱絕緣材料可降低小呼吸損耗60％ ，還有提高儲罐承載能力等措施。但是，以上這些措施都不能從根本上減少儲罐的蒸發(fā)損失，采用內(nèi)浮頂罐是迄今為止控制油品蒸發(fā)損失所采用的技術(shù)中最有效的解決辦法之一。 儲存汽油，柴油的儲罐原則上既可以選擇固定頂油罐,也可選用內(nèi)浮頂油罐。但不同罐型的防火距離要求是不同的,一般而言(容量大于1000的油罐),固定頂油罐之間的距離為0.6D(D為罐直徑)，內(nèi)浮頂油罐之間的距離為0.4D。對固定頂與內(nèi)浮頂油罐的選型進行分析比較,當土地價格與地基處理費用較高時,從經(jīng)濟合理性上來講,選用內(nèi)浮頂油罐是恰當?shù)摹? 考慮到本油罐所盛的介質(zhì)為汽油，而汽油為易揮發(fā)的輕質(zhì)油品，為降低汽油的蒸發(fā)損耗，減少環(huán)境污染，以及減少油庫的占地面積，選用內(nèi)浮頂罐最合適。 1.3內(nèi)浮頂儲罐概述 1.3.1內(nèi)浮頂罐的構(gòu)成及特點 內(nèi)浮頂儲罐主要由罐體、內(nèi)浮盤、密封裝置、導(dǎo)向和防轉(zhuǎn)裝置、靜電導(dǎo)出設(shè)施、通氣孔、高液位報警器等組成。為避免浮頂漏損沉沒，多采用帶有環(huán)形隔艙的內(nèi)浮頂，或采用雙盤式內(nèi)浮頂以增加浮盤的浮力及安全性（后者還起隔熱作用）。 鋼制的內(nèi)浮盤的浮頂儲罐在美國石油學(xué)會（API）稱為“帶蓋的浮頂罐”，而稱鋁制（或非金屬）浮盤為“內(nèi)浮頂罐”，而這兩種形式的的儲罐在國內(nèi)均稱為內(nèi)浮頂儲罐。這種罐的頂部為拱頂與浮頂?shù)慕Y(jié)合，外部為拱頂，內(nèi)部為浮頂。內(nèi)部的浮頂可減少油品的蒸發(fā)損耗，而外部的拱頂又可避免雨水、塵土等異物從環(huán)形空間進入罐內(nèi)。由于具有浮頂罐和拱頂罐的優(yōu)點，這種罐主要用于儲存航空煤油、汽油等要求高的油品。 內(nèi)浮頂油罐罐體外形結(jié)構(gòu)與拱頂油罐大體相同。與浮頂油罐相比，它多了一個固定頂，這對改善油品的儲存條件，特別是防止雨水雜質(zhì)進入油罐和減緩密封圈的老化有利。同時內(nèi)浮頂也能有效的減少油品的損耗，所以內(nèi)浮頂油罐同時兼有固定頂油罐和浮頂油罐的特點。從耗鋼量比較，雖然內(nèi)浮頂油罐比浮頂油罐增加了一個拱頂，但也省去了罐壁和罐頂周圍的抗風(fēng)圈、加強環(huán)、滑動扶梯和折水管等，因此總耗鋼量仍略少于浮頂油罐。內(nèi)浮頂罐的詳細特點如下： 1）、內(nèi)浮頂儲罐不是固定頂罐和浮頂罐的簡單迭加，由于結(jié)構(gòu)上的特殊性，與固定頂儲罐相比有以下特點： ①、儲液的揮發(fā)損失少。由于內(nèi)浮盤直接與液面接觸，液相無揮發(fā)空間，從而減少發(fā)損失85%～90%。 ②、由于液面沒有氣相空間，所以減輕了罐體（罐壁與罐頂）的腐蝕，延長了儲罐的壽命。 ③、由于液面覆蓋內(nèi)浮盤，使儲液與空氣隔離，故大大地減少了空氣的污染，減少了著火爆炸的危險，易于保證儲液的質(zhì)量。特別適用于儲存高級汽油和噴氣燃料，也適合儲存有害的石油化工產(chǎn)品。 ④、在結(jié)構(gòu)上可取消呼吸閥及罐頂冷卻噴淋設(shè)施。 ⑤、易于老罐改造成內(nèi)浮頂罐，并取消呼吸閥、阻火器等附件，投資少，經(jīng)濟效益明顯。 2）、內(nèi)浮頂罐與外浮頂罐相比有如下特點： ①、內(nèi)浮頂罐又稱“全天候”儲罐，由于有頂蓋密封能有效地防止風(fēng)、沙、雨、 第35頁 共35頁 雪灰塵污染儲液，在各種氣候條件下均能正常操作，不管寒冷多雪、風(fēng)沙頻繁或是炎熱多雨地區(qū)儲存高級油品或噴氣燃料等嚴禁污染的儲液特別適宜。 ②、在相同密封的條件下，內(nèi)浮頂儲罐可以進一步降低蒸發(fā)損耗。這是因為固定頂?shù)恼趽跻约肮潭斉c內(nèi)浮盤之間靜止的空氣層，有較好的隔熱效果，并使蒸發(fā)損失進一步減少。 ③、內(nèi)浮頂儲罐的內(nèi)浮盤沒有雨雪載荷，浮盤負荷小，結(jié)構(gòu)簡單、輕便。浮盤上可以省去中央排水罐、轉(zhuǎn)動扶梯、擋雨板等，易于施工和維護。 ④、由于有固定頂?shù)恼趽?，?nèi)浮盤周邊的密封裝置避免了日光直接照射而老化。 ⑤、節(jié)省材料，易于施工和維護。 3）、內(nèi)浮頂罐的缺點：與拱頂罐相比耗鋼量多一些,施工要求高一些,與浮頂罐相比密封結(jié)構(gòu)檢查維修不便,儲罐不易大型化,目前容量一般不超過10000。 1.3.2浮盤的選擇 根據(jù)不同材料的性質(zhì)以13.5m浮盤為例，按照國家標準GB50341-2003 ?立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范?的要求，在不考慮腐蝕余量的情況下，對其耗材和性能比較。 1)鋼浮頂。按照標準要求下盤、上盤及周邊鋼板選用4.5mm厚，中間隔板選用2.5mm厚，整體重量超過為35t。 2)不銹鋼浮頂。不銹鋼內(nèi)浮頂適用性好，耐腐蝕，適用于大多數(shù)介質(zhì)。浮頂蓋板選用0.5mm厚，骨架、浮筒用1.2mm厚，13.5m浮盤重量約在9t。 3)鋁浮頂。鋁浮頂耐腐蝕性較好，整體重量輕，制作方便。蓋板選用0.5mm厚鋁板，骨架選用2mm厚，浮筒選用1.7mm厚，13.5m浮盤重量約在2.1t。由于重量輕，浮盤運行穩(wěn)定性好。 根據(jù)上面的比較，選用鋁浮頂?shù)男詢r比高，經(jīng)濟合理；如必須選用鋼浮頂，選用不銹鋼材料做內(nèi)浮頂無論從使用方面，還是價格方面都比選用碳鋼浮頂更為合理。 1.3.3鋁制內(nèi)浮盤儲罐 所謂鋁制內(nèi)浮頂儲罐，即是在鋼制的固定頂儲罐內(nèi)設(shè)置一個鋁制或鋁鎂合金材料裝配而成的內(nèi)浮盤。裝配式鋁制內(nèi)浮頂采用非焊接結(jié)構(gòu),主要由浮筒、構(gòu)架、鋪板及支腿等部件組成。構(gòu)架和鋪板位于油面以上,用卷制的鋁合金筒作浮力構(gòu)件,支撐整個構(gòu)架,鋪板與油面之間有一定的空間,除了鋁浮頂與罐壁之間的環(huán)形空間以外,所有油面由鋁浮頂覆蓋。鋁浮頂周邊與罐壁之間的環(huán)形間隙采用舌形密封裝置或填料式舌形密封裝置加以密封。鋁浮頂上設(shè)有量油孔、真空閥、人孔、防靜電裝置和防旋轉(zhuǎn)裝置等附件。鋁制內(nèi)浮頂按照提供浮力的元件區(qū)分有浮管式的和浮子式的。本設(shè)計選用浮管式，其結(jié)構(gòu)如圖1所示： 圖1 裝配式鋁制內(nèi)浮頂油罐結(jié)構(gòu)示圖 與鋼制內(nèi)浮頂相比，鋁制內(nèi)浮頂有很多優(yōu)點： 1）、施工工期短，對罐壁要求低 鋼制內(nèi)浮頂是用鋼板焊接而成，往往是在生產(chǎn)罐區(qū)內(nèi)施工,長時間大量焊接與切割的動火工作對生產(chǎn)罐區(qū)來說無疑是十分危險的，裝配式鋁制內(nèi)浮頂實現(xiàn)了預(yù)制,全部零部件可以通過罐壁人孔送入罐內(nèi),用螺栓進行安裝,安裝時的動火工作量比鋼盤式內(nèi)浮頂減少95%以上，1臺1500油罐的裝配式鋁制內(nèi)浮頂,可以在一星期之內(nèi)完成全部安裝工作。 2）、質(zhì)量輕，成本低，安裝、搬運方便 鋁制內(nèi)浮頂?shù)娜苛慵疾捎娩X合金制造，在搬運過程中十分輕便。因此，在安裝過程中不需要起重設(shè)備，零件的組裝不用焊接，多采用螺栓緊固，個別部位采用鉚接。特別適合于舊拱頂鋼罐改造成內(nèi)浮頂罐。 3）、密封圈更耐腐蝕 鋼制內(nèi)浮頂采用“O”密封，而裝配式鋁制內(nèi)浮頂四周與罐壁之間的環(huán)形空間多數(shù)采用舌形密封裝置加以密封，一種是舌形橡膠密封帶，一般用在新罐上；另一種是填料式舌形密封膠帶,一般用在舊罐上。舌形密封屬于二次密封，它除了提高密封效果外，還可以保持一次密封免遭風(fēng)雨等的破壞，延長一次密封的壽命，但使用二次密封能減少油罐的有效使用容積。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示： 圖2 舌形密封裝置 4）、浮盤升降更平穩(wěn)，不易卡盤 鋼制內(nèi)浮頂由于自身重量大、浮船容易腐蝕滲漏，造成傾斜升降，發(fā)生沉船現(xiàn)象，導(dǎo)致油罐不能正常工作。裝配式鋁制內(nèi)浮頂改變了傳統(tǒng)的利用大直徑(DN 200)不銹鋼管作支撐的硬式防轉(zhuǎn)裝置，采用了固定鋼絲繩支撐的軟式防轉(zhuǎn)裝置，使內(nèi)浮頂自由的漂浮在油面上，緩解了浮頂徑向壓力的不均衡狀態(tài)，防止了卡盤現(xiàn)象。 1.3.4鋁制內(nèi)浮頂工作原理 當油品進罐后，油品充滿在罐底、罐壁與內(nèi)浮頂之間，當油品液位高度達到淹沒浮筒的1/2時，內(nèi)浮頂便在浮筒產(chǎn)生的浮力作用下漂浮在油面上，隨著油面升降而升降，有效地減小了油品上部的氣相空間，同時，始終將油品與空氣保持隔離狀態(tài)，從而大量減少了油品的蒸發(fā)損耗，節(jié)約了能源，減少了環(huán)境污染，提高了儲罐使用的安全性。內(nèi)浮頂儲罐正常運行的關(guān)鍵點是內(nèi)浮盤的安全平穩(wěn)升降。若處理不當，引起沉盤，起不到內(nèi)浮頂儲罐的作用，則安全性要求就得不到保證。為確保內(nèi)浮盤安全平穩(wěn)升降的要求主要有兩方面：一是導(dǎo)向結(jié)構(gòu)；二是內(nèi)浮盤的平整度。導(dǎo)向管越垂直，內(nèi)浮盤的平整度越好，內(nèi)浮盤上下升降的平穩(wěn)性越好。 2 內(nèi)浮頂油罐的設(shè)計計算 2.1 內(nèi)浮頂油罐的設(shè)計思想和參數(shù)的確定 內(nèi)浮頂油罐總的設(shè)計思想是在設(shè)計容積給定的情況下，如何使設(shè)計出的油罐達到最低的工程造價和材料消耗，同時又滿足罐壁強度和穩(wěn)定性要求。 儲罐的設(shè)計參數(shù)主要有：設(shè)計溫度、設(shè)計壓力、風(fēng)及地震載荷、油罐的直徑、高度、容量等。 根據(jù)儲罐所盛裝的介質(zhì)（汽油）及工作環(huán)境（湖北地區(qū)）確定設(shè)計溫度為0--60，設(shè)計壓力為常壓，即-0.49KPa—1.96Kpa。其他參數(shù)將在后文中介紹。 2.2 罐總體尺寸的確定 儲罐總體尺寸的確定主要堅持兩個原則，即材料最省和費用最省。 2.2.1 儲罐內(nèi)徑和高度的確定 根據(jù)儲罐總體尺寸確定的兩個原則，前人將計算儲罐內(nèi)徑的方法歸納為下表： 罐壁情況 儲罐形式 按材料最省的經(jīng)濟尺寸 按費用最省的經(jīng)濟尺寸 等壁厚 小型敞口儲罐 H≈R H≈R 小型封閉儲罐 H≈2R H≈2R 不等壁厚 大型封閉儲罐 H≈ 表1儲罐的經(jīng)濟尺寸 當容積大于1000時采用不等壁厚的儲罐。若把罐壁和罐頂看作相同的費用，并且分別為罐底費用的兩倍時，其經(jīng)濟尺寸看來合理些。按此算得容積為1500的儲罐，高度為6.45m，直徑為17.20m，儲罐為“矮胖形”，取H=6.5m,D=17.3m。計算容積為:。 對于立式圓筒性形儲罐，可通過建立立式圓筒儲罐罐體質(zhì)量函數(shù)關(guān)系并求取極小值，同時引入質(zhì)量折算系數(shù)的概念，在遵循JB/T4735-1997?鋼制焊接常壓容器?原則的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出立式圓筒儲罐最經(jīng)濟內(nèi)徑的計算公式，最后應(yīng)用數(shù)值理論反復(fù)迭代的方法來確定儲罐的最經(jīng)濟內(nèi)徑值（計算過程可參考文獻16）。由此計算出 的儲罐的最經(jīng)濟內(nèi)徑值可歸納為下表： V （） 罐體材料 碳鋼/不銹鋼 （mm） 碳鋼/不銹鋼 V （） 罐體材料 碳鋼/不銹鋼 （mm） 碳鋼/不銹鋼 20 Q235-A-F/不銹鋼 3050/2900 900 Q235-A/不銹鋼 11600/11600 30 Q235-A-F/不銹鋼 3500/3350 1000 Q235-A/不銹鋼 12150/12150 50 Q235-A-F/不銹鋼 4100/3950 1500 Q235-A/不銹鋼 14300/14400 80 Q235-A/不銹鋼 4800/4650 2000 Q235-A/不銹鋼 16250/16450 100 Q235-A/不銹鋼 5100/4950 2500 Q235-A/不銹鋼 17750/18150 150 Q235-A/不銹鋼 5800/5650 3000 Q235-A/不銹鋼 19250/19750 200 Q235-A/不銹鋼 6400/6250 3500 Q235-A/不銹鋼 20550/20850 250 Q235-A/不銹鋼 6900/6700 4000 Q235-A/不銹鋼 22100/22250 300 Q235-A/不銹鋼 7350/7100 5000 Q235-A/不銹鋼 24350/24900 400 Q235-A/不銹鋼 8100/7850 6000 Q235-A/不銹鋼 26600/27150 500 Q235-A/不銹鋼 8700/8450 7000 20R/不銹鋼 27550/29050 600 Q235-A/不銹鋼 9250/8950 8000 20R/不銹鋼 29250/31050 700 Q235-A/不銹鋼 9600/10500 9000 20R/不銹鋼 31100/無 800 Q235-A/不銹鋼 1100/11100 10000 16MnR/不銹鋼 31000/無 表2儲罐的最經(jīng)濟內(nèi)徑值 上述兩種理論確定的內(nèi)徑和高度與HG 21502.2-92（化工鋼制立式圓筒形內(nèi)浮頂儲罐系列標準）提供的數(shù)據(jù)有些出入，這主要是考慮載荷、占地面積及許用容積等方面的因素。本文的設(shè)計以HG 21502.2-92給定的參數(shù)為準。HG 21502.2-92提供的公稱容積為1500的儲罐的參數(shù)如下： 計算容積：1650；儲罐內(nèi)徑：13000mm罐壁高度：13500mm；拱頂高度：14050mm；總高:14905mm；罐壁底圈到第八圈的厚度（mm）分別為：8，7，6，6，6，6，6，6，儲罐總重：51425Kg。 2.2.2 內(nèi)浮頂所占容積和有效容積的估算 1、內(nèi)浮頂占罐體的有效高度 根據(jù)內(nèi)浮頂使用有關(guān)規(guī)定：放油時罐內(nèi)應(yīng)保持1.4m的高度，防止浮盤落架，卡盤，收放油時油罐本身的高度減少1.4m；進油時頂部有1.2m的空間（不包括圓頂部分）。因此。 2、儲罐的有效容積 上面確定了1500儲罐的高度H=13.5m,所以內(nèi)浮頂所占儲罐的容積為： 式（2-1） 儲罐的有效容積為：。 2.3 材料的選擇 1、儲罐的用材按類別可分為：碳鋼（碳素鋼和低合金鋼）、不銹鋼、鋁及其合金。 2、儲罐主要用材的選擇 儲罐用材的選擇應(yīng)根據(jù)儲罐的設(shè)計溫度（最低和最高設(shè)計溫度）、物料的特性（腐蝕性，毒性，易爆性等）鋼材的性能和使用限制，在保證各部位安全，可靠的基礎(chǔ)上節(jié)省投資的原則。在滿足其他條件的情況下優(yōu)先選用碳素鋼。 3、罐壁和罐底的邊板對選材來說是最重要地，也是最難于判斷的。由強度決定的罐壁部分、罐底的邊緣板(或簡稱邊板)、人孔接管、補強板在原則上應(yīng)選擇同一種材科。罐底的中幅板、罐頂及肋板、抗風(fēng)圈、加強圈等一般可選用Q235-A，Q235-B或Q235-A-F牌號鋼材。 由1000至10000的小型油罐由強度決定的罐壁部分的選材，根據(jù)用途及建罐地區(qū)最低日平均溫度分別采用Q235-A-F和Q235-A。 當這些小型油罐鍺存汽油時，則根據(jù)建罐地區(qū)的最低日平均溫度選取不同材料。當最低日平均溫度在—10以上時，取Q235-A，在-10— -20時取Q235-A-F。 油罐的其他部分，如罐底的中幅板、罐頂、抗風(fēng)圈、加強圈等一般可選用Q235-A或Q235-A-F，日本在這些部位多選用SS41。 4、罐壁材料三項基本要求 罐壁材料的三項基本要求是強度、可焊性和沖擊韌性，三者全都重要不個可偏廢。 根據(jù)以上原則，儲罐的主體材料選擇Q235-A。 2.4 罐壁設(shè)計 工程設(shè)計中罐壁厚度通常由三種方法確定，即： 1）、定點法：用于容積較小的儲罐（直徑小于60米）。 2）、變點法：此方法適用于L/H≤1000/6的儲罐。 3）、應(yīng)力分析法：此方法適用于L/H>1000/6的儲罐。 對于容積較小的儲罐，采用定點法設(shè)計罐壁厚度計算簡便，結(jié)果也足夠安全 2.4.1 壁厚的確定 罐壁的設(shè)計首先要確定壁厚。在罐壁中環(huán)向應(yīng)力是占控制地位的，因而壁厚是根據(jù)環(huán)向應(yīng)力確定的。壁厚一般可按下式計算： 式（2-2） 式中：t--罐壁按強度要求的最小壁厚，毫米； D--油罐的直徑，米； H--由所計算的那圈壁板的底邊至罐壁頂端的垂直距離，米； --貯液的比重，當貯液的實際比重小于1時，取=1； --焊縫系數(shù)，根據(jù)我國目前的焊接水平和焊縫質(zhì)量檢查的具體情況，可取=0.90； --許用應(yīng)力，可按進行計算，為材料規(guī)定的最低屈服極限，； 式中0.3是由于下一圈板或罐底對所計算的那圈板的約束而使最大應(yīng)力減低的修正系數(shù)； C--鋼板的允許負偏差及腐蝕裕量之和，毫米。 鋼板的允許負偏差，與鋼板的厚度和寬度有關(guān)。按(2-2)式計算出的t值，適當向上圓整?？紤]到預(yù)制，運輸、安裝以及保證建成后罐壁圓度等，按(2-2)式確定的壁厚在任何情況下不得小于按剛性要求所決定的。 2.4.2 罐壁的設(shè)計厚度 罐壁的設(shè)計厚度按下式計算，取其中的較大值。 式（2-3） 式（2-4） 式中：--儲存介質(zhì)時的設(shè)計厚度（mm）； --儲存水時的設(shè)計厚度（mm）； --儲液的密度()； H--計算的壁板底邊至罐壁頂端的垂直距離(m)； D--儲罐內(nèi)直徑(m)； --設(shè)計溫度下罐壁鋼板的許用應(yīng)力(MPa)； --常溫下罐壁鋼板的許用應(yīng)力(MPa)； --焊縫系數(shù)，取0．9； --鋼板或鋼管的厚度負偏差(mm), 取0.6mm； --腐蝕裕量(mm),取2mm； 查得，常溫下Q235-A的許用應(yīng)力，設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力為，將D=13m，H=13.5m代入上式，分別得： 在確定壁板的名義厚度時,不能單純地按計算結(jié)果考慮,因為計算公式只從滿足罐體強度方面考慮了作用在罐壁上的液柱靜壓力、材料的許用應(yīng)力以及焊接接頭系數(shù)。按照上述二式計算的罐壁厚度，最上一層或者幾層鋼板的厚度可能會較薄，以致于制造難度增大。確定罐體壁厚還要考慮以下幾個方面的問題:：(1)防腐蝕；(2)罐體受力；(3)罐體剛度。為此罐體壁厚，可用一些經(jīng)過實踐證明行之有效的經(jīng)驗數(shù)據(jù)加以限制： 當油罐直徑δmax,　因而浮梁抗彎強度足夠。 浮梁接頭最危險截面強度校核（見圖7）。最危險斷面a-a及b-b截面尺寸均為寬ｂ=3mm，高h=38mm矩形截面。 最危險截面與支點間距為25mm。 最危險截面慣性矩 J=bh/12=（0.3×3.8）/12 =1.3718 cm4 式（2-30） δmax=Mmax×(e/j)=(150/2)×(2.5)×(1.9/1.3718)=2.59kg/mm2 式（2-31） [δ]=13.5 kg / mm2 δmax < [δ]，接頭強度足夠。 L max =350cm L max /2 p/2 p/2 p q p p/2 p/2 25 25 （2）浮頂?shù)母×π：? 圖6 強度校核計算模型 圖7 浮梁危險截面計算模型 浮頂?shù)淖灾谿=1082 kg，浮梁總長度L=12.9 m,每米浮梁產(chǎn)生的浮力F（介質(zhì)的密度以汽油790kg/m3 計且按SH3046－92標準規(guī)定，只計浮筒部分浮力）。 F=(0.165/2)2 × 3.14×1×790＝16.892 kg / m 式（2-32） 浮梁所提供的總浮力： 　　W=129×16.892=2179.068 kg 式（2-33） 浮梁浮力自重比：W/G=2179.068/1082= > 2,符合標準要求。 4、浮船的抗沉計算 浮船的下沉深度不得大于浮船外邊緣板的高度b3，且至少留出5~10cm余量，即： 式（2-34） 式中：T——浮船底板傾角=0時下沉的最大深度，cm； T0a——浮船底板傾角角引起的滲液深度的附加量，cm； 浮船最大的下沉深度T為： 式（2-35） 式中： 令 則： 2.6.4 罐頂?shù)娜丝缀蜋z查孔 油罐的固定頂和內(nèi)浮頂上應(yīng)至少各設(shè)1個DN600的人孔，固定頂上宜設(shè)置沿四周均布的目視檢查孔，且不得少于4個。 2.7 抗震設(shè)計 在地震時，儲罐是受地震損害最嚴重的設(shè)備之一，往往是由于儲罐內(nèi)物料受地震力而晃動導(dǎo)致罐體變形、裂縫，物料大量外流而引起火災(zāi)、爆炸等事故發(fā)生。由于儲罐抗震性能不好且抗震措施未能完善的解決，所以在近年來國內(nèi)外地震中，儲罐的震害屢見不鮮，更為嚴重的是儲罐的損壞有時還伴隨著火災(zāi)，爆炸和環(huán)境污染等次生災(zāi)害。因此抗震設(shè)計是目前儲罐的研究的熱門。 2.7.1 傾覆力矩的計算 式（2-36） 式中： M ——水平地震載荷對罐底底面的彎矩，kgf-cm； Q0——水平地震的載荷，kgf； H——罐底底面至液面的高度，m； Q0按下式計算： 式中： CZ——綜合影響系數(shù)，對常壓立式油罐，取CZ=0.40; ——地震影響系數(shù)最大值，與地震烈度有關(guān)； W0——產(chǎn)生載荷的油罐總重量，W按下式計算。 式中： W′——罐內(nèi)儲液重量，kgf； Ft——動液系數(shù)，由H/R查表選??； R——底層圈板的內(nèi)半徑，cm 。 2.7.2 罐壁壓應(yīng)力計算 底層壁板的最大壓應(yīng)力可按下式計算 式（2-37） 式中： ——底層壁板的最大壓應(yīng)力，kgf/cm2； N——底層壁板底部的垂直載荷，包括罐體自重和保溫層重，kgf； A——底層壁板的截面積，cm2； W——底層壁板的截面系數(shù)，cm3； D——油罐的直徑，cm； t——油罐底層壁板的厚度，cm 。 2.7.3 罐壁臨界壓應(yīng)力及其校核 臨界許用壓應(yīng)力可按下式計算 式(2-38) 式中： ——臨界許用壓應(yīng)力，kgf/cm2 。 當時，說明在設(shè)計預(yù)測的地震情況下，油罐安全。 國家標準?建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范?GB50009-2001規(guī)定在地震烈度為七度或七度以上時（烈度為九度區(qū)為不適宜建罐區(qū)）必須采取抗震措施。為減少地震力，日本的經(jīng)驗是在儲罐內(nèi)采取增設(shè)擋板的措施，好比農(nóng)民挑水時水桶內(nèi)往往放兩塊木板的道理。由于本設(shè)計中的儲罐，工作環(huán)境為湖北地區(qū)，而湖北地區(qū)的地震烈度為六度，故在抗震措施上不用過多的考慮。 2.8 儲罐的附屬設(shè)施 附屬設(shè)施主要包括：透光孔、通風(fēng)孔、清掃孔、量油孔、呼吸閥等已形成標準化，可根據(jù)油罐容量合理選用。對不同類型的儲罐還有物料管線，安全設(shè)施以及檢測儀表等附屬設(shè)施。 2.8.1 油罐附件 油罐附件是油罐自身的重要組成部分。它的設(shè)置按其作用可分成4種類型： 1、保證完成油料收發(fā)、儲存作業(yè)，便于生產(chǎn)、經(jīng)營管理。 2、保證油罐使用安全，防止和消除各類油罐事故。 3、有利油罐清洗和維修。 4、能降低油品蒸發(fā)損耗。 油罐除一些通用附件外，盛裝不同性質(zhì)油品，用于不同結(jié)構(gòu)類型的油罐，還應(yīng)配置具有專門性能的附件，以滿足安全與生產(chǎn)的特殊需要。 對內(nèi)浮頂油罐，其專用附件有：通氣孔、氣動液位訊號器、量油導(dǎo)向管、導(dǎo)向防轉(zhuǎn)裝置、靜電導(dǎo)出裝置、帶芯人孔等。 1）、透光孔和量油孔：用于檢查罐內(nèi)情況及測量油位,根據(jù)需要設(shè)置。 2）、排污孔：排污孔設(shè)置在儲罐底部最低位置,放水管可兼作排污管。 3）、梯子和欄桿：高度大于5m的立式儲罐,應(yīng)采用盤梯或斜梯。梯子外側(cè)和罐頂操作區(qū)應(yīng)設(shè)欄桿。 4）、人孔：人孔的數(shù)量應(yīng)根據(jù)儲罐大小及維修要求設(shè)置。通常在罐頂設(shè)1個人孔,在罐壁設(shè)1個或多個人孔。人孔應(yīng)設(shè)在方便操作的位置,并避開罐內(nèi)附件。對內(nèi)浮頂儲罐,在其固定頂上應(yīng)設(shè)置不少于1個DN500mm或DN600mm的人孔；在內(nèi)浮頂上應(yīng)設(shè)置不少于1個DN600mm的人孔;在內(nèi)浮頂支撐高度以上及以下的罐壁上宜各設(shè)不少于1個DN600mm的人孔。 5）、導(dǎo)向防轉(zhuǎn)裝置：導(dǎo)向管可以兼作量液管，多用于鋼制內(nèi)浮頂罐，鋁制內(nèi)浮頂多采用鋼絲繩作為導(dǎo)向防轉(zhuǎn)裝置。 6）、防雷和防靜電接地：對于爆炸危險場所,儲罐應(yīng)按規(guī)范要求做防雷和防靜電接地設(shè)計。鋼制儲罐的防雷接地裝置可兼作防靜電接地用。其主要作用是使浮頂和儲罐保持相等的電位，防止靜電的危害，保證儲罐安全運轉(zhuǎn)。 浮管式鋁制內(nèi)浮頂罐的主要附件包括：浮頂支柱、密封裝置、導(dǎo)靜電裝置、真空閥、防旋轉(zhuǎn)裝置、量油孔、人孔、油品入口擴散管、罐壁通氣孔、罐頂通氣孔等。 2.8.2 汽油罐的安全設(shè)施 對于輕油罐配備的專用附件有：呼吸閥擋氣板、防火器、機械呼吸閥、泡沫發(fā)生器、液壓安全閥。其作用分別如下： 1）、吸閥擋氣板：防止空氣進入油罐時直沖油面，油面上的油品蒸汽氣體層就不會被沖散，因此可減少油品的蒸發(fā)損耗。 2）、防火器：防火器又稱油罐阻火器，是油罐的防火安全設(shè)施，它裝在機械呼吸閥或液壓安全閥下面，內(nèi)部裝有許多銅、鋁或其它高熱容金屬制成的絲網(wǎng)或皺紋板。當外來火焰或火星萬一通過呼吸閥進入防火器時，金屬網(wǎng)或皺紋板能迅速吸收燃燒物質(zhì)的熱量，使火焰或火星熄滅，從而防止油罐著火。它的作用有二，一是吸熱，使燃燒氣體的溫度降到閃點以下，將火焰熄滅。二是隔火，使火焰，火花不至于進入油罐。 3）、機械呼吸閥：調(diào)整儲油罐的壓力。 4）、泡沫發(fā)生器：當混合氣液沿管道流過泡沫發(fā)生器孔板時，突然節(jié)流，流速隨之增大，造成負壓，使大量空氣吸入泡沫發(fā)生器內(nèi)，形成空氣泡沫，將火熄滅。 5）、液壓安全閥：選用呼吸閥時應(yīng)同時選用直徑相同的液壓安全閥，液壓安全閥是為提高油罐更大安全使用性能的又一重要設(shè)備，它的工作壓力比機械呼閥要高出5~10%。正常情況下，它是不動的，當機械呼吸閥因閥盤銹蝕或卡住而發(fā)生故障或油罐收付作業(yè)異常而出現(xiàn)罐內(nèi)超壓或真空度過大時，它將起到油罐安全密封和防止油罐損壞作用。 2.8.3 物料的管線設(shè)計 1）、進料管　 儲罐進料管應(yīng)從罐體下部接入, 以免物料流入時產(chǎn)生靜電,也可使罐內(nèi)液體按一定方向流動。當可燃液體進料管需從儲罐上部接入時,應(yīng)沿罐內(nèi)壁延伸到距儲罐底200處。 2) 、出料管　 出料管應(yīng)設(shè)在罐體下部，管口高度可根據(jù)排出要求及儲存物料的清潔程度而定。對于有分水要求的油品儲罐或有雜質(zhì)沉積的物料儲罐,出料口的位置應(yīng)適當高些。清凈物料的出料口可設(shè)置在罐壁的最低點。 3) 、排凈管　 儲罐維修、清洗或變換儲存物料時,需通過排凈管排凈。排凈管接口應(yīng)設(shè)在儲罐的最低處。排凈口也可與物料出口合并使用。當排凈口設(shè)在罐底時，儲罐基礎(chǔ)要為排凈口留出安裝維修的空間。 4) 、放水管　 當儲存物料在靜置儲存中有水在罐底沉積時,應(yīng)設(shè)放水管。放水管接口設(shè)在儲罐的底部。 2.8.4 檢測控制儀表 1) 、溫度計：應(yīng)在儲罐側(cè)壁安裝就地指示溫度計。低溫常壓液體儲罐應(yīng)設(shè)溫度指示儀。對罐內(nèi)設(shè)有蒸汽加熱器的儲罐,為防止物料加熱超溫,宜設(shè)溫度控制及報警系統(tǒng)。重要的溫度高低溫報警宜引至控制室監(jiān)控。 2) 、壓力計：低溫常壓液體儲罐和設(shè)有氮封系統(tǒng)的儲罐,應(yīng)設(shè)置就地壓力計和壓力控制系統(tǒng)。重要的壓力高、低報警宜引至控制室監(jiān)控。 3) 、流量計：因生產(chǎn)管理需要,要求記錄流入、流出物料量時,應(yīng)在儲罐(或罐組)進出界區(qū)的物料管線上設(shè)置流量計,流量計應(yīng)具有指示(或記錄)累記功能。作為接納生產(chǎn)裝置界區(qū)外原料或向界區(qū)外輸出產(chǎn)品的儲罐,選用的流量計要具有足夠的精度。 4) 、液位計：各儲罐均應(yīng)設(shè)液位計。根據(jù)操作需要,液位計的功能有就地指示、液位控制和高低液位報警?？扇家后w的儲罐除設(shè)置液位計外,還應(yīng)設(shè)高低位報警器（防止過量充液造成災(zāi)害性事故）,必要時可設(shè)自動聯(lián)鎖切斷進液裝置或自動聯(lián)鎖停出料泵。 2.9 儲罐基礎(chǔ)的設(shè)計 油罐基礎(chǔ)對保證油罐安全使用有重要的意義。對于內(nèi)浮頂罐來說，如果儲罐基礎(chǔ)出現(xiàn)過大的偏斜沉降，儲罐罐壁將隨之變形，使圓形的罐壁筒圈呈橢圓形，從而影響浮頂?shù)纳?。儲罐基礎(chǔ)受荷載作用后變形的控制，是儲罐基礎(chǔ)設(shè)計中應(yīng)重點考慮的問題。為了滿足油罐的安裝精度，油罐基礎(chǔ)的承載能力及沉陷量必須符合使用要求。 2.9.1 儲罐基礎(chǔ)的選型 儲罐基礎(chǔ)的選型，應(yīng)根據(jù)儲罐的形式、容積、地質(zhì)條件、材料供應(yīng)情況、業(yè)主要求及施工技術(shù)條件、地基處理方法和經(jīng)濟合理性等條件綜合考慮。 根據(jù)油罐基礎(chǔ)破壞機理及其使用要求可將它分為3類：①護坡式基礎(chǔ);②環(huán)墻式基礎(chǔ);③外環(huán)墻式基礎(chǔ)。 當儲罐直徑D＞8m時，基底壓力一般超過100，通?？刹捎铆h(huán)墻式基礎(chǔ),亦可采用護坡式基礎(chǔ)。其優(yōu)點是混凝土用量省，但必須進行充水預(yù)壓，增加施工周期，基礎(chǔ)沉降量大。由于湖北地區(qū)的場地為二類場地，綜合以上因素選擇環(huán)墻式基礎(chǔ)，如圖8。這種基礎(chǔ)有如下優(yōu)點： 1) 、罐壁座落在環(huán)墻上，環(huán)墻為罐壁底端提供了一個平整支承面，利于罐壁安裝達到標準規(guī)定的精度； 2) 、環(huán)墻平面抗彎剛度較大，能很好調(diào)整地基不均勻沉降，使罐壁避免了局部應(yīng)力集中現(xiàn)象； 圖8 環(huán)墻式基礎(chǔ) 3) 、基礎(chǔ)本身穩(wěn)定性好，抗震能力強。 2.9.2 汽油儲罐基礎(chǔ)的處理 1、常溫儲罐基礎(chǔ)必須在砂墊層上面鋪設(shè)厚度為100mm的瀝青砂層，亦稱絕緣層，其功能是隔潮以保護儲罐底板，瀝青砂層鋪設(shè)時要分格，呈放射形，瀝青砂層的配比及施工要點見防腐蝕施工驗收規(guī)范。 2、儲罐基礎(chǔ)設(shè)計一般可不考慮地震力，因儲罐與基礎(chǔ)通常不用錨栓連結(jié)。除非當儲罐直徑大，又是大風(fēng)地區(qū)，為避免大風(fēng)時將空罐吹動，才設(shè)置錨栓。儲罐底板的錨栓孔，建議開大孔，地震時能使罐體產(chǎn)生水平移動，消除地震能量。