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    浅谈十万立方米浮顶油罐设计.pdf

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    浅谈十万立方米浮顶油罐设计.pdf

    张雪铭 浅谈十万立方米浮顶油罐设计 4l 浅谈十万立方米浮顶油罐设计 张雪铭 浙江省天正设计工程有限公司杭州310012 摘要 阐述十万立方米浮顶油罐选材、罐壁设计、浮顶设计、抗风圈设计、加强圈设计、密封结构设计 和浮顶排水系统设计,并对油罐调研、设计、制造和安装过程中发现的问题进行探讨,为今后十万立方米浮顶 油罐的优化设计奠定基础。 关键词 浮顶油罐材料设计结构 大型化是石油储罐发展的必然趋势,随着大 型油罐的建设,油罐设计技术已得到了突飞猛进 的发展。材料是决定储罐大型化发展的关键因素, 十万立方米浮顶油罐罐体材料采用国产高强度钢 板12MnNiVR或08MnNiVR,避免了底圈罐壁过厚 带来的整体热处理问题和焊接问题。通过对十万 立方米浮顶油罐的设计研究,提出了详细的设计 方案,并对油罐调研、设计、制造和安装过程中 发现的问题进行探讨。 1油罐概况 通过对大型油罐建造工程的比较,采用大容 量油罐具有节省钢材、减小占地面积、便于操作 管理、减少油罐附件和节省罐区投资等优点。 根据国家发展战略储备库的需求,油罐的大型化 已成为发展趋势。国内已成功掌握了十万立方米 大型浮顶油罐设计建造技术包括生产国产高强 度钢材、油罐设计、施工及成熟的使用经验。 2油罐材料 早期十万立方米油罐用材料主要采用日本压 力容器用钢SPV49OQ高强度调制钢板【2 J。目前, 国产的高强度钢已成功用于十万立方米储罐建造 中,广泛采用的国产高强度钢有武汉钢铁集团 公司、舞阳钢铁公司等单位研制的12MnNiVR和宝 钢集团研制的08MnNiVR,其屈服强度已达到 490MPa。该材料不但强度高、韧性好、碳当量低、 焊接性能好,而且能够适用于大线能量焊接。对 于强度级别更高的材料,在国内外油罐建造上很 少使用,主要原因为①材料的可焊接性降低; ②材料的屈强比增大,不能有效地利用材料性能; ③焊接材料的匹配问题很难解决;④加剧底圈罐 壁与罐底边缘板连接处即大角焊缝的变形不 协调问题,降低油罐的安全性。因此,目前国内 10万立方米大型油罐中由强度决定的罐壁部分均 采用高强度钢板12MnNiVR或08MnNiVR,由刚度 决定的罐壁部分采用Q235B钢板,其过渡部分采 用Q345R钢板,不但解决了底圈罐壁过厚带来的 整体热处理问题和焊接问题,而且解决了从高强 度钢板到Q235B的焊接过渡问题。 3油罐设计 3.1罐壁设计 为提高材料利用率、平缓罐壁应力分布和提 高油罐安全性,目前十万立方米浮顶油罐罐壁设 计中采用最广泛的是美国石油学会标准API650中 的变设计点法,计算液位高度为储液高度。随着 油罐的大型化,底部几圈罐壁问以及底圈罐壁与 环形边缘板联接处应力状态更加复杂,因此还应 通过应力分析方法对油罐内外表面、边缘板与底 圈罐壁内外角环焊缝等处进行详细的应力分析设 计以保证油罐的安全性 J。12MnNiVR和08MnNiVR 在设计条件下壁板的许用应力为244MPa,水压试验 下壁板的许用应力为26lMPa。 3.2浮顶设计 浮顶的型式主要分为单盘式和双盘式两种。 单盘式浮顶优点钢材耗量少,造价低,抗不均 匀外载的能力强,易于发现浮顶漏油事故;缺点 单盘板易产生不均匀变形,盘板整体平整度很难 张雪铭高级工程师。1984年毕业于浙江大学化工系。长期从事化工工程设计和工程管理工作。联系电话057188362896 Emailzxmzpedi.eom。 42 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计2014,243 控制,局部变形后易集水产生腐蚀和浮顶偏沉事 故,隔热效果差。双盘式浮顶优点顶板与底板 之间的空气层起到较好的隔热作用,结构稳定性 好,顶板变形小,有利于排水;缺点钢材耗量 多,结构复杂,造价高,抗不均匀外载的能力弱。 因此,浮顶型式的选择应综合考虑建罐地区的地 理位置、腐蚀状况、操作工况、业主要求等多方 面因素。 十万立方米单盘油罐浮顶结构主要是由单盘 和环形浮舱两部分组成。为防止在风载荷作用下 单盘的疲劳破坏,控制单盘板的变形,在单盘板 下表面设置了径向和环向加强筋;为增加浮顶的 抗沉性,控制单盘板的变形,在单盘中央设置了 中央浮舱;单盘上还设置了呼吸阀和紧急排水装 置等安全附件。 浮顶设计准则按GB 503412003中第8章的 规定①当单盘式浮顶的任意两个船舱及单盘同 时泄漏、双盘式浮顶的任何两船舱同时泄漏时, 浮顶不沉没;②当排水管失效,浮顶上积存 250mm降水量时,浮顶不沉没;③在正常操作条 件下,单盘与储液之间不应存有油气空间,同时 单盘应有利于排水;④在满足以上各条件下,浮 顶应保持结构的完整性,不发生强度或稳定性 破坏。 3.3抗风圈设计 API650标准规定当储罐直径大于60m且征得 买方和制造商同意的情况下,可以按60m直径计 算抗风圈截面模数。目前十万立方米浮顶油罐抗 风圈设计中,抗风圈所需的最小截面模数按直径 60m计算。当计算所需的抗风圈最小截面模数较 大,只设一道抗风圈显得有些困难或不经济时, 抗风圈可以分为两道及两道以上安装,但相邻两 道抗风圈之间的高度间距必须在有效距离范围之 内。每道抗风圈的实际最小截面模数应大于计算 所需的最小截面模数与抗风圈道数的比值,且相 邻两道抗风圈之间的高度间距不宜大于2m,每道 抗风圈的最大宽度不宜超过1.2m。 3.4加强圈设计 按照GB 503412003标准要求进行加强圈设 计。当设置了第二道或第三道抗风圈以后,进行 加强圈设计时,应以第二道或第三道抗风圈为基 准,逐步向下核算罐壁高度,以确定加强圈的数 量、规格及位置。 3.5密封结构设计 浮顶与罐壁之间的环形空间主要依靠边缘密 封装置来保证油罐的严密性。广泛使用的密封装 置由一次密封和二次密封组成。一次密封常用的 形式主要有机械密封、管式密封、弹性材料密封。 目前,十万立方米浮顶油罐一次密封多采用弹性 材料密封,该密封结构利用泡沫材料的弹性力对 罐壁产生均匀的密封力,环形间隙适应性好;二 次密封具有挡雨板和密封双重功能。实际上原油 浮顶储罐在长期生产运行中,罐壁、浮顶变形和 一次密封的局部磨损以及建罐地区较高的平均风 速等诸多因素,都会加剧油气损耗,所以应该选 择合适的一次密封和二次密封组合。 3.6浮顶排水系统设计 目前常用的浮顶排水系统有刚性回转接头排 水系统、刚性管柔性接头排水系统枢轴式 和全柔性排水系统柔性软管三种形式。这三 种形式的排水系统都得到了广泛应用,基本上都 能满足浮顶排水的要求。根据多年的使用经验, 2000年后的十万立方米浮顶油罐的浮顶排水系统 多采用全柔性排水系统。柔性软管具有以下优点 不受浮盘侧向作用力影响、连接接头少、渗漏点 少、安装和更换方便。 柔性软管排水系统的设计主要考虑以下三点 ①。两根软管分别为左旋和右旋,不会发生相互干 扰;②软管应进行合理的配重设计,保证软管悬 垂,确保软管不会受到液流的作用而飘荡。③应 在距离软管较近的位置安装支柱保护架,以保证 浮盘升降过程中软管不会与浮盘支柱发生碰撞而 被支柱扎破。 4问题探讨 1前些年设计的十万立方米原油储罐浮盘 一次密封形式大多采用进口的机械密封结构。但 从发生的几起雷击着火事故来看,机械密封由于 结构和制造材料等原因,发生雷击的几率高,故 采用机械密封严重影响了储罐的安全性能。目前 新设计的十万立方米油罐,机械密封形式已很少 采用。 2为了降低一、二次密封环形空腔内的油 气浓度,可设计相关结构以增加氮气稀释功能, 使一、二次密封环形空腔内的油气浓度达不到爆 炸下限。 下转第46页 46 , CIⅢMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计2014,243 上接第42页 3全柔性排水系统柔性软管应选用有 实际使用经验厂家的产品。业主若考虑价格等因 素而选择缺少实际使用经验的生产厂家,柔性软 管可能在试验过程中空间运动轨迹不确定,导致 软管褶皱,造成时间和费用的浪费。因此,建议 选择有长期成功实际使用经验厂家的产品。 4浮顶支柱布置应均匀,浮顶支柱之间的 距离不宜超过6m,设计时根据柔性软管厂家的安 装要求调整软管附近的支柱位置。 5要求安装、施工单位严格按照设计要求, 对高强度钢材的力学性能、化学性能进行材料 复验。 5结语 材料是决定储罐大型化发展的关键因素。十 万立方米浮顶油罐罐体材料采用国产高强度钢板 12MnNiVR或08MnNiVR,避免了底圈罐壁过厚带 来的整体热处理问题和焊接问题。 就十万立方米浮顶油罐调研、设计、制造和 安装过程中发现的问题进行的深人探讨及提出的 合理建议,为今后设计提供指导。 参考文献 1徐英,杨一凡,朱萍等.球形和大型储罐[M].北 京化学工业出版社,20o5. 2傅伟庆,武铜柱,许莉.大型浮顶油罐技术发展[J]. 化工设备与管道,2013,50415. 3 API 650,钢制焊接油罐[s]. 4 GB 5073720l1,石油储备库设计规范[s]. 5 GB 503412003,立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范 [S]. 收稿日期20140401

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