大型化工儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)探討

張艷博，劉 環(huán)

中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院

大型化工儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)探討

張艷博，劉 環(huán)

中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院

文章簡(jiǎn)要介紹了化工行業(yè)大型儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，同時(shí)就設(shè)計(jì)中一些重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行的分析討論。

化工；儲(chǔ)罐；設(shè)計(jì)

前言

近年隨著我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)石油工業(yè)，石油化工、物流運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)擁有的5000立方米以上的大型儲(chǔ)罐數(shù)量已經(jīng)突破萬(wàn)臺(tái)。小壓力儲(chǔ)罐在原油和大宗化學(xué)品的儲(chǔ)存和流通中意義重大。伴隨重工業(yè)支柱和運(yùn)輸行業(yè)的蓬勃進(jìn)展,對(duì)儲(chǔ)罐的需求出現(xiàn)較大幅度增長(zhǎng)。雖然大型立式化工金屬儲(chǔ)罐可以成為較大的危險(xiǎn)源,但是由于這類設(shè)備通常均為常壓,不能算特種設(shè)備,從而導(dǎo)致了在設(shè)計(jì)方面和施工方面一些疏忽和盲點(diǎn)。在工程進(jìn)度監(jiān)督管理、工程質(zhì)量評(píng)定，還有安全事故調(diào)查過(guò)程中,作者在工作實(shí)踐中多次發(fā)現(xiàn)由于設(shè)計(jì)和施工方面的問(wèn)題，建設(shè)單位不能按規(guī)定完成施工，同時(shí)沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)督管理，導(dǎo)致較為嚴(yán)重的后果。所以，從工程施工監(jiān)督的角度看，大型化工金屬儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中有許多問(wèn)題需要引起重視。

1 罐體的設(shè)計(jì)與調(diào)試

大容量化工金屬儲(chǔ)罐通常運(yùn)用取立式圓筒型模式，一般用常壓設(shè)計(jì)，通常由頂層板，隔板與底層結(jié)構(gòu)，通常通過(guò)施工組焊完成，隔板大都使用銜接，底層大多用搭接技術(shù)，同時(shí)頂板也有偶爾的運(yùn)用。建構(gòu)模式一般是事先裝配，現(xiàn)場(chǎng)焊接，后期防腐保溫，在箱體和頂層的位置裝備噴淋和呼吸閥系統(tǒng)等配件，依據(jù)工藝的需求可以通過(guò)設(shè)置調(diào)整加熱裝置，必要的情況下實(shí)施保溫和絕熱措施，用于石油氣體，烯類物質(zhì)，天然氣等氣體物質(zhì)的大型低溫儲(chǔ)罐,此類儲(chǔ)存介質(zhì)的常壓液化溫度在零下四十五攝氏度，可以分類為低溫設(shè)備，依據(jù)介質(zhì)的常壓液化溫度的使用環(huán)境，這個(gè)結(jié)構(gòu)可以用單層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低溫儲(chǔ)，同時(shí)也可以用雙層模式低溫儲(chǔ)罐，近年來(lái)雙層結(jié)構(gòu)應(yīng)用居多，在雙層模式低溫罐體中，同時(shí)加強(qiáng)鋼制表面結(jié)構(gòu)與鋼筋加固外層結(jié)構(gòu)，目前常用的鋼筋加固外罐夾層的底層的拱蓋雙加固結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)蓄天然氣等液化介質(zhì)的內(nèi)筒通常是壓容器，罐的底層由于多層鋼板和保冷設(shè)施構(gòu)成，在最下底層和不銹鋼防潮隔板，中層隔板為低溫專用材料，每?jī)蓪痈舭宓拈g鋪要安裝泡沫玻璃磚保證溫度，外層是焊接工藝和預(yù)應(yīng)鋼筋的結(jié)構(gòu)復(fù)合防潮焊接裝置，隔層填充砂礫產(chǎn)生堆積效應(yīng)實(shí)現(xiàn)絕熱同時(shí)實(shí)施氮保護(hù)，頂層是隔熱層和金屬圓頂,圓頂部位層澆注混凝土處理。

2 安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)策

罐區(qū)建設(shè)場(chǎng)地按地質(zhì)環(huán)境可分為常規(guī)場(chǎng)地，軟土和山區(qū)場(chǎng)地，還有填土、濕陷性黃土、凍脹土、鹽漬土等如特殊場(chǎng)地等情況。一般情況下場(chǎng)地可以使用天然地基，復(fù)合地基結(jié)合打樁工藝,具體施工要結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果。地基承載符合特征值等情況具體分析,地基土層承載極限,沉降能力與沉降系數(shù)也是需要考慮的因素，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性選擇行也很重要。軟土由于種類多，環(huán)境復(fù)雜，物理力學(xué)性能比較難于分析,軟土通常所具有承載能力低，壓縮值高和透水性差等特點(diǎn)。軟土地基上的儲(chǔ)罐經(jīng)常會(huì)由于地基強(qiáng)度和變形嚴(yán)重不能達(dá)到正常使用的要求,造成使用壽命短等問(wèn)題，必須采取相應(yīng)的措施實(shí)施地基加固。

山區(qū)場(chǎng)地也是我國(guó)常見(jiàn)的類型，山區(qū)地質(zhì)環(huán)境多變，土層分布不均勻變化多端，所以設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐地基時(shí)必須充分相關(guān)的因素,尤其要注意所選地區(qū)有無(wú)滑坡與斷層問(wèn)題，還有巖洞的發(fā)育程度。大規(guī)模泥石流出現(xiàn)的可能等，主要是解決地基的穩(wěn)定性問(wèn)題，確保罐體不會(huì)出現(xiàn)傾斜，場(chǎng)地情況比較特殊的個(gè)案，要注意詳細(xì)的討論分析。儲(chǔ)罐地基類型通?？煞譃闇\層基礎(chǔ)如斜坡保護(hù)式，外圍環(huán)繞墻式與環(huán)墻式，還有深基礎(chǔ)如基礎(chǔ)打樁，混凝土墩基礎(chǔ)，沉降井與地下不間斷圍墻等。目前比較常用的地基處理技術(shù)有樁基，預(yù)壓加固法，墊層加固法，水泥固結(jié)，振沖強(qiáng)夯工藝。每一種地基處理工藝都有各自的適用范圍與局限條件，通常對(duì)深度比較大的地基環(huán)境，通常運(yùn)用鋼筋混凝土樁實(shí)施加固，對(duì)深度較小同時(shí)水含量與縫隙比較大的不穩(wěn)定地基使用砂礫加固，石灰樁與凝結(jié)技術(shù)，堆載預(yù)壓的技術(shù)。

3 儲(chǔ)罐液位儀表的設(shè)計(jì)原理

從發(fā)射到反射再到接收，是雷達(dá)液位計(jì)的工作反饋過(guò)程，雷達(dá)感應(yīng)器的天線用波束的模式發(fā)射電磁波信息，發(fā)射的信號(hào)在被測(cè)物質(zhì)的表面完成反射過(guò)程，反饋出來(lái)的回波信息被天線捕獲，輸出和反饋波長(zhǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都采取超聲收集的模式實(shí)施采集，加密信息通過(guò)智能處理系統(tǒng)解碼后得得到介質(zhì)和探頭實(shí)際存在距離，最后端顯示器可以把信號(hào)可視化，完成報(bào)警等功能。雷達(dá)液位計(jì)輸出頻率較低同時(shí)波長(zhǎng)極短的微波信號(hào)，通過(guò)無(wú)線電設(shè)備發(fā)射完成輸入，進(jìn)入雷達(dá)波運(yùn)行模式。運(yùn)行過(guò)程可以從電子部件與轉(zhuǎn)換成模擬信息，這是一種比較領(lǐng)先的時(shí)間延伸模式，可以保證在較短時(shí)間內(nèi)，穩(wěn)定同時(shí)準(zhǔn)確的完成監(jiān)視。

4 儲(chǔ)罐防腐設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)化工儲(chǔ)罐，尤其是大型化工儲(chǔ)罐底板腐蝕速度較快。施工頻率比較高，儲(chǔ)罐底部隔板表面的腐蝕的典型模式通常是表面減薄程度不均勻出現(xiàn)潰瘍狀腐敗。儲(chǔ)罐底部的防腐工藝通常有涂料防腐蝕和電極保護(hù)，其中可以分為犧牲電極保護(hù)與額外電流陰極保險(xiǎn)等方法。涂料防腐蝕的具體方法是將涂層鍍金以便于介質(zhì)隔離，起到保護(hù)儲(chǔ)罐的作用。但是因?yàn)橥繉颖旧碛泻芪ｋU(xiǎn)的空隙，老化過(guò)程又會(huì)出現(xiàn)龜裂開(kāi)裂等問(wèn)題，如果施工質(zhì)量控制出現(xiàn)問(wèn)題，甚至存在砂眼等問(wèn)題,暴露在空氣中的金屬就無(wú)形中變成一個(gè)小陽(yáng)極,而涂層部分則變成了陰極,局部會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，表面涂層就會(huì)遭到破壞，單一的采用涂料保護(hù)不能達(dá)到很好的防腐效果。所以,從工藝成本與安全方面的考慮,大型儲(chǔ)罐底層板在使用涂料保護(hù)的同時(shí)。加裝陰極保護(hù)有很重要的意義，這樣裸露的金屬可以獲得較好的電流保護(hù)，也就彌補(bǔ)涂層的設(shè)計(jì)缺陷，是罐底防腐蝕目前性價(jià)比最高的方法之一。因?yàn)椴煌膬?chǔ)罐外底板的環(huán)境條件有較大差異，需要排除陰極保護(hù)過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化誤區(qū),專業(yè)設(shè)計(jì)積極參與，項(xiàng)目的具體情況具體分析，完成具體的保護(hù)措施。

[1]陸軍,保證大型化工金屬儲(chǔ)罐工程安全運(yùn)行的設(shè)計(jì)對(duì)策.中國(guó)設(shè)備工程.2008 02.

[2]吳旭翔李宏大型石油化工罐區(qū)儲(chǔ)罐液位儀表的設(shè)計(jì)及應(yīng)用當(dāng)代化工2013 06

[3]陸軍,金雅嬌.大型立式化工金屬儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的探討遼寧化工2007 05

[4]趙昌富.化工儲(chǔ)罐消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算.化工設(shè)計(jì)通訊.2008 09.