大型化工儲罐的設計探討

張艷博，劉 環

中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設計院

大型化工儲罐的設計探討

張艷博，劉 環

中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設計院

文章簡要介紹了化工行業大型儲罐設計的特點，同時就設計中一些重點問題進行的分析討論。

化工；儲罐；設計

前言

近年隨著我國化工產業的快速發展，國內石油工業，石油化工、物流運輸等行業擁有的5000立方米以上的大型儲罐數量已經突破萬臺。小壓力儲罐在原油和大宗化學品的儲存和流通中意義重大。伴隨重工業支柱和運輸行業的蓬勃進展,對儲罐的需求出現較大幅度增長。雖然大型立式化工金屬儲罐可以成為較大的危險源,但是由于這類設備通常均為常壓,不能算特種設備,從而導致了在設計方面和施工方面一些疏忽和盲點。在工程進度監督管理、工程質量評定，還有安全事故調查過程中,作者在工作實踐中多次發現由于設計和施工方面的問題，建設單位不能按規定完成施工，同時沒有進行相應的監督管理，導致較為嚴重的后果。所以，從工程施工監督的角度看，大型化工金屬儲罐設計中有許多問題需要引起重視。

1 罐體的設計與調試

大容量化工金屬儲罐通常運用取立式圓筒型模式，一般用常壓設計，通常由頂層板，隔板與底層結構，通常通過施工組焊完成，隔板大都使用銜接，底層大多用搭接技術，同時頂板也有偶爾的運用。建構模式一般是事先裝配，現場焊接，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等配件，依據工藝的需求可以通過設置調整加熱裝置，必要的情況下實施保溫和絕熱措施，用于石油氣體，烯類物質，天然氣等氣體物質的大型低溫儲罐,此類儲存介質的常壓液化溫度在零下四十五攝氏度，可以分類為低溫設備，依據介質的常壓液化溫度的使用環境，這個結構可以用單層結構實現低溫儲，同時也可以用雙層模式低溫儲罐，近年來雙層結構應用居多，在雙層模式低溫罐體中，同時加強鋼制表面結構與鋼筋加固外層結構，目前常用的鋼筋加固外罐夾層的底層的拱蓋雙加固結構，儲蓄天然氣等液化介質的內筒通常是壓容器，罐的底層由于多層鋼板和保冷設施構成，在最下底層和不銹鋼防潮隔板，中層隔板為低溫專用材料，每兩層隔板的間鋪要安裝泡沫玻璃磚保證溫度，外層是焊接工藝和預應鋼筋的結構復合防潮焊接裝置，隔層填充砂礫產生堆積效應實現絕熱同時實施氮保護，頂層是隔熱層和金屬圓頂,圓頂部位層澆注混凝土處理。

2 安全系統的設計對策

罐區建設場地按地質環境可分為常規場地，軟土和山區場地，還有填土、濕陷性黃土、凍脹土、鹽漬土等如特殊場地等情況。一般情況下場地可以使用天然地基，復合地基結合打樁工藝,具體施工要結合地質勘察結果。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也是需要考慮的因素，同時經濟性選擇行也很重要。軟土由于種類多，環境復雜，物理力學性能比較難于分析,軟土通常所具有承載能力低，壓縮值高和透水性差等特點。軟土地基上的儲罐經常會由于地基強度和變形嚴重不能達到正常使用的要求,造成使用壽命短等問題，必須采取相應的措施實施地基加固。

山區場地也是我國常見的類型，山區地質環境多變，土層分布不均勻變化多端，所以設計儲罐地基時必須充分相關的因素,尤其要注意所選地區有無滑坡與斷層問題，還有巖洞的發育程度。大規模泥石流出現的可能等，主要是解決地基的穩定性問題，確保罐體不會出現傾斜，場地情況比較特殊的個案，要注意詳細的討論分析。儲罐地基類型通常可分為淺層基礎如斜坡保護式，外圍環繞墻式與環墻式，還有深基礎如基礎打樁，混凝土墩基礎，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有樁基，預壓加固法，墊層加固法，水泥固結，振沖強夯工藝。每一種地基處理工藝都有各自的適用范圍與局限條件，通常對深度比較大的地基環境，通常運用鋼筋混凝土樁實施加固，對深度較小同時水含量與縫隙比較大的不穩定地基使用砂礫加固，石灰樁與凝結技術，堆載預壓的技術。

3 儲罐液位儀表的設計原理

從發射到反射再到接收，是雷達液位計的工作反饋過程，雷達感應器的天線用波束的模式發射電磁波信息，發射的信號在被測物質的表面完成反射過程，反饋出來的回波信息被天線捕獲，輸出和反饋波長的各個環節都采取超聲收集的模式實施采集，加密信息通過智能處理系統解碼后得得到介質和探頭實際存在距離，最后端顯示器可以把信號可視化，完成報警等功能。雷達液位計輸出頻率較低同時波長極短的微波信號，通過無線電設備發射完成輸入，進入雷達波運行模式。運行過程可以從電子部件與轉換成模擬信息，這是一種比較領先的時間延伸模式，可以保證在較短時間內，穩定同時準確的完成監視。

4 儲罐防腐設計

鋼結構化工儲罐，尤其是大型化工儲罐底板腐蝕速度較快。施工頻率比較高，儲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潰瘍狀腐敗。儲罐底部的防腐工藝通常有涂料防腐蝕和電極保護，其中可以分為犧牲電極保護與額外電流陰極保險等方法。涂料防腐蝕的具體方法是將涂層鍍金以便于介質隔離，起到保護儲罐的作用。但是因為涂層本身有很危險的空隙，老化過程又會出現龜裂開裂等問題，如果施工質量控制出現問題，甚至存在砂眼等問題,暴露在空氣中的金屬就無形中變成一個小陽極,而涂層部分則變成了陰極,局部會出現嚴重的電化學腐蝕，表面涂層就會遭到破壞，單一的采用涂料保護不能達到很好的防腐效果。所以,從工藝成本與安全方面的考慮,大型儲罐底層板在使用涂料保護的同時。加裝陰極保護有很重要的意義，這樣裸露的金屬可以獲得較好的電流保護，也就彌補涂層的設計缺陷，是罐底防腐蝕目前性價比最高的方法之一。因為不同的儲罐外底板的環境條件有較大差異，需要排除陰極保護過程的標準化誤區,專業設計積極參與，項目的具體情況具體分析，完成具體的保護措施。

[1]陸軍,保證大型化工金屬儲罐工程安全運行的設計對策.中國設備工程.2008 02.

[2]吳旭翔李宏大型石油化工罐區儲罐液位儀表的設計及應用當代化工2013 06

[3]陸軍,金雅嬌.大型立式化工金屬儲罐設計若干問題的探討遼寧化工2007 05

[4]趙昌富.化工儲罐消防系統設計和計算.化工設計通訊.2008 09.