石油化工裝置中儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)分析

李琳　楊孟虎　楊躍進(jìn)

摘 要：儲(chǔ)罐作為石油化工設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在大型油罐數(shù)量逐年遞增的同時(shí)，伴隨高強(qiáng)鋼的應(yīng)用儲(chǔ)罐容量也隨之增加，其具有大直徑、重荷載等特點(diǎn)。本文以石油化工裝置中大型油罐為例，對(duì)大型儲(chǔ)罐優(yōu)勢(shì)、儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析與研究，以期全面提升設(shè)計(jì)合理性。

關(guān)鍵詞：石油化工裝置；儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)技術(shù)；大型儲(chǔ)罐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.081

1 大型儲(chǔ)罐的優(yōu)勢(shì)

地上油罐、地下或半地下油罐等為大型油罐的形式，在國(guó)內(nèi)最常見的為外浮頂油罐形式的地上大型油罐。選取該類型儲(chǔ)罐，有利于鋼材節(jié)約、占地面積減少、油罐附件減少等。具體如下：

（1）大型化有利于鋼材節(jié)約。以一臺(tái)儲(chǔ)罐為例，罐容積增加，表面積則相對(duì)較小，單位容積用鋼量也就會(huì)減少，也就說(shuō)明儲(chǔ)罐容積和耗材量間存在反比例關(guān)系。

（2）大型化有利于占地面積減少。儲(chǔ)罐占地面積對(duì)石油化工企業(yè)的大型化極為重要。罐區(qū)占地面積應(yīng)與防火堤有效容積需求相符，且罐間距也應(yīng)符合防火距離規(guī)定。根據(jù)現(xiàn)階段儲(chǔ)罐區(qū)防火規(guī)定，在石油化工企業(yè)儲(chǔ)備能力一致的前提下，若干大型儲(chǔ)罐和若干小罐成組排列將大大節(jié)省占地所需面積。

（3）大型化有利于操作維護(hù)管理。在操作檢尺維護(hù)和消防等方面，相比大量小罐，少數(shù)大罐更為便利。

（4）大型化有利于油罐附件節(jié)約。在不改變總罐容量的基礎(chǔ)上，單臺(tái)罐容量增加可達(dá)到油罐臺(tái)數(shù)降低的目的，且能夠?qū)艿琅浼x表、閥門用量進(jìn)行相應(yīng)減少，也可達(dá)到泄漏點(diǎn)減少的作用。

2 石油化工裝置中儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

2.1 材料選擇

隨著大型化儲(chǔ)罐的快速發(fā)展，對(duì)材料要求越來(lái)越高。為防止底層罐壁厚度過(guò)大，產(chǎn)生整體熱處理或焊接問(wèn)題，在設(shè)計(jì)大型儲(chǔ)罐時(shí)往往選取高強(qiáng)度鋼鋼板。通常選取490Mpa級(jí)高強(qiáng)度鋼板作為大型化儲(chǔ)罐鋼材，此類材料具有較高強(qiáng)度、良好韌性與焊接性能等優(yōu)點(diǎn)。以12MnNiVR高強(qiáng)度鋼板為例分析，鋼板需做好拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等。通過(guò)氣電立焊、埋弧焊等方式后，所有鋼板焊接接頭熱影響區(qū)沖擊功平均值必須控制在47J以上，每個(gè)值需控制在33J以上。

2.2 厚度計(jì)算

于大型儲(chǔ)罐而言，在罐體整體質(zhì)量相比，罐壁鋼材質(zhì)量所占比例為其35%—50%，按照剛性需求可對(duì)罐底板等構(gòu)件厚度的確定，通常該厚度變化不大。要求嚴(yán)格遵循具體承受應(yīng)力對(duì)罐壁板厚度進(jìn)行計(jì)算。一般選取定點(diǎn)法對(duì)罐壁厚度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，針對(duì)各層罐壁，其罐壁板下端向上30cm位置的靜壓力為標(biāo)準(zhǔn)，作為此層罐壁板設(shè)計(jì)壓力對(duì)罐壁板厚度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。隨著社會(huì)的發(fā)展，也可選取變?cè)O(shè)計(jì)點(diǎn)法對(duì)罐壁厚度進(jìn)行計(jì)算，12MnNiVR高強(qiáng)度鋼板作為罐壁下部材料，選取Q235B鋼板作為罐壁上部材料，兩者之間過(guò)渡可選取Q345R鋼板。

2.3 結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)

（1）儲(chǔ)罐罐底結(jié)構(gòu)形式。正圓錐形罐底、倒圓錐形罐底等為儲(chǔ)罐罐底的主要結(jié)構(gòu)類型。其中正圓錐形為正圓錐形罐底與其基礎(chǔ)，其特點(diǎn)為中間高、周圍低，施工過(guò)程中15%為其基礎(chǔ)坡度，穩(wěn)定基礎(chǔ)沉降后錐面坡度必須控制在8%以上。此類罐底附近具有較低部位，與排除污泥雜質(zhì)、存液需求相符。

（2）罐底板間連接形式。搭接、帶墊板對(duì)接作為大型罐底板連接形式，遵循1：3斜率規(guī)定，在邊緣板和中幅板對(duì)接接頭位置，對(duì)邊緣板實(shí)行削邊作業(yè)，確保焊接位置2相焊件厚度相同，以此對(duì)墊板對(duì)中幅板變形產(chǎn)生率有效降低。

（3）罐底邊緣板。選取和底圈罐壁材料相同的鋼板作為罐壁連接罐底邊緣板，如12MnNiVR高強(qiáng)度鋼板。選取國(guó)產(chǎn)碳鋼板Q235B作為罐底中幅板。

作為應(yīng)力集中峰值區(qū)，罐壁和罐底邊緣板之間的焊縫呈現(xiàn)T形角，其對(duì)液壓產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力、彎曲應(yīng)力進(jìn)行承載，且對(duì)地震、風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩、剪切力等加以承受。在罐內(nèi)液位升高、降低的過(guò)程中，其焊縫附近底板極易出現(xiàn)彈性變形現(xiàn)象，這種情況下，高應(yīng)力循環(huán)疲勞破壞問(wèn)題將大量出現(xiàn)，因此不能選取全焊透結(jié)構(gòu)作為其焊縫。同時(shí)，因節(jié)點(diǎn)具有較小剛性，需做好相應(yīng)措施，如焊接結(jié)構(gòu)、焊接工藝等，對(duì)大角焊縫位置的峰值應(yīng)力盡量減少，確保其具備良好的柔韌性。除此之外，還需與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，在設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐時(shí)，選取等邊角焊方式作為儲(chǔ)罐外側(cè)，選取不等邊角焊的方式作為內(nèi)側(cè)。

（4）浮頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。作為石油化工裝置儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，浮頂結(jié)構(gòu)形式選擇是否合理，對(duì)儲(chǔ)罐運(yùn)行的安全性極為重要。雙盤式與單盤式浮頂為最常用的結(jié)構(gòu)形式。以安全性、經(jīng)濟(jì)性原則分析，可選取雙盤式浮頂設(shè)計(jì)。邊緣板、浮頂?shù)装宓葹殡p盤式浮頂?shù)闹饕獦?gòu)成部分，79500mm為浮頂直徑，790mm為外邊緣高度，沿徑向浮頂通過(guò)隔板進(jìn)行六部分劃分，通過(guò)隔板將最外圈進(jìn)行28個(gè)艙劃分…。以水平方式安設(shè)浮頂?shù)装澹琖形為浮頂頂板形式，15/1000為坡度，其中坡度較高位置為浮頂中央、邊緣位置，這樣可防止浮頂最低位置具有較小浮頂厚度，為施工提供便利。

2.4 焊接

儲(chǔ)罐施工前，需評(píng)定各個(gè)位置的焊接工藝，且做好各項(xiàng)試驗(yàn)，如拉伸、沖擊等，以此對(duì)焊接接頭、熱影響區(qū)的力學(xué)性能進(jìn)行確定。在對(duì)罐壁環(huán)焊縫焊接前，需沿環(huán)向在焊縫內(nèi)側(cè)上下進(jìn)行一圈電加熱片設(shè)置且實(shí)施加熱作業(yè)。在100到150攝氏度之間控制加熱溫度，焊縫2邊100mm以內(nèi)為加熱區(qū)域。同時(shí)，通過(guò)自動(dòng)焊小車自帶火焰加熱器對(duì)罐壁內(nèi)側(cè)進(jìn)行加熱，以確保焊道不存在水分，以此對(duì)預(yù)熱溫度進(jìn)行有效控制。焊接工藝參數(shù)、層間溫度等為焊接控制的主要內(nèi)容。要求嚴(yán)格控制埋弧自動(dòng)焊焊接參數(shù)，降低對(duì)焊縫質(zhì)量的影響程度。

2.5 全柔性軟管排水形式設(shè)計(jì)

與浮力相比，軟管重量設(shè)計(jì)值應(yīng)在其120%到130%之間，如軟管重量不足，需調(diào)整配重。軟管配重塊布置可分區(qū)間進(jìn)行，與底部越接近密度越高。在攪拌器應(yīng)用時(shí)，具有較高浮盤高度，攪拌器才能正常運(yùn)行，該情況下軟管為拉直狀況。在旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器應(yīng)用過(guò)程中，沿噴射液流噴射方向可進(jìn)行軟管布置，以此對(duì)液流對(duì)軟管的作用面積進(jìn)行有效降低，降低對(duì)軟管空間形狀的影響。如大幅度降低浮盤，軟管下部可接觸罐底，由于下部液流重量大軟管無(wú)法推動(dòng)，此時(shí)上部軟管依然位于拉伸狀況。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)石油化工行業(yè)也取得了快速發(fā)展。大型儲(chǔ)罐裝置的合理應(yīng)用，對(duì)確保設(shè)備運(yùn)作安全、提升工作效率具有重要意義。為確保其正常運(yùn)行，必須做好儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，必須對(duì)其設(shè)計(jì)技術(shù)水平進(jìn)行全面提高，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)石油化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉巨保，許蘊(yùn)博.基于GB-50341標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的立式拱頂儲(chǔ)罐弱頂結(jié)構(gòu)分析與評(píng)價(jià)[J].化工機(jī)械，2011（04）.