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1、1500 m 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 3 1500m3儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 1綜述 1.1國(guó)內(nèi)外汽油儲(chǔ)罐的發(fā)展概況 長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)庫(kù)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(shí)存在“小呼吸” 和“大呼吸”，油品蒸發(fā)損耗較大，而且 會(huì)因?yàn)橛蜌庖萆⒌娇諝庵性斐森h(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(wèn)題。人們最初關(guān)心的是經(jīng)濟(jì)損失和安全， 近年來(lái)還關(guān)心生態(tài)、環(huán)境保護(hù)方面的問(wèn)題。為了較經(jīng)濟(jì)有效地解決這個(gè)問(wèn)題，世界 上發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、法國(guó)、前蘇聯(lián)早在五、六十年代相繼開始研制浮頂油罐。我國(guó) 直到70年代末期才開始研制。由于浮頂罐能降低損耗，減

2、少環(huán)境污染，主要用于儲(chǔ) 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(chǔ)存原油。 1955年前后，第一次實(shí)際采用塑料泡沫浮頂這個(gè)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(guó)還研制了由硬聚氯乙烯浮動(dòng)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300622m3容量的儲(chǔ)罐裝配了合成材料做的內(nèi)蓋。1962年美 國(guó)在組瓦克建有世界上最大直徑為 187ft(61.6m)的帶蓋浮頂罐。至V 1972年美國(guó)已建 造了 600多個(gè)內(nèi)浮頂油罐。 由于塑料

3、浮頂耐溫較差及使用壽命等問(wèn)題，從20世紀(jì)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(diǎn)，但強(qiáng)度較差,有的價(jià)格 較貴,使其應(yīng)用受到限制。20世紀(jì)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(dá)到 96%,而且現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)的動(dòng)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(jì)和發(fā)展內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐， 19

4、78年美國(guó)API650附錄H對(duì)內(nèi)浮盤的分類、設(shè)計(jì)、安裝、檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)荷載、浮力 第7頁(yè)共38頁(yè) 要求等作了一系列的修訂和改進(jìn)。 國(guó)內(nèi)于20世紀(jì)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(jì)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(guó)內(nèi)3000m3鋁盤儲(chǔ)罐投入使用，通過(guò)測(cè)試蒸發(fā)損耗標(biāo)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(guò)長(zhǎng)時(shí)期的使用及探索，近年來(lái)，內(nèi)浮頂?shù)目傮w結(jié)構(gòu)有了較大改進(jìn)，相繼開發(fā)了 多種新型的裝配式鋁浮頂，使內(nèi)浮頂儲(chǔ)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

5、頂。在用的罐，當(dāng)需要改造成內(nèi)浮頂罐時(shí)，采用鋁制內(nèi)浮頂 是最佳的選擇。 1.2儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)型式的選擇 油品儲(chǔ)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(chǔ)存期間 變質(zhì)，減輕大氣污染與火災(zāi)的危險(xiǎn)性，同時(shí)還要考慮經(jīng)濟(jì)合理。 控制和減少儲(chǔ)液的蒸發(fā)是儲(chǔ)罐技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方面。油品在儲(chǔ)存過(guò)程中的 蒸發(fā)損失不僅可以造成儲(chǔ)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(chǔ)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(fèi)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(chǔ)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(chǔ)

6、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(chǔ)存汽油，柴油的儲(chǔ)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1000m3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(duì)固定頂與內(nèi)浮 頂油罐的選型進(jìn)行分析比較，當(dāng)土地價(jià)格與地基處理費(fèi)用較高時(shí)，從經(jīng)濟(jì)合理性上來(lái) 講,選用內(nèi)浮頂油罐是恰當(dāng)?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(kù)的占地面積，選用內(nèi)浮頂罐最合適。 1.3內(nèi)浮頂儲(chǔ)

7、罐概述 1.3.1內(nèi)浮頂罐的構(gòu)成及特點(diǎn) 3 內(nèi)浮頂儲(chǔ)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(bào)警器等組成。為避免浮頂漏損沉沒(méi)，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(chǔ)罐在美國(guó)石油學(xué)會(huì)（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(chǔ)罐在國(guó)內(nèi)均稱為內(nèi)浮頂 儲(chǔ)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(jìn)入 罐內(nèi)。由于具有浮頂罐和拱頂罐

8、的優(yōu)點(diǎn)，這種罐主要用于儲(chǔ)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(gè) 固定頂，這對(duì)改善油品的儲(chǔ)存條件，特別是防止雨水雜質(zhì)進(jìn)入油罐和減緩密封圈的 老化有利。同時(shí)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(shí)兼有固定 頂油罐和浮頂油罐的特點(diǎn)。從耗鋼量比較，雖然內(nèi)浮頂油罐比浮頂油罐增加了一個(gè) 拱頂，但也省去了罐壁和罐頂周圍的抗風(fēng)圈、加強(qiáng)環(huán)、滑動(dòng)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(xì)特點(diǎn)如下： 1） 、內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐不是固定頂罐和浮頂罐的簡(jiǎn)單迭加， 由于結(jié)構(gòu)上的特殊性，與固定 頂儲(chǔ)罐相比有以下特點(diǎn)： ① 、儲(chǔ)液的

9、揮發(fā)損失少。由于內(nèi)浮盤直接與液面接觸，液相無(wú)揮發(fā)空間，從而減 少發(fā)損失85%?90%。 ② 、由于液面沒(méi)有氣相空間，所以減輕了罐體（罐壁與罐頂）的腐蝕，延長(zhǎng)了儲(chǔ) 罐的壽命。 ③ 、由于液面覆蓋內(nèi)浮盤，使儲(chǔ)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(xiǎn)，易于保證儲(chǔ)液的質(zhì)量。特別適用于儲(chǔ)存高級(jí)汽油和噴氣燃料， 也適合儲(chǔ)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(jì)效 益明顯。 2） 、內(nèi)浮頂罐與外浮頂罐相比有如下特點(diǎn)： ① 、內(nèi)浮頂罐又稱“全天候”儲(chǔ)罐，由于有頂蓋密封能有效地

10、防止風(fēng)、沙、雨、 雪灰塵污染儲(chǔ)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(chǔ)存高級(jí)油品或噴氣燃料等嚴(yán)禁污染的儲(chǔ)液特別適宜。 ② 、在相同密封的條件下，內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐可以進(jìn)一步降低蒸發(fā)損耗。這是因?yàn)楣潭?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(jìn)一步減少。 ③ 、內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的內(nèi)浮盤沒(méi)有雨雪載荷，浮盤負(fù)荷小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便。浮盤上 可以省去中央排水罐、轉(zhuǎn)動(dòng)扶梯、擋雨板等，易于施工和維護(hù)。 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(hù)。 3）、內(nèi)浮頂罐的缺點(diǎn)：與拱頂罐

11、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(chǔ)罐不易大型化，目前容量一般不超過(guò)10000m3。 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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50341-2003 ?立式圓 筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范？的要求，在不考慮腐蝕余量的情況下，對(duì)其耗材和性 能比較。 1） 鋼浮頂。按照標(biāo)準(zhǔn)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(guò)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）

12、 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(yùn)行穩(wěn)定性好。 根據(jù)上面的比較，選用鋁浮頂?shù)男詢r(jià)比高，經(jīng)濟(jì)合理；如必須選用鋼浮頂，選 用不銹鋼材料做內(nèi)浮頂無(wú)論從使用方面，還是價(jià)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(chǔ)罐 所謂鋁制內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，即是在鋼制的固定頂儲(chǔ)罐內(nèi)設(shè)置一個(gè)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(gè)構(gòu)架，

13、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 3 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(jì)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(diǎn)： 1） 、施工工期短，對(duì)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(zhǎng)時(shí)間大量焊接與切 割的動(dòng)火工作對(duì)生產(chǎn)罐區(qū)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是十分危險(xiǎn)的，裝配式鋁制內(nèi)浮頂實(shí)現(xiàn)了預(yù)制

14、全部零部件可以通過(guò)罐壁人孔送入罐內(nèi)，用螺栓進(jìn)行安裝，安裝時(shí)的動(dòng)火工作量比鋼 盤式內(nèi)浮頂減少95%以上，1臺(tái)1500m3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(yùn)方便 鋁制內(nèi)浮頂?shù)娜苛慵疾捎娩X合金制造，在搬運(yùn)過(guò)程中十分輕便。因此，在 安裝過(guò)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(gè)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

15、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(zhǎng)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(dāng)油

16、品進(jìn)罐后，油品充滿在罐底、罐壁與內(nèi)浮頂之間，當(dāng)油品液位高度達(dá)到淹 沒(méi)浮筒的1/2時(shí)，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(shí)，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(chǔ)罐 使用的安全性。內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐正常運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)是內(nèi)浮盤的安全平穩(wěn)升降。若處理不 當(dāng)，引起沉盤，起不到內(nèi)浮頂儲(chǔ)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。 1500 m 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

17、 3 2內(nèi)浮頂油罐的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1內(nèi)浮頂油罐的設(shè)計(jì)思想和參數(shù)的確定 內(nèi)浮頂油罐總的設(shè)計(jì)思想是在設(shè)計(jì)容積給定的情況下，如何使設(shè)計(jì)出的油罐達(dá) 到最低的工程造價(jià)和材料消耗，同時(shí)又滿足罐壁強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求。 儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)參數(shù)主要有：設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、風(fēng)及地震載荷、油罐的直徑、 高度、容量等。 根據(jù)儲(chǔ)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(jì)溫度為 0--600C，設(shè)計(jì)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(chǔ)罐總體尺寸的確定主要堅(jiān)持兩個(gè)原則，即材料最省和費(fèi)用最省。 2.2.1儲(chǔ)罐內(nèi)徑和高度的確定 根據(jù)儲(chǔ)罐總體尺

18、寸確定的兩個(gè)原則，前人將計(jì)算儲(chǔ)罐內(nèi)徑的方法歸納為下表: 罐壁情況 儲(chǔ)罐形式 按材料最省的經(jīng)濟(jì)尺寸 按費(fèi)用最省的經(jīng)濟(jì)尺寸 等壁厚 小型敞口儲(chǔ)罐 H ~ R H ~ R 小型圭寸閉儲(chǔ)罐 H ~ 2R H ~ 2R 不等壁厚 大型圭寸閉儲(chǔ)罐 H?J加 C2 + C3 H吒 2C1 表1儲(chǔ)罐的經(jīng)濟(jì)尺寸 當(dāng)容積大于1000m3時(shí)采用不等壁厚的儲(chǔ)罐。若把罐壁和罐頂看作相同的費(fèi) 用，并且分別為罐底費(fèi)用的兩倍時(shí)， 其經(jīng)濟(jì)尺寸H : 3D/8看來(lái)合理些。按此算得 容積為1500m3的儲(chǔ)罐，高度為6.45m,直徑為17.20m,儲(chǔ)罐為“矮胖形”，取 H=6.5m,D=

19、17.3m。計(jì)算容積為：V D H = 1527m。 4 對(duì)于立式圓筒性形儲(chǔ)罐，可通過(guò)建立立式圓筒儲(chǔ)罐罐體質(zhì)量函數(shù)關(guān)系并求取極 小值，同時(shí)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(chǔ)罐最經(jīng)濟(jì)內(nèi)徑的計(jì)算公式， 最后應(yīng)用數(shù)值理論反 復(fù)迭代的方法來(lái)確定儲(chǔ)罐的最經(jīng)濟(jì)內(nèi)徑值（計(jì)算過(guò)程可參考文獻(xiàn) 16）。由此計(jì)算出 第11頁(yè)共38頁(yè) 的儲(chǔ)罐的最經(jīng)濟(jì)內(nèi)徑值可歸納為下表: V （m3） 罐體材料 碳鋼/不銹鋼 Dis （ mm） 碳鋼/不銹鋼 V （m3） 罐體材料 碳鋼/不銹鋼 Dis （ mm） 碳鋼/不銹鋼

20、 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 15

21、0 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 Q2

22、35-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(wú) 800 Q235-A/不銹鋼 1100/11100 10000 16MnR/不銹鋼 31000/無(wú) 表2儲(chǔ)罐的最經(jīng)濟(jì)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(chǔ)罐系列標(biāo)準(zhǔn)）提供的數(shù)據(jù)有些出入，這主要是考慮載荷、占

23、地面積及許用容積 等方面的因素。本文的設(shè)計(jì)以HG 21502.2-92給定的參數(shù)為準(zhǔn)。HG 21502.2-92提供 的公稱容積為1500m3的儲(chǔ)罐的參數(shù)如下： 計(jì)算容積：1650m3;儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)罐內(nèi)應(yīng)保持 1.4m的高度，防止浮盤落架， 卡盤，收放油時(shí)油罐本身的高度減少 1.4m；進(jìn)油時(shí)頂部有

24、1.2m的空間（不包括圓 3 頂部分）。因此H浮=1.4 1.^ 2.6m。 2、儲(chǔ)罐的有效容積 上面確定了 1500m3儲(chǔ)罐的高度H=13.5m,所以內(nèi)浮頂所占儲(chǔ)罐的容積為： V浮 2.6 1500 = 288 .9 m3 式（2-1） 13 . 5 儲(chǔ)罐的有效容積為：V有效二V總-V浮 =1500-288.9 =1211.1m3。 2.3材料的選擇 1、 儲(chǔ)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(chǔ)罐主要用材的選擇 儲(chǔ)罐用材的選擇應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度（最低和最高設(shè)計(jì)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

25、，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(duì)選材來(lái)說(shuō)是最重要地， 也是最難于判斷的。由強(qiáng)度決定的罐 壁部分、罐底的邊緣板（或簡(jiǎn)稱邊板）、人孔接管、補(bǔ)強(qiáng)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(qiáng)圈等一般可選用 Q235-A，Q235-B 或Q235-A-F牌號(hào)鋼材。 由1000m3至10000m3的小型油罐由強(qiáng)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(dāng)這些小型油罐鍺存汽油時(shí)，則根據(jù)建罐地區(qū)的最低日平均溫度選取不同材料。 當(dāng)最低日

26、平均溫度在一10C以上時(shí)，取Q235-A，在-10— -200C時(shí)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(qiáng)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(xiàng)基本要求 罐壁材料的三項(xiàng)基本要求是強(qiáng)度、可焊性和沖擊韌性，三者全都重要不個(gè)可偏 廢。 根據(jù)以上原則，儲(chǔ)罐的主體材料選擇 Q235-A。 2.4罐壁設(shè)計(jì) 工程設(shè)計(jì)中罐壁厚度通常由三種方法確定，即： 內(nèi)浮頂油罐的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）、定點(diǎn)法： 用于容積較小的儲(chǔ)罐（直徑小于 60米）。 2）、變點(diǎn)法： 此方法適用于L/H <1000/6的儲(chǔ)罐

27、。 3）、應(yīng)力分析法：此方法適用于 L/H>1000/6的儲(chǔ)罐。 對(duì)于容積較小的儲(chǔ)罐，采用定點(diǎn)法設(shè)計(jì)罐壁厚度計(jì)算簡(jiǎn)便，結(jié)果也足夠安全 2.4.1壁厚的確定 罐壁的設(shè)計(jì)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(jì)算： 式（2-2） D H - 0.3 “ 2 b : 式中：t--罐壁按強(qiáng)度要求的最小壁厚，毫米； D-- 油罐的直徑，米； H-- 由所計(jì)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(dāng)貯液的實(shí)際比重小于 1時(shí)，取 =1； :--焊縫系數(shù)，根據(jù)我國(guó)目前的焊接水平和焊縫質(zhì)量檢查的具體情況， 可

28、取:=0.90 ； 卜L-許用應(yīng)力，可按2/3二s進(jìn)行計(jì)算，匚S為材料規(guī)定的最低屈服極 限，公斤/毫米3 ； 式中0.3是由于下一圈板或罐底對(duì)所計(jì)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(fù)偏差及腐蝕裕量之和，毫米。 鋼板的允許負(fù)偏差，與鋼板的厚度和寬度有關(guān)。按 （2-2）式計(jì)算出的t值，適當(dāng) 向上圓整?？紤]到預(yù)制，運(yùn)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(jì)厚度 罐壁的設(shè)計(jì)厚度按下式計(jì)算，取其中的較大值。 0.0049’ H -0.3D G C2 ti t 式（2-3）

29、第13頁(yè)共38頁(yè) 1500 m 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 3 t2 4.9 H -0.3 D Ci 式（2-4） 第21頁(yè)共38頁(yè) 式中：ti--儲(chǔ)存介質(zhì)時(shí)的設(shè)計(jì)厚度（mm）； t2--儲(chǔ)存水時(shí)的設(shè)計(jì)厚度（mm）； --儲(chǔ)液的密度（kg/m3）; H--計(jì)算的壁板底邊至罐壁頂端的垂直距離（m）; D--儲(chǔ)罐內(nèi)直徑（m）； t 1 --設(shè)計(jì)溫度下罐壁鋼板的許用應(yīng)力（MPa）； I—--常溫下罐壁鋼板的許用應(yīng)力（MPa）； :--焊縫系數(shù)，取0. 9； G--鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差（mm）,取0.6mm； C2--腐蝕裕量（mm）,取2mm； 查得，常溫下

30、 Q235-A的許用應(yīng)力！「l-235MPa，設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為 t 1 =157MPa，將 D=13m, H=13.5m 代入上式，分別得： & 0.0049 790 13.5 -0.3 13 2.6 11 4.72mm 157 0.9 4.9 13.5-0.3 13 0.6 I2 3.98mm 235X0.9 在確定壁板的名義厚度時(shí)，不能單純地按計(jì)算結(jié)果考慮，因?yàn)橛?jì)算公式只從滿足 罐體強(qiáng)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(jì)算的罐壁厚度，最上一層或者幾層鋼板的厚度可能會(huì)較薄，以 致于制造難度增大。確定罐體壁厚還要考慮以下幾

31、個(gè)方面的問(wèn)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(guò)實(shí)踐證明行之有效的經(jīng)驗(yàn)數(shù) 據(jù)加以限制： 當(dāng)油罐直徑<12 m時(shí)，最小壁板厚度為 6 mm;當(dāng)油罐直徑12 m < D<15 m時(shí)， 最小壁板厚度為7mm；當(dāng)油罐直徑15 m< D<36 m時(shí)，最小壁板厚度為8mm。 2.4.3罐壁的設(shè)計(jì)外壓 儲(chǔ)罐的外壓包括風(fēng)壓和罐內(nèi)負(fù)壓， 對(duì)內(nèi)浮頂罐，沒(méi)有罐內(nèi)負(fù)壓。故設(shè)計(jì)外壓為： p=2.25」zW0 式（2-5） =2.25X 0.74X 0.35 =0.58kPa=580Pa 式中：二--風(fēng)壓高度變化系數(shù)，對(duì)于有密集建筑群的大城市區(qū)，取 0.74;

32、 W0--建罐地區(qū)的基本風(fēng)壓，根據(jù)GB50009-2001?建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范？基本 風(fēng)壓取值，武漢50年一遇的風(fēng)壓值為0.35KN /m2。 2.4.4加強(qiáng)圈設(shè)計(jì) 由于內(nèi)浮頂罐頂部有固定頂，不需加設(shè)抗風(fēng)圈，但隨著儲(chǔ)罐高度的增長(zhǎng)（主要 是為了減少材料、降低成本），使得油罐中部的筒體有被風(fēng)吹癟的危險(xiǎn)。 在風(fēng)載荷的 作用下，為防止儲(chǔ)罐被風(fēng)吹癟，必須對(duì)罐壁筒體進(jìn)行穩(wěn)定性校核，并根據(jù)需要在適 當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置加強(qiáng)圈。 判定儲(chǔ)罐的側(cè)壓穩(wěn)定條件為： Pcr - P0 式（2-6） 式中Per——罐壁許用臨界壓力，Pa； p0 設(shè)計(jì)外壓，Pa； 當(dāng)Pcr -P0時(shí)，就可以認(rèn)為罐壁具備了足夠的抗風(fēng)

33、能力，否則必須設(shè)置加強(qiáng)圈以 提高儲(chǔ)罐的抗外壓能力。 式（2-7） 式（2-8） 下面介紹SH3046-92推薦的加強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)方法。該方法是根據(jù)薄壁短圓筒在外 壓作用下的臨界壓力得到的， 罐壁的許用臨界壓力： 式中： 呃」 罐壁許用臨界壓力，kgf/m ； E——圓筒材料的彈性模量，192 109Pa ； cr 2.59E 2.5 d1.5l D——油罐內(nèi)徑，m； -――圓筒的厚度，m； L――圓筒的高度，m; 將 D -13m,L =13.5m,、= 0.006m,E =192 109 代入上式得: 131.5 13.5 嚴(yán)9 192 19。.。。冒5 =2!

34、91.54Pa cr D1.5L 3 將式（2-7）用在當(dāng)量筒體上，公式中的壁厚用:.min表示，L用罐壁筒體的當(dāng)量 高度表示，經(jīng)整理后得到： 式（2-9） 式中：Per——罐壁筒體的臨界壓力，Pa; D 儲(chǔ)罐的內(nèi)徑，m； He 八 Hei，m; H ei ――抗風(fēng)圈以下各圈罐壁的當(dāng)量高度, H e ――抗風(fēng)圈以下的罐體的總當(dāng)量高度, hi ――抗風(fēng)圈以下各圈板的實(shí)際高度， m; -i 抗風(fēng)圈以下各圈板的有效厚度， mm; 從上面的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，Per - Po，故本文設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐可不設(shè)置加強(qiáng)圈。 2.4.5罐壁的開孔及開孔補(bǔ)強(qiáng) 由于使用的要求，必須在油罐壁上開孔并接管

35、，例如，進(jìn)出油管、通氣孔、人 孔和檢查孔等。對(duì)罐壁的一些開孔有如下要求： 1）、無(wú)密閉要求的內(nèi)浮頂罐，應(yīng)在最高設(shè)計(jì)液位以上的罐壁上設(shè)置環(huán)形通氣孔，通 氣孔應(yīng)沿四周均勻分布，且不得少于 4個(gè)，通氣孔的總有效面積按下式計(jì)算： B_0.06D=0.06 13=0.78m2 式（2-10） 式中：B——環(huán)向通氣孔總有效通氣面積（m2 ）。 2）、罐壁上應(yīng)至少設(shè)置一個(gè)低位人孔，并宜設(shè)一個(gè)高位人孔，其規(guī)格不應(yīng)小于 DN600。 在罐壁上開孔后將在孔的附近產(chǎn)生應(yīng)力集中，其峰值應(yīng)力通常達(dá)到罐壁基本應(yīng) 力的3倍，甚至更高。這樣高的局部應(yīng)力再加上開孔結(jié)構(gòu)在制造過(guò)程中又不可避免 的會(huì)形成缺陷和殘余應(yīng)力，如

36、不采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)措施，就很可能在孔口造成疲勞破 壞和脆性裂口，使孔口處撕裂。補(bǔ)強(qiáng)的辦法就是在開孔的周圍焊上補(bǔ)強(qiáng)圈板，以增 大開孔周圍的壁厚，降低孔周圍的應(yīng)力。 理論分析和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，用罐壁相同材質(zhì)的鋼板作為補(bǔ)強(qiáng)圈板，補(bǔ)強(qiáng)圈板的 橫截面積與孔口的橫截面積（孔口直徑和罐壁厚度的乘積）取值相同，將有良好的 效果，足以保證孔口的強(qiáng)度要求。因此工程實(shí)際中均采用這種“等截面”補(bǔ)強(qiáng)的方 法。 接管公稱直徑大于50mm的開孔應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)，當(dāng)開孔直徑不超過(guò)250mm,補(bǔ)強(qiáng)板可 米用環(huán)形板，當(dāng)開孔直徑大于 250mm時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)板米用多邊形板。 2.5罐底設(shè)計(jì) 立式油罐的罐底一般是直接放在地基的砂墊層上.油罐內(nèi)的

37、油品重量可直接傳 結(jié)地基。底板僅受一簡(jiǎn)單的壓縮力，這對(duì)鋼板來(lái)說(shuō)，受力是極其微小的。因此，對(duì) 底板來(lái)說(shuō)，理論上幾乎沒(méi)有強(qiáng)度要求，只需要將油品與地基隔開，不滲漏就行了。 不過(guò)，考慮到不同大小的油罐由于地基沉陷的影響和經(jīng)濟(jì)要求，各種規(guī)范都對(duì)油罐 罐底的結(jié)構(gòu)，如排板的形式、底板的厚度以及搭接聯(lián)接的方式等提出了不同的要求 C 罐底設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是：對(duì)排板、焊接、聯(lián)接方法和板厚的要求。 1排版形式 罐底板的排板形式，主要考慮使其焊接變形最小、易于施工、以及節(jié)約鋼材等 因素來(lái)決定。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，目前主要采用如圖 3所示的兩種形式。 圖3儲(chǔ)罐罐底板排版形式 當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)徑小于12.5m時(shí)宜采用

38、條形排版形式，當(dāng)外徑大于等于12.5時(shí)，宜采 用弓形邊緣板。由于本文所設(shè)計(jì)的油罐外徑為13m，故選用弓形排版形式（如圖3-b）。 罐底板的接縫除弓形邊緣板之間為對(duì)接外其余全為搭接。搭接順序一般是由中 心向邊緣進(jìn)行。 2、罐底的應(yīng)力計(jì)算（用中科院力學(xué)研究所的計(jì)算方法）： 3 1） 、中幅板處于薄膜受力狀態(tài)，且在板的單位長(zhǎng)度上的徑向與環(huán)向的薄膜力是一致 的，均等于常量N。 2） 、邊緣板受力（如圖4） p 1 1 j 1 1 ! i < 1 1 ! 1 1

39、 I 1 1 j ■ F. 1 .1 1 圖4罐底邊緣板受力示意圖 其中：F1――是支撐應(yīng)力； M o——是罐壁與邊緣板的約束彎矩； L ――受彎寬度； P2――是 X=L ； 根據(jù)：⑴第一層罐壁圈板撓度方程式： -X Q CO S1X1 q s i n :1x1 ~Et Lo -X1 E-1 式（2-11）

40、 ⑵罐壁X1=0處的邊界條件 M x=M o Qx =-N （ =Qo） ⑶圖2-2的力平衡方程式 式（2-12） 式（2-13） F1 P2 P1 4 訕疋 2 ⑷在X=L/2處的撓度W及f連續(xù) 內(nèi)浮頂油罐的設(shè)計(jì)計(jì)算 ⑸由圓膜的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，求得的罐底徑向位移 N(1 _U)R ~~Et0 （向圓心為正） ⑹罐壁與罐底的交界處的位移連續(xù)條件 U X4 = _W1 X1 衛(wèi) dw dx d Wi | X=0 = d Xi國(guó) dxi 等關(guān)系，可以求得（推導(dǎo)從略） 中幅板的薄膜力: 2 2MoPi 「1（1，） R

41、to 式(2-i4) 罐壁與邊緣板之間的約束彎矩: 詰匚何右（2「；（i0 一） i Rto -i) i _ i . 171(4 i 21 i(i _」)40 t 「 Rto 式(2-i5) 式中 t——邊緣板厚度; 3(i j2) 二4 小 R2r 式(2-i6) J ――泊松系數(shù)； R――儲(chǔ)罐半徑； i ――罐壁第一圈厚度； to——中幅板的平均厚度; Lo——底板的液壓高度； 第i#頁(yè)共38頁(yè) 1500 m 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 3 P——作用在罐底的儲(chǔ)液壓力； P = Lo ――儲(chǔ)液重度； L 邊緣板受彎寬度，根據(jù)下式求的: H

42、（h）pi3 _ 240（ t） 4 “ 2、2iHo -2S、i丄- Roto 1 “ 1920D 49 - 4 |4K （乞竽2 6 l4K Roto 1 17l r 3 （_L）3 .1」40丫 1 .1 Rto 式（2-17） D――邊緣板彎曲剛度，； K――彈性地基系數(shù)（一般取為 2 4Kgf/cm）； 第37頁(yè)共38頁(yè) 式（2-18） 31」 R2、12 在罐底邊緣處的應(yīng)力雖然很高，但屬于二次應(yīng)力，即使超過(guò)屈服極限，但未造 成破壞，可用匚x < 2- s進(jìn)行校核。 2.6罐頂設(shè)計(jì) 2.6.1固定頂設(shè)計(jì) 內(nèi)浮

43、頂儲(chǔ)罐固定頂一般設(shè)計(jì)為拱頂。拱頂是一種由球面拱形結(jié)構(gòu)通過(guò)包邊環(huán)量 與罐壁上沿相連接的固定頂蓋。球面拱頂與錐頂相比，拱頂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好、能 承受較高的剩余壓力、鋼材耗量少；但氣體空間較一般的錐頂蓋大，制造也比錐頂 蓋麻煩些。 一般情況下，球殼半徑 R= （0.8~1.2） D （油罐內(nèi)徑），轉(zhuǎn)角曲率半徑p =0.1D， 此時(shí)h~ 0.4r,r為罐半徑。頂板周邊與包邊環(huán)量采用薄弱連接。 內(nèi)浮頂罐罐頂?shù)耐廨d荷由球殼的自重、雪載、活載荷、罐內(nèi)真空度等組成。當(dāng) 對(duì)外載荷估計(jì)太低會(huì)使球殼受壓失穩(wěn)， 也會(huì)使包邊角被拉壞。估計(jì)過(guò)高會(huì)浪費(fèi)材料， 式(2-19) 般外載荷由下計(jì)算: qE 二 q 7

44、2 73 74 式中：qE 作用于球殼上的外載荷，kgf/m 2 ； q1 球冗單位面積的自重，kgf/m q2 雪載何，kgf/m ； q3 活載何，kgf/m ； q4 罐內(nèi)可能產(chǎn)生的最大真空度；kgf/m2； q2 q3 q4的取值最小不應(yīng)小于120kgf/m。 262球殼設(shè)計(jì) 對(duì)于1000m3或更小的儲(chǔ)罐，可采用光面球殼（不加肋），而較大的儲(chǔ)罐采用加 肋拱頂較經(jīng)濟(jì)，使在拱頂滿足穩(wěn)定性的條件下，拱頂自身的重量最輕。對(duì)拱頂罐的 球殼進(jìn)行內(nèi)壓力作用下所產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力的強(qiáng)度校核和外載作用下的穩(wěn)定校核。在 大多數(shù)情況下后者是主要的，故只校核后者。 式（2-20）

45、 球殼的厚度一般用公式： tmi n=0. 4R C = 0. 42 0. 8 1 3 ml 5 計(jì)算，但最小不得小于 4mm。 式中：tmin 所需最小板厚，mm ； R――罐頂曲率半徑，m； C――腐蝕裕量。 巳=0. 3 1 1、光球殼穩(wěn)定性校核 式（2-21） 式中：Pcr 穩(wěn)定許用載荷，kgf/cm2 ； E 鋼的彈性模量，kgf/cm2； t 球殼厚度，mm； R――球殼曲率半徑，m。 3 穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)滿足: 式中：P――拱頂?shù)脑O(shè)計(jì)外壓力 Per——許用壓力。 2、筋條球殼穩(wěn)定性校核 I.PeJ - 2.1 104 （與 式（2-22）

46、式中：tm 帶筋條頂板的折算厚度，mm； Di 帶筋條頂板徑向截面的平均抗彎剛度，kg-mm ； ht 匚 Lng2 2 4 12 式（2-23） E——鋼材的彈性模量，取 E=1.63 104kg/mm2 ； bi――緯向筋寬度，mm； h1――緯向筋厚度，mm； L1――徑向截面上的筋（緯向筋）間距，mm； n1 帶筋頂板徑向折算系數(shù)； 式（2-24） 1. bh tL1 8 經(jīng)向截面上，組合截面形心 O點(diǎn)到頂板中心面的距離，mm， 圖 2-5； 圖5 帶筋頂板穩(wěn)定性校核模型 D2 =E 座（匚.里.. .I3 2 [L2 3 2

47、 4 12 E——鋼材的彈性模量，取 E=1.63 1 04kg/mm2; b2――緯向筋寬度，mm； h2――緯向筋厚度，mm； L2――徑向截面上的筋（緯向筋）間距，mm； n2 帶筋頂板徑向折算系數(shù)； n2 =1 式（2-25） 式（2-26） e2 經(jīng)向截面上，組合截面形心 0點(diǎn)到頂板中心面的距離，mm， 圖 2-5； D 罐頂抗彎剛度，kg-mm。 b2h2 tL2 D Et 3 12 263內(nèi)浮頂設(shè)計(jì) 1、內(nèi)浮頂?shù)妮d荷 根據(jù)API650附錄H中的要求，內(nèi)浮頂?shù)妮d荷有以下兩種，首先是在漂浮狀態(tài)

48、 3 下，應(yīng)能安全地承受至少兩人在浮頂上任何地方走動(dòng)，既不損害浮頂，也不會(huì)令油 品溢到浮頂上去，且浮頂應(yīng)能提供 2倍以上浮頂?shù)闹亓康母×?；其次是在低位支?狀態(tài)下，即非工作狀態(tài)下，支柱及浮頂應(yīng)能支撐浮頂上 599pa的均布載荷（自動(dòng)排 液裝置載荷除外）及與工作相同的的集中載荷。另外還應(yīng)考慮到浮頂導(dǎo)向裝置與軟 密封在浮頂上下運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的摩擦力所形成的傾覆力矩。 2、內(nèi)浮盤的浮力計(jì)算 內(nèi)浮盤所需的浮力至少是浮盤重量的

49、兩倍。邊緣板和穿過(guò)單盤安裝的任何開孔 接管的最小高度為160~200mm 內(nèi)浮盤漂浮狀態(tài)下的滲液深度可根據(jù)下兩式聯(lián)立求解。 式（2-27） 式（2-28） T - f。二T。 Q2 二1 二R2f 4 求解得：—等T 式中：T――內(nèi)浮盤正常漂浮狀態(tài)下的滲液深度， cm； R0——內(nèi)浮盤半徑，m； 儲(chǔ)液重度，Kg/cm ； Q2——邊緣環(huán)代重量，Kg ； T0——理想狀態(tài)下的滲液深度，cm，T。二p/ ; P——內(nèi)浮盤單位面積的重量，Kg/cm2， Q1 ; HR。2 ; Q1——浮盤及附件的總重，Kg ； 在內(nèi)浮盤的浮力設(shè)計(jì)中不考慮浮盤漏損而引起的內(nèi)浮盤沉沒(méi)問(wèn)

50、題，它需要依靠 加強(qiáng)施工檢驗(yàn)，嚴(yán)格控制焊縫質(zhì)量來(lái)解決。 3、主要結(jié)構(gòu)梁的強(qiáng)度和浮力的校核 在浮頂安裝前，有必要對(duì)主要結(jié)構(gòu)梁的強(qiáng)度和浮力進(jìn)行校核。 主要參數(shù)：罐徑：13m，容積：V= 1500m3 儲(chǔ)存介質(zhì)：汽油，介質(zhì)密度：790kg/m3； 浮頂結(jié)構(gòu)：“T”型； 計(jì)算模型：將各支點(diǎn)視為鉸接點(diǎn)，浮梁支腿間距離最大尺寸為 13m，因此取Lmax 二1300cm,且將計(jì)算模型視為單跨靜定簡(jiǎn)支梁(見圖 6)。 安裝狀態(tài)時(shí)，內(nèi)浮頂處于無(wú)浮力狀態(tài)，外加荷載以二人體重 150集中荷載所決 定的設(shè)計(jì)荷載值P計(jì)算，取其最危險(xiǎn)的載面校核。 (1)強(qiáng)度校核 浮梁最危險(xiǎn)截面強(qiáng)度校核： S max

51、=Mmax x (e/j) 式(2-29) =(150/2)(1300/2)(10.2639/435) 2 =1150.24 kg / cm =11.50 kg / mm [S ]=13.5kg/mm2 > S max,因而浮梁抗彎強(qiáng)度足夠。 浮梁接頭最危險(xiǎn)截面強(qiáng)度校核(見圖 7)。最危險(xiǎn)斷面a-a及b-b截面尺寸均為 寬b =3mm，高h(yuǎn)=38mm矩形截面。 最危險(xiǎn)截面與支點(diǎn)間距為25mm。 最危險(xiǎn)截面慣性矩 式(2-30) J=bh/12= (0.3X 3.8) /12 =1.3718 cm4 2 S max=MmaXe/j)=(150/2) (2.X (X.9/1

52、.3718)=2.59kg/mm 式(2-31) 2 [S ]=13.5 kg / mm S max < [S ]，接頭強(qiáng)度足夠 (2)浮頂?shù)母×π：? 圖6強(qiáng)度校核計(jì)算模型 圖7浮梁危險(xiǎn)截面計(jì)算模型 式(2-34) 式(2-35) 式中: T0=^^,T1 sin t 3 浮頂?shù)淖灾谿=1082 kg,浮梁總長(zhǎng)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(jì)且按SH3046-92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，只計(jì)浮筒部分浮力)。 F=(0.165/2)2 X 3.14X 1X 790= 16.892 kg / m 式(2-32) 浮梁所提供的總

53、浮力： W=129X 16.892=2179.068 kg 式(2-33) 浮梁浮力自重比： W/G=2179.068/1082= > 2符合標(biāo)準(zhǔn)要求。 4、浮船的抗沉計(jì)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： b3 —T Toa 5-10 式中： T 浮船底板傾角:=0時(shí)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： T 二T。 T^ ：Ta 令:0 T。二:T 則：T二匸^ 1 -a (1 2 )(1 -) T0a D1tg:

54、b(1 ) 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(gè)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(gè)。 2.7抗震設(shè)計(jì) 在地震時(shí)，儲(chǔ)罐是受地震損害最嚴(yán)重的設(shè)備之一，往往是由于儲(chǔ)罐內(nèi)物料受地 震力而晃動(dòng)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(chǔ)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(lái)國(guó)內(nèi)外地震中，儲(chǔ) 罐的震害屢見不鮮，更為嚴(yán)重的是儲(chǔ)罐的損壞有時(shí)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(jì)是目前儲(chǔ)罐的研究的熱門。 2.7.1傾覆力矩的計(jì)算 H 式（2-36） 式中： M

55、水平地震載何對(duì)罐底底面的彎矩，kgf-cm ； Qo 水平地震的載何，kgf; H 罐底底面至液面的咼度，m； Q0按下式計(jì)算： Q0 二 CZ m a w0 式中： CZ――綜合影響系數(shù)，對(duì)常壓立式油罐，取 CZ=0.40; ma— 地震影響系數(shù)最大值， max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(jì)算。 M = Q0 - 2 W 二 FtW 式中： W ——罐內(nèi)儲(chǔ)液重量，kgf； Ft――動(dòng)液系數(shù)，由H/R查表選取; R 底層圈板的內(nèi)半徑，cm。 2.7.2罐壁壓應(yīng)力計(jì)算 底層壁板的最大壓應(yīng)力可按下式計(jì)算 N M CT =——+——

56、 A W 式（2-37） 式中：二——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 ； 3 A 底層壁板的截面積，cm2; A - ：Dt W 底層壁板的截面系數(shù)，cm3; W =0.785D2t 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

57、核 臨界許用壓應(yīng)力可按下式計(jì)算 z J.25 ” \.0.25 式(2-38) tcJ = 3.88 1 05 右)H 式中：＞"cr 1 臨界許用壓應(yīng)力，kgf/cm2。 當(dāng);一:：！爲(wèi) 時(shí)，說(shuō)明在設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)的地震情況下，油罐安全。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)？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(shí)（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(yàn)是在儲(chǔ)罐內(nèi)采取增設(shè)擋板的措施，好比農(nóng)民挑水時(shí)水桶內(nèi)往往放兩塊木板的道 理。由于本設(shè)計(jì)中的儲(chǔ)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(guò)多的考慮。 2.8儲(chǔ)罐的附

58、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(biāo)準(zhǔn) 化，可根據(jù)油罐容量合理選用。對(duì)不同類型的儲(chǔ)罐還有物料管線，安全設(shè)施以及檢 測(cè)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(chǔ)存作業(yè)，便于生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)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(duì)內(nèi)浮頂油罐，其專用附件有：通氣孔

59、、氣動(dòng)液位訊號(hào)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(cè)量油位 ，根據(jù)需要設(shè)置。 2） 、排污孔：排污孔設(shè)置在儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)罐大小及維修要求設(shè)置。通常在罐頂設(shè) 1個(gè)人孔, 在罐壁設(shè)1個(gè)或多個(gè)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(duì)內(nèi)浮頂 儲(chǔ)罐,在其固定頂上應(yīng)設(shè)置不少于1個(gè)DN500mm或DN600mm的人孔；在內(nèi)浮頂上 應(yīng)設(shè)置不少于1個(gè)DN600mm的人孔;在內(nèi)

60、浮頂支撐高度以上及以下的罐壁上宜各設(shè) 不少于1個(gè)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(duì)于爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，儲(chǔ)罐應(yīng)按規(guī)范要求做防雷和防靜電接地 設(shè)計(jì)。鋼制儲(chǔ)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(chǔ)罐 保持相等的電位，防止靜電的危害，保證儲(chǔ)罐安全運(yùn)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(kuò)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(duì)于輕油罐配備的專用附件有：呼

61、吸閥擋氣板、防火器、機(jī)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(jìn)入油罐時(shí)直沖油面，油面上的油品蒸汽氣體層就不會(huì) 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(jī)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(dāng)外來(lái)火焰或火星萬(wàn)一通過(guò)呼吸閥進(jìn)入防火器時(shí)，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， 3 使燃燒氣體的溫度降到閃點(diǎn)以下，將火焰熄滅。二是隔火，使火焰，火花不至于進(jìn) 入油罐。 3） 、機(jī)

62、械呼吸閥：調(diào)整儲(chǔ)油罐的壓力。 4） 、泡沫發(fā)生器：當(dāng)混合氣液沿管道流過(guò)泡沫發(fā)生器孔板時(shí)，突然節(jié)流，流速隨之 增大，造成負(fù)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(shí)應(yīng)同時(shí)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(jī)械呼閥要高出 5~10%。正常情況下，它是不動(dòng)的，當(dāng)機(jī)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(guò)大時(shí)，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(jì) 1） 、進(jìn)料管 儲(chǔ)罐進(jìn)料管應(yīng)從罐體下部接入，以免物料流入時(shí)產(chǎn)生靜電，

63、也可使罐內(nèi)液體按一 定方向流動(dòng)。當(dāng)可燃液體進(jìn)料管需從儲(chǔ)罐上部接入時(shí) ，應(yīng)沿罐內(nèi)壁延伸到距儲(chǔ)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(chǔ)存物料的清潔程度而定。 對(duì)于有分水要求的油品儲(chǔ)罐或有雜質(zhì)沉積的物料儲(chǔ)罐，出料口的位置應(yīng)適當(dāng)高些。清 凈物料的出料口可設(shè)置在罐壁的最低點(diǎn)。 3） 、排凈管 儲(chǔ)罐維修、清洗或變換儲(chǔ)存物料時(shí)，需通過(guò)排凈管排凈。排凈管接口應(yīng)設(shè)在儲(chǔ)罐 的最低處。排凈口也可與物料出口合并使用。當(dāng)排凈口設(shè)在罐底時(shí)，儲(chǔ)罐基礎(chǔ)要為 排凈口留出安裝維修的空間。 4） 、放水管 當(dāng)儲(chǔ)存物料在靜置儲(chǔ)存中有水在罐底沉積時(shí)，應(yīng)設(shè)放水管。放水管接口設(shè)在儲(chǔ)罐

64、 的底部。 2.8.4檢測(cè)控制儀表 1）、溫度計(jì)：應(yīng)在儲(chǔ)罐側(cè)壁安裝就地指示溫度計(jì)。低溫常壓液體儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)溫度指示 儀。對(duì)罐內(nèi)設(shè)有蒸汽加熱器的儲(chǔ)罐，為防止物料加熱超溫，宜設(shè)溫度控制及報(bào)警系統(tǒng)。 重要的溫度高低溫報(bào)警宜引至控制室監(jiān)控。 2） 、壓力計(jì)：低溫常壓液體儲(chǔ)罐和設(shè)有氮封系統(tǒng)的儲(chǔ)罐 ，應(yīng)設(shè)置就地壓力計(jì)和壓力 控制系統(tǒng)。重要的壓力高、低報(bào)警宜引至控制室監(jiān)控。 3） 、流量計(jì)：因生產(chǎn)管理需要，要求記錄流入、流出物料量時(shí)，應(yīng)在儲(chǔ)罐（或罐組）進(jìn)出 界區(qū)的物料管線上設(shè)置流量計(jì)，流量計(jì)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(chǔ)罐，選用的流量計(jì)要具有足夠的精度

65、。 4） 、液位計(jì)：各儲(chǔ)罐均應(yīng)設(shè)液位計(jì)。根據(jù)操作需要 ，液位計(jì)的功能有就地指示、液 位控制和高低液位報(bào)警?？扇家后w的儲(chǔ)罐除設(shè)置液位計(jì)外 ，還應(yīng)設(shè)高低位報(bào)警器（防 止過(guò)量充液造成災(zāi)害性事故），必要時(shí)可設(shè)自動(dòng)聯(lián)鎖切斷進(jìn)液裝置或自動(dòng)聯(lián)鎖停出料 泵。 2.9儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的設(shè)計(jì) 油罐基礎(chǔ)對(duì)保證油罐安全使用有重要的意義。對(duì)于內(nèi)浮頂罐來(lái)說(shuō)，如果儲(chǔ)罐基 礎(chǔ)出現(xiàn)過(guò)大的偏斜沉降，儲(chǔ)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怠?chǔ)罐基礎(chǔ)受荷載作用后變形的控制，是儲(chǔ)罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考 慮的問(wèn)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(chǔ)罐基礎(chǔ)的選型

66、 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的選型，應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)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(jì)合理性等條件綜合考慮。 根據(jù)油罐基礎(chǔ)破壞機(jī)理及其使用要求可將它分為 3類：①護(hù)坡式基礎(chǔ)；②環(huán)墻式基 礎(chǔ);③外環(huán)墻式基礎(chǔ)。 當(dāng)儲(chǔ)罐直徑D>8m時(shí)，基底壓力一般超過(guò)100kN/m2，通?？刹捎铆h(huán)墻式基礎(chǔ), 亦可采用護(hù)坡式基礎(chǔ)。其優(yōu)點(diǎn)是混凝土用量省，但必須進(jìn)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(chǎng)地為二類場(chǎng)地， 綜合以上因素選擇環(huán)墻式基礎(chǔ)，如 圖&這種基礎(chǔ)有如下優(yōu)點(diǎn)： 1） 、罐壁座落在環(huán)墻上，環(huán)墻為罐壁底端提供了一個(gè)平整支承面，利于罐壁安 裝達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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； 1500 m 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 3 砒皆口 I禺肆- 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(qiáng)。 2.9.2汽油儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的處理 1、 常溫儲(chǔ)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(hù)儲(chǔ)罐底板，瀝青砂層鋪設(shè)時(shí)要分格，呈放射