液氯储罐设计 25M3液氯储罐设计

󰀁󰀁收稿日期:2002󰀁11󰀁26作者简介:吴云龙(1964󰀁),男(汉族),辽宁人,高级工程师,学士,1985年毕业于抚顺石油学院化机专业,现从事石油化工设备设计及研究。文章编号:1000󰀁7466(2003)03󰀁0035󰀁0212󰀂5万m3外浮顶原油储罐主要结构设计吴云龙1,王小珊2,武铜柱3(1󰀂茂名石化设计院,广东茂名󰀁525011;2󰀂茂名石化建安公司,广东茂名󰀁525011;3󰀂北京设计院,北京󰀁100011)摘要:简述了国内最大的12󰀂5万m3外浮顶原油储罐主要结构的设计,提出了利用宽板建造罐壁的观点,介绍了浮顶结构、罐底结构、排污及脱水结构以及对基础不均匀沉降的限制要求等,使储罐结构的合理性、安全性及实用性进一步提高。关󰀁键󰀁词:储罐;浮顶;结构;设计中图分类号:TE972󰀂02󰀁󰀁󰀁文献标识码:B󰀁󰀁大型储罐具有节省钢材、占地少、投资小及便于操作管理等优点。日本自20世纪60年代开始建造10万m3以上的储罐,单罐最大容量17󰀂7万m3(不包括半地下式)。近年来,我国也设计过许多󰀁80~󰀁81m的10万m3油罐。笔者为茂名石化公司设计的2座12󰀂5万m3储罐为国内最大的外浮顶原油储罐,其直径󰀁90m,罐壁高21󰀂8m。现就该罐主要结构设计做简要介绍。1󰀁罐壁采用JISB8501进行设计。国内10万m3储罐罐壁板一般为9圈,宽度为2󰀂44m,受罐壁与罐底边缘板间边缘效应的影响,最大环向应力出现在距离罐底边缘板2󰀂4~2󰀂9m[1],即第2圈罐壁板上,而第1与第2圈罐壁板之间的环焊缝置于其中。为了降低罐壁与罐底边缘板间边缘效应对第1道罐壁环焊缝的影响,通过对本储罐罐壁的应力分析,在对储罐施工单位卷板机、焊接设备及安装能力等施工技术水平进行全面调查后,首次提出利用3m宽的钢板建造罐壁。这不仅有效降低了罐底边缘效应对第1道罐壁环焊缝的影响,使罐壁应力分布更趋合理,而且减少了1圈罐壁板,仅需8圈。采用该措施使罐壁环焊缝减少了11%,降低了施工费用,提高了储罐的安全性。2󰀁罐底罐底中幅板及边缘板采用带垫板的对接结构,在边缘板与中幅板间的对接接头处,将边缘板按照1󰀂3削边,使两相焊件在焊接处等厚。为了宜于控制中幅板的焊接变形,在中幅板对接焊缝的垫板适当位置处预留活口,降低垫板对控制中幅板变形的不利影响。底圈壁板与边缘板间的T形内角焊缝(大角焊缝)承受着储液静压力、地震等载荷的作用,焊接接头周围应力水平较高,产生较大的角变形,在储罐操作过程中,随着储液高度的变化,该区域的应力也随之变化,如果焊接接头有缺陷存在,缺陷扩展易造成低周循环疲劳破坏。国内外很多油罐事故都发生在这一部位,所以获得高质量的大角焊缝就显得非常重要。大角焊缝的焊角尺寸直接影响该区域的应力水平及抗疲劳能力,焊角尺寸过小焊缝强度不够,尺寸过大则造成接头刚性过大,接头处所受的应力也会增大。为了降低大角焊缝应力集中水平,提高抗疲劳能力及安全性,采取了下列对策: 选用韧性及可焊性良好的SPV490Q材料,并控制所用材料的屈强比。!采用合理的焊接工艺,减少焊接变形,严格控制咬边、裂纹等缺陷,通过磁粉探伤保证焊接接头的质量。∀采用合理的结构形式,具有良好的圆弧过渡。设计的大角焊缝结构见图1,最终焊缝尺寸不得小于图中规定值。3󰀁浮顶(1)结构形式󰀁浮顶主要有单盘式和双盘式这第32卷󰀁第3期2003年5月󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁石󰀁油󰀁化󰀁工󰀁设󰀁备PETRO󰀁CHEMICALEQUIPMENT󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁Vol󰀂32󰀁No󰀂3󰀁May󰀁2003图1󰀁油罐大角焊缝结构2种。单盘式浮顶建造费用低于双盘式,且适合茂名的气候条件,故采用单盘式浮顶,共52个宽6m的边缘浮舱。当单盘式浮顶漂浮在700kg/m3的液体上时,应保证在单盘板和任意2个舱室泄漏或在整个罐顶上平均有250mm雨水积存在单盘上时浮顶不沉没,且能保持结构的完整性,不产生强度和稳定性破坏。此外,正常操作条件下,单盘与储液之间不应存在油气空间。在设计浮顶结构时,对浮顶安全性进行了全面评估,充分考虑了一、二次密封对浮顶的影响。储罐建于海边,经常受强风的影响,外浮顶油罐为敞口罐,当风从罐上部吹过时,其抽力将会使单盘产生上下振动,易于造成单盘疲劳失效。目前,尚不能从理论上对在变化风载荷作用下的单盘抗疲劳能力进行评估,只能从结构上采取适当措施。我们在单盘下设置一定数量的径向和周向加强筋,单盘上刚性较大的附件周边300mm范围内的搭接焊缝上下表面采用连续焊,边缘浮舱与单盘之间采用环形板连接。采取这些措施可提高单盘板的强度,减小施工时的焊接变形,缓和由强风引起的波动,提高抗疲劳能力,使单盘边缘受力趋于均匀。(2)设置中央浮舱󰀁有无中央浮舱的情况见图2。中央浮舱的作用是增强单盘整体刚性,并在单盘破裂和浮顶积水时为单盘提供浮力,减小单盘向下的挠度,减轻边缘浮舱承受的载荷。

接闪带之间采用压接方式连接，用膨胀螺栓固定，　

固定点间距０．９　ｍ。对比国内《建筑物防雷设计规　范》（ＧＢ　５００５７－２０１０）第４．３．１款规定，其防直击雷　

设计更严格，并且在材料选择上与发达国家一致。　

为保护置于罐顶管线和设备免受雷害损坏，全　容罐罐顶平台多处设置有接闪杆。接闪杆由接闪端　

（ａｉｒ　ｔｅｒｍｉｎａ１）￣１］支撑体（１ｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｓｕｐｐｏ￣）组成，高度　有５　ｍ和７　ｍ两种，其接闪端采用直径１５　ｍｍ长　５００　ｍｌｎ铜棒，并用截面为７０　ｍｉｌｌ２镀锡裸铜绞线沿　

支撑体引下与罐顶接闪带连接，支撑体采用热镀锌　

钢管。在国内的设计中，接闪杆的接闪端采用热镀　锌圆钢。　

在全容罐罐壁距地２．０　ｍ处，每根引下线与接　

地线连接处均设置有防雷保护系统测试箱（ｔｅｓｔ　ｂｏｘ　ｆｏｒ　ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ）。这种作法与国内《建　

筑物防雷设计规范》（ＧＢ　５００５７－－２０１０）第５．３．６条　的要求基本一致。　

图２罐项防雷平面示意　

１．３接地装置　

外方设计的接地装置是在距全容罐外壁１．５　ｍ　处埋设第一圈环形水平接地装置，埋深１．０　ｍ，距　

第一圈环形水平接地装置外３．０　ｍ处埋设第二圈环　形水平接地装置，埋深１．５　ｍ。第二圈接地装置中　

间均布四处检查坑，坑内设有垂直接地棒及与厂区　

主接地网连接用接线端子。水平接地装置采用截面　为７０　ｍｍ　镀锡裸铜绞线，垂直接地装置采用直径　

２０　ｍｍ长３．０　ｍ铜棒。　

从接触电压和跨步电压的角度分析，外方的这　

种设计让人费解。　ＴｒｎｎｓｍＩ　

罐区接地电阻４欧姆，以实测为准ｆ这点与国内　设计要求相同）。接地装置导体间连接采用热熔焊　

接。　

图３储罐接地平面示意　

１．４设备接地　

为满足设备接地要求，外方利用在储罐顶部沿　接线箱、接线盒集中部位敷设的电缆桥架中通长敷　

设的截面为７０　ｍｍ　绝缘铜绞线（ｇｒｅｅｎ　ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　ｓ￣ａｎｄｅｄ　ｃｏｐｐｅｒ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）作为接地线，该接地线与　

研究论文　

１　５万ｍ３原油储罐方案优化设计　

盛选禹’。张宏志　

１．清华大学核能与新能源技术研究院，北京１０００８４　

２．大庆油田建设集团．黑龙江大庆１６３４５７　ｅＶ１ｅＷ　

【摘要】针对设计提出的３种储罐设计方案和已经实施的一套储罐方案，利用有限元程序进行了分析，这３种方案的总容积相同，但各　段环板的高度和厚度有变化：采用大型非线性有限元软件ＡＢＡＱＵＳ，对４种方案的１５万ｍ。双盘式浮顶罐原油储罐的应力进行了分　析，计算得出了储罐的应力分布；通过应力分析比较，确定比较合理的设计方案。对于确定的设计方案，使用相关规范进行了应力评价，　罐环板能够满足要求。储罐底板应力比较小，边缘底板与侧壁焊接部位的内侧应力很高，应力值超过材料的许用应力，但将应力分类后，　

应力能够满足相关法规要求。　【关■词】储罐；有限元；应力评价；优化设计　【中圈分类号】ＴＥ９７２　【文献标识码】Ａ　【文章　号】１　０００—７８５７（２００７）１　１－００３９－０６　

Ｏｐｔｉｍａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　１．５　Ｍｍ３　Ｃｒｕｄｅ　Ｏｉｌ　Ｔａｎｋ　

ＳＨＥＮＧ　Ｘｕａｎｙｕ’，ＺＨＡＮＧ　Ｈｏｎｇｚｈｉ　

１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＮｕｃｌｅａｒ　ａｎｄ　Ｎｅｗ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ　

２．Ｄａｑｉｎｇ　Ｏｉｌｆｉｅｌｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｇｒｏｕｐ，Ｄａｑｉｎｇ　１６３４５７，Ｈｅｉｌｏｎｇｆｉａｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ａｎｄ　ｏｎｅ　ｒｅａｌ　ｔａｎｋ　ｗｉｔｈ　ａ　ｓａｍｅ　ｖｏｌｕｍｅ　ｂｕｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｈｅｉｇｈｔ　ａｔ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｐａｒｔｓ　ａｒｅ　

ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ　１．５　Ｍｍ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｔａｎｋ　ｉＳ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＡＢＡＱＵＳ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｔａｎｋ　ｉＳ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ａｎ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉＳ　ｃｈｏｓｅｎ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉＳ　

第３３卷第１期２０１２年２月　化工装备技术　２３　

２万ｍ３大型烧碱储罐的节材和节能设计　

许亚非　陈栋梁　

（湖南化工医药设计院）　

摘要探讨用于离子膜烧碱生产中的大型烧碱储罐的节材和节能设计的方法。　

关键词　大型烧碱储罐节材　节能设计　压力容器　

中图分类号ＴＱ　０５３．２　

Ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓａｖｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　０ｆ　２０　０００　ｍ３　

Ｌａｒｇｅ．．．ｓｃａｌｅ　Ｃａｕｓｔｉｃ　Ｓｏｄａ　Ｔａｎｋ　

Ｘｕ　Ｙａｆｅｉ　Ｃｈｅｎ　Ｄｏｎｇｌｉａｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｃａｕｓｔｉｃ　ｓｏｄａ　ｔａｎｋ　ｆｏｒ　ｉｏｎｉｃ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｃａｕｓｔｉｃ　ｓｏｄａ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｃａｕｓｔｉｃ　ｓｏｄａ　ｔａｎｋ；Ｍａｔｅｒｉａｌ　ｓａｖｉｎｇ；Ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ；Ｄｅｓｉｇｎ；Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｖｅｓｓｅｌ　

０前言　

大容量储罐具有减少占地面积、缩短管线总长　

度、方便操作管理和维护、节省材料、节约投资等　诸多特点。受某大型离子膜烧碱有限公司的委托，　

我们承担了一台直径为４２　ｍ、筒体高度为１７　ｍ、　公称容量为２万ｍ　的烧碱成品大储罐的设计任务。　

为了更有效地节省材料、减少焊接能量、降低项目　初投资及在确保其承载可靠性的前提下最大限度地　实现节材节能，我们为这台储罐的罐壁、罐顶和罐　

底板各做了２种设计方案进行比较。总共６种方　案，为叙述方便，将这６种方案按顺序列出如下：　

（１）罐壁全部采用不锈钢板；（２）罐壁采用不锈钢一　钢复合板；（３）罐顶采用不锈钢拱顶带肋球壳；　

（４１罐顶采用不锈钢双向子午线网壳；（５）罐底板全　部采用不锈钢板搭接焊接；（６）罐底板采用不锈钢