储罐分类资料

油罐及管道强度设计
第一章 储罐设计概述
内容提要
储罐及发展概况 影响储罐工艺系统和储罐建造的因素 储罐的种类及特点 储罐材料及选用 储罐设计方法与基本要求
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1.1储罐及发展概况
1.1.1储罐： 油品和各种液体化学品的储存设备. 用途:是储运系统设施、炼油、化工装置 的重要组成部分 按温度划分,可分为: 低温储罐(-90 ℃ ～-20 ℃) 常温储罐(<90) 高温储罐(90 ℃ ～250 ℃) 按压力划分,可分为: 低压储罐(-490Pa～2000Pa) 常压储罐(2000Pa～0. 1MPa)
气体空间较锥顶大，制造 需胎具，单台成本高，分 有加强肋和无加强肋两种 拱顶板
荷载靠伞形板 周边支撑于罐 壁上
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强度接近于拱顶,安装较拱顶容 易
系美国API650和日本JIS B8501规范中的一种罐顶 结构形式，但国内很少采 用
荷载靠网格结 构支撑于罐壁 上
刚性好，受力好，可用于 VN>2×104m3以上的固定顶储罐
损耗类型与损耗量 石油类或液体化学品储液的损耗可分为蒸发损耗和残漏损 耗两种类型。 文献和调查资料表明，储液损失，特别是油品损耗数量是 十分惊人的。 1980年，中国11个主要油田的测试结果表明，从井口开始 到井场原油库，井场油品损耗量约占采油量的2%，其中发 生于井场库的蒸发损耗约占总损耗的32%。 据1995年第四届国际石油会议报道，在美国油品从井场经 炼制加工到成品销售的全过程中，油品损耗数量约占原油 产量的3%。若以总损耗为3%估算，全世界每年的油品损耗 约有1X108t，几乎相当于中国一年的原油产量。
环境污染，危及人的生活质量和生存
大多数的油库、油码头、石油与化工联合装置和加油站分 布在人口稠密的城市或周边地区，散发到大气中的油气含 有苯和有机活性化合物，苯对人有致癌作用，而有机活性 化合物与氮氧化物在紫外线的作用下会发生一系列的光化 学反应，生成臭氧、一氧乙酞硝酸醋、醛类、酮类和有机 酸类等二次污染物；大气中的SO2还会生成硫酸盐气溶胶 ，这种一次和二次污染物的混合物称为光化学烟雾。这种 烟雾强烈刺激人的眼睛、喉咙导致头痛以及使呼吸道患者 病情恶化，严重时甚至造成死亡。因此寻找降低油品和液 体化学品损耗的措施，是十分重要的课题。
图1-1 自支撑锥顶罐简图
1.2.2拱顶储罐 拱顶储罐的罐顶是一种接近于球形形状的一部分 其结构一般只有自支撑拱顶一种。 可分为无加强肋拱顶(容量小于1000m3 )， 有加强肋拱顶(容量大于1000～20000m3 ) 拱顶R=0.8～1.2D， 它可承受较高的剩余压力，蒸发损耗较少； 与锥顶罐相比耗钢量少但罐顶气体空间较大； 制作需用胎具，是国内外广泛采用的一种储罐。
类型 自 支 撑 式 支 撑 式
罐顶表面 形状 接近于正 圆锥体
受力分析 荷载靠锥顶板 周边支撑于罐 壁上
罐顶特点和使用范围 VN＜1000m3 直径不宜过大，制造容易，不 受地基条件限制 VN≥1000m3 坡度较自支撑式小,顶部气体空 间最小,可减少“小呼吸”损耗
备注 1/16≤坡度≤3/4分有加 强肋和无加强肋两种锥顶 板 不适用地基有不均匀沉降 ，耗钢量较自支撑多
按制造储罐的材料,又可分为: 非金属储罐 塑料防震储罐 软体储罐 金属储罐(钢壳衬里、铝及其合金等) 按储罐所在位置和达到某种目的又可分为： 地上储罐 地下储罐 半地下储罐 山洞储罐 海中储罐地下废坑 废矿穴改建地下的储库等。
各种储存设备
各种储存设备
1.1.2储罐发展
20世纪70年代以来，内浮顶储油罐和大型浮顶油罐发展较 快 第一个发展油罐内部覆盖层的是法国。 1955年美国也开始建造此种类型的储罐。 1962年美国德士古公司就开始使用覆盖浮顶罐，并在纽 瓦克建有世界上最大直径为187ft(61.6m)的带盖浮顶 罐。 1972年美国已建造了600多个内浮顶油罐。 1978年美国API650附录H对内浮盘的分类、选材、设计 、安装、检验及标准载荷、浮力要求等均做了一系列 修订和改进。先进国家都有较齐全的储罐设计专用软 件，静态分析、动态分析、抗震分析等，如T形脚焊缝 分析。近20年也相继出现各种形式和结构的内浮盘或 覆盖物。 目前已有16×104m3 20×104m3 24×104m3
1.2.5浮顶储罐 浮动顶(简称浮顶)漂浮在储液面上。浮顶与罐壁之 间有一个环形空间。环形空间中有密封元件。使得 罐内的储液与大气完全隔开.减少储液储存过程中 的蒸发损耗，保证安全.减少大气污染。 浮顶的形式有双盘式、单盘式、浮子式等。 可用于储存原油、汽油、溶剂油以及需控制蒸发损 耗及大气污染，控制放出不良气体，有着火危险的 液体化学品。
外部因素主要有温度、储罐的承压能力、储罐气相空间大 小、储罐的密封程度、储罐的大小呼吸等。 温度 对同一种储液，大气温度和储液温度的高低是决定蒸发 速度的重要因素。温度越高储液蒸发越剧烈。同时，随着 温度的升高，储罐气相空间的压强也升高，增大的压强一 旦超过储罐的安全控制压力使呼吸阀打开时，大量的储液 蒸气就会排出罐外，造成损耗。 储罐的承压能力 储罐的承压能力较低，储液蒸气(油气)在较短时间内达到 呼吸阀的开启压力，油气排入大气，使罐内压力降低，这 样呼吸阀开启频率增加.蒸发速度加快蒸发损耗增加。储 罐的承压能力较高，导致蒸发速度减慢，蒸发损耗减少。 储罐气相空间 储罐中储液上方气相空间越大，蒸发损耗越大。据计算， 在相同温度和密封条件下储存同一种牌号汽油，进油量为 储罐容量积20%时的蒸发损耗比进油量为储罐容积95%时大 8倍。
锥 顶 罐
接近于正 圆锥体 接近于球 形表面拱 顶 R=0.8~1. 2D 一种修正 的拱形顶 其任一水 平截面都 是规则的 多边形 一种球面 形状
荷载主要由梁 檀条或 桁架和柱子承 担
拱顶罐 （一般 只有自 支撑式 ） 伞形顶 罐 （一般 只有自 支撑式 ） 网壳顶 罐
荷载靠拱顶周 边支撑于罐壁
受力情况好,结构简单,刚性好 能承受较高的剩余压力,耗钢量 最小
1.2 储罐种类和特点
储罐按几何形状可分为 立式圆筒形储罐 应用广泛可做大容量。 卧式圆筒形储罐 适用于储存容量较小且需压力 较高的液体。 球形储罐 适用于储存容量较大有一定压力的液 体，如液氨、液化石油气、乙烯等。 双曲线储罐(滴形储罐)结构复杂，施工困难，造 价高，。 悬链式储罐（无力矩储罐）顶板过薄易积水，锈 蚀遭损坏。
图1-4 双盘式浮顶罐
图1-5单盘式浮顶罐
图1-6 内浮顶罐
1.2.6内浮顶储罐 美国石油学会认为:设计完善的内浮顶是迄今为止控制固 定顶油罐蒸发损耗研究出来的和投资最少的方法。 大量减少蒸发损耗。 储液与空气隔离，减少空气污染和着火爆炸危险，易于保 证储液质量。特别适用于储存高级汽油和喷气燃料以及有 毒易污染的化学品。 易于将已建固定顶罐改造为内浮顶罐，并取消呼吸阀、阻 火器等附件，投资少、经济效益明显。 能有效地防止风砂、雨雪或灰尘污染储液，在各种气候条 件下保证储液的质量，有“全天候储罐”之称。 在密封效果相同情况下，与浮顶罐相比，能进一步降低蒸 发损耗，。 内浮顶罐的内浮盘与浮顶罐上部敞开的浮盘不同，不可能 有雨、雪荷载，内浮盘上荷载少、结构简单、轻便，可以 省去浮盘上的中央排水管、转动浮梯等附件，易于施工和 维护。密封部分的材料可以避免日光照射而老化。
图1-2 自支撑拱顶罐简图
1.2.3伞形顶储罐 自支撑伞形顶是自支撑拱顶的变种，其任何水 平截面都具有规则的多边形。 罐顶荷载靠伞形板支撑于罐壁上，伞形罐顶的强 度接近于拱形顶，安装较容易，
1.2.4网壳顶储罐(球面网壳) 钢网壳结构形式在近代大型体育馆屋顶结构 中已有成熟的设计经验 工程实践证明它具有足够的刚性和可靠性，
可制造成部件，在现场组 装成整体结构
1.2.7储液损耗 研究石油类或液体化学品储运系统储液的损耗日益受到 人们的重视。损耗不但使资源浪费，降低了储液的质量， 造成经济损失，而且严重污染环境，危害人们的生活质量 和生存，因此作为储运系统重要组成部分的储罐技术发展 的标志之一，就是有效控制和尽量减少储液的很耗。
1978年国内3000m3铝浮盘投入使用，通过测试蒸发损耗 收到显著效果。 1985年中国从日本引进第一台10×104m3 全部执行日本标准JISB8501 同时引进原材料，零部件 及焊接设备. 目前国内对10×104m3油罐有比较成熟的设计、施工和使 用的经验，国产大型储罐用高强度钢材已能够批量生产。 15×104m3目前国内正在建设。
储液损耗的原因 油品与液体化学品损耗两种类型中，蒸发是储液损耗的主 要原因。 任何储液的蒸发损耗都是在储罐内部传质过程中发生的。 发生在气、液接触面的相际传质，即储液的蒸发。 发生在储罐内气相空间蒸气分子的扩散.上述过程的进行 ，使储罐内气相空间原有的空气变为趋于均匀分布的储液 蒸气和空气的混合气体.当外界条件变化引起混合气体状 态参数改变时，混合气体从储罐排入大气，就造成了储液 的蒸发损耗。 内部因素是储液本身的固有性质。对油类来说是多种碳氢 化合物的馏分组成，馏分组成越轻，沸点越低，蒸气压越 大，蒸发损耗越大。因此在储罐内溶剂汽油、航空汽油、 车用汽油和原油，容易 造成蒸发损耗，而煤油、燃料油 的蒸发损耗稍小，润滑油的蒸发损失更小。对液体化学品 来说其组成较单一纯度较高，其蒸发损耗主要取决于沸点 、蒸汽压的大小，沸点越低、蒸气压越大就越容易蒸发。 因此在储罐内的醚类、醇类容易蒸发，苯类、酚类稍小， 酸类和碱类更小。
储罐的发展趋势---大型化
1.1.3储罐大型化特点
优点：
(1)总图布置的占地面积小 (2)节省罐区(包括管网和配件)的总投资 (3)节省钢材和基地工程材料 (4)便于储运和管理
新问题:(储罐大型化产生的)： (1)罐壁板材料的要求提高了.因储罐大型化后，同时也 对焊接质量提出更严格要求；相应增加储罐壁厚度，提高 对钢材强度和韧性的要求。 (2)事故危害性增大.随着容量的增大对消防措施要求提 高.
立式圆筒形储罐按其罐顶结构可分为
锥顶储罐 拱顶储罐 伞形顶储罐 网壳顶储罐(球面网壳) 浮顶储罐(外浮顶罐) 内浮顶储罐(带盖浮顶）
固定顶储罐:
浮顶储罐：
1.2.1锥顶储罐 锥顶储罐又可分为： 自支撑锥顶 支撑锥顶。 锥顶坡度最小为1/16，最大为3/4。 锥顶罐制造简单，但耗钢量较多，顶部气体空间 最小.可减少“小呼吸”损耗。 自支撑锥顶还不受地基条件限制。 支撑式锥顶不适用于有不均匀沉陷的地基或地荷 载较大的地区。
储罐的密封程度 若进油储罐上部密封不严即有孔隙，随着储罐内部或外 部气压的波动，油气就会从孔隙被排出或空气被吸入。孔 隙不止一个，就会因空气流动形成自然通风。空气从一个 孔隙进入而油气从另一个孔隙排出。当孔隙在不同高度分 布时，还会因高差而产生的气压压差使油气从低处孔隙排 出，空气从高处孔隙吸入。油气排出和空气吸入，会使储 罐内的油蒸气浓度降低，又会使油品不断地蒸发，形成恶 性循环。这种因储罐不同高度的孔隙引起的蒸发损耗又称 为自然通风损耗。 储罐上孔隙的产生原因为焊缝处的锈蚀、透光孔、法兰 密封垫缺损、呼吸阀阀盘失灵、操作时量油口未盖严等。 储罐的大呼吸 储罐顶大呼吸是指储罐收、发储液(油)时的呼吸。 储液收油时，由于油面逐渐升高，气相空间逐渐减小， 罐内气相压力增大，当压力超过储罐安全控制压力时使呼 吸阀打开。一定浓度的油蒸气从呼吸阀排出，直到储罐停 止收油，所呼出的油蒸气造成了油品的蒸发损耗。
储液损耗的危害 液(油品)数量减少，经济损失严重 据估算全世界从油田井场到销售的全过程中，每年原油 和油品的总耗达3%。每年散失到大气中的量约1X108t， 其经济损失相当严重。 储液(油品)质量降低 由于油品的蒸发都是油料中的最轻组成，因此会严重降 低油品质量，甚至使本来合格油品变为不合格。例如， 汽油随着轻组分的蒸发，蒸气压下降，启动性变差;辛烷 值降低，汽油在发动机内燃烧时抗爆性变差。当航空汽 油的蒸发损耗率达到1. 2%时，其初馏点升高30C ,蒸气 压下降20，辛烷值减少0. 5个单位。