毕业设计（论文）-1500立方米内浮顶储罐设计（全套图纸）

1500 储 罐 设 计 3 m 第1页 共 36 页 1500储罐设计储罐设计 3 m 全套全套 CAD 图纸，联系图纸，联系 153893706 1 综述综述 1.1 国内外汽油储罐的发展概况国内外汽油储罐的发展概况 长期以来，我国库存轻质油品，广泛采用固定顶油罐和浮顶油罐。由于固定顶 油罐在存贮和收发油品时存在“小呼吸” 和“大呼吸” ，油品蒸发损耗较大，而且 会因为油气逸散到空气中造成环境污染，危害人们身体健康。因此油品及化学品的 蒸发损耗一直是石油、化学工业关心的问题。人们最初关心的是经济损失和安全， 近年来还关心生态、环境保护方面的问题。为了较经济有效地解决这个问题，世界 上发达国家如美国、法国、前苏联早在五、六十年代相继开始研制浮顶油罐。我国 直到 70 年代末期才开始研制。由于浮顶罐能降低损耗，减少环境污染，主要用于储 存原油、汽油、柴油等介质。随着内浮顶技术的发展，汽油和航空煤油大多数采用 内浮顶罐，新建的外浮顶罐几乎都用于储存原油。 1955 年前后，第一次实际采用塑料泡沫浮顶这个充气的救生筏形的构件漂浮在 液面上，能减少汽油罐的蒸发损失 85%。法国还研制了由硬聚氯乙烯浮动盖板组成 并以同样材料作为浮子支撑的内浮顶罐。前苏联从 1961 年起开始使用合成材料做内 浮盖，到 1970 年末已有 300622容量的储罐装配了合成材料做的内盖。1962 年美 3 m 国在组瓦克建有世界上最大直径为 187ft(61.6m)的带盖浮顶罐。到 1972 年美国已建 造了 600 多个内浮顶油罐。 由于塑料浮顶耐温较差及使用寿命等问题, 从 20 世纪 50 年代开始，非钢内浮 综 述 第2页 共 36 页 顶罐开始出现，其材料有铝、环氧及聚酯玻璃钢、聚氯乙烯塑料和聚氨酯泡沫塑料 等。加拿大欧文炼厂在直径为 28.65m 油罐中就采用了全铝制的内浮顶。 与钢制内浮顶相比,非钢内浮顶具有质轻、耐腐蚀等优点,但强度较差,有的价格 较贵,使其应用受到限制。20 世纪 80 年代以前以钢制内浮顶的应用为主，但此后,耐 腐蚀能力和综合力学性能较好的铝合金在内浮顶制造上得以应用,用其制造的装配式 铝制内浮顶油罐的降耗率能够达到 96%,而且现场安装时的动火量比钢盘式内浮顶减 少 95%以上,因此得到广泛的推广应用。为了更好的设计和发展内浮顶储罐，1978 年 美国 API650 附录 H 对内浮盘的分类、设计、安装、检验及标准荷载、浮力要求等 作了一系列的修订和改进。 国内于 20 世纪 70 年代后期，开始使用浅盘式钢制内浮顶。由于浅盘式钢制内 浮顶的抗沉性差，20 世纪 80 年代中后期开始使用铝制内浮顶，钢制内浮顶已使用 得很少。1978 年国内 3000铝盘储罐投入使用，通过测试蒸发损耗标定，收到显 3 m 著效果，近 20 年也相继出现了各种形式和结构的内浮盘或覆盖物。 经过长时期的使用及探索,近年来,内浮顶的总体结构有了较大改进,相继开发了 多种新型的装配式铝浮顶,使内浮顶储罐技术得到较快发展。目前新建的内浮顶罐， 绝大多数采用铝制内浮顶。在用的罐，当需要改造成内浮顶罐时，采用铝制内浮顶 是最佳的选择。 1.2 储罐结构型式的选择储罐结构型式的选择 油品储罐的选型应考虑的主要因素是尽量降低油品损耗，避免油品在储存期间 变质，减轻大气污染与火灾的危险性，同时还要考虑经济合理。 控制和减少储液的蒸发是储罐技术发展的一个重要方面。油品在储存过程中的 蒸发损失不仅可以造成储液量的损失，还导致油品质量的下降，使油品变质。减少 储罐的蒸发损失有很多措施，如用水喷淋可基本消除固定顶罐的小呼吸损失，但这 要浪费大量的冷却水，将罐体外表面涂成白色或使用热绝缘材料可降低小呼吸损耗 60 ，还有提高储罐承载能力等措施。但是，以上这些措施都不能从根本上减少储 罐的蒸发损失，采用内浮顶罐是迄今为止控制油品蒸发损失所采用的技术中最有效 的解决办法之一。 储存汽油，柴油的储罐原则上既可以选择固定顶油罐,也可选用内浮顶油罐。但 不同罐型的防火距离要求是不同的,一般而言(容量大于 1000的油罐),固定顶油罐 3 m 1500 储 罐 设 计 3 m 第3页 共 36 页 之间的距离为 0.6D(D 为罐直径)，内浮顶油罐之间的距离为 0.4D。对固定顶与内浮 顶油罐的选型进行分析比较,当土地价格与地基处理费用较高时,从经济合理性上来讲,选 用内浮顶油罐是恰当的。 考虑到本油罐所盛的介质为汽油，而汽油为易挥发的轻质油品，为降低汽油的 蒸发损耗，减少环境污染，以及减少油库的占地面积，选用内浮顶罐最合适。 1.3 内浮顶储罐概述内浮顶储罐概述 1.3.1 内浮顶罐的构成及特点内浮顶罐的构成及特点 内浮顶储罐主要由罐体、内浮盘、密封装置、导向和防转装置、静电导出设施、 通气孔、高液位报警器等组成。为避免浮顶漏损沉没，多采用带有环形隔舱的内浮 顶，或采用双盘式内浮顶以增加浮盘的浮力及安全性（后者还起隔热作用） 。 钢制的内浮盘的浮顶储罐在美国石油学会（API）称为“带盖的浮顶罐” ，而称 铝制（或非金属）浮盘为“内浮顶罐” ，而这两种形式的的储罐在国内均称为内浮顶 储罐。这种罐的顶部为拱顶与浮顶的结合，外部为拱顶，内部为浮顶。内部的浮顶 可减少油品的蒸发损耗，而外部的拱顶又可避免雨水、尘土等异物从环形空间进入 罐内。由于具有浮顶罐和拱顶罐的优点，这种罐主要用于储存航空煤油、汽油等要 求高的油品。 内浮顶油罐罐体外形结构与拱顶油罐大体相同。与浮顶油罐相比，它多了一个 固定顶，这对改善油品的储存条件，特别是防止雨水杂质进入油罐和减缓密封圈的 老化有利。同时内浮顶也能有效的减少油品的损耗，所以内浮顶油罐同时兼有固定 顶油罐和浮顶油罐的特点。从耗钢量比较，虽然内浮顶油罐比浮顶油罐增加了一个 拱顶，但也省去了罐壁和罐顶周围的抗风圈、加强环、滑动扶梯和折水管等，因此 总耗钢量仍略少于浮顶油罐。内浮顶罐的详细特点如下： 1）、内浮顶储罐不是固定顶罐和浮顶罐的简单迭加，由于结构上的特殊性，与固定 顶储罐相比有以下特点： 、储液的挥发损失少。由于内浮盘直接与液面接触，液相无挥发空间，从而减 少发损失 85%90%。 、由于液面没有气相空间，所以减轻了罐体（罐壁与罐顶）的腐蚀，延长了储 罐的寿命。 、由于液面覆盖内浮盘，使储液与空气隔离，故大大地减少了空气的污染，减 综 述 第4页 共 36 页 少了着火爆炸的危险，易于保证储液的质量。特别适用于储存高级汽油和喷气燃料， 也适合储存有害的石油化工产品。 、在结构上可取消呼吸阀及罐顶冷却喷淋设施。 、易于老罐改造成内浮顶罐，并取消呼吸阀、阻火器等附件，投资少，经济效 益明显。 2）、内浮顶罐与外浮顶罐相比有如下特点： 、内浮顶罐又称“全天候”储罐，由于有顶盖密封能有效地防止风、沙、雨、 1500 储 罐 设 计 3 m 第5页 共 36 页 雪灰尘污染储液，在各种气候条件下均能正常操作，不管寒冷多雪、风沙频繁或是 炎热多雨地区储存高级油品或喷气燃料等严禁污染的储液特别适宜。 、在相同密封的条件下，内浮顶储罐可以进一步降低蒸发损耗。这是因为固定 顶的遮挡以及固定顶与内浮盘之间静止的空气层，有较好的隔热效果，并使蒸发损 失进一步减少。 、内浮顶储罐的内浮盘没有雨雪载荷，浮盘负荷小，结构简单、轻便。浮盘上 可以省去中央排水罐、转动扶梯、挡雨板等，易于施工和维护。 、由于有固定顶的遮挡，内浮盘周边的密封装置避免了日光直接照射而老化。 、节省材料，易于施工和维护。 3） 、内浮顶罐的缺点：与拱顶罐相比耗钢量多一些,施工要求高一些,与浮顶罐相比密 封结构检查维修不便,储罐不易大型化,目前容量一般不超过 10000。 3 m 1.3.2 浮盘的选择浮盘的选择 根据不同材料的性质以 13.5m 浮盘为例，按照国家标准 GB50341-2003 立式圆 筒形钢制焊接油罐设计规范的要求，在不考虑腐蚀余量的情况下，对其耗材和性能 比较。 1)钢浮顶。按照标准要求下盘、上盘及周边钢板选用 4.5mm 厚，中间隔板选用 2.5mm 厚，整体重量超过为 35t。 2)不锈钢浮顶。不锈钢内浮顶适用性好，耐腐蚀，适用于大多数介质。浮顶盖 板选用 0.5mm 厚，骨架、浮筒用 1.2mm 厚，13.5m 浮盘重量约在 9t。 3)铝浮顶。铝浮顶耐腐蚀性较好，整体重量轻，制作方便。盖板选用 0.5mm 厚 铝板，骨架选用 2mm 厚，浮筒选用 1.7mm 厚，13.5m 浮盘重量约在 2.1t。由于重量 轻，浮盘运行稳定性好。 根据上面的比较，选用铝浮顶的性价比高，经济合理；如必须选用钢浮顶，选 用不锈钢材料做内浮顶无论从使用方面，还是价格方面都比选用碳钢浮顶更为合理。 1.3.3 铝制内浮盘储罐铝制内浮盘储罐 所谓铝制内浮顶储罐，即是在钢制的固定顶储罐内设置一个铝制或铝镁合金材 料装配而成的内浮盘。装配式铝制内浮顶采用非焊接结构,主要由浮筒、构架、铺板 及支腿等部件组成。构架和铺板位于油面以上,用卷制的铝合金筒作浮力构件,支撑整 综 述 第6页 共 36 页 个构架,铺板与油面之间有一定的空间,除了铝浮顶与罐壁之间的环形空间以外,所有 油面由铝浮顶覆盖。铝浮顶周边与罐壁之间的环形间隙采用舌形密封装置或填料式 舌形密封装置加以密封。铝浮顶上设有量油孔、真空阀、人孔、防静电装置和防旋 转装置等附件。铝制内浮顶按照提供浮力的元件区分有浮管式的和浮子式的。本设 计选用浮管式，其结构如图 1 所示： 图图 1 装配式装配式铝铝制内浮制内浮顶顶油罐油罐结结构示构示图图 与钢制内浮顶相比，铝制内浮顶有很多优点： 1） 、施工工期短，对罐壁要求低 钢制内浮顶是用钢板焊接而成，往往是在生产罐区内施工,长时间大量焊接与切 割的动火工作对生产罐区来说无疑是十分危险的，装配式铝制内浮顶实现了预制,全 部零部件可以通过罐壁人孔送入罐内,用螺栓进行安装,安装时的动火工作量比钢盘式 内浮顶减少 95%以上，1 台 1500油罐的装配式铝制内浮顶,可以在一星期之内完 3 m 成全部安装工作。 2） 、质量轻，成本低，安装、搬运方便 铝制内浮顶的全部零件都采用铝合金制造，在搬运过程中十分轻便。因此，在 安装过程中不需要起重设备，零件的组装不用焊接，多采用螺栓紧固，个别部位采 用铆接。特别适合于旧拱顶钢罐改造成内浮顶罐。 3） 、密封圈更耐腐蚀 钢制内浮顶采用“O”密封，而装配式铝制内浮顶四周与罐壁之间的环形空间 多数采用舌形密封装置加以密封，一种是舌形橡胶密封带，一般用在新罐上；另一 种是填料式舌形密封胶带,一般用在旧罐上。舌形密封属于二次密封，它除了提高密 封效果外，还可以保持一次密封免遭风雨等的破坏，延长一次密封的寿命，但使用 1500 储 罐 设 计 3 m 第7页 共 36 页 二次密封能减少油罐的有效使用容积。其结构图如图 2 所示： 图图 2 舌形密封装置舌形密封装置 4） 、浮盘升降更平稳，不易卡盘 钢制内浮顶由于自身重量大、浮船容易腐蚀渗漏，造成倾斜升降，发生沉船现 象，导致油罐不能正常工作。装配式铝制内浮顶改变了传统的利用大直径(DN 200) 不锈钢管作支撑的硬式防转装置，采用了固定钢丝绳支撑的软式防转装置，使内浮 顶自由的漂浮在油面上，缓解了浮顶径向压力的不均衡状态，防止了卡盘现象。 1.3.4 铝制内浮顶工作原理铝制内浮顶工作原理 当油品进罐后，油品充满在罐底、罐壁与内浮顶之间，当油品液位高度达到淹 没浮筒的 1/2 时，内浮顶便在浮筒产生的浮力作用下漂浮在油面上，随着油面升降 而升降，有效地减小了油品上部的气相空间，同时，始终将油品与空气保持隔离状 态，从而大量减少了油品的蒸发损耗，节约了能源，减少了环境污染，提高了储罐 使用的安全性。内浮顶储罐正常运行的关键点是内浮盘的安全平稳升降。若处理不 当，引起沉盘，起不到内浮顶储罐的作用，则安全性要求就得不到保证。为确保内 浮盘安全平稳升降的要求主要有两方面：一是导向结构；二是内浮盘的平整度。导 向管越垂直，内浮盘的平整度越好，内浮盘上下升降的平稳性越好。 综 述 第8页 共 36 页 2 内浮顶油罐的设计计算内浮顶油罐的设计计算 2.1 内浮顶油罐的设计思想和参数的确定内浮顶油罐的设计思想和参数的确定 内浮顶油罐总的设计思想是在设计容积给定的情况下，如何使设计出的油罐达 到最低的工程造价和材料消耗，同时又满足罐壁强度和稳定性要求。 储罐的设计参数主要有：设计温度、设计压力、风及地震载荷、油罐的直径、 高度、容量等。 根据储罐所盛装的介质（汽油）及工作环境（湖北地区）确定设计温度为 0-60 ，设计压力为常压，即-0.49KPa1.96Kpa。其他参数将在后文中介绍。C 0 2.2 罐总体尺寸的确定罐总体尺寸的确定 储罐总体尺寸的确定主要坚持两个原则，即材料最省和费用最省。 2.2.1 储罐内径和高度的确定储罐内径和高度的确定 根据储罐总体尺寸确定的两个原则，前人将计算储罐内径的方法归纳为下表： 罐壁情况储罐形式按材料最省的经济尺寸按费用最省的经济尺寸 小型敞口储罐 HRHR 等壁厚 小型封闭储罐 H2RH2R 不等壁厚大型封闭储罐 H 1 32 2C CC H 表表 1 储罐的经济尺寸储罐的经济尺寸 当容积大于 1000时采用不等壁厚的储罐。若把罐壁和罐顶看作相同的费用， 3 m 并且分别为罐底费用的两倍时，其经济尺寸看来合理些。按此算得容积8/3DH 为 1500的储罐，高度为 6.45m，直径为 17.20m，储罐为“矮胖形” ，取 3 m H=6.5m,D=17.3m。计算容积为:。 23 1527 4 VD Hm 对于立式圆筒性形储罐，可通过建立立式圆筒储罐罐体质量函数关系并求取极 小值，同时引入质量折算系数的概念，在遵循 JB/T4735-1997钢制焊接常压容器 原则的基础上，推导出立式圆筒储罐最经济内径的计算公式，最后应用数值理论反 复迭代的方法来确定储罐的最经济内径值（计算过程可参考文献 16） 。由此计算出 1500 储 罐 设 计 3 m 第9页 共 36 页 的储罐的最经济内径值可归纳为下表： V （ 3 m ） 罐体材料 碳钢/不锈钢 （mm） is D 碳钢/不锈钢 V （ 3 m ） 罐体材料 碳钢/不锈钢 （mm） is D 碳钢/不锈钢 20Q235-A-F/不锈钢3050/2900900Q235-A/不锈钢11600/11600 30Q235-A-F/不锈钢3500/33501000Q235-A/不锈钢12150/12150 50Q235-A-F/不锈钢4100/39501500Q235-A/不锈钢14300/14400 80Q235-A/不锈钢4800/46502000Q235-A/不锈钢16250/16450 100Q235-A/不锈钢5100/49502500Q235-A/不锈钢17750/18150 150Q235-A/不锈钢5800/56503000Q235-A/不锈钢19250/19750 200Q235-A/不锈钢6400/62503500Q235-A/不锈钢20550/20850 250Q235-A/不锈钢6900/67004000Q235-A/不锈钢22100/22250 300Q235-A/不锈钢7350/71005000Q235-A/不锈钢24350/24900 400Q235-A/不锈钢8100/78506000Q235-A/不锈钢26600/27150 500Q235-A/不锈钢8700/8450700020R/不锈钢27550/29050 600Q235-A/不锈钢9250/8950800020R/不锈钢29250/31050 700Q235-A/不锈钢9600/10500900020R/不锈钢31100/无 800Q235-A/不锈钢1100/111001000016MnR/不锈钢31000/无 表表 2 储罐的最经济内径值储罐的最经济内径值 上述两种理论确定的内径和高度与 HG 21502.2-92（化工钢制立式圆筒形内浮顶 储罐系列标准）提供的数据有些出入，这主要是考虑载荷、占地面积及许用容积等 方面的因素。本文的设计以 HG 21502.2-92 给定的参数为准。HG 21502.2-92 提供的 公称容积为 1500的储罐的参数如下： 3 m 计算容积：1650；储罐内径：13000mm 罐壁高度：13500mm；拱顶高度： 3 m 14050mm；总高:14905mm；罐壁底圈到第八圈的厚度（mm）分别为： 8，7，6，6，6，6，6，6，储罐总重：51425Kg。 2.2.2 内浮顶所占容积和有效容积的估算内浮顶所占容积和有效容积的估算 1、内浮顶占罐体的有效高度 根据内浮顶使用有关规定：放油时罐内应保持 1.4m 的高度，防止浮盘落架，卡 内 浮 顶 油 罐 的 设 计 计 算 第10页 共 36 页 盘，收放油时油罐本身的高度减少 1.4m；进油时顶部有 1.2m 的空间（不包括圆顶 部分） 。因此。mH6 . 22 . 14 . 1 浮 2、储罐的有效容积 上面确定了 1500储罐的高度 H=13.5m,所以内浮顶所占储罐的容积为： 3 m 式（2-1） 3 9.2881500 5.13 6.2 mV 浮 储罐的有效容积为：。 3 1 . 1211 9 . 2881500mVVV 浮总有效 2.3 材料的选择材料的选择 1、储罐的用材按类别可分为：碳钢（碳素钢和低合金钢） 、不锈钢、铝及其合金。 2、储罐主要用材的选择 储罐用材的选择应根据储罐的设计温度（最低和最高设计温度） 、物料的特性 （腐蚀性，毒性，易爆性等）钢材的性能和使用限制，在保证各部位安全，可靠的 基础上节省投资的原则。在满足其他条件的情况下优先选用碳素钢。 3、罐壁和罐底的边板对选材来说是最重要地，也是最难于判断的。由强度决定的罐 壁部分、罐底的边缘板(或简称边板)、人孔接管、补强板在原则上应选择同一种材 科。罐底的中幅板、罐顶及肋板、抗风圈、加强圈等一般可选用 Q235-A，Q235-B 或 Q235-A-F 牌号钢材。 由 1000至 10000的小型油罐由强度决定的罐壁部分的选材，根据用途及 3 m 3 m 建罐地区最低日平均温度分别采用 Q235-A-F 和 Q235-A。 当这些小型油罐锗存汽油时，则根据建罐地区的最低日平均温度选取不同材料。 当最低日平均温度在10以上时，取 Q235-A，在-10 -20时取 Q235-A-F。C 0 C 0 油罐的其他部分，如罐底的中幅板、罐顶、抗风圈、加强圈等一般可选用 Q235-A 或 Q235-A-F，日本在这些部位多选用 SS41。 4、罐壁材料三项基本要求 罐壁材料的三项基本要求是强度、可焊性和冲击韧性，三者全都重要不个可偏 废。 根据以上原则，储罐的主体材料选择 Q235-A。 2.4 罐壁设计罐壁设计 1500 储 罐 设 计 3 m 第11页 共 36 页 工程设计中罐壁厚度通常由三种方法确定，即： 1） 、定点法：用于容积较小的储罐（直径小于 60 米） 。 2） 、变点法：此方法适用于 L/H1000/6 的储罐。 3） 、应力分析法：此方法适用于 L/H1000/6 的储罐。 对于容积较小的储罐，采用定点法设计罐壁厚度计算简便，结果也足够安全 2.4.1 壁厚的确定壁厚的确定 罐壁的设计首先要确定壁厚。在罐壁中环向应力是占控制地位的，因而壁厚是 根据环向应力确定的。壁厚一般可按下式计算： 式（2- C HD t 2 3 . 0 2） 式中：t-罐壁按强度要求的最小壁厚，毫米； D-油罐的直径，米； H-由所计算的那圈壁板的底边至罐壁顶端的垂直距离，米； -贮液的比重，当贮液的实际比重小于 1 时，取=1； -焊缝系数，根据我国目前的焊接水平和焊缝质量检查的具体情况， 可取=0.90； -许用应力，可按进行计算，为材料规定的最低屈服极 S 3/2 S 限，； 3 /毫米公斤 式中 0.3 是由于下一圈板或罐底对所计算的那圈板的约束而使最大应力减低的 修正系数； C-钢板的允许负偏差及腐蚀裕量之和，毫米。 钢板的允许负偏差，与钢板的厚度和宽度有关。按(2-2)式计算出的 t 值，适当 向上圆整。考虑到预制，运输、安装以及保证建成后罐壁圆度等，按(2-2)式确定的 壁厚在任何情况下不得小于按刚性要求所决定的。 2.4.2 罐壁的设计厚度罐壁的设计厚度 罐壁的设计厚度按下式计算，取其中的较大值。 内 浮 顶 油 罐 的 设 计 计 算 第12页 共 36 页 式（2-3） t CCDH t 21 1 3 . 00049 . 0 式（2- 1 2 3 . 09 . 4CDH t 4） 式中：-储存介质时的设计厚度（mm） ； 1 t -储存水时的设计厚度（mm） ； 2 t -储液的密度()； 3 /mkg H-计算的壁板底边至罐壁顶端的垂直距离(m)； D-储罐内直径(m)； -设计温度下罐壁钢板的许用应力(MPa)； t -常温下罐壁钢板的许用应力(MPa)； -焊缝系数，取 09； -钢板或钢管的厚度负偏差(mm), 取 0.6mm； 1 C -腐蚀裕量(mm),取 2mm； 2 C 查得，常温下 Q235-A 的许用应力，设计温度下的许用应力为 MPa235 ，将 D=13m，H=13.5m 代入上式，分别得： MPa t 157 mmt72 . 4 9 . 0157 6 . 2133 . 0 5 . 137900049 . 0 1 mmt98 . 3 9 . 0235 6 . 0133 . 0 5 . 139 . 4 2 在确定壁板的名义厚度时,不能单纯地按计算结果考虑,因为计算公式只从满足罐 体强度方面考虑了作用在罐壁上的液柱静压力、材料的许用应力以及焊接接头系数。 按照上述二式计算的罐壁厚度，最上一层或者几层钢板的厚度可能会较薄，以致于 制造难度增大。确定罐体壁厚还要考虑以下几个方面的问题:：(1)防腐蚀；(2)罐体受 力；(3)罐体刚度。为此罐体壁厚，可用一些经过实践证明行之有效的经验数据加以 限制： 当油罐直径max, 因而浮梁抗弯强度足够。 内 浮 顶 油 罐 的 设 计 计 算 第24页 共 36 页 浮梁接头最危险截面强度校核（见图 7） 。最危险断面 a-a 及 b-b 截面尺寸均为 宽=3mm，高 h=38mm 矩形截面。 最危险截面与支点间距为 25mm。 最危险截面惯性矩 J=bh/12=（0.33.8）/12 =1.3718 cm4 式（2-30） max=Mmax(e/j)=(150/2)(2.5)(1.9/1.3718)=2.59kg/mm2 式（2- 31） =13.5 kg / mm2 max 2,符合标准要求。 4、浮船的抗沉计算浮船的抗沉计算 浮船的下沉深度不得大于浮船外边缘板的高度 b3，且至少留出 510cm 余量， 即： p p/2p/2 2525 L max =350cm L max /2 p/2 p/2 p q 1500 储 罐 设 计 3 m 第25页 共 36 页 式（2-105 3 oa TTb 34） 式中：T浮船底板倾角=0 时下沉的最大深度，cm； T0a浮船底板倾角角引起的渗液深度的附加量，cm； 浮船最大的下沉深度 T 为： 式（2- A TTTT 10 35） 式中： T m Tt P T D Q T sin 1 1 3 82 , 1 , 1 4 3 1 2 2 1 1 2 2 1 0 0 令 sin 1 1 3 82 4 3 0 m 则： tgD b T TT T TT a10 10 0 )1 ( )1)(21 ( 1 2.6.4 罐顶的人孔和检查孔罐顶的人孔和检查孔 油罐的固定顶和内浮顶上应至少各设 1 个 DN600 的人孔，固定顶上宜设置沿四 周均布的目视检查孔，且不得少于 4 个。 2.7 抗震设计抗震设计 在地震时，储罐是受地震损害最严重的设备之一，往往是由于储罐内物料受地 震力而晃动导致罐体变形、裂缝，物料大量外流而引起火灾、爆炸等事故发生。由 于储罐抗震性能不好且抗震措施未能完善的解决，所以在近年来国内外地震中，储 罐的震害屡见不鲜，更为严重的是储罐的损坏有时还伴随着火灾，爆炸和环境污染 等次生灾害。因此抗震设计是目前储罐的研究的热门。 2.7.1 倾覆力矩的计算倾覆力矩的计算 内 浮 顶 油 罐 的 设 计 计 算 第26页 共 36 页 式（2- 2 0 H QM 36） 式中： M 水平地震载荷对罐底底面的弯矩，kgf-cm； Q0水平地震的载荷，kgf； H罐底底面至液面的高度，m； Q0按下式计算： 0max0 wCQ z 式中： CZ综合影响系数，对常压立式油罐，取 CZ=0.40; max 地震影响系数最大值， max 与地震烈度有关； W0产生载荷的油罐总重量，W 按下式计算。 WFW t 式中： W罐内储液重量，kgf； Ft动液系数，由 H/R 查表选取； R底层圈板的内半径，cm 。 2.7.2 罐壁压应力计算罐壁压应力计算 底层壁板的最大压应力可按下式计算 式（2- W M A N 37） 式中： 底层壁板的最大压应力，kgf/cm2； N底层壁板底部的垂直载荷，包括罐体自重和保温层重，kgf； A底层壁板的截面积，cm2； DtA W底层壁板的截面系数，cm3； tDW 2 785 . 0 D油罐的直径，cm； t油罐底层壁板的厚度，cm 。 1500 储 罐 设 计 3 m 第27页 共 36 页 2.7.3 罐壁临界压应力及其校核罐壁临界压应力及其校核 临界许用压应力可按下式计算 式(2-38) 25. 0 .25 . 1 5 )1088 . 3 R H R t cr 式中： 临界许用压应力，kgf/cm2 。 cr 当时，说明在设计预测的地震情况下，油罐安全。 cr 国家标准建筑结构荷载规范GB50009-2001 规定在地震烈度为七度或七度以上 时（烈度为九度区为不适宜建罐区）必须采取抗震措施。为减少地震力，日本的经 验是在储罐内采取增设挡板的措施，好比农民挑水时水桶内往往放两块木板的道理。 由于本设计中的储罐，工作环境为湖北地区，而湖北地区的地震烈度为六度，故在 抗震措施上不用过多的考虑。 2.8 储罐的附属设施储罐的附属设施 附属设施主要包括：透光孔、通风孔、清扫孔、量油孔、呼吸阀等已形成标准 化，可根据油罐容量合理选用。对不同类型的储罐还有物料管线，安全设施以及检 测仪表等附属设施。 2.8.1 油罐附件油罐附件 油罐附件是油罐自身的重要组成部分。它的设置按其作用可分成 4 种类型： 1、保证完成油料收发、储存作业，便于生产、经营管理。 2、保证油罐使用安全，防止和消除各类油罐事故。 3、有利油罐清洗和维修。 4、能降低油品蒸发损耗。 油罐除一些通用附件外，盛装不同性质油品，用于不同结构类型的油罐，还应 配置具有专门性能的附件，以满足安全与生产的特殊需要。 对内浮顶油罐，其专用附件有：通气孔、气动液位讯号器、量油导向管、导向 防转装置、静电导出装置、带芯人孔等。 1） 、透光孔和量油孔：用于检查罐内情况及测量油位,根据需要设置。 2） 、排污孔：排污孔设置在储罐底部最低位置,放水管可兼作排污管。 3） 、梯子和栏杆：高度大于 5m 的立式储罐,应采用盘梯或斜梯。梯子外侧和罐顶操 内 浮 顶 油 罐 的 设 计 计 算 第28页 共 36 页 作区应设栏杆。 4） 、人孔：人孔的数量应根据储罐大小及维修要求设置。通常在罐顶设 1 个人孔,在 罐壁设 1 个或多个人孔。人孔应设在方便操作的位置,并避开罐内附件。对内浮顶储 罐,在其固定顶上应设置不少于 1 个 DN500mm 或 DN600mm 的人孔；在内浮顶上应 设置不少于 1 个 DN600mm 的人孔;在内浮顶支撑高度以上及以下的罐壁上宜各设不 少于 1 个 DN600mm 的人孔。 5） 、导向防转装置：导向管可以兼作量液管，多用于钢制内浮顶罐，铝制内浮顶多 采用钢丝绳作为导向防转装置。 6） 、防雷和防静电接地：对于爆炸危险场所,储罐应按规范要求做防雷和防静电接地 设计。钢制储罐的防雷接地装置可兼作防静电接地用。其主要作用是使浮顶和储罐 保持相等的电位，防止静电的危害，保证储罐安全运转。 浮管式铝制内浮顶罐的主要附件包括：浮顶支柱、密封装置、导静电装置、真 空阀、防旋转装置、量油孔、人孔、油品入口扩散管、罐壁通气孔、罐顶通气孔等。 2.8.2 汽油罐的安全设施汽油罐的安全设施 对于轻油罐配备的专用附件有：呼吸阀挡气板、防火器、机械呼吸阀、泡沫发 生器、液压安全阀。其作用分别如下： 1） 、吸阀挡气板：防止空气进入油罐时直冲油面，油面上的油品蒸汽气体层就不会 被冲散，因此可减少油品的蒸发损耗。 2） 、防火器：防火器又称油罐阻火器，是油罐的防火安全设施，它装在机械呼吸阀 或液压安全阀下面，内部装有许多铜、铝或其它高热容金属制成的丝网或皱纹板。 当外来火焰或火星万一通过呼吸阀进入防火器时，金属网或皱纹板能迅速吸收燃烧 物质的热量，使火焰或火星熄灭，从而防止油罐着火。它的作用有二，一是吸热， 使燃烧气体的温度降到闪点以下，将火焰熄灭。二是隔火，使火焰，火花不至于进 入油罐。 3） 、机械呼吸阀：调整储油罐的压力。 4） 、泡沫发生器：当混合气液沿管道流过泡沫发生器孔板时，突然节流，流速随之 增大，造成负压，使大量空气吸入泡沫发生器内，形成空气泡沫，将火熄灭。 5） 、液压安全阀：选用呼吸阀时应同时选用直径相同的液压安全阀，液压安全阀是 1500 储 罐 设 计 3 m 第29页 共 36 页 为提高油罐更大安全使用性能的又一重要设备，它的工作压力比机械呼阀要高出 510%。正常情况下，它是不动的，当机械呼吸阀因阀盘锈蚀或卡住而发生故障或 油罐收付作业异常而出现罐内超压或真空度过大时，它将起到油罐安全密封和防止 油罐损坏作用。 2.8.3 物料的管线设计物料的管线设计 1） 、进料管 储罐进料管应从罐体下部接入, 以免物料流入时产生静电,也可使罐内液体按一 定方向流动。当可燃液体进料管需从储罐上部接入时,应沿罐内壁延伸到距储罐底 200 处。 2) 、出料管 出料管应设在罐体下部，管口高度可根据排出要求及储存物料的清洁程度而定。 对于有分水要求的油品储罐或有杂质沉积的物料储罐,出料口的位置应适当高些。清 净物料的出料口可设置在罐壁的最低点。 3) 、排净管 储罐维修、清洗或变换储存物料时,需通过排净管排净。排净管接口应设在储罐 的最低处。排净口也可与物料出口合并使用。当排净口设在罐底时，储罐基础要为 排净口留出安装维修的空间。 4) 、放水管 当储存物料在静置储存中有水在罐底沉积时,应设放水管。放水管接口设在储罐 的底部。 2.8.4 检测控制仪表检测控制仪表 1) 、温度计：应在储罐侧壁安装就地指示温度计。低温常压液体储罐应设温度指示 仪。对罐内设有蒸汽加热器的储罐,为防止物料加热超温,宜设温度控制及报警系统。 重要的温度高低温报警宜引至控制室监控。 2) 、压力计：低温常压液体储罐和设有氮封系统的储罐,应设置就地压力计和压力控 制系统。重要的压力高、低报警宜引至控制室监控。 3) 、流量计：因生产管理需要,要求记录流入、流出物料量时,应在储罐(或罐组)进出 界区的物料管线上设置流量计,流量计应具有指示(或记录)累记功能。作为接纳生产 装置界区外原料或向界区外输出产品的储罐,选用的流量计要具有足够的精度。 4) 、液位计：各储罐均应设液位计。根据操作需要,液位计的功能有就地指示、液位 内 浮 顶 油 罐 的 设 计 计 算 第30页 共 36 页 控制和高低液位报警。可燃液体的储罐除设置液位计外,还应设高低位报警器（防止 过量充液造成灾害性事故）,必要时可设自动联锁切断进液装置或自动联锁停出料泵。 2.9 储罐基础的设计储罐基础的设计 油罐基础对保证油罐安全使用有重要的意义。对于内浮顶罐来说，如果储罐基 础出现过大的偏斜沉降，储罐罐壁将随之变形，使圆形的罐壁筒圈呈椭圆形，从而 影响浮顶的升降。储罐基础受荷载作用后变形的控制，是储罐基础设计中应重点考 虑的问题。为了满足油罐的安装精度，油罐基础的承载能力及沉陷量必须符合使用 要求。 2.9.1 储罐基础的选型储罐基础的选型 储罐基础的选型，应根据储罐的形式、容积、地质条件、材料供应情况、业主 要求及施工技术条件、地基处理方法和经济合理性等条件综合考虑。 根据油罐基础破坏机理及其使用要求可将它分为3类：护坡式基础;环墙式 基础;外环墙式基础。 当储罐直径D8m时，基底压力一般超过100，通常可采用环墙式基础, 2 /mkN 亦可采用护坡式基础。其优点是混凝土用量省，但必须进行充水预压，增加施工周 期，基础沉降量大。由于湖北地区的场地为二类场地，综合以上因素选择环墙式基 础，如图8。这种基础有如下优点： 1) 、罐壁座落在环墙上，环墙为罐壁底端提供了一个平整支承面，利于罐壁安 装达到标准规定的精度； 2) 、环墙平面抗弯刚度较大，能很好调整地基不均匀沉降，使罐壁避免了局部 应力集中现象； 图图 8 环墙环墙式基式基础础 1500 储 罐 设 计 3 m 第31页 共 36 页 3) 、基础本身稳定性好，抗震能力强。 2.9.2 汽油储罐基础的处理汽油储罐基础的处理 1、常温储罐基础必须在砂垫层上面铺设厚度为 100mm 的沥青砂层，亦称绝缘 层，其功能是隔潮以保护储罐底板，沥青砂层铺设时要分格，呈放射形，沥青砂层 的配比及施工要点见防腐蚀施工验收规范。 2、储罐基础设计一般可不考虑地震力，因储罐与基础通常不用锚栓连结。除非 当储罐直径大，又是大风地区，为避免大风时将空罐吹动，才设置锚栓。储罐底板 的锚栓孔，建议开大孔，地震时能使罐体产生水平移动，消除地震能量。 3 储罐设计的经济评价储罐设计的经济评价 钢制立式油罐的技术经济评价，在油罐技术性能满足需要的情况下，直接关系 到建设单位在基建阶段投资的高低和投入使用后经济效益的好坏。一台高水平设计 的油罐，无形中会给建设单位带来可观的经济效益，因此应当是建设单位十分关心 的重要技术经济问题。 3.1 评价的意义评价的意义 油罐设计的技术经济评价问题不仅关系到油罐建设单位在基建阶段投资和使用 后的经济效益，而且也体现了油罐设计人员的技术水平高低和技术经济意识的强烈 程度。探讨这个问题，既有利于今后油罐设计中节省基建投资和增加使用效益，也 可用于对以前的油罐设计总结经验教训，因此是很有意义的。 3.2 评价的指标评价的指标 储 罐 设 计 的 经 济 评 价 第32页 共 36 页 对油罐设计的技术经济评价应包含两个部份：一是油罐建造时，基本建设阶段 的钢材耗量和投资；二是投入使用后的有效利用容积，它反映的是经济效益。 在油罐基本建设阶段，其评价指标可以采用每立方米容积耗钢量 A 和 3 /kg m 容积造价 C表示。为了明确评价指标，有必要对容积、耗钢量和造价的含义 3 /m元 加以规定，才能进行准确的对比评价，下面予以明确规定。 容积：指许用容积，即油罐使用中实际允许储存的最大容积。它不应是公称容 积，也不应是几何容积。 耗钢量：指罐体质量。它包含罐顶、罐壁、罐壁加强圈、抗风圈、罐底和罐上 开口附件、浮盘，但不包括油罐盘梯。对于内浮顶油罐采用铝浮盘或其它非钢材时， 则不包括浮盘质量。 造价：指油罐制作安装工程的直接费(材料费、人工费、机械费)。直接费是构 成油罐工程造价的基础。 油罐投入使用后，其评价指标采用有效系数 B，它是油罐许用容积与几何容 3 V 积之比值，即：。公称容积为 1500的储罐，按由罐壁上沿向下 1.2m 至 1 V 1 3 V V B 3 m 罐底计算的许用容积为，几何容积为： 23 3 1313.5 1.21632.6 4 Vm ，故有效系数。 23 1 1313.51791.9 4 Vm 3 1 1632.6 0.92 1791.9 V B V 对油罐设计作技术经济评价，应综合考虑油罐在两个阶段，即基本建设阶段和 使用阶段的技术经济指标。技术经济评价高的油罐设计，应该是每立方米容积耗钢 量 A 小，容积造价 C 低，有效系数 B 大。这说明该油罐的建造费用低，投入使用后 的有效利用率高，经济效益好，则该油罐技术经济指标好，设计水平高。 每立方米容积耗钢量 A 和容积造价 C 并不是等同的指标，二者中更主要应重视 C 值。油罐技术发展到今日，A 值已不能全面反映油罐的技术经济性能好坏了，这 是因为：同一容积的油罐可以采用不同强度的钢材；内浮顶的浮盘除了钢盘和铝盘 外，还有其他材质的浮盘。可见，每立方米容积耗钢量 A 值并不能真正反映油罐基 建阶段投资的多少。在市场经济情况下，供应钢材的品种和数量都没有困难时，人 1500 储 罐 设 计 3 m 第33页 共 36 页 们更关心的是投资金额的多少和资金回收年限，而对 A 值并不十分关心。 但在一般情况下，A 值大，则 C 值高，由 A 值的大小可以判定 C 值的高低。因 此 A 值这个指标在作技术经济评价时是有作用的，应予以保留。 3.3 评价指标分析评价指标分析 对单台油罐设计时，在公称容积确定的情况下，油罐直径和罐壁高度的变化对 油罐占地面积大小和基础的影响是很小的，因此对土地使用成本和油罐基础费用不 予考虑。 油罐投入使用后，因其直径、高度或结构不同，而带来的日常操作和维修费用 的影响也是很小的，因此这些因素也不予考虑。 首先，在油罐设计时，公称容积和内径一定的情况下，应将许用容积接近但大 于公称容积，使油罐实际允许储存的最大容积大于公称容积，降低每立方米容积耗 钢量 A 和容积造价 C。 其次，在结构设计上亦应尽量提高储存油品的最高液位，达到增大许用容积的 目的。对于内浮顶罐，要求钢浮盘升到最高液位时，其上表面最外圈支柱不与固定 顶盖相碰，这就限制了钢浮盘的上升高度，许用容积也难于再增大，为此可用改变 拱顶曲率半径的办法来减小这种限制。为了减小环向通气孔以上不能储存油品空间 的高度，按照美国标准 AP1650 和我国石化标准 SH 3046- 92 规定，环向通气孔可以 设在固定顶上。对于拱顶、内浮顶和浮顶罐，当把消防灭火剂入口设在罐壁上时， 为了减少开孔以上不能储存油品的容积高度，亦应将消防开口尽量靠近罐壁上沿。 液下导入泡沫法较液上注入法有更多优点，从提高油罐许用容积来讲，消防上采用 液下导入泡沫亦是很有效的措施，应当尽可能予以采用。对于高液位报警，无论是 采用浮球液位计或是光导液位计，其控制最高液位不发生油品泄漏所预留的空间高 度亦应越小越好，这需要综合考虑进油管内径、进油速度及报警信息发生到停泵所 需的时间等因素。 每一台油罐的钢材耗量主要是用在罐体上，其中又以罐壁用钢材量最大，其厚 度每增加 lmm，不仅增加了钢材用量，而且增加了焊接工作量和焊条用量，工程直 接费也相应增加。因此要降低每立方米容积耗钢量 A 值和容积造价 C 值，必须从减 小罐体厚度着手。 根据以上的分析可以看出，本文所设计的汽油罐在以下几个方面体现它的其经 储 罐 设 计 的 经 济 评 价 第34页 共 36 页 济性： 1） 、储罐的选型 选用内浮顶罐节省材料，减少投资。与浮顶罐相比省去了罐 壁和罐顶周围的抗风圈，加强环，滑动扶梯和折水管等，总耗钢量略少于浮顶油罐， 与固定顶罐相比在结构上可取消呼吸阀及罐顶冷却喷淋设施。对于罐区的建设，内 浮顶罐间的防火距离比固定罐少 0.2D。 2） 、材料的选用 选用 Q235-A 碳钢，在满足要求的情况下使壁厚达到了极小值。 3） 、结构的设计 、内径的确定 内径和高度的确定坚持了经济最省的原则。 、浮盘的选型 选用铝浮盘，不需动用电焊机等设备，施工周期比钢制内浮 顶短。 、拱顶的设计 选用加肋拱顶，结构简单，在满足稳定的条件下，自身的重 量最轻，钢材耗量少。 、基础的选择 采用环墙式基础混凝土用量省。 3.4 结论结论 1、钢制立式油罐设计的技术经济指标，应分为基本建设阶段和使用阶段