大型原油储罐技术综述

1、大型原油储罐技术综述 本文介绍了储罐基础知识，包括储罐类型、储罐工艺要求、储罐结构构造特征和储罐的安装方法，以及储罐的国内外现状，并分析了储液损失和罐区的现场条件等问题，并对其发展方向作了展望。 关键词：储罐；储罐基础；工艺要求 ABSTRACT Thisarticledescribesthebasicsknowledgeofstoragetanks,includingthetanktype,thetankprocessrequirements,thetankconstructionandinstallationmethodsstructuralfeaturesofthetank,andthe

2、statusofthetankathomeandabroad,andanalyzingthereservoirtanklossesandfieldconditionsandotherissues,anditsdevelopmentdirectionisprospected. Keywords：Tank;tankbase;technologicalrequirements 1.概述 为了储存水或油等液体，建造了各种大容量的储罐，这些罐多数是立式圆筒形的钢罐。 立式圆筒形管的特点是其自重要比被储存物轻，而且是柔性结构。一般其主体结构差不多都 具有圆形平底板，其周边由能承受不同深度内压力的（厚度的）

3、壁板组成。在顶盖型式上，分为固定于壁板上部的拱顶及和其随罐内液面变化而自由升降的浮顶。 储罐的高度和直径对于一定容量可以采取任意的比例，但由于效率、占地、地基等条件 限制，差不多都有一定的范围。 罐基础的特征是由于荷载面差不多是水平的，所以是均布荷载，跟一般基础不同，具有 较大的任性，同时由于罐储存量经常变动，所以荷载压力是变化的。 1.1 储罐发展简介 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61.6m的带盖浮顶罐。 1

4、972年美国已经建造了六百多个内浮顶油罐。 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形脚焊缝波带分析。近20年也相继出现各种形式和结构的内 浮盘或覆盖物。 1978年国内3000ms铝浮盘投人使用，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10X104n3,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10104力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 高强度刚材已能够批量

5、生产。15X104川目前国内正在建设。 1.2 储罐建造的发展趋势 最近七八十年来，储罐向大型化发展的趋势已成定局。1958年，在路易安美国芝加哥 桥梁钢铁公司建造了第一座工业规模的LNG储罐，容积为5550吊2,1962年美国首先 建成了10万立方米浮顶储罐，1967年在委内瑞拉建成了15万立方米的浮顶储罐。1971年日本建成了16万立方米的浮顶储罐， 其直径达109m高17.8m,沙特阿拉伯建成20万立方米巨型储罐， 其直彳空达110m高22.5m。我国自1985年从日本引进10万立方米浮顶储罐的设计和施工技术并在秦皇岛建造之后，在全国各地相继建成10万立方米大型储罐近30台； 于2003

6、年在茂名石化公司建成两座12.5万立方米浮顶储罐，目前在仪征已开始建设国内最 大的15万立方米原油储罐。此外，储存石油液化气和天然气（液化）的低温储罐也是储罐建造的发展方向，在国外已较普遍应用，我国目前还是处于刚起步阶段。到1992年为止， 只有日本建造了129台LNG储罐网.。大型低温液体储罐领域，如液氧、液氮储罐国内已有日益成熟的设计和建造技术4。 大型储罐建设的经济性已经成为人们日益重视的课题，根据有关资料分析：储罐容积越 大，单位容积的钢材耗用量指标越低，建罐投资相应节省，同时罐区总占地面积也越小。但 最为经济的是12.5万立方米浮顶储罐，15万立方米和10万立方米次之，容积5万立方米

7、储罐的经济性最差。从目前我国现有储罐来看，绝大部分原油储罐的容积不超过5万立方米， 因此，我国的储罐必须向大型化方向发展，应以12.5万立方米为首选对象，尽可能避免建造5万立方米及其以下的小容积原油浮顶储罐。 建造大容积储罐，需用高强度钢板。目前我国建造5万立方米及以上储罐所使用的高强钢板，大多是日本产SPV490QIW,极少部分是国产钢材。国产钢材主要是16MnR因其强度 较低，使5万立方米浮顶储罐下部第一节壁板厚达34mm给大型储罐的建造带来了很大困 难。由武汉钢铁设计院、北京燕山石化公司、合肥通用机械厂、中国石化北京设计院组成的攻关小组，对07MnCrMoV趣J进行研究开发，并用于北京燕

8、山石化公司3台10万立方米浮顶储罐。今后，为了满足我国大型储罐建设发展的需要，应进一步研制高强度钢材，提高国产 高强度钢材的质量和产量。 2 储罐的类型 钢储罐在石油化学工业中，储存石油及其产品以及其他化学液体产品的应用越来越广。它与非金属储罐比较有以下优点：结构简单、施工方便、速度快；运行、检修方便，劳动、卫生条件好；不易泄露；与混凝土储罐相比，加热温度一般不受限制；投资小；灭火条件较同容量的混凝土罐好；占地面积小等。 缺点：热损失较大，耗金属量较多。 由于储罐储存的介质种类很多，对储存条件的要求也多样化，因此到目前为止，就出现 了很多种类的储罐。 储罐的形式是储罐设计必须首先考虑的问题，它

9、必须满足给定的工艺要求，根据场地 的条件（环境温度、雪载荷、风载荷、地震载荷、地基条件等）、储存介质的性质及容量大 小，操作条件、设置位置、施工方便、造价、耗钢量等有关因素来决定。通常按几何形状和结构形式可以分为拱顶罐和浮顶罐。 2.1拱顶罐 拱顶储罐是指罐顶为球冠状、罐体为圆柱形的一种钢制容器。拱顶储罐制造简单、造价低廉，所以在国内外许多行业应用最为广泛，最常用的容积为1000-10000m3。拱顶罐可分 为自支承拱顶罐和支承式拱顶罐两种。自支承拱顶罐的灌顶是一种形状接近于球形表面的灌 顶。它是由4mm6m的薄钢板和加强筋（通常用扁钢）组成的球形薄壳。拱顶载荷靠拱顶板 周边支承于罐壁上。支承

10、式拱顶是一种形状接近于球形表面的灌顶，拱顶载荷主要靠柱或灌 顶桁架支承于罐壁上。拱顶罐是我国石油和化工各个部门广泛采用的一种储罐结构形式。拱 顶罐与相同容积的锥顶罐相比较耗钢量少，能承受较高的剩余压力，有利于减少储液蒸发损 耗，但灌顶的制造施工较复杂。目前，国内拱顶储罐的最大容积已经达到30000m3。 2.2浮顶罐 浮顶罐可分为浮顶罐和内浮顶罐（带盖内浮顶罐） 浮顶罐：浮顶是一个漂浮在液体表面的浮动顶盖，随着液面上下浮动。浮顶与罐壁之间有一个环形空间中有密封元件使得环形空间中的储液与大气隔开。采用浮顶罐储存油品时可 比固定顶罐减少油品损失80吐右5。浮顶的形式种类很多，如单盘式、双盘式、浮子

11、式等。 关于浮顶罐的适用范围， 在一般情况下， 原有、 汽油、 溶剂油和重整原料油以及需控制蒸发损失和大气污染，控制放出不良气体，有着火危险的产品都可采用浮顶罐。 内浮顶罐：美国石油学会（API）定义内浮盘为钢盘的浮顶罐称为“带盖的浮顶罐”，而 把内浮盘为铝或非金属盘称为“内浮顶罐”，我国均统称为“内浮顶罐”。 内浮顶罐是固定顶罐内部再加上一个浮动顶盖的新型储罐，主要由罐体、内浮盘、迷内 浮顶罐不是固定顶罐和浮顶罐结构的简单叠加，它具有独特的优点。概况起来，内浮顶罐有 以下优点：大量减少蒸发损失，内浮盘漂浮于液面上，使液相无蒸发空间，可减少蒸发损失85%90% 由于液面上有内浮盘的覆盖，是储液

12、与空气隔开，故大大减少了空气污染，减少了着火 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，亦适合存有毒的 石油化工产品。由于液面上没有气体空间，故减轻了灌顶和罐壁的腐蚀，从而延长了罐的使 用寿命，特别是对于储存腐蚀性较强的储液，效果更为显著。从结构上可取消呼吸阀、喷淋 等设备并能节约大量冷却水。易于将已建拱顶罐改造为内浮顶罐，投资少、见效快。内浮顶 罐也有确定，例如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 查维修不变，储罐不易大型化，目前容量一般不超过10000m3。 国内外用于内浮盘的材料，出钢板外还有铝板、玻璃钢、硬泡沫塑料，以及各种复合材 料

13、等，采用铝板的好处是可防止污染储液，采用合成材料的好处是节约钢材，质量轻，内浮 盘不会沉没，耐腐蚀性能好。 内浮顶罐的应用也越来越广泛就，是一种很有发展前景的储罐。美国石油学会认为，设计完善的内浮盘是迄今为止控制固定油罐蒸发损失所研究出来的最好的和投资最少的方法。 美国环境机构（EPA）也建议炼油厂使用内浮顶油罐存易挥发烧类产品。因此内浮顶罐，可用来储存原有、汽油、喷气燃料等挥发性油品，以及乙醛、丙酮、丁醇、乙醇、甲醇、丁酮等化工产品，选择合适密封材料后也可以用来存笨类产品。 3,储罐的工艺要求 大型储罐基础的主要功能是支持罐体6。罐体对基础最基本的要求，是在结构可靠度方面与它保持一致，或具更

14、高水准，即基础必须具有足够的安全性，适用性和耐久性。 大型储罐罐体的柔性、易变形、易受基础地基沉降变形影响，所以基础必须具有足够的 整体稳定性、均匀性和足够的平面抗弯刚度，以确保罐体的确定形状和使用功能。 罐壁下基础地基的不均匀沉降，将对罐壁的圆度和垂直度、罐下部到T形焊接点的复杂 高应力状态造成恶劣影响，基础构造在此部位的刚度和强度应予以将加强。 罐底板承受着较大面积、较大强度（250kPa）的均布液压作用，深层地基亦将受到影响，为此，探明深层地址状况是非常必要的，对地基变形做出较准确地计算也是必不可少的。地 质资料和地基计算将决定地基的必要性及其具体方法。地基计算和地基处理措施，应作为大

15、型储罐基础设计的重要组成部分，必须予以足够重视。 罐底板焊接变形的客观存在，为防止在液柱压力下造成变形集中或地板皱折，避免地板 母材或焊缝产生有害应力，支持地板的基础应富有柔性，以吸收焊接变形使地板在上部垂直 液压作用下，紧密附着在基础上，为此，地板基础一般以砂石材料分层铺筑压实，其竖向抗 力刚度系数（基床系数）一般控制在100N/cm3左右。若采用筏片式基础（一般筏片混凝土 板是支承与桩顶上的），亦应在筏片混凝土板上面铺设柔性砂石垫层（厚30cm50cm。 储罐存在泄漏的危险性，基础的结构构造对此应该有所防范。如采用不怕浸泡和冲刷的 结构，以在泄漏时，基础任能保持必要的承载力，确保罐体不致倾

16、倒；采用隔油防水层，以防止地板泄漏的油或污水流入地层，浸泡地基并污染地下水资源；设置漏油信号管，使地板 泄漏的油液能从基础中流出，以便检查，发出泄漏可及时采取应急措施。 罐底板容易被腐蚀，基础设计应采取防护措施。如设置沥青砂绝缘防腐层，基础材料不 得具有腐蚀性、地下水位与基础顶面之间的距离不得小于毛细水所恩能够达到的高度（一般 2巾等。常压储罐底板的腐蚀往往是均匀腐蚀加上局部点腐蚀7。均匀腐蚀导致底板均匀减 薄，点腐蚀导致局部减薄甚至穿孔，均匀腐蚀数据容易处理，点腐蚀具有随机性，腐蚀深度 统计和数据处理在技术上还存在难题，需要给出腐蚀深度分布统计和最大蚀坑深度统计规律8,9,以便于对储罐底板腐

17、蚀状态做出描述和评价 4,储罐的结构构造特征 大型储罐是一个储存万吨乃至100000t以上可燃油液的薄壁容器，它是钢制立式圆筒形 的，浮置在基础顶面上。它是由罐壁、地板和浮顶三部分构成。罐壁底部以倒T形焊缝与地 板的环形板相焊接，罐壁上部以型钢做成的抗风圈加强。罐浮顶是用薄钢板焊成的盘型箱式 密闭结构。 4.1储罐的选型 首先根据储液的性质和储液的需要，确定选用浮顶罐还是固定顶罐，若是常压储罐，主 要为了减少蒸发损耗或防止污染环境，保证储液不受空气污染、要求干净等宜选用外浮顶储 罐或内浮顶储罐。 若是常压或低压存储，蒸发损耗不是主要问题，环境污染也不大，可不必设置浮顶，且 需要适当加热存储，宜

18、选用固定顶储罐。各类固定顶储罐的选型见下表： 固定顶罐选型 类 型 罐顶表面形 状 受力分析 储罐特点及适用范 围 备注 顶 罐 支 键掌 式 自 接近于正圆 锥体 载荷靠锥 顶周边支撑于 罐壁上 3 VN1000m 坡度较自支撑式 小，顶部气体空间小， 可减少“小呼吸”损耗 不适用地基有/、均匀沉降，耗钢量较自支撑式多 拱 顶罐（一 般只有 自支撑 式） 接近于球形 表卸拱顶K=0.8 1.2D 载荷靠拱 顶板周边支撑 于罐壁 受力状况好，结构简单，刚性好能承受较高剩余压力，耗钢量小。 气体空间较锥顶 大，制造需胎具，单台 成本局分后尢加强肋和 无加强肋两种拱顶罐 伞 形顶罐 （ 一般只 有

19、自支 撑式） 一种修定的 拱顶，其任一截面 都是规则的多边 形 载荷靠伞形板 支 撑 在 罐 壁上， 强度接近于拱顶， 安装较拱顶容易 国内很少使用 网 壳 储 罐 一种球面形 状 载荷靠网 格支撑在罐壁 上 刚性好，受力好， 3 可用于VN20000m以上 的固定顶 可制造成部件，在 现场组装成整体结构 5.储罐的安装方法10 大型立式储罐主体安装方法有正装法和倒装法两种。正装法是指以罐底为基准平面，罐 壁板从底层第一节开始，逐块逐节向上安装。倒装法是指以罐底为基准平面，先安装顶圈壁 板和罐顶，然后自上而下，逐圈壁板组装焊接与顶起，交替进行，依次直到底圈壁板安装完 毕。国外施工企业大都采用正

20、装法；国内企业大都是拱顶储罐采用倒装法，浮顶储罐采用正 装法。拱顶储罐是最常见的固定顶储罐，国内普遍采用倒装法安装。5万立方米及以上大型 浮顶储罐的安装主要采用正装法。 6 储液的损失 石油类或液体化工品的损耗不但使资源浪费、降低储液的质量、造成经济损失，而且严 重污染环境，危害生活质量和生存。作为储运系统重要组成部分的储罐技术发展标志就是有效控制和尽量减少储液的损耗。 损耗类型 石油类或液体化工品的损耗可分为蒸发损耗和残漏损耗两种类型。蒸发损耗和残漏损耗 是指储液在生产、储存、运输、销售中由于受到工艺技术和设备的限制，有一部分较轻的液态组分气化而造成的在数量上不可回收的损失和在作业中未能避免

21、的的滴洒、渗漏、储罐内 壁的黏附，车、船底部余液未能卸净等造成的数量损失。 储液损耗的危害 储液数量减少， 造成经济损失； 储液品质降低由于储液的蒸发都是储液中最轻的部分， 因此会降低储液质量。如汽油等；环境污染。 储液损耗的原因 蒸发是储液损耗的主要原因，引发蒸发的外部原因主要有温度、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：对于同一种储液，大气温度和储液温度的高低是决定蒸发速度的主要原因，温度 越高储液蒸发越剧烈。同时温度升高，储罐气相空间的压强越高，增大的压强一旦超过储罐的安全控制压力使呼吸阀打开，大量的储液蒸汽就会排出罐外，造成损耗。 储罐的承压能力

22、：储罐的承压能力较低，储液蒸汽在较短的时间内达到呼吸阀的开启压力，储液蒸汽排入大气，使储罐内压力降低，这样呼吸阀的开启频率增加，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：储罐中储液上方的气相空间越大，蒸发损耗量越大。根据计算，在相同 的温度和密封条件下存储同一种牌号汽油，进油量为储罐容量积的25嫡发损耗比进油量为 储罐容量积的95%时大8倍。 储罐的密封程度：若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，储液蒸气就会从孔隙排除或空气被吸入。孔隙不止一个，就会因空气流动形成自然通风，会使储罐内储液蒸气浓度降低，又会使储液不断蒸发

23、，形成恶性循环。 储罐的大呼吸：储罐的大呼吸是指储罐收、发储液时的呼吸。储罐收液时，由于液面逐 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呼吸阀打开，一定浓度的储液蒸气从呼吸阀排出，直到储罐停止收液，所呼出的储液蒸气造成储液的 蒸发损耗。当储罐向外发液时，液面逐渐降低，罐内气相压力减小，当压力小于呼吸阀的真空度时，储罐开始呼吸新鲜空气。由于液面上方油气没有达到饱和，促使储液蒸发速度加快，使储液蒸气重新达到饱和，罐内气相压力再次上升，可能因压力过大，从呼吸阀排出。影响 大呼吸损耗的因素主要有如下几点：储液密度小，轻质组分越多，损耗越大，沸点越低，损耗越大，蒸气压越大

24、，损耗越大；收、发储液速度，收、发储液速度越快，损耗越大；储罐的承压能力对常压敞口的或未采用呼吸阀的储罐其呼吸损耗量最大，储罐承压能力越大，大呼吸损耗量越小。储罐的收、发周转次数储罐周转次数越多，大呼吸损耗量越大。 储罐的小呼吸：储罐内储液在没有收、发作业静止存储情况下，随着环境气温，压力在一天昼夜周期变化，罐内气相温度、储液的蒸发速度、蒸气浓度和蒸气压力也随着变化，这种排出或通过呼吸阀储液蒸气和吸入空气的过程所造成的储液损耗称为小呼吸损耗，生产 上也叫储罐静止储存损耗。在蒸发损耗中，小呼吸损耗占10%影响小呼吸损耗的因素主要 有以下几点：昼夜温差变化昼夜温差变化越大，小呼吸损耗越大；储罐所处

25、地区的日照系数 日照系数越大，小呼吸损耗越大；储罐容量大小储罐容量越大，截面积越大，蒸发面也越大，小呼吸损耗越大；大气压大气压越低，小呼吸损耗越大；储罐储液装满程度储罐装液较满，气相空间容积小，小呼吸损耗变小；储液性质如组分组成、沸点、蒸气压及储运系统管理水 平。 降低储液损耗的措施 储液蒸气密度由储液的组成来决定，一般无法改变，因此设法减少储液浓度和排出的蒸 气混合物体积则可达到降耗目的，减少蒸气损耗的措施如下： (1)建立健全的规章制度，减少操作环节，合理使用储罐，储液在运输过程中大呼吸 的次数应减少到最低限度，因此尽量减少中间环节，加强对储罐的管理，尽量减少不必要的到换储罐，要减少储罐的

26、空容量，保持储罐有较高的严满程度。 (2)合理安排储运作业，减少呼吸损耗，加强设备维护保养，严格执行操作规程，小 呼吸每天都在进行，可以利用大呼吸的吸气和排气来抵消小呼吸的进气和排气，储罐发油可 安排在温度升高或储罐要排气时来进行，用液(油)来减少罐内罐内温度升高的压力，就可 以不排气或少排气，以减少损耗量。储罐定期检查的重点是密封情况，如呼吸阀是否失灵，采用人工检尺时，除采用先进的设备外，应尽量在储罐内外差最小的清晨或傍晚吸气结束后量油，此时，吸气量最小，呼出的油气浓度最低。损耗量最小。 (3)消除储液面上的气体空间现在采用外浮顶和内浮顶。不仅可以消除储罐的小呼吸损耗还可以消除储罐的大呼吸损

27、耗。 (4)降低储罐温度及变化幅度，减少蒸发损耗。地面储罐采用强反光的防腐涂料，淋水冷却等措施，可减少小呼吸损耗量。 .罐区的现场条件(包括自然条件) 建罐地区的温度 建罐地区的温度高低与储液的蒸发损失、能量损耗、储罐材料和检测仪表的选用密切相 关，或者说对储液的储存成本产生直接影响。 对同一种介质气温越高和持续天数越长，储罐内储液温度也增高.相应其气压越大.燕发 损失越多(建罐地区的昼夜温差和大气压的变化越大所引起的储罐“小呼吸”也会使蒸发损失增加。为降低其蒸发损失，在高温季节往往对储罐采用水喷淋装里以降低其罐体温度。 对一些液体需要在低于室温状态下储存(如液化气、液态氧、氨和氯乙烯等)，除

28、保冷措 施外，还需要采用冷冻装置供给其冷以维持其较低温度。在这里储存压力和储存温度是互相 依赖的，在储罐能承受一定压力的情况下，要寻找一个适当的储存温度.以尽可能减少冷冻 装的能量。 在寒冷季节，对储存黏性较大或凝固点较低的介质，储罐除保温外还需加热，使其保持 便于输送的流动状态。 风载荷 建罐地区的风荷载，对储罐的后 I 定性和经济性产生影响.在风荷载较大地区，往往把储 罐设计成“矮胖”较为经济。在强风季节要注意储罐的位移和倾覆（空罐或储液很少时。 在计算风力时，必须考虑储罐的绝热层厚度、梯子、平台、管线、顶盖的形状等产生的影晌。在风沙较多较大的地区，为了保证储液的纯度和洁净必须十分注意储罐形式的选择。 雪荷载 建罐地区的雪荷载，对储罐的罐顶设计和运行都产生影响，特别是雪荷载较大地区，对 直径较大的大型储罐的罐顶荷载增大了，对储液的洁净度或纯度有要求的介质更要注意储罐 类型的选择。对储罐的附加设施，如泵、呼吸阀、阻火器、检测仪表、绝热层等，要采取防冻、保温、防水措施或采用全天候结构产品。 地震荷载 地震时，储罐是受地震损害最严重设备之一，因此在地震烈度为7度或7度以上的地区 建罐时（烈度为9度区是不适宜建罐地区）应采取抗震措施。 地基的地耐力和地价 建罐地区的地耐力对一定容积储罐的高径比选择和储罐基础费用起决定性作用