油罐及管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)第1章.ppt

油罐及管道強(qiáng)度設(shè)計(jì),第一章 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)概述,內(nèi)容提要,儲(chǔ)罐及發(fā)展概況 影響儲(chǔ)罐工藝系統(tǒng)和儲(chǔ)罐建造的因素 儲(chǔ)罐的種類及特點(diǎn) 儲(chǔ)罐材料及選用 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)方法與基本要求,1,1.1儲(chǔ)罐及發(fā)展概況,1.1.1儲(chǔ)罐： 油品和各種液體化學(xué)品的儲(chǔ)存設(shè)備. 用途:是儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)施、煉油、化工裝置 的重要組成部分 按溫度劃分,可分為: 低溫儲(chǔ)罐(-90 -20 ) 常溫儲(chǔ)罐(90) 高溫儲(chǔ)罐(90 250 ) 按壓力劃分,可分為: 低壓儲(chǔ)罐(-490Pa2000Pa) 常壓儲(chǔ)罐(2000Pa0. 1MPa),按制造儲(chǔ)罐的材料,又可分為: 非金屬儲(chǔ)罐 塑料防震儲(chǔ)罐 軟體儲(chǔ)罐 金屬儲(chǔ)罐(鋼殼襯里、鋁及其合金等) 按儲(chǔ)罐所在位置和達(dá)到某種目的又可分為： 地上儲(chǔ)罐 地下儲(chǔ)罐 半地下儲(chǔ)罐 山洞儲(chǔ)罐 海中儲(chǔ)罐地下廢坑 廢礦穴改建地下的儲(chǔ)庫(kù)等。,各種儲(chǔ)存設(shè)備,各種儲(chǔ)存設(shè)備,1.1.2儲(chǔ)罐發(fā)展 20世紀(jì)70年代以來，內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐和大型浮頂油罐發(fā)展較快 第一個(gè)發(fā)展油罐內(nèi)部覆蓋層的是法國(guó)。 1955年美國(guó)也開始建造此種類型的儲(chǔ)罐。 1962年美國(guó)德士古公司就開始使用覆蓋浮頂罐，并在紐瓦克建有世界上最大直徑為187ft(61.6m)的帶蓋浮頂罐。 1972年美國(guó)已建造了600多個(gè)內(nèi)浮頂油罐。 1978年美國(guó)API650附錄H對(duì)內(nèi)浮盤的分類、選材、設(shè)計(jì)、安裝、檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)載荷、浮力要求等均做了一系列修訂和改進(jìn)。先進(jìn)國(guó)家都有較齊全的儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)專用軟件，靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析、抗震分析等，如T形腳焊縫分析。近20年也相繼出現(xiàn)各種形式和結(jié)構(gòu)的內(nèi)浮盤或覆蓋物。 目前已有16104m3 20104m3 24104m3,1978年國(guó)內(nèi)3000m3鋁浮盤投入使用，通過測(cè)試蒸發(fā)損耗收到顯著效果。 1985年中國(guó)從日本引進(jìn)第一臺(tái)10104m3 全部執(zhí)行日本標(biāo)準(zhǔn)JISB8501 同時(shí)引進(jìn)原材料，零部件 及焊接設(shè)備. 目前國(guó)內(nèi)對(duì)10104m3油罐有比較成熟的設(shè)計(jì)、施工和使 用的經(jīng)驗(yàn)，國(guó)產(chǎn)大型儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度鋼材已能夠批量生產(chǎn)。 15104m3目前國(guó)內(nèi)正在建設(shè)。,儲(chǔ)罐的發(fā)展趨勢(shì)-大型化,1.1.3儲(chǔ)罐大型化特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： (1)總圖布置的占地面積小 (2)節(jié)省罐區(qū)(包括管網(wǎng)和配件)的總投資 (3)節(jié)省鋼材和基地工程材料 (4)便于儲(chǔ)運(yùn)和管理 新問題:(儲(chǔ)罐大型化產(chǎn)生的)： (1)罐壁板材料的要求提高了.因儲(chǔ)罐大型化后，同時(shí)也對(duì)焊接質(zhì)量提出更嚴(yán)格要求；相應(yīng)增加儲(chǔ)罐壁厚度，提高對(duì)鋼材強(qiáng)度和韌性的要求。 (2)事故危害性增大.隨著容量的增大對(duì)消防措施要求提高.,1.2 儲(chǔ)罐種類和特點(diǎn),儲(chǔ)罐按幾何形狀可分為 立式圓筒形儲(chǔ)罐 應(yīng)用廣泛可做大容量。 臥式圓筒形儲(chǔ)罐 適用于儲(chǔ)存容量較小且需壓力 較高的液體。 球形儲(chǔ)罐 適用于儲(chǔ)存容量較大有一定壓力的液體，如液氨、液化石油氣、乙烯等。 雙曲線儲(chǔ)罐(滴形儲(chǔ)罐)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工困難，造價(jià)高，。 懸鏈?zhǔn)絻?chǔ)罐（無力矩儲(chǔ)罐）頂板過薄易積水，銹蝕遭損壞。,立式圓筒形儲(chǔ)罐按其罐頂結(jié)構(gòu)可分為 錐頂儲(chǔ)罐 固定頂儲(chǔ)罐: 拱頂儲(chǔ)罐 傘形頂儲(chǔ)罐 網(wǎng)殼頂儲(chǔ)罐(球面網(wǎng)殼) 浮頂儲(chǔ)罐(外浮頂罐) 浮頂儲(chǔ)罐： 內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐(帶蓋浮頂）,1.2.1錐頂儲(chǔ)罐 錐頂儲(chǔ)罐又可分為： 自支撐錐頂 支撐錐頂。 錐頂坡度最小為1/16，最大為3/4。 錐頂罐制造簡(jiǎn)單，但耗鋼量較多，頂部氣體空間最小.可減少“小呼吸”損耗。 自支撐錐頂還不受地基條件限制。 支撐式錐頂不適用于有不均勻沉陷的地基或地荷載較大的地區(qū)。,圖1-1 自支撐錐頂罐簡(jiǎn)圖,1.2.2拱頂儲(chǔ)罐 拱頂儲(chǔ)罐的罐頂是一種接近于球形形狀的一部分 其結(jié)構(gòu)一般只有自支撐拱頂一種。 可分為無加強(qiáng)肋拱頂(容量小于1000m3 )， 有加強(qiáng)肋拱頂(容量大于100020000m3 ) 拱頂R=0.81.2D， 它可承受較高的剩余壓力，蒸發(fā)損耗較少； 與錐頂罐相比耗鋼量少但罐頂氣體空間較大； 制作需用胎具，是國(guó)內(nèi)外廣泛采用的一種儲(chǔ)罐。,圖1-2 自支撐拱頂罐簡(jiǎn)圖,1.2.3傘形頂儲(chǔ)罐 自支撐傘形頂是自支撐拱頂?shù)淖兎N，其任何水平截面都具有規(guī)則的多邊形。 罐頂荷載靠傘形板支撐于罐壁上，傘形罐頂?shù)膹?qiáng)度接近于拱形頂，安裝較容易，,1.2.4網(wǎng)殼頂儲(chǔ)罐(球面網(wǎng)殼) 鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式在近代大型體育館屋頂結(jié)構(gòu)中已有成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 工程實(shí)踐證明它具有足夠的剛性和可靠性，,1.2.5浮頂儲(chǔ)罐 浮動(dòng)頂(簡(jiǎn)稱浮頂)漂浮在儲(chǔ)液面上。浮頂與罐壁之間有一個(gè)環(huán)形空間。環(huán)形空間中有密封元件。使得罐內(nèi)的儲(chǔ)液與大氣完全隔開.減少儲(chǔ)液儲(chǔ)存過程中的蒸發(fā)損耗，保證安全.減少大氣污染。 浮頂?shù)男问接须p盤式、單盤式、浮子式等。 可用于儲(chǔ)存原油、汽油、溶劑油以及需控制蒸發(fā)損耗及大氣污染，控制放出不良?xì)怏w，有著火危險(xiǎn)的液體化學(xué)品。,圖1-4 雙盤式浮頂罐,圖1-5單盤式浮頂罐,圖1-6 內(nèi)浮頂罐,1.2.6內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐 美國(guó)石油學(xué)會(huì)認(rèn)為:設(shè)計(jì)完善的內(nèi)浮頂是迄今為止控制固定頂油罐蒸發(fā)損耗研究出來的和投資最少的方法。 大量減少蒸發(fā)損耗。 儲(chǔ)液與空氣隔離，減少空氣污染和著火爆炸危險(xiǎn)，易于保證儲(chǔ)液質(zhì)量。特別適用于儲(chǔ)存高級(jí)汽油和噴氣燃料以及有毒易污染的化學(xué)品。 易于將已建固定頂罐改造為內(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。 能有效地防止風(fēng)砂、雨雪或灰塵污染儲(chǔ)液，在各種氣候條件下保證儲(chǔ)液的質(zhì)量，有“全天候儲(chǔ)罐”之稱。 在密封效果相同情況下，與浮頂罐相比，能進(jìn)一步降低蒸發(fā)損耗，。 內(nèi)浮頂罐的內(nèi)浮盤與浮頂罐上部敞開的浮盤不同，不可能有雨、雪荷載，內(nèi)浮盤上荷載少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，可以省去浮盤上的中央排水管、轉(zhuǎn)動(dòng)浮梯等附件，易于施工和維護(hù)。密封部分的材料可以避免日光照射而老化。,1.2.7儲(chǔ)液損耗 研究石油類或液體化學(xué)品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)儲(chǔ)液的損耗日益受到人們的重視。損耗不但使資源浪費(fèi)，降低了儲(chǔ)液的質(zhì)量，造成經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重污染環(huán)境，危害人們的生活質(zhì)量和生存，因此作為儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)重要組成部分的儲(chǔ)罐技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志之一，就是有效控制和盡量減少儲(chǔ)液的很耗。,損耗類型與損耗量 石油類或液體化學(xué)品儲(chǔ)液的損耗可分為蒸發(fā)損耗和殘漏損耗兩種類型。 文獻(xiàn)和調(diào)查資料表明，儲(chǔ)液損失，特別是油品損耗數(shù)量是十分驚人的。 1980年，中國(guó)11個(gè)主要油田的測(cè)試結(jié)果表明，從井口開始到井場(chǎng)原油庫(kù)，井場(chǎng)油品損耗量約占采油量的2%，其中發(fā)生于井場(chǎng)庫(kù)的蒸發(fā)損耗約占總損耗的32%。 據(jù)1995年第四屆國(guó)際石油會(huì)議報(bào)道，在美國(guó)油品從井場(chǎng)經(jīng)煉制加工到成品銷售的全過程中，油品損耗數(shù)量約占原油產(chǎn)量的3%。若以總損耗為3%估算，全世界每年的油品損耗約有1X108t，幾乎相當(dāng)于中國(guó)一年的原油產(chǎn)量。,儲(chǔ)液損耗的危害 液(油品)數(shù)量減少，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重 據(jù)估算全世界從油田井場(chǎng)到銷售的全過程中，每年原油和油品的總耗達(dá)3%。每年散失到大氣中的量約1X108t，其經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)嚴(yán)重。 儲(chǔ)液(油品)質(zhì)量降低 由于油品的蒸發(fā)都是油料中的最輕組成，因此會(huì)嚴(yán)重降低油品質(zhì)量，甚至使本來合格油品變?yōu)椴缓细瘛＠?，汽油隨著輕組分的蒸發(fā)，蒸氣壓下降，啟動(dòng)性變差;辛烷值降低，汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒時(shí)抗爆性變差。當(dāng)航空汽油的蒸發(fā)損耗率達(dá)到1. 2%時(shí)，其初餾點(diǎn)升高30C ,蒸氣壓下降20，辛烷值減少0. 5個(gè)單位。,環(huán)境污染，危及人的生活質(zhì)量和生存 大多數(shù)的油庫(kù)、油碼頭、石油與化工聯(lián)合裝置和加油站分布在人口稠密的城市或周邊地區(qū)，散發(fā)到大氣中的油氣含有苯和有機(jī)活性化合物，苯對(duì)人有致癌作用，而有機(jī)活性化合物與氮氧化物在紫外線的作用下會(huì)發(fā)生一系列的光化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧、一氧乙酞硝酸醋、醛類、酮類和有機(jī)酸類等二次污染物；大氣中的SO2還會(huì)生成硫酸鹽氣溶膠，這種一次和二次污染物的混合物稱為光化學(xué)煙霧。這種煙霧強(qiáng)烈刺激人的眼睛、喉嚨導(dǎo)致頭痛以及使呼吸道患者病情惡化，嚴(yán)重時(shí)甚至造成死亡。因此尋找降低油品和液體化學(xué)品損耗的措施，是十分重要的課題。,儲(chǔ)液損耗的原因 油品與液體化學(xué)品損耗兩種類型中，蒸發(fā)是儲(chǔ)液損耗的主要原因。 任何儲(chǔ)液的蒸發(fā)損耗都是在儲(chǔ)罐內(nèi)部傳質(zhì)過程中發(fā)生的。發(fā)生在氣、液接觸面的相際傳質(zhì)，即儲(chǔ)液的蒸發(fā)。 發(fā)生在儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間蒸氣分子的擴(kuò)散.上述過程的進(jìn)行，使儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間原有的空氣變?yōu)橼呌诰鶆蚍植嫉膬?chǔ)液蒸氣和空氣的混合氣體.當(dāng)外界條件變化引起混合氣體狀態(tài)參數(shù)改變時(shí)，混合氣體從儲(chǔ)罐排入大氣，就造成了儲(chǔ)液的蒸發(fā)損耗。 內(nèi)部因素是儲(chǔ)液本身的固有性質(zhì)。對(duì)油類來說是多種碳?xì)浠衔锏酿s分組成，餾分組成越輕，沸點(diǎn)越低，蒸氣壓越大，蒸發(fā)損耗越大。因此在儲(chǔ)罐內(nèi)溶劑汽油、航空汽油、車用汽油和原油，容易 造成蒸發(fā)損耗，而煤油、燃料油的蒸發(fā)損耗稍小，潤(rùn)滑油的蒸發(fā)損失更小。對(duì)液體化學(xué)品來說其組成較單一純度較高，其蒸發(fā)損耗主要取決于沸點(diǎn)、蒸汽壓的大小，沸點(diǎn)越低、蒸氣壓越大就越容易蒸發(fā)。因此在儲(chǔ)罐內(nèi)的醚類、醇類容易蒸發(fā)，苯類、酚類稍小，酸類和堿類更小。,外部因素主要有溫度、儲(chǔ)罐的承壓能力、儲(chǔ)罐氣相空間大小、儲(chǔ)罐的密封程度、儲(chǔ)罐的大小呼吸等。 溫度 對(duì)同一種儲(chǔ)液，大氣溫度和儲(chǔ)液溫度的高低是決定蒸發(fā)速度的重要因素。溫度越高儲(chǔ)液蒸發(fā)越劇烈。同時(shí)，隨著溫度的升高，儲(chǔ)罐氣相空間的壓強(qiáng)也升高，增大的壓強(qiáng)一旦超過儲(chǔ)罐的安全控制壓力使呼吸閥打開時(shí)，大量的儲(chǔ)液蒸氣就會(huì)排出罐外，造成損耗。 儲(chǔ)罐的承壓能力 儲(chǔ)罐的承壓能力較低，儲(chǔ)液蒸氣(油氣)在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到呼吸閥的開啟壓力，油氣排入大氣，使罐內(nèi)壓力降低，這樣呼吸閥開啟頻率增加.蒸發(fā)速度加快蒸發(fā)損耗增加。儲(chǔ)罐的承壓能力較高，導(dǎo)致蒸發(fā)速度減慢，蒸發(fā)損耗減少。 儲(chǔ)罐氣相空間 儲(chǔ)罐中儲(chǔ)液上方氣相空間越大，蒸發(fā)損耗越大。據(jù)計(jì)算，在相同溫度和密封條件下儲(chǔ)存同一種牌號(hào)汽油，進(jìn)油量為儲(chǔ)罐容量積20%時(shí)的蒸發(fā)損耗比進(jìn)油量為儲(chǔ)罐容積95%時(shí)大8倍。,儲(chǔ)罐的密封程度 若進(jìn)油儲(chǔ)罐上部密封不嚴(yán)即有孔隙，隨著儲(chǔ)罐內(nèi)部或外部氣壓的波動(dòng)，油氣就會(huì)從孔隙被排出或空氣被吸入?？紫恫恢挂粋€(gè)，就會(huì)因空氣流動(dòng)形成自然通風(fēng)?？諝鈴囊粋€(gè)孔隙進(jìn)入而油氣從另一個(gè)孔隙排出。當(dāng)孔隙在不同高度分布時(shí)，還會(huì)因高差而產(chǎn)生的氣壓壓差使油氣從低處孔隙排出，空氣從高處孔隙吸入。油氣排出和空氣吸入，會(huì)使儲(chǔ)罐內(nèi)的油蒸氣濃度降低，又會(huì)使油品不斷地蒸發(fā)，形成惡性循環(huán)。這種因儲(chǔ)罐不同高度的孔隙引起的蒸發(fā)損耗又稱為自然通風(fēng)損耗。 儲(chǔ)罐上孔隙的產(chǎn)生原因?yàn)楹缚p處的銹蝕、透光孔、法蘭密封墊缺損、呼吸閥閥盤失靈、操作時(shí)量油口未蓋嚴(yán)等。 儲(chǔ)罐的大呼吸 儲(chǔ)罐頂大呼吸是指儲(chǔ)罐收、發(fā)儲(chǔ)液(油)時(shí)的呼吸。 儲(chǔ)液收油時(shí)，由于油面逐漸升高，氣相空間逐漸減小，罐內(nèi)氣相壓力增大，當(dāng)壓力超過儲(chǔ)罐安全控制壓力時(shí)使呼吸閥打開。一定濃度的油蒸氣從呼吸閥排出，直到儲(chǔ)罐停止收油，所呼出的油蒸氣造成了油品的蒸發(fā)損耗。,當(dāng)儲(chǔ)罐向外發(fā)油時(shí)，因油面不斷降低，罐內(nèi)氣相壓力減小，當(dāng)壓力小于呼吸閥控制的真空度時(shí)，儲(chǔ)罐開始吸人新鮮空氣。由于油面上方油氣沒有飽和，促使油品蒸發(fā)速度加快，使油氣重新達(dá)到飽和，罐內(nèi)氣相壓力再次上升，可能有部分油氣因壓力過大，從呼吸閥逸出，大部分飽和蒸氣將在下一次收油時(shí)被呼出。 儲(chǔ)罐的小呼吸 罐內(nèi)儲(chǔ)液(油品)在沒有收、發(fā)作業(yè)靜止儲(chǔ)存情況下，隨著環(huán)境氣溫、壓力在一天內(nèi)晝夜周期變化，罐內(nèi)氣相溫度、儲(chǔ)液(油品)的蒸發(fā)速度、蒸氣(油氣)濃度和蒸氣壓力也隨著變化，這種通過呼吸閥儲(chǔ)液蒸氣(油氣)排出和吸入空氣的過程所造成的儲(chǔ)液(油品)損耗稱作儲(chǔ)罐小呼吸損耗，在生產(chǎn)上也叫儲(chǔ)罐靜止儲(chǔ)存損耗， 有關(guān)資料表明：一座1x104 m3地上金屬汽油罐，一年小呼吸損失可達(dá)117t，損失率為1.7%。,1.2.8儲(chǔ)罐選型 首先根據(jù)儲(chǔ)液的性質(zhì)和儲(chǔ)液的需要，確定選用浮頂罐還是固定頂罐。 若是常壓儲(chǔ)存，主要為了減少蒸發(fā)損耗或防止污染環(huán)境保證儲(chǔ)液不受空氣污染、要求干凈等宜選用浮頂罐或內(nèi)浮頂罐。 若是常壓或低壓儲(chǔ)存，蒸發(fā)損耗不是主要問題，環(huán)境污染也不大，可不必設(shè)置浮頂且需要適當(dāng)加熱儲(chǔ)存，宜選用固定頂罐。 浮頂選型 20m以下小直徑罐，常用雙盤式； 油品蒸汽壓高于103.4kPa時(shí)，也用雙盤式； 單盤式浮頂?shù)慕ㄔ熨M(fèi)用是雙盤式的1/3； 雙盤式浮頂強(qiáng)度高，積雪深度2m以上時(shí)，用雙盤式； 雙盤式浮頂絕熱保溫效果好,1.3儲(chǔ)罐用材和選用,1.3.1儲(chǔ)罐用材概述 儲(chǔ)罐用材按類別可分為碳鋼(碳素鋼和低合金鋼)、不銹鋼、鋁及其合金等。 按儲(chǔ)罐各部位又可分為鋼板(厚、薄鋼板)、結(jié)構(gòu)用型鋼、管子、鍛件、法蘭、螺柱(螺栓)、螺母、焊接用材(焊條、焊絲、焊劑或保護(hù)氣體)。 儲(chǔ)罐容量的大型化，促進(jìn)高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用和開發(fā)儲(chǔ)罐用鋼材近30多年來，由于儲(chǔ)罐大型化的發(fā)展，高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用越來越多，等級(jí)也越來越高。,1962 荷蘭10 104 m3 壁厚 34.5mm 罐壁用德國(guó)材料st52, 抗拉強(qiáng)度500600MPa; 日本14104 m3 壁厚 49mm 材料SM570 抗拉強(qiáng)度570720MPa; 1985 中國(guó)引進(jìn)日本10 104 m3 材料SPV490 Q 抗拉強(qiáng)度610740MPa; 1997 中國(guó)生產(chǎn)10 104 m3 國(guó)產(chǎn)材料 WH610D2(12MnNiVR) 抗拉強(qiáng)度610740MPa, 儲(chǔ)罐壁板最大厚度的限制 儲(chǔ)罐壁板最大厚度的限制是由下面兩個(gè)因素引起的。 其一是對(duì)一定強(qiáng)度的鋼板，由于儲(chǔ)罐容量(尺寸)的增大，壁板厚度需相應(yīng)增加; 其二是隨著壁板厚度的增加，為消除壁板在制造和焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)消除應(yīng)力的熱處理措施。目前對(duì)儲(chǔ)罐大型化還沒能解決熱處理的問題，為此只有限制壁板的厚度以確保儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行。 目前儲(chǔ)罐壁板最大厚度限制在45mm范圍以內(nèi)。, 儲(chǔ)罐用材(主要是鋼板)的多樣性 儲(chǔ)罐容量從100m3到10104 m3甚至20104 m3，要求鋼板的品種從普通碳素結(jié)構(gòu)鋼到焊接結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度鋼。其強(qiáng)度等級(jí)范圍廣，以滿足儲(chǔ)罐不同容量的需求。 滿足液體腐蝕性的要求的不銹鋼材質(zhì)的應(yīng)用越來越多，主要牌號(hào)有0Cr18Ni9,00Cr19Ni10 , 0Cr17Ni12Mo2。 對(duì)某些液體化學(xué)品小容量?jī)?chǔ)罐也有采用鋁及其合金材質(zhì)的。,1.3.2儲(chǔ)罐壁板用材的基本要求 儲(chǔ)罐壁板用材的基本要求是強(qiáng)度，可焊性和夏比(V形缺口)沖擊功。 1.強(qiáng)度 強(qiáng)度包括抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。由于儲(chǔ)罐的操作溫度在250以下，且大部分儲(chǔ)罐處在90以下，因此其強(qiáng)度大多是常溫下的強(qiáng)度。強(qiáng)度是決定罐壁厚度大小的力學(xué)性能指標(biāo)。 強(qiáng)度與材料的使用狀態(tài)(熱處理狀態(tài))有關(guān)。高強(qiáng)度鋼常用的有正火鋼和調(diào)質(zhì)鋼。 正火：熱處理方法簡(jiǎn)單，材質(zhì)均勻. 調(diào)質(zhì)：熱處理工藝復(fù)雜,強(qiáng)度及沖擊韌性比正火高,2.可焊性 鋼板的可焊性一般用兩個(gè)指標(biāo)來控制，一是碳含量或碳當(dāng)量，二是熱影響區(qū)的硬度。 第一個(gè)指標(biāo)取決于鋼材的化學(xué)成分。一般碳鋼以碳含量，低合金鋼以碳含量或碳當(dāng)量Ce把鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼淬硬性的影響折算成碳的影響來估價(jià)可焊性。 可焊性的另一個(gè)指標(biāo)是熱影響區(qū)的硬度。熱影響區(qū)的硬度與Ce值及焊接時(shí)冷卻速度有關(guān)。 Ce值越高，冷卻速度越快，熱影響區(qū)的硬度越高。,碳含量或碳當(dāng)量含量越高，熱影響區(qū)硬化與脆化傾向越大，焊接應(yīng)力下，產(chǎn)生裂紋傾向越大 碳鋼碳含量0.25%, 低合金鋼碳含量0.25%時(shí),應(yīng)限定Ce0.45%,可焊性良好. 碳鋼碳含量0.40%,低合金鋼碳含量0.38%, 淬裂傾向性大,可焊性不好.,3.鋼板的韌性沖擊功Akv 防止儲(chǔ)罐(油罐)脆性破壞的一個(gè)重要數(shù)據(jù)指標(biāo)。 鋼板的V形缺口沖擊試驗(yàn)得到鋼板的韌性沖擊功(吸收能量)Akv值來預(yù)測(cè)鋼板的韌性。 影響罐壁鋼板沖擊韌性的因素很多，有 儲(chǔ)罐的最低設(shè)計(jì)溫度； 鋼板的強(qiáng)度； 鋼板的厚度； 鋼板的時(shí)效性、晶粒度和使用狀態(tài)等。,（所謂儲(chǔ)罐的最低設(shè)計(jì)溫度。它是指設(shè)計(jì)最低使用溫度與充水試驗(yàn)時(shí)的水溫兩者中的較低值。 設(shè)計(jì)最低使用溫度是取建罐地區(qū)的最低日平均溫度加13 。 設(shè)計(jì)溫度低于-20的特殊情況，必須考慮低溫對(duì)材料性能、結(jié)構(gòu)形式等方面的影響。設(shè)計(jì)溫度等于低于-20的儲(chǔ)罐，應(yīng)當(dāng)按照低溫儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)溫度的下限由特定的工況確定）。,1.儲(chǔ)罐最低設(shè)計(jì)溫度 溫度越低，鋼板的韌性越差，設(shè)計(jì)溫度較低的罐壁板應(yīng)有較高的沖擊韌性。 對(duì)不同的材料，其最低使用溫度應(yīng)有所限制， 對(duì)同一種材料在不同的低溫度下使用，其韌性的要求應(yīng)有不同。 2.鋼板的強(qiáng)度 鋼板的強(qiáng)度等級(jí)越高，越容易產(chǎn)生脆性破壞，且產(chǎn)生裂紋的敏感性也越大。因此對(duì)強(qiáng)度等級(jí)較高的壁板，相應(yīng)要有較高沖擊韌性要求。,3.鋼板的時(shí)效性、晶粒度和使用狀態(tài) 鋼板的時(shí)效性是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，塑性和韌性下降，冷脆溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)升高。 沸騰鋼的時(shí)效性和晶粒度比鎮(zhèn)靜鋼大，因此沸騰鋼的沖擊韌性比鎮(zhèn)靜鋼的差。 同一種鋼材調(diào)質(zhì)處理使用狀態(tài)比正火處理使用狀態(tài)的沖擊韌性高。 4.鋼板的厚度 鋼板越厚越容易產(chǎn)生脆性破壞。原因之一是板厚的增加，沖擊韌性降低。之二是，板厚的增加容易產(chǎn)生裂紋。因此鋼板越厚沖擊韌性的要求應(yīng)更高。,1.3.3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 在保證儲(chǔ)罐各部位 安全、可靠的基礎(chǔ)上節(jié)省投資的原則。 儲(chǔ)罐罐壁，尤其是 底圈壁板、第二層圈壁和罐底的邊緣板對(duì)選材來說是最重要的，它們之間的連接焊縫受力較大，且較復(fù)雜，也往往容易出現(xiàn)事故。,為從材料的選擇方面保證強(qiáng)度和焊縫質(zhì)量，罐底邊緣板應(yīng)與底圈壁板同材質(zhì)。 儲(chǔ)罐的其他部分，如罐底的中幅板、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-AF鋼材。 不銹鋼儲(chǔ)罐材質(zhì)的選擇，主要是根據(jù)液物料的腐蝕性要求，一般選擇0Cr18Ni9就可以。適用于小容量?jī)?chǔ)罐.,1.3.4國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐用鋼材 國(guó)內(nèi)幾十年來，逐步完善和制定儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用Q235-AF、Q235-A、Q235-B、Q235-C、20R、16MnR等鋼材建造中、小型容量的儲(chǔ)罐，并積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)。 1997年采用國(guó)產(chǎn)材料WH610D2(12MnNiVR)鋼板建造10 X 104 m3大型浮頂原油儲(chǔ)罐，該鋼種是武鋼生產(chǎn)的調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)度鋼，強(qiáng)度為490MPa。 儲(chǔ)罐用材料的許用應(yīng)力、使用狀態(tài)見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) GB 50341、SH 3046、JB/T 4735的規(guī)定。,1.Q235-AF、Q235-A、Q235-B、Q235-C 普通低碳鋼 Q235-AF、Q235-A 鋼板技術(shù)要求低,鋼板質(zhì)量差, 2002年以后的標(biāo)準(zhǔn)已取消這兩種牌號(hào)； Q235-B 大量生產(chǎn),并廣泛使用. Q235-B、 Q235-C 韌性高于A級(jí) 特點(diǎn):有一定強(qiáng)度,良好的塑性、韌性和加工工 藝性,特別是焊接性能良好.價(jià)格低廉,應(yīng)用廣泛.,2. 20R 容器用優(yōu)質(zhì)低碳鋼 （按壓力容器專用鋼的要求進(jìn)行冶煉和檢驗(yàn)，嚴(yán)于一般的碳素結(jié)構(gòu)鋼） 平均含碳量0.20% 除保證、 s b 對(duì)沖擊韌性有嚴(yán)格要求 （相當(dāng)于原來AR）,特點(diǎn) (1)20R與20g相近,板厚6100mm,一般熱扎狀態(tài)供貨，板厚大于30mm,應(yīng)以正火狀態(tài)供貨. (2)20R的塑性、韌性都相當(dāng)好，焊接性能好， 較薄的板材焊接時(shí)一般不需預(yù)熱， 強(qiáng)度低（s不小于245MPa,b=400520MPa）(616mm時(shí)) 是壓力容器用鋼中強(qiáng)度級(jí)別最低的鋼種 一般用于溫度-20、475以下的容器,(3)20R制造壓力容器，用于中低壓且為小型容器 (大型容器、高壓容器用強(qiáng)度級(jí)別高一些的低合金類壓力容器用鋼) (4)20R在-20以下使用，隨溫度降低呈低溫脆性 25mm厚以上板材在0以下使用時(shí)要求做V型缺口試樣的低溫沖擊試驗(yàn)，AKV值達(dá)31J. (5)20R在475以上時(shí)高溫強(qiáng)度明顯下降（發(fā)生珠光體的球化） 20R使用溫度不應(yīng)超過500,16MnR 16MnR 是在20號(hào)鋼的基礎(chǔ)上加入價(jià)格便宜的錳與硅進(jìn)行強(qiáng)化形成的CMn鋼， Mn元素含量1.21.6%. 特點(diǎn) 16MnR與20R相比,含碳量相仿,但利用錳的強(qiáng)化作用可使16MnR的強(qiáng)度顯著升高. 16MnR鋼的可焊性是幾種低合金壓力容器專用鋼中最好的一種. (3)16MnR是屈服強(qiáng)度350MPa級(jí)的普通低合金中等強(qiáng)度鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性能、工藝性能以及低溫沖擊韌性.,(4) 16MnR鋼的缺口敏感性比低碳鋼大、疲勞強(qiáng)度 低，焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋. (5) 16MnR：使用條件： -20 475，壓力不限, 常溫沖擊值A(chǔ)kv31J (0-10使用時(shí)，板厚大于38mm，進(jìn)行低溫 沖擊試驗(yàn)) (-10 -19使用時(shí)，板厚大于20mm進(jìn)行低溫沖擊試驗(yàn)，且Akv20J ) (6) 是壓力容器制造采用最多的鋼號(hào). 16MnR：中低壓壓力容器;中小型高壓容器 400m3以下液化石油氣、氧氣以及氮?dú)馇蛐稳萜?1.4儲(chǔ)罐設(shè)計(jì),1.4.1相關(guān)概念強(qiáng)度、韌性、剛度 材料強(qiáng)度：是指載荷作用下材料抵抗永久變形和斷裂的能力。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度是鋼材常用的強(qiáng)度判據(jù)。 韌性：是指材料斷裂前吸收變形能量的能力。材料韌性一般隨著強(qiáng)度的提高而降低。 剛度：是過程設(shè)備在載荷作用下保持原有形狀的能力。剛度不足是過程設(shè)備過度變形主要原因之一。,1.4.2儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)基本要求 a.安全可靠 材料的強(qiáng)度高、韌性好； 材料與介質(zhì)相容； 結(jié)構(gòu)有足夠的剛度和抗失穩(wěn)能力； 密封性能好 b.滿足過程要求 功能要求； 壽命要求；,c.綜合經(jīng)濟(jì)好 生產(chǎn)效率高、消耗系數(shù)低； 結(jié)構(gòu)合理、制造簡(jiǎn)便； 易于運(yùn)輸和安裝 d.易于操作操作、維護(hù)和控制 操作簡(jiǎn)單； 可維護(hù)性和可修理性好； 便于控制 e.優(yōu)良的環(huán)境性能,1.4.3基本設(shè)計(jì)步驟,需求分析,目標(biāo)界定,總體 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),零部件 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),參數(shù)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)實(shí)施,1.4.4影響參數(shù)設(shè)計(jì)的因素,國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)： 美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)鋼制焊接油罐API650 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼制焊接油罐結(jié)構(gòu)JISB 8501 英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)石油工業(yè)立式鋼制焊接油罐BS2654 美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)大型焊接低壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)和建造推薦規(guī)定 API620 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)： 立式圓筒型鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50341 石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范 SH3046 立式圓筒型鋼制焊接油罐施工及驗(yàn)收規(guī)范 GBJ128 鋼制焊接常壓容器 第十二章 立式圓筒形儲(chǔ)罐 JB/T 4735,1.4.5 影響儲(chǔ)罐工藝系統(tǒng)和儲(chǔ)罐建造的因素 儲(chǔ)罐容積 確定儲(chǔ)罐容積(一種介質(zhì))可根據(jù)該種介質(zhì)進(jìn)出罐區(qū)的流量和裝置對(duì)介質(zhì)儲(chǔ)存天數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式為: V=(W1-W2) 式中：V儲(chǔ)存總?cè)莘e W1介質(zhì)進(jìn)入罐區(qū)的流量 W2介質(zhì)流出罐區(qū)的流量 介質(zhì)儲(chǔ)存的天數(shù) 儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存系數(shù),儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存系數(shù)一般取值如下： 儲(chǔ)罐公稱容積1000m3 的固定頂罐 =0.9 儲(chǔ)罐公稱容積1000m3 的固定頂罐 =0.85 浮頂罐或內(nèi)浮頂罐 =0.85 球罐和臥罐 =0.9 儲(chǔ)罐的總?cè)莘e除以儲(chǔ)罐的個(gè)數(shù)便得每個(gè)儲(chǔ)罐的容積。 儲(chǔ)罐的個(gè)數(shù)應(yīng)滿足不同裝置生產(chǎn)操作的要求.一般儲(chǔ)罐個(gè)數(shù)為2-4臺(tái).若生產(chǎn)需要儲(chǔ)罐個(gè)數(shù)可較多，儲(chǔ)罐的容積有以下四種不同的含義。,儲(chǔ)罐的容積有以下四種不同的含義。 計(jì)算容積:計(jì)算容積是指按罐壁高度和內(nèi)徑計(jì)算的圓筒幾何容積。 公稱容積：公稱容積是指儲(chǔ)罐的圓筒幾何容積(計(jì)算容積)圓整后，以整數(shù)表示的容積，通常所說的1000m3儲(chǔ)罐。10000m3儲(chǔ)罐是指公稱容積。,實(shí)際容積(儲(chǔ)存容積)：實(shí)際容積是指儲(chǔ)罐實(shí)際上可儲(chǔ)存的最大容積。計(jì)算容積減去A部分的容積.便是實(shí)際容積. A的取值根據(jù)儲(chǔ)罐的形式和容積大小可在3001100范圍內(nèi)確定。 操作容積(工作容積)：操作容積是指儲(chǔ)罐液面上、下波動(dòng)范圍內(nèi)的容積(即在儲(chǔ)罐的操作過程中輸出最大的滿足質(zhì)量要求容積)。實(shí)際容積減去B部分的容積.便是操作容積 B值與儲(chǔ)罐出料口結(jié)構(gòu)有關(guān)，如圖1-4所示。,罐區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)條件(包括自然條件) 1.建罐地區(qū)的溫度 建罐地區(qū)的溫度高低與儲(chǔ)液的蒸發(fā)損失、能量損耗、儲(chǔ)罐材料和檢測(cè)儀表的選用密切相關(guān)，或者說對(duì)儲(chǔ)液的儲(chǔ)存成本產(chǎn)生直接影響。 對(duì)同一種介質(zhì)氣溫越高和持續(xù)天數(shù)越長(zhǎng)，儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)液溫度也增高.相應(yīng)其氣壓越大.燕發(fā)損失越多(建罐地區(qū)的晝夜溫差和大氣壓的變化越大所引起的儲(chǔ)罐“小呼吸”也會(huì)使蒸發(fā)損失增加)。為降低其蒸發(fā)損失，在高溫季節(jié)往往對(duì)儲(chǔ)罐采用水噴淋裝置以降低其罐體溫度。,對(duì)一些液體需要在低于室溫狀態(tài)下儲(chǔ)存(如液化氣、液態(tài)氧、氨和氯乙烯等)，除保冷措施外，還需要采用冷凍裝置供給其冷以維持其較低溫度。在這里儲(chǔ)存壓力和儲(chǔ)存溫度是互相依賴的，在儲(chǔ)罐能承受一定壓力的情況下，要尋找一個(gè)適當(dāng)?shù)膬?chǔ)存溫度.以盡可能減少冷凍裝置的能量。 在寒冷季節(jié)，對(duì)儲(chǔ)存黏性較大或凝固點(diǎn)較低的介質(zhì)，儲(chǔ)罐除保溫外還需加熱，使其保持便于輸送的流動(dòng)狀態(tài)。,2.風(fēng)載荷 建罐地區(qū)的風(fēng)荷載，對(duì)儲(chǔ)罐的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響.在風(fēng)荷載較大地區(qū)，往往把儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)成“矮胖”較為經(jīng)濟(jì)。在強(qiáng)風(fēng)季節(jié)要注意儲(chǔ)罐的位移和傾覆(空罐或儲(chǔ)液很少時(shí))。 在計(jì)算風(fēng)力時(shí)，必須考慮儲(chǔ)罐的絕熱層厚度、梯子、平臺(tái)、管線、頂蓋的形狀等產(chǎn)生的影晌。在風(fēng)沙較多較大的地區(qū)，為了保證儲(chǔ)液的純度和潔凈必須十分注意儲(chǔ)罐形式的選擇。,3.雪荷載 建罐地區(qū)的雪荷載，對(duì)儲(chǔ)罐的罐頂設(shè)計(jì)和運(yùn)行都產(chǎn)生影響，特別是雪荷載較大地區(qū)，對(duì)直徑較大的大型儲(chǔ)罐的罐頂荷載增大了，對(duì)儲(chǔ)液的潔凈度或純度有要求的介質(zhì)更要注意儲(chǔ)罐類型的選擇。對(duì)儲(chǔ)罐的附加設(shè)施，如泵、呼吸閥、阻火器、檢測(cè)儀表、絕熱層等，要采取防凍、保溫、防水措施或采用全天候結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。,4.地震荷載 地震時(shí)，儲(chǔ)罐是受地震損害最嚴(yán)重設(shè)備之一，因此在地震烈度為7度或7度以上的地區(qū)建罐時(shí)(烈度為9度區(qū)是不適宜建罐地區(qū))應(yīng)采取抗震措施。,5.地基的地耐力和地價(jià) 建罐地區(qū)的地耐力對(duì)一定容積儲(chǔ)罐的高徑比選擇和儲(chǔ)罐基礎(chǔ)費(fèi)用起決定性作用。 地耐力較高的地區(qū)，不但可大大降低處理地基的費(fèi)用.而且儲(chǔ)罐的高徑比可取得大些.這樣儲(chǔ)堆本身占地面積少，且儲(chǔ)罐間的間距也相應(yīng)縮小，對(duì)地價(jià)較高的地區(qū)其面積更能得到充分的利用。因此，地耐較大且地價(jià)又適