大型油品儲(chǔ)罐進(jìn)出口管線柔性設(shè)計(jì)

1、大型油品儲(chǔ)罐進(jìn)出口管線柔性設(shè)計(jì)第4o卷第1期2021年1月石油化工沒備PETROCHEMICAIEQUIPMENT文章編號(hào):10007466(2021)01009905大型油品儲(chǔ)罐進(jìn)出口管線柔性設(shè)計(jì)宋義偉,郭慧軍,張永東,田鶴,楊振東,安宗旺(1.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司,河北任丘062552;2.中國石油冀東油田分公司,河E唐山063200)摘要:分析了大型儲(chǔ)罐進(jìn)出口管線柔性設(shè)計(jì)的必要性,介紹了金屬軟管和波紋補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)形式,作用及設(shè)備選型需考慮的因素,提出了在進(jìn)行儲(chǔ)罐罐前柔性安裝時(shí)應(yīng)注意的問題.關(guān)鍵詞:儲(chǔ)罐;金屬軟管;柔性設(shè)計(jì);波紋補(bǔ)償器;選型;安裝中圖分類號(hào):TQ050

2、.3;TE972.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:BFlexibleDesignintheInletandOutletPipelineofLargeStorageTankSONGYiwei,GUOHui-jun,ZHANGYong-dong,TIANHe,YANGZhendong2,ANZong-wang2(1.NorthChinaCompany,ChinaPetroleumEngineeringCo.Ltd.ofCNPC,Renqiu062552,China;2.JidongOilfieldCompanyofCNPC,Tangshan063200,China)Abstract:Thenecessityoffl

3、exibledesignintheinletandoutletpipelineoflargestoragetankwasanalyzed.Thestructure,functionandselectionofequipmentofmetalhoseandcorrugatedhoseandcorrugatedpipecompensatorwerealsointroducedsimply.Keywords:storagetank;metalhose;flexibledesign;corrugatedpipeCompensator;selection;jnsta11arion儲(chǔ)罐作為儲(chǔ)藏庫最重要設(shè)備

4、,近年來隨著國內(nèi)原油,成品油儲(chǔ)藏庫建設(shè)規(guī)模的不斷加大,其設(shè)計(jì),鋼量和占地面積均低于小容量?jī)?chǔ)罐,可有效節(jié)省投資和建設(shè)用地.因此,儲(chǔ)罐建設(shè)的總趨勢(shì)是大型化.對(duì)于大型儲(chǔ)罐,為了防止儲(chǔ)罐的沉降引起的危GB50074-2002石油庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?6.0.16條規(guī)定,油品儲(chǔ)罐的主要進(jìn)出口管道宜采用撓性或柔性連接方式_】.SY/T4O7394?儲(chǔ)罐抗震用金屬軟管和波紋補(bǔ)償器選用標(biāo)準(zhǔn)?那么從抗震設(shè)防方面對(duì)此做出要求2,抗震設(shè)防烈度為69度地區(qū)安裝的常壓立式圓筒形鋼制儲(chǔ)罐主要進(jìn)出口管線應(yīng)安裝金屬軟管或波紋補(bǔ)償器.此條款在GB50341-2003立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?中也有相應(yīng)的規(guī)定口.為此,近年來新建和改

5、擴(kuò)建的油庫工程中,在儲(chǔ)油罐與管道之間均采用了柔性連接,以降低儲(chǔ)油罐區(qū)危行分析,提出了在進(jìn)行儲(chǔ)罐罐前柔性安裝時(shí)應(yīng)注意的問題.1儲(chǔ)罐進(jìn)出口設(shè)置柔性連接必要性在儲(chǔ)罐罐體安裝施工完成后,需進(jìn)行充水沉降試驗(yàn),以觀測(cè)根底沉降是否在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi).收稿日期:20210825作者簡(jiǎn)介:宋義偉(1977一),男,河北黃驊人,工程師,碩士,主要研究方向?yàn)橛蜌鈨?chǔ)運(yùn)工程.石油化工設(shè)備201i年第4O卷在儲(chǔ)罐使用過程中仍會(huì)發(fā)生根底繼續(xù)下沉的現(xiàn)象,特別是大型儲(chǔ)罐根底,不均勻沉降現(xiàn)象更為嚴(yán)重且極難控制.當(dāng)儲(chǔ)罐根底不均勻沉降到達(dá)一定程度,會(huì)造成儲(chǔ)罐罐體和進(jìn)出口管線之間的二次應(yīng)力,使管線發(fā)生彎曲變形.此外,根據(jù)相關(guān)資料,在地

6、震烈度大于或等于7,度,地質(zhì)松軟的情況下,當(dāng)發(fā)生7,度翹離運(yùn)動(dòng)會(huì)加大地震對(duì)儲(chǔ)罐的破壞程度,使罐底產(chǎn)生過大應(yīng)力,在進(jìn)出口管線的約束下,進(jìn)一步造成罐底和罐壁的毀壞.因此,在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能采取措施使管線與罐壁柔性連接,防止剛性連接.2金屬軟管與波紋補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)金屬軟管和波紋補(bǔ)償器的主要構(gòu)件都是金屬波紋管,其材質(zhì)有奧氏體不銹鋼,Monel,Ioconel等.金屬軟管和波紋補(bǔ)償器具有良好的撓性,其縱向鋼度和抗彎鋼度小,可以在額定曲率半徑內(nèi)工作,具有管的彈性決定了是否具有良好的柔軟性和抗疲勞性,使其很容易吸收各種運(yùn)動(dòng)變形和循環(huán)載荷,尤其在管路系中有補(bǔ)償大位移的能力.用作金屬軟管的波紋管公稱直徑為4

7、償器的的波紋管公稱直徑為404000mm,材料壁厚為0.24mm.有些特殊使用場(chǎng)合,也有公稱直徑超過4000mm,壁厚到達(dá)幾十毫米的情況.金屬軟管主要由波紋管,網(wǎng)套和接頭組成,具有防震,承受彎曲,吸收應(yīng)力的作用.(1)波紋管波紋管是金屬軟管的主體,起撓性給它施加一個(gè)產(chǎn)生彎曲力矩的橫向力,那么可以沿軸平面得到相應(yīng)的位移,具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力和很好的溫度穩(wěn)定性.(2)網(wǎng)套網(wǎng)套起加強(qiáng),屏蔽的作用,是由不銹鋼絲或卷鋼帶按照一定的參數(shù)編織而成的,屬于安裝在壓力管道中的主要承壓件.因此,金屬軟管具場(chǎng)所,可以選擇1層或多層的不銹鋼鋼絲或鋼帶進(jìn)行編織.(3)波紋金屬軟管兩端的接頭接頭的作用首先是將網(wǎng)套與波紋管

8、聯(lián)接為一體,同時(shí),接頭又是金屬軟管與金屬軟管或其它管件,設(shè)備相聯(lián)接的部件.接頭的材料通常與波紋管,網(wǎng)套的材料相同,多以不銹鋼為主.接頭的結(jié)構(gòu)形式大體上分為螺旋式,法蘭盤式和快速式3大類,對(duì)于大型儲(chǔ)罐,一般采用法蘭盤式接頭.根據(jù)文獻(xiàn)3中的規(guī)定,當(dāng)公稱直徑不大于600mm時(shí),宜采用一端平焊,一段松套的法蘭連接形式.平焊法蘭可按照J(rèn)B8l94?平焊鋼法蘭?選用,松套法蘭可按照J(rèn)B8394?平焊環(huán)松套法蘭?選用.波紋補(bǔ)償器也稱伸縮器,膨脹節(jié),主要由波紋管和端管,支架,法蘭及導(dǎo)管等附件組成,具有吸收管線,導(dǎo)管及容器等由熱脹冷縮等原因而產(chǎn)生的尺寸變化,或補(bǔ)償管線,導(dǎo)管,容器等軸向,橫向和角向位移的作用.與

9、金屬軟管相比,波紋補(bǔ)償器外表無金屬絲或金屬套編制的網(wǎng)套,但裝有拉桿,鉸鏈,加強(qiáng)環(huán)之類約束裝置,同時(shí)波紋管內(nèi)還設(shè)有2個(gè)帶位移的內(nèi)襯筒,2個(gè)內(nèi)襯筒分別通過外緣固定在左右法蘭上,內(nèi)襯筒中段空缺處設(shè)有由導(dǎo)流筒,導(dǎo)流筒環(huán)板,套筒,套筒環(huán)板構(gòu)成的伸縮圈.波紋補(bǔ)償器種類較多,按特性分為軸向型(內(nèi)壓和外壓或有推力和無推力或架空型直埋型),角向型罐進(jìn)出口使用的波紋補(bǔ)償器為大拉桿,橫向型波紋補(bǔ)償器.這種補(bǔ)償器屬于約束型補(bǔ)償器,由中間管所連接的2個(gè)波紋管及拉桿,端板和球面與錐面墊圈等結(jié)構(gòu)件組成,能吸收任一平面內(nèi)的橫向位移并能承受波紋管內(nèi)壓推力,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖1.囂'一避(a)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(b)橫向變形圖1大拉桿

10、補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)及變形3設(shè)備選型安裝要求在地震作用下,儲(chǔ)罐罐壁發(fā)生翹離或者罐根底發(fā)生不均勻沉降,傾斜現(xiàn)象,使得儲(chǔ)罐和配管連接處遭到破壞,這是常見的地震災(zāi)害之一.根據(jù)文獻(xiàn)2的要求,在6度區(qū)類場(chǎng)地上的儲(chǔ)罐上應(yīng)當(dāng)安裝金紋補(bǔ)償器的橫向補(bǔ)償量主要與地震烈度有關(guān),軟管第1期宋義偉,等:大型油品儲(chǔ)罐進(jìn)出口管線柔性設(shè)計(jì)和補(bǔ)償器的最大橫向位移補(bǔ)償量與地震烈度的關(guān)系見表1.表1儲(chǔ)罐進(jìn)出口金屬軟管或波紋補(bǔ)償器橫向補(bǔ)償量與地震烈度關(guān)系隨著油品儲(chǔ)罐建設(shè)規(guī)模的加大和建設(shè)投資相應(yīng)減少的趨勢(shì),由于地質(zhì)條件的限制,根底自然下沉的的儲(chǔ)罐,很難找到均勻一致的地質(zhì)條件,尤其是飽和松砂,軟塑至流塑的輕亞粘土,沖填土及人工填土的部不均勻下沉.

11、目前,各國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儲(chǔ)罐的下沉量均有規(guī)定,但由于儲(chǔ)罐下沉造成的連接管道和罐壁損壞是必須解決的問題.在儲(chǔ)罐進(jìn)出口連接管路上設(shè)置金屬軟管或波紋補(bǔ)償器是解決這一問題的好方法.因此,選擇適宜的金屬軟管或波紋補(bǔ)償器使補(bǔ)償量能滿足相應(yīng)要求就顯得尤為重要.儲(chǔ)罐儲(chǔ)存和輸送油品的性質(zhì)對(duì)波紋管材質(zhì)選擇有很大的影響.目前,常用的波紋管材料一般為具有優(yōu)良的耐蝕性的奧氏體不銹鋼(SUS304,SU$304L,SUS316,SUS316L,SUS321等),高溫腐蝕環(huán)境下,可以選用Incoloy800H或者Inconeil600材質(zhì).常見介質(zhì)條件下波紋管推薦材料見表2.表2各種介質(zhì)條件下波紋管的推薦材料水海水蒸汽原油輕質(zhì)油重

12、油低溫鍋爐氣高溫鍋爐氣煤氣煙氣空氣氧氣氮?dú)饨範(fàn)t氣煉油廠催化裂化高溫裝置金屬軟管或波紋補(bǔ)償器的公稱通徑一般與儲(chǔ)罐器的特點(diǎn),當(dāng)儲(chǔ)罐進(jìn)出口管徑在DN400mlTl以上時(shí),常選用波紋補(bǔ)償器;進(jìn)出口管徑在DN40Omm以下時(shí),選擇金屬軟管.管線與軟管或補(bǔ)償器的連接方式主要有焊接和法蘭連接2種,由于儲(chǔ)罐區(qū)不允許動(dòng)火.因此,為保證罐區(qū)平安,通常采用法蘭連接方式.軟管長(zhǎng)度可根據(jù)儲(chǔ)罐沉降,溫度變形,安裝偏差屬軟管和波紋管補(bǔ)償器選擇時(shí),可參考文獻(xiàn)2表3.2.2和表3.2.3提供的數(shù)據(jù).儲(chǔ)罐與主要進(jìn)出口管線的剛度比和質(zhì)量比相差較大,如果兩者的根本自振頻率相同和相近,在地震2要求,金屬軟管或波紋補(bǔ)償器的自振頻率應(yīng)高于

13、儲(chǔ)罐根本自振頻率的5O.實(shí)驗(yàn)及理論計(jì)算說明,儲(chǔ)罐用金屬軟管的自振頻率一般在10Hz以上.因此,當(dāng)儲(chǔ)罐的根本自振頻率不大于7Hz時(shí),可不考慮儲(chǔ)罐與金屬軟管或波紋補(bǔ)償器的共振影響.儲(chǔ)罐與儲(chǔ)液耦連振動(dòng)根本自振頻率按照下式進(jìn)行計(jì)算:1式中,為儲(chǔ)罐與儲(chǔ)液耦連根本自振頻率,Hz為底圈罐壁平均半徑,t為液面高度1/3處的罐壁厚度(不包括腐蝕裕度),h為液面高度,m;選擇.罐的根本自振頻率進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表3.表3幾種儲(chǔ)罐的自振頻率一一一一一一一一一一一一一一一石油化工設(shè)備2021年第4O卷在進(jìn)行儲(chǔ)罐進(jìn)出口柔性設(shè)計(jì)時(shí),可選用大拉桿補(bǔ)償器和金屬軟管.就設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)來說,大拉桿型波紋補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)制造有嚴(yán)格的標(biāo)

14、準(zhǔn).同時(shí),其疲勞壽命計(jì)算,自振頻率計(jì)算要比金屬軟管計(jì)算科學(xué)準(zhǔn)確.在運(yùn)行過程中,由于內(nèi)壓產(chǎn)生的盲板力全部由大拉桿補(bǔ)償器自身的拉桿承受,不會(huì)對(duì)與其相連接的設(shè)備(儲(chǔ)罐)產(chǎn)生更大的作用力,因而可以保證儲(chǔ)要在允許的范圍內(nèi),以保證法蘭不會(huì)發(fā)生密封失效.通過控制波紋管的單層厚度和層數(shù)來控制其自振頻率,剛度及補(bǔ)償量,以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求.金屬軟管的相關(guān)計(jì)算是模糊的,更沒有自振頻作用,其管體本身會(huì)伸長(zhǎng)大約15.因而,盲板力必然會(huì)作用到儲(chǔ)罐的管口上,會(huì)引起設(shè)備接管處的局部應(yīng)力超標(biāo),法蘭泄漏,尤其是對(duì)管徑大于等于DN400mm的管道,其潛在的風(fēng)險(xiǎn)更大.目前,國外一些公司在進(jìn)行罐區(qū)設(shè)計(jì)時(shí),根本上也是以DN350mm分

15、界,大于DN350mm的接管采用大拉桿波紋補(bǔ)償器,而小于DN350mm的接管采用金屬軟管.4安裝要求及應(yīng)注意的問題金屬軟管和波紋補(bǔ)償器通常安裝在儲(chǔ)罐前閥門與管道連接處,而且其后也應(yīng)有控制閥門,使儲(chǔ)罐與管道之間形成軟連接,以便于金屬軟管的檢修以及更換.金屬軟管和補(bǔ)償器主要吸收系統(tǒng)產(chǎn)生的橫向位移,而系統(tǒng)產(chǎn)生的軸向位移需要由管道的布置來吸收.目前常見的安裝方式主要有I型和Z型,兩種安裝方式示意圖見圖2.從圖2可以看出,采用Z型安裝管系的軸向位移可由管系自身吸收,從而減少了波紋管和罐壁的道所產(chǎn)生的軸向應(yīng)力將作用于波紋管和罐壁,對(duì)設(shè)備造成一定的損害.軸向熱脹量按下式計(jì)算_7:ZLa1At(2)式中,z為

16、管道熱脹量,cm;L為固定支架間距,m;a為管道用鋼材的線膨脹系數(shù),cm/(m?);At為管道安裝溫度和工作溫度的溫差,.(a)I型金屬軟(1o)Z型圖2儲(chǔ)罐罐前安裝方式示圖以某油庫罐前安裝管線為例,從罐壁出口到主管道距離為30ITI,儲(chǔ)罐罐前管線安裝溫度和工作溫度的溫差大約為30,鋼材的線膨脹系數(shù)為0.00125cm/(m?),那么這段管線的熱脹量為管距離較近(一般只有十幾米),同時(shí)管道安裝與工作時(shí)溫差較小.因此,目前國內(nèi)安裝的儲(chǔ)罐仍有很大局部采用L型安裝方式,采用此方式具有整體整齊美觀,減少管道安裝長(zhǎng)度的優(yōu)點(diǎn).(1)在安裝金屬軟管和波紋補(bǔ)償器時(shí),應(yīng)將其保持在自由狀態(tài)下直線安裝.(2)在吊裝

17、過程中,不應(yīng)采用對(duì)產(chǎn)品有損害的吊裝方法.(3)如果在設(shè)計(jì)時(shí)未進(jìn)行特殊考慮,那么禁止采用使金屬軟管和波紋管膨脹節(jié)變形的方法來調(diào)整管道的安裝偏差,也不應(yīng)該采用強(qiáng)制拉緊法蘭,螺栓的方法消除安裝偏差.強(qiáng)行拉,壓或者彎曲會(huì)造成金屬軟管的網(wǎng)套脫網(wǎng).壓縮安裝后,設(shè)備在輸送介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生垂直于波紋管的力,使波紋管產(chǎn)生較大幅度波紋補(bǔ)償器安裝的根本原那么,在安裝過程中是必須防止的.(4)必須注意保護(hù)波紋管,使其免受敲擊,劃傷,焊液飛濺等原因造成的損害.(5)在金屬軟管和波紋管補(bǔ)償器上不應(yīng)設(shè)置任何托架或支撐.(6)在管道,金屬軟管(膨脹節(jié))和支架等管道系統(tǒng)安裝完畢進(jìn)行系統(tǒng)試壓之前,應(yīng)將膨脹節(jié)的運(yùn)輸保應(yīng)當(dāng)注意不能將非運(yùn)

18、輸保護(hù)裝置的膨脹節(jié)附件撤除.第4O卷第1期2021年1月石油化工設(shè)備PETROCHEMICALEQUIPMENT文章編號(hào):10007466(2021)0l一0103一O4亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼封頭應(yīng)力開裂分析杜紅元,魏獻(xiàn)玲,胡效軍(1.中原石油勘探局工程建設(shè)總公司,河南濮陽457003;2.華北油田分公司基建工程部,河北任丘062552)摘要:對(duì)低溫條件下使用的亞穩(wěn)態(tài)奧氏體封頭在使用后不久產(chǎn)生的開裂原因進(jìn)行了詳細(xì)分析,指出了在內(nèi)應(yīng)力及復(fù)雜介質(zhì)條件下采用亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼,其封頭的成型工藝會(huì)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量,并提出了改良措施.關(guān)鍵詞:封頭;奧氏體不銹鋼;成型;內(nèi)應(yīng)力;開裂中圖分類號(hào):TQ050.3;

19、TE965文獻(xiàn)標(biāo)志碼:BAnalysisonStressCrackingofSubstabilizationAusteniticStainlessSteelEllipticalHeadDUHong-yuan,WEIXianling,HUXiao-jun(1.ECGCofZPEC,SINOPEC,Puyang457003,China;2.BaseConstructionEngineeringSectionofHuabeiOilfieldCompany,Renqiu062552,China)(7)在進(jìn)行設(shè)備安裝時(shí),可在軟管或膨脹節(jié)遠(yuǎn)離儲(chǔ)罐的一端設(shè)置一段短管,通過調(diào)整短管的尺寸來補(bǔ)償安裝偏差.5結(jié)語對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)出口管線柔性連接的必要性,柔性連接方式及金屬軟管和波紋補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu),特性及安裝考前須知進(jìn)行了詳細(xì)的分析,認(rèn)為可根據(jù)儲(chǔ)