用于甲醇儲存的內(nèi)浮頂罐的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

用于甲醇儲存的內(nèi)浮頂罐的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)摘要：介紹了內(nèi)浮頂罐用于甲醇儲存的原理與特點(diǎn)。根據(jù)甲醇的性質(zhì)，對內(nèi)浮頂罐進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對內(nèi)浮頂罐的風(fēng)載荷和地震載荷進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的內(nèi)浮頂罐既能保證甲醇的安全和質(zhì)量，又能在0.35kpa的風(fēng)壓和7級地震裂度的作用下有較高的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：內(nèi)浮頂罐；甲醇；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)ConstraltiondissignofinnerfloatingrooftankforthestorageofmethylalcoholAbstract:Inthispaper,introducedtheprincipleandcharacteristicofthestorgeofmethylalcoholstoredwiththeinnerfloatingrooftank.Thestructureofthetankwasdesignedandcalculatedthewindloadandtheearthquakeloadofthetank.Theresuctshowed,thedesignedtankcoludguaranteedthesecurityandthequalityofthemethylalcoholstoredinit.Atthesametime,thedesignedtankhadthecomparativelyintensityandthestableunderThecoindpressureof0.35Kpaandtheearthquakeofgrade7.Keywords:innerfloatingrooftank；methylalcohol；structurddesign1.1概述內(nèi)浮頂罐是在固定頂罐內(nèi)部再加上一個(gè)浮動(dòng)頂蓋，主要由固定頂罐體、內(nèi)浮盤、密封裝置、通氣孔、高低液位報(bào)警器等組成。這種罐的浮動(dòng)頂漂浮在儲液面上，浮頂與罐壁之間有一環(huán)形空間，環(huán)形空間中有密封元件。浮頂與密封元件一起構(gòu)成了儲液面上的覆蓋層，隨著儲液上下浮動(dòng),使得罐內(nèi)的儲液與大氣完全隔開,不受風(fēng)雨等外界因素的影響，減少了儲液儲存過程中的蒸發(fā)損耗，減少了大氣污染，易于保證貯液的質(zhì)量和安全。因此，內(nèi)浮頂罐是降低固定頂貯罐物料蒸發(fā)損失最安全、最經(jīng)濟(jì)、最簡便的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)已廣泛用于儲存汽油、醛類、醇類、酮類、苯類等易燃易爆易揮發(fā)的液體化學(xué)品。甲醇是重要的化工原料，無論是生產(chǎn)還是使用企業(yè)，其甲醇儲罐都是非常重要的設(shè)備。而甲醇是易揮發(fā)、易流動(dòng)的液體，也是易燃易爆的危險(xiǎn)性物質(zhì)，并且有毒性。其沸點(diǎn)64.65°C,爆炸范圍（在空氣中的體積分?jǐn)?shù)）為6.72%-36.5%.。因此，甲醇貯罐作為甲醇的貯存體,安全性不言而喻。用內(nèi)浮頂罐儲存甲醇，內(nèi)浮頂浮在甲醇液面上，隨液面升降而升降。由于甲醇液面被內(nèi)浮頂緊密貼住，不存在蒸發(fā)空間，所以內(nèi)浮頂罐幾乎沒有甲醇的呼吸損失，這樣可有效地防止因甲醇揮發(fā)、濃度堆積而造成的爆炸危險(xiǎn)。當(dāng)然，由于浮頂四周密封圈不可能絕對密封，甲醇會(huì)在此處有一點(diǎn)呼吸損失，但與固定頂罐的呼吸損失相比，幾乎可以忽略。由于內(nèi)浮頂罐的泄漏量極少，因而也更安全。所以本次選用內(nèi)浮頂罐為甲醇儲罐為內(nèi)浮頂罐，并對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以供甲醇生產(chǎn)或使用企業(yè)加工制造使用。1.2文獻(xiàn)綜述1.2.1前言甲醇別名木醇、木精，分子式為CH4O。是無色透明、易燃、易爆、易揮發(fā)的液體。相對密度（d204）0.7914。沸點(diǎn)64.7OC,爆炸極限6.0%-36.5%（體積分?jǐn)?shù)）［1］。甲醇?xì)馕洞瘫请y聞，有毒，欽用能致目盲,對于視神經(jīng)具有顯著的危害。甲醇主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多處有機(jī)產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料，是合成對苯二甲酸二甲酯，甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯的原料之一，還是重要的溶劑,亦可摻入汽油作替代燃料用。20世紀(jì)80年代以來，甲醇開始用于生產(chǎn)甲基叔丁基醚、甲醇汽油、甲醇燃料以及甲醇蛋白等產(chǎn)品,大大促進(jìn)了甲醇的發(fā)展［2］。甲醇以及甲醇下游產(chǎn)品的大力發(fā)展，使得甲醇儲存變得越來越重要。由于甲醇易燃易爆、易揮發(fā)、有毒，所以，甲醇在儲存中如何保證安全與質(zhì)量，如何減少污染與損失一直是個(gè)難題。目前，大多采用內(nèi)浮頂罐儲存，較好地解決了這個(gè)難題［3］。1.2.2內(nèi)浮頂儲罐的發(fā)展在上個(gè)世紀(jì)80年代以前，我國儲存甲醇基本上都采用固定頂罐既影響了質(zhì)量，又帶來嚴(yán)重的損耗，同時(shí)給環(huán)境也造成了污染。有關(guān)資料表明，一座1X104m3地上金屬甲醇儲罐，一年損失可達(dá)680T,損失率為10%,其經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)嚴(yán)重⑷。當(dāng)時(shí)，人們最關(guān)心的是經(jīng)濟(jì)損失和安全后來還關(guān)心生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面的問題目，這就導(dǎo)致人們采用各種措施以滿足各方面的要求。如利用成膠劑在液面上形成一層隔絕大氣的凝膠狀浮蓋利用聚酰胺小圓盤內(nèi)浮頂儲罐設(shè)計(jì)覆蓋液體自由表面，利用隋性氣體覆蓋層和采用浮頂結(jié)構(gòu)等措施，以減少儲液蒸發(fā)損耗及儲液氣對環(huán)境的污染［5］。其中，尤以內(nèi)浮頂儲罐使用最廣。20世紀(jì)70年代以來，內(nèi)浮頂儲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。1955年美國也開始建造此種類型的儲罐。1962年，美國德士古公司就開始使用帶蓋浮頂罐并在紐瓦克建有世界上最大直徑為61.6米的帶蓋浮頂罐，至1972年，美國己建造了600多個(gè)內(nèi)浮頂油罐［6］。1978年國內(nèi)3000立方米鋁浮盤投入使用，通過測試蒸發(fā)損耗標(biāo)定，收到顯著效果。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。密封裝置是內(nèi)浮頂罐和大型浮頂油罐建造的一個(gè)重要部件,目前己有機(jī)械密封、彈性材料密封和管式密封等多種形式.為了更好的設(shè)計(jì)和發(fā)展內(nèi)浮頂儲罐1978年美國API650附錄H對內(nèi)浮盤的分類、選材、設(shè)計(jì)、安裝、檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)荷載、浮力要求等均作了一系列的修訂和改進(jìn)。世界上技術(shù)先進(jìn)國家都備有較齊全的儲罐計(jì)算機(jī)專用程序，對儲罐作靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析，同進(jìn)對儲罐的重要理論問題，如大型儲罐T形角焊縫部的疲勞分析，大型儲罐基礎(chǔ)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性分析，抗震分析等，以及試驗(yàn)分析為基礎(chǔ)深入研究，通過試驗(yàn)取得了大量數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了理論的準(zhǔn)確性，從而使研究具有使用價(jià)值。1.2.3內(nèi)浮頂儲罐的結(jié)構(gòu)，性能與應(yīng)用內(nèi)浮頂罐是固定頂罐內(nèi)部再加上一個(gè)浮動(dòng)頂蓋，主要由罐體內(nèi)浮盤、密封裝置、通氣孔、高低液位報(bào)警器等組成(見圖1),這種罐的浮動(dòng)頂漂浮在儲液面上浮頂與罐壁之間有一環(huán)形空間，環(huán)形空間中有密封元件［7］。浮頂與密封元件一起構(gòu)成了儲液面上的覆蓋層。隨著儲液上下浮動(dòng)，使得罐內(nèi)的儲液與大氣完全隔開，減少儲液儲存過程中的蒸發(fā)損耗，保證安全，減少大氣污染。內(nèi)浮頂罐與固定頂罐比較有以下優(yōu)點(diǎn):(1)大量減少蒸發(fā)損耗。由于液面上有浮動(dòng)頂覆蓋，儲液與空氣隔絕，減少空氣污染和著火爆炸危險(xiǎn),易于保證儲液質(zhì)量，特別適用于儲存高級汽油和噴氣燃料以及有毒污染的液體化學(xué)品。易于將己建成固定頂罐改選為內(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。因有固定頂能有效防止風(fēng)砂、雨雪或灰塵污染儲液在各種氣候條件下保證儲液的質(zhì)量有“全天候車儲罐”之稱。⑸在密封效果相同的情況下，與浮頂罐相比，能進(jìn)一步降低蒸發(fā)損耗，這是由于固定頂蓋的遮擋以及固定頂與內(nèi)浮盤之間的氣相層甚至比雙盤式浮頂具有更顯著的隔熱效果。(6)內(nèi)浮頂罐的內(nèi)浮頂與浮頂罐上部敞開的浮盤不同，不可能有雨，雪荷載，內(nèi)浮盤上載荷少，結(jié)構(gòu)簡單，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),密封材料可避免日光照射而老化。內(nèi)浮頂儲罐設(shè)計(jì)內(nèi)浮頂罐具有許多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍越來越廣，是一種很有發(fā)展前途的儲罐。美國石油學(xué)會(huì)認(rèn)為：設(shè)計(jì)完善的內(nèi)浮頂是迄今為止為控制固定頂蒸發(fā)損耗所研究出來的最好的和投資最少的方法。因此，內(nèi)浮頂儲罐可用來儲存汽油、噴氣燃料以及醛類、醇類、酮類、苯類等易燃易爆易揮發(fā)的液體化學(xué)品。1.2.4內(nèi)浮頂儲罐對甲醇的儲存鑒于內(nèi)浮頂罐最大的優(yōu)勢是外界的風(fēng)砂、雨雪對儲液質(zhì)量的影響降低到最少,并且減少儲液的蒸發(fā)損耗及儲液蒸氣對環(huán)境的污染，國內(nèi)上世紀(jì)70年代后期開始用其儲存甲醇。最先使用淺盤或鋼制內(nèi)浮盤,20世紀(jì)80年代后期開始，使用鋁制內(nèi)浮盤,再后來就使使用不銹鋼內(nèi)浮盤，由于淺盤式鋼制內(nèi)浮頂?shù)目钩列圆?20世紀(jì)90年代后己經(jīng)不再使用。目前，就建的內(nèi)浮頂罐絕大多數(shù)采用鋁制內(nèi)浮頂或者不銹鋼內(nèi)浮盤，在用的固定頂罐，當(dāng)需要改造為內(nèi)浮頂罐時(shí),也多采用鋁制內(nèi)浮頂或不銹鋼內(nèi)浮頂。用內(nèi)浮頂罐儲存甲醇，內(nèi)浮頂浮在甲醇液面上，隨液面升降而升降。由于甲醇液面被浮頂緊密貼住，不存在蒸發(fā)空間，所以浮頂罐幾乎沒有甲醇的呼吸損失。當(dāng)然，由于浮頂四周密封圈不可能絕對密封，甲醇會(huì)在此處有一點(diǎn)呼吸損失，但與固定頂罐的呼吸損失相比，幾乎可以忽略。由于內(nèi)浮頂罐的泄漏量極少，因而也更安全。1.2.5總結(jié)甲醇是重要的化工原料，其儲運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)行的好壞，直接關(guān)系到相關(guān)生產(chǎn)裝置能否正常生產(chǎn)。因此，對甲醇儲運(yùn)系統(tǒng)的研究日益受到人們的重視.因損耗不但使資源浪費(fèi)，降低了儲液的質(zhì)量，造成了經(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，因此作為儲運(yùn)系統(tǒng)重要組成部分的儲罐技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志之一，就是有效的控制和盡量減少儲液的損耗。而內(nèi)浮頂儲罐是迄今為止控制甲醇蒸發(fā)損耗最安全、最簡便、最經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。參考文獻(xiàn).化學(xué)工業(yè)出版社編?化學(xué)品手冊.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(第三版).化學(xué)工業(yè)出1998.化學(xué)工業(yè)出版社編.無機(jī)化學(xué)產(chǎn)品.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1981.張樹民編譯.日本大型浮頂油罐設(shè)計(jì)要點(diǎn).油氣儲運(yùn)，1996,(6).徐至均.大型貯罐的設(shè)計(jì)選型及國產(chǎn)化條件.石油工程建設(shè)，1997,(4).何麗鵑.外浮頂油罐邊緣密封型式的選用與油氣損耗，石油化工設(shè)備技，2002.SH3046—1992.中國石化北京設(shè)計(jì)院編.石油煉廠設(shè)備.第五篇.油品儲罐，2001徐英，楊凡，朱萍等.球罐和大型儲罐.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004，148-164湛盧炳.大型貯罐設(shè)計(jì).上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1986.化學(xué)工業(yè)部化工機(jī)械研究院.腐蝕與防護(hù)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1980.潘家華.圓柱形金屬油罐設(shè)計(jì).北京:輕工業(yè)出版，1984.中國石化集團(tuán)上海工程有限工司.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(第三版、上冊).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，20031.3設(shè)計(jì)方案1.3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求內(nèi)浮頂儲罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：儲罐結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定、罐壁設(shè)計(jì)、罐頂設(shè)計(jì)、罐底設(shè)計(jì)、內(nèi)浮盤與罐壁間密封設(shè)計(jì)以及荷載計(jì)算。其中罐頂按自支承式拱頂?shù)娜蹴斀Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)浮頂選用湖南石化設(shè)備制造有限公司的裝配式不銹鋼內(nèi)浮盤,罐底由中幅板和邊緣板塔接，罐壁的縱、環(huán)焊縫采用對接焊。所設(shè)計(jì)的內(nèi)浮頂儲罐不但要保證甲醇液的質(zhì)量和安全，還要保證在0.35kpa風(fēng)壓和7級地震裂度作用下的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。1.3.2設(shè)計(jì)流程罐頂設(shè)計(jì)罐壁設(shè)計(jì)儲罐結(jié)構(gòu)參數(shù)確定罐底設(shè)計(jì)密封設(shè)計(jì)載荷計(jì)算1.4設(shè)計(jì)參數(shù)與材料確定1.4.1內(nèi)浮頂罐設(shè)計(jì)參數(shù)表1內(nèi)浮頂罐設(shè)計(jì)參數(shù)工作壓力常壓操作容積1000m3設(shè)計(jì)壓力壓力甲醇密度792.8Kg.m-3工作溫度50°C腐蝕裕量2mm焊接接頭系數(shù)0.85設(shè)計(jì)地震烈度7級設(shè)計(jì)風(fēng)壓0.35KPa設(shè)