立式圓筒儲罐設計標準規(guī)范

立式圓筒儲罐設計標準規(guī)范

大型儲液站廣泛應用于原油和化工的液體儲存設備中，是原油和化工系統(tǒng)以及儲存系統(tǒng)的重要組成部分。幾十年來,發(fā)展了各種形式的儲罐,但最常用的是立式圓筒形儲罐。1一般設計標準的使用1.1構建焊接油罐設計規(guī)范目前國內(nèi)立式圓筒形儲罐的設計標準規(guī)范有三個:國家標準《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規(guī)范》GB50341-2003;中國石油總公司標準《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設計規(guī)范》SH3046-1992;國家能源部標準《鋼制焊接常壓容器》NB/T47003.1-2009。1.2大型油罐罐壁應力分析美國石油學會標準《鋼制焊接石油儲罐》API650和《大型焊接低壓儲罐設計與建造》API620;日本工業(yè)標準《鋼制焊接油罐結構》JISB8501;英國標準《石油工業(yè)立式鋼制焊接油罐》BS2654。上述標準中,美國石油學會標準API650和API620已經(jīng)成為國際上應用最為普遍的設計和建造儲罐的通用標準,我國的GB50341-2003標準絕大部分參照美國標準API650編制。事實上,通過對建成的大型油罐罐壁應力分析結果看,采用API650標準進行設計,罐壁應力分布比較平穩(wěn),有利于提高油罐的安全性。API650標準已經(jīng)成為國際上設計常壓儲罐的通用標準。2儲水池的體積和經(jīng)濟規(guī)模的確定2.1計算體積計算容積是指按罐壁高度和內(nèi)徑計算得到的幾何容積。V計算容積=π/4D2H,式中,D—儲罐直徑m,H—罐壁高度m。2.2罐區(qū)的容積設計公稱容積是指圓筒幾何容積(計算容積)圓整后以整數(shù)得到的容積。在設計儲罐時,是以公稱容積來選擇儲罐的高度和直徑的。通常我們所說的1000立方米儲罐、5000立方米儲罐指的是公稱容積。公稱容積如圖(a)所示。2.3儲罐上泡沫覆蓋層實際容積是指儲罐實際可以儲存的最大容積。一般儲罐有一個安全容量,因為溫度變化時,儲液膨脹會引起液位升高,另外,許多石油化工儲罐裝有易燃介質,儲罐上泡沫接管與儲液之間應留有一定的高度,當儲罐著火時,可保證儲液面上的泡沫覆蓋層有足夠的厚度來隔離。儲罐上部留有一定空間的高度為A,一般取300~1100mm。實際容積=計算容積減去A部分的容積。如圖(b)所示。2.4儲罐底部液體儲罐使用時,出料口距底有一定的高度,儲罐底部的液體不能通過出料口流出,這些液體稱為死量,其高度為B。操作容積=實際容積減去B部分的容積如圖(c)所示。2.5計算儲罐的經(jīng)濟尺寸儲罐總體尺寸的確定主要堅持的兩個原則,即材料最省和費用最省。儲罐按給定的設計容積進行設計,在滿足給定的設計容積時,變換直徑和高度,可以得出多種組合,其中肯定有某種尺寸組合使材料和投資費用最省,計算儲罐的經(jīng)濟尺寸見下表1所示。表中:H—罐底至包邊角鋼的高度R—儲罐的半徑ρ—儲液介質密度φ—罐壁焊縫系數(shù)[σ]—材料的許用應力S1——罐頂板厚度S2——罐底板厚度C1—罐壁單位面積每年平均費用C2—罐底單位面積每年平均費用C3——罐頂單位面積每年平均費用3罐壁鋼板材料儲罐選擇材料時必須考慮儲罐的使用條件如溫度、儲液的特性(腐蝕性、毒性、易燃易爆等)、材料的焊接性能、加工制造性能及經(jīng)濟合理性。同時,還要根據(jù)設備的使用壽命來判斷,儲罐用材料類別可分為碳素鋼和低合金鋼、不銹鋼、鋁及其合金。罐壁板的基本要求是強度、可焊性和夏比(V型缺口)沖擊功。由于罐體是由許多塊鋼板通過焊接方法拼接而成的,所以鋼板的焊接性能也很重要。鋼板的韌性—沖擊功Akv是防止儲罐脆性破壞的一個重要依據(jù),影響罐壁鋼板沖擊韌性的主要因素有最低設計溫度、鋼板的強度、厚度、時效性、晶粒度和使用狀態(tài)。壁板尤其是底圈壁板,底部第二層壁板和罐底的邊緣板對選材來說最重要,它們之間的焊接受力復雜,承受著較大的力,為了保證強度和焊縫質量,它們應該選擇同種材料。碳素鋼及低合金鋼中的Q235B和Q345R是儲罐的常用材料,它們價格低,材料來源廣。液體化學品腐蝕物料的儲罐可選不銹鋼材質,也可選鋁及其合金。設計溫度低于-20℃的儲罐應選擇低溫用鋼或不銹鋼,隨著儲罐大型化的發(fā)展,選用高強度的鋼板在適當?shù)母邚奖认?可取得較小的罐壁壁厚,從而節(jié)省投資。表2列出了國內(nèi)常用儲罐用鋼板的許用應力。4基本結構：儲水池儲罐由罐頂、罐底、罐壁和附件組成。4.1自支撐式拱頂罐和網(wǎng)殼頂罐立式圓筒形儲罐罐頂主要形式有:自支撐式錐頂、自支撐式拱頂、網(wǎng)殼頂、梁柱式錐頂、外浮頂、內(nèi)浮頂。自支撐式錐頂一般用于直徑較小的儲罐,容量一般小于1000m3。自支撐式拱頂是一種形狀接近于球面的頂,包括無肋拱頂和帶肋拱頂,這樣頂?shù)膬藿Y構簡單,鋼性好,鋼材耗量小,對基礎沉降要求低。能夠承受較高的剩余壓力,受力狀況好,所以自支撐式拱頂罐廣泛應用于化工石油裝置中。無肋拱頂罐容量一般小于1000m3,帶肋拱頂罐容量一般大于1000~20000m3。網(wǎng)殼頂結構簡單,施工方便,質量輕,承載能力大,近年來鋼制網(wǎng)殼式頂技術在國內(nèi)得到比較快的發(fā)展,計算理論和計算程序都比較成熟。鋼制網(wǎng)殼頂一般適用于直徑大于30米的大型儲罐,儲存揮發(fā)性小的油品,梁柱式罐頂?shù)膬拗睆嚼碚撋峡勺龅煤艽?可滿足大型油罐的要求,但其結構復雜,耗鋼量大,對基礎沉降要求高,容易發(fā)生腐蝕。另外,這種頂?shù)膬薏荒茉O置浮盤,不宜用作儲存易揮發(fā)的儲液,國內(nèi)很少使用。浮頂是隨著液面變化上下升降的頂,包括內(nèi)浮頂和外浮頂,在油罐中應用比較普遍。浮頂罐可有效控制油品蒸發(fā)損失,因為浮盤浮在液面上,使油品無液相蒸發(fā)空間,同時由于浮盤使空氣與油品隔開,極大減少了空氣污染和火災,保證了油品本身的質量。外浮頂油罐是國內(nèi)外油罐中最常用的一種結構,主要用來儲存原油、柴油等介質。儲存汽油、航空煤油的儲罐大多采用內(nèi)浮頂和拱頂結構。4.2罐底排板及罐底邊緣板焊接立式圓筒形儲罐的罐底一般直接放在基礎的砂墊層上,儲液的重量通過底板直接傳給基礎,對底板來說,理論上幾乎沒有強度要求。但實際上,由于儲罐的自重、儲液的靜力和基礎沉降所產(chǎn)生的附加力矩等,使罐底邊緣部分受力非常復雜,根據(jù)應力分析結果,罐底最大徑向應力距罐底邊緣約500mm,所以,罐底邊緣板徑向寬度必須≥700mm。罐底的排板形式應根據(jù)儲罐的大小,控制焊接變形等制造工藝因素來決定,直徑小于等于12.5m的儲罐,因罐底受力不大,宜按條形排板組焊,見圖(e)。對于直徑大于等于12.5m的儲罐,罐底外緣受罐壁作用,邊緣力較大,底板的外圍需要比中部厚,所以外圍應設弓形邊緣板,排板形式見圖(f)。弓形邊緣板是由若干塊切割好的弓形板組成,它們之間的焊接應采用帶墊板的對接焊接結構。邊緣板與中幅板之間及中幅板之間的焊接,常采用搭接焊接結構,也可以采用帶墊板的對接焊接結構。如果采用搭接焊,應該為單面連續(xù)焊,焊接寬度應≥5倍較薄板的厚度,焊縫高等于較薄板的厚度,中幅板要搭在邊緣板上,焊接采用單面連續(xù)角焊,焊接寬度不小于60mm,若采用對接焊,焊縫下面應緊貼墊板,墊板厚度不小于4mm,寬度不小于50mm。罐底板任意相鄰兩個焊接接頭之間的距離以及邊緣板焊接接頭與罐壁縱焊縫的距離均不小于300mm。底圈壁板與底板邊緣板之間的焊接,應采用兩側連續(xù)角焊,焊角高度等于二者中較薄板的厚度,且焊腳高度應不大于13mm。在地震設防烈度大于7度的地區(qū),底圈壁板與罐底邊緣板之間的焊接應采用如圖(g)的焊接形式,角焊縫圓滑過渡。罐底板的厚度:不包括腐蝕裕量的中幅板的厚度見表3。不包括腐蝕裕量邊緣板的厚度見表4。4.3罐壁厚度設計工程中,儲罐壁板的厚度通常有三種方法確定:定點法、變點法、應力分析法。定點法是以高出每圈壁板底面0.3m處的液體壓力來確定每圈壁板厚度的方法,一般用于容積較小的儲罐。對于容積較大的儲罐宜采用變點法設計,變點法考慮了相鄰圈壁板之間不同厚度的互相影響,對每一圈壁板采用離罐壁底面不同的設計點來計算壁厚,從而使每一圈壁板中的最大應力接近鋼板的許用應力。應力分析法多用于大直徑的儲罐,保證儲罐滿足強度要求。用以上三種方法計算出的罐壁厚度應圓整至鋼板的規(guī)格厚度,且應不小于規(guī)范所規(guī)定的最小罐壁厚度。表5列出了SH3046-1992《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設計規(guī)范》規(guī)定的最小厚度。罐壁由若干塊型板焊接而成,上層壁板的厚度不得大于下層壁板的厚度。壁板的縱向焊接接頭應采用全焊透的對接結構,為了減少焊接變形,相鄰兩層壁板的縱向焊縫應向同一方向逐圈錯開1/3板長,焊縫最小間距不小于1000mm。底圈壁板的縱向焊接接頭與底板邊緣板對接接頭之間的距離不得小于30