石油化工裝置中儲罐的結構設計技術分析

李琳　楊孟虎　楊躍進

摘 要：儲罐作為石油化工設計的重點，在大型油罐數量逐年遞增的同時，伴隨高強鋼的應用儲罐容量也隨之增加，其具有大直徑、重荷載等特點。本文以石油化工裝置中大型油罐為例，對大型儲罐優勢、儲罐結構設計技術要點進行了分析與研究，以期全面提升設計合理性。

關鍵詞：石油化工裝置；儲罐結構；設計技術；大型儲罐

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.081

1 大型儲罐的優勢

地上油罐、地下或半地下油罐等為大型油罐的形式，在國內最常見的為外浮頂油罐形式的地上大型油罐。選取該類型儲罐，有利于鋼材節約、占地面積減少、油罐附件減少等。具體如下：

（1）大型化有利于鋼材節約。以一臺儲罐為例，罐容積增加，表面積則相對較小，單位容積用鋼量也就會減少，也就說明儲罐容積和耗材量間存在反比例關系。

（2）大型化有利于占地面積減少。儲罐占地面積對石油化工企業的大型化極為重要。罐區占地面積應與防火堤有效容積需求相符，且罐間距也應符合防火距離規定。根據現階段儲罐區防火規定，在石油化工企業儲備能力一致的前提下，若干大型儲罐和若干小罐成組排列將大大節省占地所需面積。

（3）大型化有利于操作維護管理。在操作檢尺維護和消防等方面，相比大量小罐，少數大罐更為便利。

（4）大型化有利于油罐附件節約。在不改變總罐容量的基礎上，單臺罐容量增加可達到油罐臺數降低的目的，且能夠對管道配件儀表、閥門用量進行相應減少，也可達到泄漏點減少的作用。

2 石油化工裝置中儲罐結構設計技術要點

2.1 材料選擇

隨著大型化儲罐的快速發展，對材料要求越來越高。為防止底層罐壁厚度過大，產生整體熱處理或焊接問題，在設計大型儲罐時往往選取高強度鋼鋼板。通常選取490Mpa級高強度鋼板作為大型化儲罐鋼材，此類材料具有較高強度、良好韌性與焊接性能等優點。以12MnNiVR高強度鋼板為例分析，鋼板需做好拉伸試驗、沖擊試驗等。通過氣電立焊、埋弧焊等方式后，所有鋼板焊接接頭熱影響區沖擊功平均值必須控制在47J以上，每個值需控制在33J以上。

2.2 厚度計算

于大型儲罐而言，在罐體整體質量相比，罐壁鋼材質量所占比例為其35%—50%，按照剛性需求可對罐底板等構件厚度的確定，通常該厚度變化不大。要求嚴格遵循具體承受應力對罐壁板厚度進行計算。一般選取定點法對罐壁厚度進行準確計算，針對各層罐壁，其罐壁板下端向上30cm位置的靜壓力為標準，作為此層罐壁板設計壓力對罐壁板厚度進行準確計算。隨著社會的發展，也可選取變設計點法對罐壁厚度進行計算，12MnNiVR高強度鋼板作為罐壁下部材料，選取Q235B鋼板作為罐壁上部材料，兩者之間過渡可選取Q345R鋼板。

2.3 結構形式設計

（1）儲罐罐底結構形式。正圓錐形罐底、倒圓錐形罐底等為儲罐罐底的主要結構類型。其中正圓錐形為正圓錐形罐底與其基礎，其特點為中間高、周圍低，施工過程中15%為其基礎坡度，穩定基礎沉降后錐面坡度必須控制在8%以上。此類罐底附近具有較低部位，與排除污泥雜質、存液需求相符。

（2）罐底板間連接形式。搭接、帶墊板對接作為大型罐底板連接形式，遵循1：3斜率規定，在邊緣板和中幅板對接接頭位置，對邊緣板實行削邊作業，確保焊接位置2相焊件厚度相同，以此對墊板對中幅板變形產生率有效降低。

（3）罐底邊緣板。選取和底圈罐壁材料相同的鋼板作為罐壁連接罐底邊緣板，如12MnNiVR高強度鋼板。選取國產碳鋼板Q235B作為罐底中幅板。

作為應力集中峰值區，罐壁和罐底邊緣板之間的焊縫呈現T形角，其對液壓產生的拉伸應力、彎曲應力進行承載，且對地震、風荷載產生的彎矩、剪切力等加以承受。在罐內液位升高、降低的過程中，其焊縫附近底板極易出現彈性變形現象，這種情況下，高應力循環疲勞破壞問題將大量出現，因此不能選取全焊透結構作為其焊縫。同時，因節點具有較小剛性，需做好相應措施，如焊接結構、焊接工藝等，對大角焊縫位置的峰值應力盡量減少，確保其具備良好的柔韌性。除此之外，還需與實踐經驗相結合，在設計儲罐時，選取等邊角焊方式作為儲罐外側，選取不等邊角焊的方式作為內側。

（4）浮頂結構設計。作為石油化工裝置儲罐結構設計的重要內容，浮頂結構形式選擇是否合理，對儲罐運行的安全性極為重要。雙盤式與單盤式浮頂為最常用的結構形式。以安全性、經濟性原則分析，可選取雙盤式浮頂設計。邊緣板、浮頂底板等為雙盤式浮頂的主要構成部分，79500mm為浮頂直徑，790mm為外邊緣高度，沿徑向浮頂通過隔板進行六部分劃分，通過隔板將最外圈進行28個艙劃分…。以水平方式安設浮頂底板，W形為浮頂頂板形式，15/1000為坡度，其中坡度較高位置為浮頂中央、邊緣位置，這樣可防止浮頂最低位置具有較小浮頂厚度，為施工提供便利。

2.4 焊接

儲罐施工前，需評定各個位置的焊接工藝，且做好各項試驗，如拉伸、沖擊等，以此對焊接接頭、熱影響區的力學性能進行確定。在對罐壁環焊縫焊接前，需沿環向在焊縫內側上下進行一圈電加熱片設置且實施加熱作業。在100到150攝氏度之間控制加熱溫度，焊縫2邊100mm以內為加熱區域。同時，通過自動焊小車自帶火焰加熱器對罐壁內側進行加熱，以確保焊道不存在水分，以此對預熱溫度進行有效控制。焊接工藝參數、層間溫度等為焊接控制的主要內容。要求嚴格控制埋弧自動焊焊接參數，降低對焊縫質量的影響程度。

2.5 全柔性軟管排水形式設計

與浮力相比，軟管重量設計值應在其120%到130%之間，如軟管重量不足，需調整配重。軟管配重塊布置可分區間進行，與底部越接近密度越高。在攪拌器應用時，具有較高浮盤高度，攪拌器才能正常運行，該情況下軟管為拉直狀況。在旋轉噴射攪拌器應用過程中，沿噴射液流噴射方向可進行軟管布置，以此對液流對軟管的作用面積進行有效降低，降低對軟管空間形狀的影響。如大幅度降低浮盤，軟管下部可接觸罐底，由于下部液流重量大軟管無法推動，此時上部軟管依然位于拉伸狀況。

3 結束語

綜上所述，隨著社會主義市場經濟的快速發展，我國石油化工行業也取得了快速發展。大型儲罐裝置的合理應用，對確保設備運作安全、提升工作效率具有重要意義。為確保其正常運行，必須做好儲罐結構設計工作，必須對其設計技術水平進行全面提高，只有這樣才能實現石油化工企業的可持續發展。

參考文獻：

[1]劉巨保，許蘊博.基于GB-50341標準設計的立式拱頂儲罐弱頂結構分析與評價[J].化工機械，2011（04）.