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        大型化工儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)探討

        2015-01-28 09:41:43張艷博
        科學(xué)中國人 2015年17期
        關(guān)鍵詞:隔板儲(chǔ)罐化工

        張艷博,劉 環(huán)

        中國石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院

        大型化工儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)探討

        張艷博,劉 環(huán)

        中國石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院

        文章簡要介紹了化工行業(yè)大型儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的特點(diǎn),同時(shí)就設(shè)計(jì)中一些重點(diǎn)問題進(jìn)行的分析討論。

        化工;儲(chǔ)罐;設(shè)計(jì)

        前言

        近年隨著我國化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,國內(nèi)石油工業(yè),石油化工、物流運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)擁有的5000立方米以上的大型儲(chǔ)罐數(shù)量已經(jīng)突破萬臺(tái)。小壓力儲(chǔ)罐在原油和大宗化學(xué)品的儲(chǔ)存和流通中意義重大。伴隨重工業(yè)支柱和運(yùn)輸行業(yè)的蓬勃進(jìn)展,對(duì)儲(chǔ)罐的需求出現(xiàn)較大幅度增長。雖然大型立式化工金屬儲(chǔ)罐可以成為較大的危險(xiǎn)源,但是由于這類設(shè)備通常均為常壓,不能算特種設(shè)備,從而導(dǎo)致了在設(shè)計(jì)方面和施工方面一些疏忽和盲點(diǎn)。在工程進(jìn)度監(jiān)督管理、工程質(zhì)量評(píng)定,還有安全事故調(diào)查過程中,作者在工作實(shí)踐中多次發(fā)現(xiàn)由于設(shè)計(jì)和施工方面的問題,建設(shè)單位不能按規(guī)定完成施工,同時(shí)沒有進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)督管理,導(dǎo)致較為嚴(yán)重的后果。所以,從工程施工監(jiān)督的角度看,大型化工金屬儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中有許多問題需要引起重視。

        1 罐體的設(shè)計(jì)與調(diào)試

        大容量化工金屬儲(chǔ)罐通常運(yùn)用取立式圓筒型模式,一般用常壓設(shè)計(jì),通常由頂層板,隔板與底層結(jié)構(gòu),通常通過施工組焊完成,隔板大都使用銜接,底層大多用搭接技術(shù),同時(shí)頂板也有偶爾的運(yùn)用。建構(gòu)模式一般是事先裝配,現(xiàn)場焊接,后期防腐保溫,在箱體和頂層的位置裝備噴淋和呼吸閥系統(tǒng)等配件,依據(jù)工藝的需求可以通過設(shè)置調(diào)整加熱裝置,必要的情況下實(shí)施保溫和絕熱措施,用于石油氣體,烯類物質(zhì),天然氣等氣體物質(zhì)的大型低溫儲(chǔ)罐,此類儲(chǔ)存介質(zhì)的常壓液化溫度在零下四十五攝氏度,可以分類為低溫設(shè)備,依據(jù)介質(zhì)的常壓液化溫度的使用環(huán)境,這個(gè)結(jié)構(gòu)可以用單層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低溫儲(chǔ),同時(shí)也可以用雙層模式低溫儲(chǔ)罐,近年來雙層結(jié)構(gòu)應(yīng)用居多,在雙層模式低溫罐體中,同時(shí)加強(qiáng)鋼制表面結(jié)構(gòu)與鋼筋加固外層結(jié)構(gòu),目前常用的鋼筋加固外罐夾層的底層的拱蓋雙加固結(jié)構(gòu),儲(chǔ)蓄天然氣等液化介質(zhì)的內(nèi)筒通常是壓容器,罐的底層由于多層鋼板和保冷設(shè)施構(gòu)成,在最下底層和不銹鋼防潮隔板,中層隔板為低溫專用材料,每兩層隔板的間鋪要安裝泡沫玻璃磚保證溫度,外層是焊接工藝和預(yù)應(yīng)鋼筋的結(jié)構(gòu)復(fù)合防潮焊接裝置,隔層填充砂礫產(chǎn)生堆積效應(yīng)實(shí)現(xiàn)絕熱同時(shí)實(shí)施氮保護(hù),頂層是隔熱層和金屬圓頂,圓頂部位層澆注混凝土處理。

        2 安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)策

        罐區(qū)建設(shè)場地按地質(zhì)環(huán)境可分為常規(guī)場地,軟土和山區(qū)場地,還有填土、濕陷性黃土、凍脹土、鹽漬土等如特殊場地等情況。一般情況下場地可以使用天然地基,復(fù)合地基結(jié)合打樁工藝,具體施工要結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果。地基承載符合特征值等情況具體分析,地基土層承載極限,沉降能力與沉降系數(shù)也是需要考慮的因素,同時(shí)經(jīng)濟(jì)性選擇行也很重要。軟土由于種類多,環(huán)境復(fù)雜,物理力學(xué)性能比較難于分析,軟土通常所具有承載能力低,壓縮值高和透水性差等特點(diǎn)。軟土地基上的儲(chǔ)罐經(jīng)常會(huì)由于地基強(qiáng)度和變形嚴(yán)重不能達(dá)到正常使用的要求,造成使用壽命短等問題,必須采取相應(yīng)的措施實(shí)施地基加固。

        山區(qū)場地也是我國常見的類型,山區(qū)地質(zhì)環(huán)境多變,土層分布不均勻變化多端,所以設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐地基時(shí)必須充分相關(guān)的因素,尤其要注意所選地區(qū)有無滑坡與斷層問題,還有巖洞的發(fā)育程度。大規(guī)模泥石流出現(xiàn)的可能等,主要是解決地基的穩(wěn)定性問題,確保罐體不會(huì)出現(xiàn)傾斜,場地情況比較特殊的個(gè)案,要注意詳細(xì)的討論分析。儲(chǔ)罐地基類型通常可分為淺層基礎(chǔ)如斜坡保護(hù)式,外圍環(huán)繞墻式與環(huán)墻式,還有深基礎(chǔ)如基礎(chǔ)打樁,混凝土墩基礎(chǔ),沉降井與地下不間斷圍墻等。目前比較常用的地基處理技術(shù)有樁基,預(yù)壓加固法,墊層加固法,水泥固結(jié),振沖強(qiáng)夯工藝。每一種地基處理工藝都有各自的適用范圍與局限條件,通常對(duì)深度比較大的地基環(huán)境,通常運(yùn)用鋼筋混凝土樁實(shí)施加固,對(duì)深度較小同時(shí)水含量與縫隙比較大的不穩(wěn)定地基使用砂礫加固,石灰樁與凝結(jié)技術(shù),堆載預(yù)壓的技術(shù)。

        3 儲(chǔ)罐液位儀表的設(shè)計(jì)原理

        從發(fā)射到反射再到接收,是雷達(dá)液位計(jì)的工作反饋過程,雷達(dá)感應(yīng)器的天線用波束的模式發(fā)射電磁波信息,發(fā)射的信號(hào)在被測物質(zhì)的表面完成反射過程,反饋出來的回波信息被天線捕獲,輸出和反饋波長的各個(gè)環(huán)節(jié)都采取超聲收集的模式實(shí)施采集,加密信息通過智能處理系統(tǒng)解碼后得得到介質(zhì)和探頭實(shí)際存在距離,最后端顯示器可以把信號(hào)可視化,完成報(bào)警等功能。雷達(dá)液位計(jì)輸出頻率較低同時(shí)波長極短的微波信號(hào),通過無線電設(shè)備發(fā)射完成輸入,進(jìn)入雷達(dá)波運(yùn)行模式。運(yùn)行過程可以從電子部件與轉(zhuǎn)換成模擬信息,這是一種比較領(lǐng)先的時(shí)間延伸模式,可以保證在較短時(shí)間內(nèi),穩(wěn)定同時(shí)準(zhǔn)確的完成監(jiān)視。

        4 儲(chǔ)罐防腐設(shè)計(jì)

        鋼結(jié)構(gòu)化工儲(chǔ)罐,尤其是大型化工儲(chǔ)罐底板腐蝕速度較快。施工頻率比較高,儲(chǔ)罐底部隔板表面的腐蝕的典型模式通常是表面減薄程度不均勻出現(xiàn)潰瘍狀腐敗。儲(chǔ)罐底部的防腐工藝通常有涂料防腐蝕和電極保護(hù),其中可以分為犧牲電極保護(hù)與額外電流陰極保險(xiǎn)等方法。涂料防腐蝕的具體方法是將涂層鍍金以便于介質(zhì)隔離,起到保護(hù)儲(chǔ)罐的作用。但是因?yàn)橥繉颖旧碛泻芪kU(xiǎn)的空隙,老化過程又會(huì)出現(xiàn)龜裂開裂等問題,如果施工質(zhì)量控制出現(xiàn)問題,甚至存在砂眼等問題,暴露在空氣中的金屬就無形中變成一個(gè)小陽極,而涂層部分則變成了陰極,局部會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕,表面涂層就會(huì)遭到破壞,單一的采用涂料保護(hù)不能達(dá)到很好的防腐效果。所以,從工藝成本與安全方面的考慮,大型儲(chǔ)罐底層板在使用涂料保護(hù)的同時(shí)。加裝陰極保護(hù)有很重要的意義,這樣裸露的金屬可以獲得較好的電流保護(hù),也就彌補(bǔ)涂層的設(shè)計(jì)缺陷,是罐底防腐蝕目前性價(jià)比最高的方法之一。因?yàn)椴煌膬?chǔ)罐外底板的環(huán)境條件有較大差異,需要排除陰極保護(hù)過程的標(biāo)準(zhǔn)化誤區(qū),專業(yè)設(shè)計(jì)積極參與,項(xiàng)目的具體情況具體分析,完成具體的保護(hù)措施。

        [1]陸軍,保證大型化工金屬儲(chǔ)罐工程安全運(yùn)行的設(shè)計(jì)對(duì)策.中國設(shè)備工程.2008 02.

        [2]吳旭翔李宏大型石油化工罐區(qū)儲(chǔ)罐液位儀表的設(shè)計(jì)及應(yīng)用當(dāng)代化工2013 06

        [3]陸軍,金雅嬌.大型立式化工金屬儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)若干問題的探討遼寧化工2007 05

        [4]趙昌富.化工儲(chǔ)罐消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算.化工設(shè)計(jì)通訊.2008 09.

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