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        石油化工裝置中儲罐的結構設計技術分析

        2016-04-14 20:55:21李琳楊孟虎楊躍進
        山東工業(yè)技術 2016年8期
        關鍵詞:設計技術

        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(yōu)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(yōu)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(jié)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(jié)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(yè)的大型化極為重要。罐區(qū)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(guī)定。根據現階段儲罐區(qū)防火規(guī)定,在石油化工企業(yè)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(jié)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(jié)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(fā)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(yōu)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(qū)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(fā)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(wěn)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(guī)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(yè),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(qū),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(huán)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(jié)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(qū)的力學性能進行確定。在對罐壁環(huán)焊縫焊接前,需沿環(huán)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(yè)。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(qū)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(qū)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(fā)展,我國石油化工行業(yè)也取得了快速發(fā)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(yè)的可持續(xù)發(fā)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).

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