3000m2拱顶罐的设计(2)

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指标。但是，一般来说，钢材的强度（指屈服极限和极限强度）越高，则断裂韧度越低，越容易产生断裂。因此，油罐工作者在选择罐壁材料时，应该根据建罐地区的工作环境，在满足强度要求的前提下，为了保证材料具有较高的韧度，强度指标要适当。

（2）足够的抵抗断裂的能力

无论在水压试验或者工作状态下，油罐不得产生断裂破坏。由于油罐是焊接而成的，因此在保证材料具有一定的韧度的前提下，还应考虑到钢材的焊接工艺问题，也就是其材料的可焊性问题。由于钢板越厚，在焊缝或热影响区附近越易产生裂纹，相应的增加了断裂的危险性，所以钢材的选择还要参看罐壁厚度。

（3）足够的抵抗风载荷的能力

整个建造及使用期间，罐区的最大风载荷不能使油罐产生破坏。实际上这就是油罐的总体刚度（或稳定性）问题。随着油罐的大型化，壁厚与油罐直径之比降低，这使油罐刚性降低，从而使油罐抵抗风载荷的能力下降了。因此，要保证油罐具有足够的抵抗风载荷的能力，不仅要考虑油罐的材料性能，而且还要考虑油罐的结构问题。

（4）足够的抗震能力

要求在整个使用期间内，在罐区的最大地震烈度下不能使油罐产生破坏。地震可能该油罐带来很大的破坏，给人们的生命、财产造成重大损失。但造成小油罐与大油罐的地震破坏因素并不完全相同，油罐越大，则在地震时与油罐一致运动的那部分储液所占的比例越小，而参与晃动的那部分储液所占的比例越大。因此，建设油罐特别是大型油罐还要考虑抗地震破坏的能力和相应的抗震措施。

（5）油罐要有足够稳固的基础

油罐基础在整个使用期间的不均匀沉陷要在工程允许的范围内。因此油罐的基础的结构和地质环境也是保证油罐安全工作的重要因素。油罐越大，油罐基础所占的面积就越大，找到均匀的工程地质环境往往比较困难。如何恰当的提出对于沉陷的要求，以及采用何种结构以增加油罐抵抗不均匀沉陷的能力是大型油罐基础设计的关键问题。

1.3油罐类型的选择

油罐选用时，应本着结构安全，耗材量少、节省经费的原则，通过全面技术经济指标比较，选取经济合理的油罐尺寸。选用原则有以下几个方面：

（1）、油罐的工作条件必须满足本说明的设计条件，如不能满足上述设计条件，应由选用者重新校核所选用的油罐厚度及稳定性。

（2）、油罐的进、出口管的规格与本系列推荐的不同时，应对油罐附件（呼吸阀）的规格尺寸按工艺条件核算后方可选用。必要时应加大其规格尺寸或增加数量。

（3）、喷淋管的支架由选用者根据需要现场焊接。其它支架允许现场焊接，但支架的载荷不能过重。

1.4储油罐的发展

石油的开采、炼制、消费离不开油库，油库的主题设备是储罐。油库和储罐的发展是

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随着石油工业和国民经济的发展而发展的。储罐材料经历了非金属到金属再到非金属的循环发展历程，储罐容量经历了由小到大再到特大的过程。

最初发现石油时，储油容器极为简单，利用土坑、陶器、石臼等储油，后来曾用过内涂石膏的皮囊，也使用过石或砖砌筑的坑穴。钢材作为储油容器在油库中使用是在19世纪70年代，最初的容积只有几升、几十升，后来又几立方米到几百立方米。由于产油量越来越大，各国都发展了大型油罐。20世纪60年代日本建造了10000m3油罐，70年代建造了160000m3油罐，80年代建造了180000m3油罐，目前世界上最大的油罐是美国一钢铁公司的230000m3特大型油罐。我国油罐从十几立方米发展到20000m3，逐步形成系列化，20世纪80年代建成150000m3外浮顶油罐，在役的最大内浮顶成品油罐为30000m3。

油罐的形式已经发展成多样化、配套化、系列化，其中立式、卧式金属球顶油罐和立式浮顶油罐使用最为广泛；球形底罐、球形罐、滴状罐等都得到了完善与发展。

石油工业的发展和石油战略位置的重要性推动了油库型式的多样性，油罐设置由地上油罐组发展到覆土半地下油罐，埋入地下坑穴的地下油罐，巷道式洞室油罐。随着海洋石油工业的发展，能适应海上储油要求的海上油罐应运而生。除此之外，还有地下水封油罐、地下盐矿洞油罐和废矿坑储油。

拱顶油罐按照结构形式，拱顶分为球形拱顶和准球形拱顶两种。拱顶罐的灌顶为球形，球缺半径一般与油罐直径有关系。拱顶罐结构简单，便于备料和施工，顶板厚度一般为4～6mm。当油罐直径大于15m时，为了增强拱顶的稳定性，拱顶要加设加强板。拱顶本身是承重构件，具有较大的刚性，能承受较高的内压，有利于降低油品的蒸发损耗。一般的拱顶油罐内压可以承受2kPa，最大可达10kPa；拱顶承受的外压（负比）为0.5kPa。拱顶油罐的最大经济容量为10000m3，因此鲜有10000m3以上的拱顶油罐建造。

1.5拱顶罐的主体结构

罐基础：用于支撑油罐、将油罐重量传递给地基土壤，保证油罐安装精度（均匀沉陷、稳定）、保持罐底干燥、防止罐底钢板腐蚀等。

罐基础各层组成以及作用见表1-2

表1-2 罐基础的组成及作用

基础构成 沥青砂层 砂垫层 灰土砾石层

组成 作用 沥青、干沙、中间锥突 隔水、防腐 隔水、干燥、保证基础水平 提高承载能力 粗沙、中间锥突 石灰、沙土、碎石夯实 3

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素土层 原土夯实 支撑 近年来，设计油罐的基础时，也逐渐采用了硬基础结构，硬基础是在地基层按要求打上混凝土泥桩，硬基础油罐的建设可有效地解决罐底的变形。

罐底板：历史圆柱形有关的底板只起力的传递作用，液体和罐本身的重量均经底板直接作用在基础上。由于底板的外表与基础接触，容易受潮；地板内表面又经常解除油料中的水分和杂质，容易受到腐蚀，再考虑到底板不易检查和修理，所以底板一般采用4～6mm厚的钢板。罐底四周与板身连接处应力比较复杂，底板外缘的边板用厚的钢板，一般边板的厚度和最下圈身板的厚度相同，至少也不小于下圈身板厚度的30%。

板厚：中幅板＜边缘板（边板）＜管壁底圈

焊接：中幅板、边缘板（边板）——搭焊，边板外缘——对接形成平滑平面，有利于边缘板（边板）与管壁地圈紧密连接。

罐底：罐底由钢板拼装而成，罐底中部的钢板为中幅板，周边的钢板为边缘板。边缘板可采用条形板，也可采用弓形板。一般情况下，储罐内径＜16.5m 时，宜采用条形边缘板，储罐内径≥16.5m 时，宜采用弓形边缘板。

罐壁：罐壁由多圈钢板组对焊接而成，分为套筒式和直线式。

套筒式罐壁板环向焊缝采用搭接，纵向焊缝为对接。拱顶储罐多采用该形式，其优点是便于各圈壁板组对，采用倒装法施工比较安全。

直线式罐壁板环向焊缝为对接。优点是罐壁整体自上而下直径相同，特别适用于内浮顶储罐，但组对安装要求较高、难度亦较大。

罐顶：罐顶有多块扇形板组对焊接而成球冠状，罐顶内侧采用扁钢制成加强筋，各个扇形板之间采用搭接焊缝，整个罐顶与罐壁板上部的角钢圈（或称锁口）焊接成一体。

1.6 储罐设计、制造主要遵循的规范指标

SH3046《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》 GBJ128《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》 SH3048《石油化工钢制设备抗震设计规范》 GB50205《钢结构工程施工质量验收规范》

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第2章 储罐结构设计

储罐的容量考虑经常出入的容量、储罐出料口以下的液体操作时不能流出的容量和在最高液位上必须满足有关规定的储罐空间，因此，把储罐的容量分为公称容量、实际容量和操作容量。

在这一章中，主要介绍了储罐的结构设计，包括储罐的直径、高度和计算容积的确定。

2.1储罐容量

储罐的容量考虑储罐经常出入的容量、储罐出料口（出口设在罐壁）以下的液体操作时不能流出的容量和在最高液位上必须满足有关规定的储罐空间，因此，把储罐的容量分为公称容量、实际容量和操作容量。如下图2-1

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（a)公称容量 (b ) 实际容量 (c) 操作容量

图2-1 （a）Nominal capacity(b ) Actual capacity (c) Operating capacity

公称容量 ，即油罐的理论容量如图2-1（a）,它是按油罐整个高度计算的。设计油罐时，是以这个尺寸计算容量，选择油罐的高度H和直径D；

实际容量，因为油罐储油时，实际上并不能装到油罐的上边缘，一般都有一定距离A保证储油安全。A的大小根据油罐种类以及安装在罐壁上部的设备（如泡沫发生器等）决定。油罐的公称容量减去A部分占去的容积（当油罐下部有加热设备时，还应减去加热设备占去的容积）便是实际容量。

操作容量，油罐使用时，出油管以下部分的一些油品并不能发出，成为油罐的“死藏”。因此，油罐在使用操作上的容量比实际容量要小，它的实际容量是容量减去B部分的“死藏”。

根据该标准可以看出，本次设计容积3100m3渣油储罐的内径D在18900mm以上且不大于23700mm；而罐体高度处于11760mm和12530mm之间，如果选定尺寸超出这个范围说明选择时出现了错误，需要重新选择。

按材料最省和费用最省两种方法计算储罐的经济尺寸，在不考虑基础和土地使用的情况下，对小型敞口和封闭储罐是完全相同的。计算储罐经济尺寸的方法可以归纳为两种方法，见表2-1。

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吉林化工学院课程设计II 表2-1 计算储罐的经济尺寸

罐壁情况 等壁厚 等壁厚 不等壁厚 储罐形式 小型敞口储罐 小型封闭储罐 大型封闭储罐 按材料最省经济尺寸 按费用最省经济尺寸 H≈2R H≈R H≈2R H?C2?C3 2C1H??a 对于大型封闭储罐，按材料最省的经济尺寸H??a，这实际上把罐顶和罐底都看作是同等费用来考虑，而在工程中罐顶往往比罐底需要更多的费用。若把罐壁和罐顶看作是相同的费用，并且分别为罐底费用的两倍，其经济尺寸H?D?19620mm

3D较为合理。通过计算可知：8

图2-2 HG21502.1-92

2.2罐壁高度确定

根据油罐公称容量Vg，由SH3046-92相关规定确定油罐的内径，再由V?得罐壁的高度为h：

h?4Vg?D24h可求

?D2?10370mm

2.3圈板高度的确定

罐体是由若干块钢板焊接起来，这样便于施工操作，考虑到焊接工艺,则圈板高度不能够太小。若底层圈板太窄，有边缘应力所引起的最大环向应力有可能落在上一层圈板的下部，从而造成上圈板比底圈板厚的不合理现象。因此，圈板不能太窄。

钢板规格为1750*5200mm 加工余量?=20mm。

根据油罐罐壁高度h及钢板规格，取圈板数为n，每圈圈板高度hi尽量相等，所以：

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