12.5万m^3外浮顶原油储罐主要结构设计

第 32卷 第 3期 2003年 5月 石 油 化 工 设 备 PETRO·CHEMICAL EQUIPMENT Vo1．32 No．3 May 2003 文章编号 ：1000-7466(2003)03—0035-02 12．5万 m3外浮顶原油储罐主要结构设计 吴云龙 ，王小珊 ，武铜柱 (1．茂名石化设计院，广东 茂名 525011；2．茂名石化建安公司，广东 茂名 525011； 3．北京设计院，北京 100011) 摘要：简述了国内最大的 l2．5万 m3外浮顶原油储罐主要结构的设计，提 出了利用宽板建造罐壁 的观点，介绍了浮顶结构、罐底结构、排污及脱水结构以及对基础不均匀沉降的限制要求等，使储罐 结构的合理性、安全性及实用性进一步提高。 关 键 词：储罐；浮顶；结构；设计 中图分类号 ："rE 972．02 文献标识码 ：B 大型储罐具有节省钢材、占地少、投资小及便于 操作管理等优点。日本自20世纪 60年代开始建造 l0万 m3以上 的储罐 ，单罐最大容量 l7．7万 m3(不 包括半地下式)。近年来，我国也设计过许多 080— 081 m的l0万 m3油罐。笔者为茂名石化公司设计 的 2座 l2．5万 m3储罐为国内最大的外浮顶原油储 罐，其直径 09o m，罐壁高 21．8 m。现就该罐主要结 构设计做简要介绍。 1 罐壁 采用 ．IIS B8501进行设计。国内 l0万 储罐 罐壁板一般为 9圈，宽度为 2．44 m，受罐壁与罐底边 缘板问边缘效应的影响，最大环向应力 出现在距离 罐底边缘板2．4—2．9 m【¨ ，即第 2圈罐壁板上，而第 l与第 2圈罐壁板之间的环焊缝置于其中。为了降 低罐壁与罐底边缘板间边缘效应对第 l道罐壁环焊 缝的影响，通过对本储罐罐壁的应力分析，在对储罐 施工单位卷板机、焊接设备及安装能力等施工技术 水平进行全面调查后，首次提出利用 3 m宽的钢板 建造罐壁。这不仅有效降低了罐底边缘效应对第 l 道罐壁环焊缝的影响，使罐壁应力分布更趋合理，而 且减少了l圈罐壁板，仅需 8圈。采用该措施使罐 壁环焊缝减少了 ll％，降低了施工费用，提高了储 罐的安全性 。 2 罐底 罐底中幅板及边缘板采用带垫板的对接结构， 在边缘板与中幅板间的对接接头处 ，将边缘板按 照 l：3削边，使两相焊件在焊接处等厚。为了宜于控 制中幅板的焊接变形 ，在 中幅板对接焊缝的垫板适 当位置处预留活口，降低垫板对控制中幅板变形的 不利影响。 底圈壁板与边缘板 问的 T形内角焊缝 (大角焊 缝 )承受着储液静压力、地震等载荷的作用 ，焊接接 头周围应力水平较高，产生较大的角变形，在储罐操 作过程中，随着储液高度的变化，该区域的应力也随 之变化，如果焊接接头有缺陷存在 ，缺陷扩展易造成 低周循环疲劳破坏。国内外很多油罐事故都发生在 这一部位，所以获得高质量的大角焊缝就显得非常 重要。大角焊缝的焊角尺寸直接影响该区域的应力 水平及抗疲劳能力，焊角尺寸过小焊缝强度不够，尺 寸过大则造成接头刚性过大 ，接头处所受的应力也 会增大。为了降低大角焊缝应力集中水平，提高抗 疲劳能力及安全性，采取了下列对策：①选用韧性及 可焊性 良好的 SPV490Q材料 ，并控制所用材料的屈 强比。②采用合理的焊接工艺，减少焊接变形，严格 控制咬边、裂纹等缺陷，通过磁粉探伤保证焊接接头 的质量。③采用合理的结构形式，具有良好的圆弧 过渡。设计的大角焊缝结构见图 l，最终焊缝尺寸 不得小于图中规定值。 3 浮顶 (1)结构形式 浮顶主要有单盘式和双盘式这 收稿 日期：20O2．11-26 作者简介：吴云龙(1964-)，男(汉族)，辽宁人 ，高级工程师，学士，1985年毕业于抚顺石油学院化机专业，现从事石油化工 设备设计及研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com · 36· 石 油 化 工 设 备 2003年 第 32卷 文 ＼ t I， 【 5-l 。‘ 'j ＼＼＼ I 13 图 1 油罐 大角焊缝 结构 2种。单盘式浮顶建造费用低于双盘式，且适合茂 名的气候条件，故采用单盘式浮顶，共 52个宽 6 m 的边缘浮舱。当单盘式浮顶漂浮在 700 ks／m3的液 体上时，应保证在单盘板和任意 2个舱室泄漏或在 整个罐顶上平均有 250 lnln雨水积存在单盘上时浮 顶不沉没，且能保持结构的完整性 ，不产生强度和稳 定性破坏。此外，正常操作条件下，单盘与储液之间 不应存在油气空间。 ‘ 在设计浮顶结构时 ，对浮顶安全性进行了全面 评估，充分考虑了一、二次密封对浮顶的影响。储罐 建于海边，经常受强风的影响，外浮顶油罐为敞口 罐，当风从罐上部吹过时，其抽力将会使单盘产生上 下振动，易于造成单盘疲劳失效。目前，尚不能从理 论上对在变化风载荷作用下的单盘抗疲劳能力进行 评估，只能从结构上采取适当措施。我们在单盘下 设置一定数量的径向和周向加强筋，单盘上刚性较 大的附件周边 300 mm范围内的搭接焊缝上下表面 采用连续焊，边缘浮舱与单盘之间采用环形板连接。 采取这些措施可提高单盘板的强度，减小施工时的 焊接变形，缓和由强风引起的波动，提高抗疲劳能 力，使单盘边缘受力趋于均匀。 (2)设置中央浮舱 有无 中央浮舱的情况见图 2。中央浮舱的作用是增强单盘整体刚性，并在单盘 破裂和浮顶积水时为单盘提供浮力，减小单盘向下 的挠度，减轻边缘浮舱承受的载荷。 (a)无中央浮舱 (b)有中央浮舱 图2 有无中央浮舱时浮顶变形示图 (3)浮顶排水系统 浮顶排水系统在迅速排空 罐顶积水方面起着非常重要的作用，它随浮顶的升 降而伸缩。老式的浮顶排水系统大都采用较为笨重 的旋转接头，其动密封容易失效泄漏。本次设计采 用了 Pivot Master柔性排水枢轴，该结构的优点是不 会产生偏置，无动密封，无 0形环，抗弯曲疲劳能力 强。枢轴通过法兰直接与钢管连接，结构简单，安装 方便，性能可靠，为油罐长周期操作提供了必要保证。 (4)自动通气阀 在浮顶设置了 12个 自动通气 阀，设计通气能力为收发油的最大流量 8 200 m3／h， 可保证收发油时浮顶的安全。 (5)导向管及量油管 作为浮顶的导向装置，导 向管及量油管的刚度直接影响浮顶 的上下浮动 ，若 刚性不足，则导向管和量油管将会产生弯曲变形。 设计中采用了2根 DN500 mm及 DN250 mm钢管作 为导向管及量油管 ，它既具有导 向作用，且量油 口、 高液位报警口和雷达液位计均设置其上，便于操作 和观察。 4 排污及脱水结构 虽然齐平清扫孔便于油罐清污作业，但其受力 复杂，受力状态较差，存在着开孔应力集中，并有高 应力低周疲劳破坏的危险，安全性难以准确评估，故 决定不采用齐平清扫孔。为便于清罐，设计了如图 3所示 的排污及脱水结构。这种结构除可以实现油 罐脱水功能外，清罐时还可将罐内污油抽净，克服了 因不设齐平清扫孔而带来的弊端。 图 3 排污及脱水结构示图 5 基础沉降要求 基础不均匀沉降将使罐底与罐壁间的角焊缝和 罐底边缘板受力状况急剧恶化，甚至会使罐壁的环 向应力增加 ，造成罐体变形 ，严重时还会影响浮顶密 封，卡住浮船，直接影响储罐各部件的安全。故要求 油罐基础沿罐壁圆周方向任意 10 m孤长内的不均 匀沉降差不大于 25 mm，支承罐壁的基础部分(环 墙)与其内侧的基础之间不应发生沉降突变，基础任 意直径方向上的沉降差小于 120 mm。 6 结语 储罐大型化已成为必然趋势，我国大型储罐设 计技术还有待进一步发展。合理的结构是保证储罐 安全的重要因素之一。笔者通过认真设计分析，采 取了一些措施，使储罐结构更加合理，进一步提高了 储罐的安全性及适用性。 参考文献： [1] 陈涤非，李学通 ．10万 m3浮顶油罐应力测试与分析[J]．油气 储运，1988，7(6)：29-37． (张编) 维普资讯 http://www.cqvip.com