石油化工装置中储罐的结构设计技术分析

李琳　杨孟虎　杨跃进

摘 要：储罐作为石油化工设计的重点，在大型油罐数量逐年递增的同时，伴随高强钢的应用储罐容量也随之增加，其具有大直径、重荷载等特点。本文以石油化工装置中大型油罐为例，对大型储罐优势、储罐结构设计技术要点进行了分析与研究，以期全面提升设计合理性。

关键词：石油化工装置；储罐结构；设计技术；大型储罐

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

1 大型储罐的优势

地上油罐、地下或半地下油罐等为大型油罐的形式，在国内最常见的为外浮顶油罐形式的地上大型油罐。选取该类型储罐，有利于钢材节约、占地面积减少、油罐附件减少等。具体如下：

（1）大型化有利于钢材节约。以一台储罐为例，罐容积增加，表面积则相对较小，单位容积用钢量也就会减少，也就说明储罐容积和耗材量间存在反比例关系。

（2）大型化有利于占地面积减少。储罐占地面积对石油化工企业的大型化极为重要。罐区占地面积应与防火堤有效容积需求相符，且罐间距也应符合防火距离规定。根据现阶段储罐区防火规定，在石油化工企业储备能力一致的前提下，若干大型储罐和若干小罐成组排列将大大节省占地所需面积。

（3）大型化有利于操作维护管理。在操作检尺维护和消防等方面，相比大量小罐，少数大罐更为便利。

（4）大型化有利于油罐附件节约。在不改变总罐容量的基础上，单台罐容量增加可达到油罐台数降低的目的，且能够对管道配件仪表、阀门用量进行相应减少，也可达到泄漏点减少的作用。

2 石油化工装置中储罐结构设计技术要点

2.1 材料选择

随着大型化储罐的快速发展，对材料要求越来越高。为防止底层罐壁厚度过大，产生整体热处理或焊接问题，在设计大型储罐时往往选取高强度钢钢板。通常选取490Mpa级高强度钢板作为大型化储罐钢材，此类材料具有较高强度、良好韧性与焊接性能等优点。以12MnNiVR高强度钢板为例分析，钢板需做好拉伸试验、冲击试验等。通过气电立焊、埋弧焊等方式后，所有钢板焊接接头热影响区冲击功平均值必须控制在47J以上，每个值需控制在33J以上。

2.2 厚度计算

于大型储罐而言，在罐体整体质量相比，罐壁钢材质量所占比例为其35%—50%，按照刚性需求可对罐底板等构件厚度的确定，通常该厚度变化不大。要求严格遵循具体承受应力对罐壁板厚度进行计算。一般选取定点法对罐壁厚度进行准确计算，针对各层罐壁，其罐壁板下端向上30cm位置的静压力为标准，作为此层罐壁板设计压力对罐壁板厚度进行准确计算。随着社会的发展，也可选取变设计点法对罐壁厚度进行计算，12MnNiVR高强度钢板作为罐壁下部材料，选取Q235B钢板作为罐壁上部材料，两者之间过渡可选取Q345R钢板。

2.3 结构形式设计

（1）储罐罐底结构形式。正圆锥形罐底、倒圆锥形罐底等为储罐罐底的主要结构类型。其中正圆锥形为正圆锥形罐底与其基础，其特点为中间高、周围低，施工过程中15%为其基础坡度，稳定基础沉降后锥面坡度必须控制在8%以上。此类罐底附近具有较低部位，与排除污泥杂质、存液需求相符。

（2）罐底板间连接形式。搭接、带垫板对接作为大型罐底板连接形式，遵循1：3斜率规定，在边缘板和中幅板对接接头位置，对边缘板实行削边作业，确保焊接位置2相焊件厚度相同，以此对垫板對中幅板变形产生率有效降低。

（3）罐底边缘板。选取和底圈罐壁材料相同的钢板作为罐壁连接罐底边缘板，如12MnNiVR高强度钢板。选取国产碳钢板Q235B作为罐底中幅板。

作为应力集中峰值区，罐壁和罐底边缘板之间的焊缝呈现T形角，其对液压产生的拉伸应力、弯曲应力进行承载，且对地震、风荷载产生的弯矩、剪切力等加以承受。在罐内液位升高、降低的过程中，其焊缝附近底板极易出现弹性变形现象，这种情况下，高应力循环疲劳破坏问题将大量出现，因此不能选取全焊透结构作为其焊缝。同时，因节点具有较小刚性，需做好相应措施，如焊接结构、焊接工艺等，对大角焊缝位置的峰值应力尽量减少，确保其具备良好的柔韧性。除此之外，还需与实践经验相结合，在设计储罐时，选取等边角焊方式作为储罐外侧，选取不等边角焊的方式作为内侧。

（4）浮顶结构设计。作为石油化工装置储罐结构设计的重要内容，浮顶结构形式选择是否合理，对储罐运行的安全性极为重要。双盘式与单盘式浮顶为最常用的结构形式。以安全性、经济性原则分析，可选取双盘式浮顶设计。边缘板、浮顶底板等为双盘式浮顶的主要构成部分，79500mm为浮顶直径，790mm为外边缘高度，沿径向浮顶通过隔板进行六部分划分，通过隔板将最外圈进行28个舱划分…。以水平方式安设浮顶底板，W形为浮顶顶板形式，15/1000为坡度，其中坡度较高位置为浮顶中央、边缘位置，这样可防止浮顶最低位置具有较小浮顶厚度，为施工提供便利。

2.4 焊接

储罐施工前，需评定各个位置的焊接工艺，且做好各项试验，如拉伸、冲击等，以此对焊接接头、热影响区的力学性能进行确定。在对罐壁环焊缝焊接前，需沿环向在焊缝内侧上下进行一圈电加热片设置且实施加热作业。在100到150摄氏度之间控制加热温度，焊缝2边100mm以内为加热区域。同时，通过自动焊小车自带火焰加热器对罐壁内侧进行加热，以确保焊道不存在水分，以此对预热温度进行有效控制。焊接工艺参数、层间温度等为焊接控制的主要内容。要求严格控制埋弧自动焊焊接参数，降低对焊缝质量的影响程度。

2.5 全柔性软管排水形式设计

与浮力相比，软管重量设计值应在其120%到130%之间，如软管重量不足，需调整配重。软管配重块布置可分区间进行，与底部越接近密度越高。在搅拌器应用时，具有较高浮盘高度，搅拌器才能正常运行，该情况下软管为拉直状况。在旋转喷射搅拌器应用过程中，沿喷射液流喷射方向可进行软管布置，以此对液流对软管的作用面积进行有效降低，降低对软管空间形状的影响。如大幅度降低浮盘，软管下部可接触罐底，由于下部液流重量大软管无法推动，此时上部软管依然位于拉伸状况。

3 结束语

综上所述，随着社会主义市场经济的快速发展，我国石油化工行业也取得了快速发展。大型储罐装置的合理应用，对确保设备运作安全、提升工作效率具有重要意义。为确保其正常运行，必须做好储罐结构设计工作，必须对其设计技术水平进行全面提高，只有这样才能实现石油化工企业的可持续发展。

参考文献：

[1]刘巨保，许蕴博.基于GB-50341标准设计的立式拱顶储罐弱顶结构分析与评价[J].化工机械，2011（04）.