1、5000立方米成品油储罐设计1绪论1 1大Sitait的雅义有“工业也液”之称的原油作为国家震要的战杂物资，是支撑国民经济发展和匡演安全的重要支柱，刚看我国国民经济的快速发展.石油短基问8S越来越严窗.自1W3年开始，我国已成为纯石油进口国.2000年我国原油、成&油进口总量约为七千万吨,2001年的进口总约为六千万吨U】.祗有关部门B1.测.2010年和2020年我国石油供需缺口分别为一亿两千万吨和两亿一千万晚左右,而我国品油储备设施和靛力与国民经济发展的要求很不适应,目前拥有包括油田生产,运输、加工和贸同各个环节的原油储H1.容量约为二千万吨，R中煤油企业Bfi油Mj1.容量约为一千六百万
2、吨，我国的原油储存健力仅供炼油厂加工20天左右。美00、日本等发达S1.家均建立了完冬的石油储各制度，它们的石油储备均以原油为主.日本从1X4年开始至今,其储备量一直保持在150天的石油消费量.美国是世界上最大的石油储备国，1992年其石油储备量达到两亿零一百七十万吨，达到了73天的石油消费量.我国原油储存不Ji备被BS件钻备能力，只抵0风险和应付突发事件的能力非常腌弱2,由此可见，将原油提燎为成品油作为战的愧各储存起来也成为了一项至关重要的任务，而有效,经济，合理地设计出一个成Ia油储清.时成品油的慵存有着非常重大的意义.1.2设计目的及要求设计一个5000m3成品油储U.设计压力：1.8K
3、Pa,容积：5000m3.设计温度：0-45C,设计风压：750Pa,电震双度：7度，2国内外胡究现状及发履趋势国内大型优堵设计逑造技术发底可分为四个阶段.第一阶段为整体技术引进,包括材料、设计技术及施工技术，如。世磔0年代中昭在大庆东里岛独设的IOXKMfra储调；第二阶段实现了设计技术及虹技术51产化，仅高强度材料进口，如。世纪90年代在上海.使海、兰州.黄岛芬地建设的IOX1.O储等储门；第三阶段全面安现了国产化,从高强度材料,设计技术及工技术,如在北京燕山建设的4台10101113W1.f.第四阶段是大型钻1的设计脖人世界先进行列，国内已设计逮成15X104r3储1.如在江苏仪征如甘定
4、兰州建设的15101.1.24.大型愉域在国外的发展起步较早.1962年美国苜先建成IOXIMn3大型悌律；1967年委内庆拉建成了15X1O3大型愉注；1971年日本建成了16X104m3大型鳍谓；接着沙利阿技伯建成20X104m3巨型悦由3】.2.1设计理论、规范的选用目前，在国外油语工程建设项目中，使用的主要规范有美国的相】0、英国的HS2651、日本的J1.SB8501箸，其中广泛采用美国石油学会标准API650事实上，AP，65（府准已运成为国豚上设计建造油罐的遹用快准-通过对建成的大型油翅城壁应力分析铝黑来看,采用AP165D标准进行设计，糊壁应力分布比较平燎，有利于援高油比的安全
5、性，鉴于上述原因，大型油阻采用美国石油学会标准PIMD进行设计比较合理.在以上几个国家锌建的设计标准中,UI型强度的计算公式和系数的选取上有所不同,但基本理论都是根据储液的粉压力作用在J1.至上所产生的环向应力，用定点法或变力法计算语壁的厚度，而在坟范中的焊斓系物，则反映了一个BI家的技术政策和技术水平，合理地嫡定焊缝系数关系到储J1.的安全以及经济,在枕苑中，各国在岸绕系敛选择上的差异比较大.储袋上的焊绫是储瑞受力的薄弱环节,分析国内外大量的悌翅破坏事故,多发生在俘绫或辟81络影购区的金属部分.在一般情况下，焊旧金耳强度和母材金属强度相等，甚至超过它.但由于焊场和焊经热影响区受离温影响强度削
6、弱,因此，必须采用爆缝系数补空焊按时可Ie产生的刑度削弱，煌箍系数与无扳探伤的技术水平也是H接相关的.世K上工业发达的回家，如关B1.和英国取的寿绩系数是e=.依据我国的大型悌罐的制造,伟工水平和无搔检分水平，储If的设计标准中取焊培系软用.92是比较符合中国的实豚情况,但在设计容量大于5X10S13容积以上的大岂油注，我国的处谓设计标准，具有一定的局限性，应借鉴国外的设计规范，语至焊地系数取=1比较符合中国的实际.大型愉州没计时,罐壁焊经系效取O=I在技术上是可行的.规范中各国If望高度H的选取.5113016标泄中H为I1.望高度或沿流口高度，对于冲顶城和拱顶窿在堵壁上无海流口,因此H3J
7、堵壁时H取城壁的实际高度.而在P1650标准中H为储液高度.揽顶城和浮顶城的语空实际高度要高于储液高度、.5米，在其它叁数相同时,按SH304眼准计算比按API650标准计算，每层I1.壁约增加厚度4mm.因此按API650标准设计大型储域可节得投费.22材料的发履隋省油律的大型化而产生的主要问理之一就是对材搭的要求更高.为了迎免底层超壁过厚带来的整体热处理向她却解决焊接向I1.对于大型油注的设计，均采用高强度锅，在日本，10X104m312IO4e3.61Zm3大型油笔普遍使用屈而强Jg48MPn级的调质钢，例如spv490Q.*E1.TCX62等.这类材料强度高、初性好、球当量较低,焊接性
8、爱较好,事实上，这类材料的发展和推广促进了油I1.的大型化.因此.大型油律一般果用屈服强度490MI5级的海材.迄今为止.国内建造的IoXI（Mm3以上浮顶油律大都采用490MPU级的高强度钢材在设计处建造方面，对使用日本的高强度锯板，EI内已经积累了相当丰富的经防。海1用国产高强度蝌板目前国内钢铁企业也在开发,其中武汉钢铁集团）公司等单位助别的用613）2钢板在燕山石化公司建造的4座IOXIOm3浮Bi泄语得到工业化应用，武辆联合有关单位日主研制的VH610B2钢板不仅具有高演度、SWtt,而且具有优良的焊接性俄，尤其是能第适用于大t健量焊接工艺条件，此钢板的研制成功，结束了我BHt造IOX
9、IO4水原油储H1.长期依eii口的历史局面，对于强度级别更高的材料.如屉照强度在490*以上的材料,在国内外油Ie建设上很少使用,没有成熟的经验.因此,目的大型油UT用材料不宜使用屈服强度超过49CMPa以上的材履.23结构的发原语壁方面.油环大里化的主要限制是语至纲板最大允许使用厚度的限制.目前国内外主要油由规范允许的谆壁铜版最大使用厚度为m按此计算,使用屈服强度的Ow加的高强度材料所及等建造的油鸿最大容在20万立方米以下，如何鹿等在不突娠最大允许使用厚度的前投下增大油M1.的容,但决这一问8S的途径之一就是采用双空或多壁）油结.这种双壁（或多型）油门利:为酒力平衡式油M1.采用液力平命原
10、理，在内层珑M(亦麻主ii里)的下部外僧施m一个反向的力，从而降任内层调壁所受的溶压力，降低内层珑壁厚度.液力平勤式油S是今后超大型油J1.的发展方向之一，但其细节结构有待进一步探讨研究，谓顶方面，大型油H1.sIJ页主要有浮顶、自支撑拱顶和柱支搏键顶等。柱支撑椎顶的直径在理论上BJ以做的很大，BJ以满足大型油调的要求，但其结构建至，耗钢大，对基MI沉降的要求高，容易发生腐蚀等问履，往往会带来经济性差的问腰.另外，柱支撑错顶油罐很避设浮盘，不宜用作悌存同理发的油品,由此看来柱支凉罐顶不是大型油M1.的理想顶盖.自支撑拱顶JI有结构通单,新网小,对基础沉降的姿求低等特点，在油罐上应用普遍，自支W
11、t拱顶主要包恬带动克拱顶、阿光式拱JS包括子午蜩光、短程短网光入网架式拱JJ1.桁架式拼顶，网架式拼顶和桁架式揽顶由于材料消耗高、姓济性差等原因，很少在油窿上使用，带助壳拱顶适用于直径小于H米的油珑,不适合用于大型油H1.网充式拱顶SJiS合用于大型油JW顶，H有结构筒单，科.钢量小、施工符地争特点.钢制网亮式拱顶技术在国内得到了比较快的发展，计算理论和计算程序都比较成熟，目前G1.内已经建成5万立方米的锅制网克式拱顶油调Jtt径60米3铝制网克式拱JJi是一项新的技术,具有结构筒单，安装方使，酎鸟18.免处护、整体成本低等特点,在发达国家行到了广泛的使用,具设计技术、制造技术安装都比较成熟.
12、是大型拱J页的发展方向之一.国内此项技术处于起步输段.目前大型油罐大多数采闲外浮顶结构.主妾原因是外浮顶油if量经济，易于施工，外浮J页迪律主要用于储存原油，浮JS结构主要有单盘式和双盘式两种,24设计计算中面1礴问题241大型立式储罐的分类目前国内常用井方设成熟设计、制适和使用&性的大型立式铭r主要将以下几种.按压力分类有常在瑞、IB1.SS,高压11：技i三度分类看155-200,常品译90C)和高温律)250C).按Ie顶形式分有固定顶及浮顶慵城,对于浮顶愉律又将外浮顶,内浮顶，单浮S1.双浮鱼等形式,242钻罐大型化给设计)iS,使用带来的问题鳍谓的容积增大，其危险性也埼大，无论是储存
13、油品还是储存化工原料,容现大了，一旦出了事故,所造成的危害也相应增大，转语的容积5大,其珑底占地面积大，对慌缰的基础沉陷要求就要提高.G)恍缱基础的沉沦状况五接影响到懦曜的安全.如果基碇沉Pa过大，就有可能迨成语底板变形，若超底板变形所造成的应力过大，储珑底板焊域就可能会出现裂缱，(2)悦缱基础沉降出现严重不均匀时会造成愧以城壁怀斜，这种倾斜达到一定程度时，会对前面所提到的浮顶罐的缓作造成影响，即由于语堂的歪百度的原因，可能使在储储内上下运行的浮鱼出现卡鱼现象.(3)悦Si基础冏边沉降不均匀，危害最大,由于JS至底图板与堵底板的连接处谩高应力区，W)果基础围边沉厚的不均匀量过大，会造成IS登与
14、底板的角焊S1.及稣底边嫌皮力增大，可能会出现JIM底圆坂与1底板间的焊端典裂4,以上这股都会给设计、制造、使用大型立式储U带来国戏，在设计中应引起足够的重视.3隹萧的城壁设计3.1 堵壁厚度3.1.1 第一层窿壁厚度初计算根抿设计要求及具体分析.对于SOOOn3成品油Iim,由于愉城不是超大至的且设计压力不高,因此可以考虑II堂材料初选为Q2a5-A对于成品油，考虑密度较大的柴油,K密度为833kgm3.由于容积为5000n3.根娓经济和关藐性考虑，选用内径为23700mm,计算液位高度为1269ImnbH1.壁的计算厚度按下夕蚣式计算5OPMHDt)3.0(9.4-3.1)QttHDt)3
15、0(9,4-:(3.2)式中。Q235-.F热轧16157157137130121Q235-A热轧1615715713713012116-40150150130124111a*.t18710gI.48.1W,01S71000833)3.0691.12(7.238.7M5,W:MWi6!500-25002500-100010-5.050.55士0.65)5.0-8.0so士。600.75垠076.055土(1.650.15.0-25.05s0.W根掴同达在无特殊腐蚀情况下，对于碳素钢和，蛤金钢，H不小于力时；对于不锈钢，当介庚的靠蚀性很微，JW,可取叉彳。嫁上所述，6501=C.22三rC故6
16、5221=CCeVi以铭存介质条件下：13.1165.248.844.Cttd.（8整后沟12工道水条件下：83.1065.018.101-1-Ctt1.（E整后傅313耀壁板靠小公林厚度规定调板的最小公称厚度不得小于（31）式与（32）式的计苒厚度分期和各自壁库附加的较大值根1SGB50341-2003规定，理里模的最小公称厚度不律小于表3.3.表33堵壁*小公就厚度油内径（）M小公尊厚度（）D15515IK36636D6083.14所看瑞阮圣母按每星UIS!高度为158Om计算有：第一层窿壁空厚：13.11265.048.8=r=dt.整后为1283.1065.018.10=*=tt.经圆
17、整后为11第二后城史堂厚：05.10265.040.7=*三dI.经圆演后为11S3.965.088.8=t.经国帮后为1。第三尿际壁壁厚X03.9265.038.6=*=dt.经圜步后为1024.865.059.7=*=1.1.,经线后为9第四后堵SJStf1.h01.82650365一，-8短因整后为989.660.0296=，二儿好（E整后为7第五层罐壁壁厚：86.6260.026.I=dt,经历整后为759.5600994=1.1.经国后为6第六层H5HSeh675260007.3=dt.经区整后为6调壁厚;mrrt12i-11!i12EEt103-mm194-mmt75三mm1G6-
18、mmt67三mm168-24.455.069.3-1-tt.t（E整后为5第七塔和第八层所计算出的壁厚均小于6rnm.由于对于内径为3615W。的妫MI将层壁厚必须大于等于6mm,所以第七层和第八层的壁理均为6=13.2横壁排板与连接（i）iS!相和两层空援的堪向接头应相互楣开,最小距离应大于较厚壁板”的5倍,且不拇小于100m.上度!S板理度不得大于下BBSS软厚度，（3）UtSI般的以环煤域应采港对接内表55对齐.4）对楼接头应采用全焊法结构（见13.1、图3.2）.焊接接头的设计应符合现行国家标准气焊手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸3G那H埋蹄?四口耀形式与尺寸；ces卸曲
19、艇。SZ3（八）I形坡口(b)单面丫形坡口(C)带钝边U形坡口(d)双面丫形坡口即1嚼晌雌韵；EZ8Z1(e)双面U形坡口图3漏壁环向对接接3.就壁包边向钢曜谶应健则钢，锄醐与曜的懿，可采用第瞅躁辫机包边角钢自身硼耨缝必须全煌透,W1.邂颔堆钢的7k平椒濒靖在总卜侧(酬3).图3泡边角钢与罐壁连接根报JWX川规定，蝌脚上端包边角钢的最小尺寸，应符合表a4表355,表34g淀颇则瞬)最小尺寸油罐内径()包边角钢尺寸(皿)D101.50x510D181.65x818D601.75x1.O表35浮顶堵包边角锢的最小尺寸11）最上BiI1.壁公称厚度包边角钢尺寸5165x63. 4诺里应力校核对于此
20、情皿壁，只储壁厚度与JJ金之比很大，属于薄望容器，所受弯曲力矩较小,故目前国内外大多接簿收理论计算应力.由于X1.壁为面柱形充体，只第一曲率半径为无穷.第二曲率半径为储罐内径，故应力计算式为11采用搭接的影式包边用钢尺寸选用为；1.9010三tpR2-（o周向薄膜应力，a中p设计压力，aP310.1?对于最小S1.厚处有；aMPtpR2664622S44O3.123 23=MPatpR5328266.422=?=0O。选册|壁材料为Q235F在设计退座下045C下的许用应力oo=aW157.故材料安全.在J1.壁与耀底连接优，珑皇受到够随的作用，会沿径向发生变形，但受战底约束，节点处的径向位移
21、受到阳阳，因而在J1.壁下蟠的局部范国内潞产生W向班曲力矩和史力，这种由边博效应所产生的应力即为边熔应力，但对一般的信法8000m3以下）.由于钢板较薄，刚性较小，边缘应力影碗区域不大，SZ值也在安全范B）之内，故目前大多就按薄膜应力修正公式计算而不进行下节点校监.由于本设计的情谓为50m3,所以木谀计中也不进行下节点校验3.124 51S的风力檐定计算3.125 1抗风Ifi设计由于浮顶储线没有固定国盖,为使愉线在风教荷作用下保持上口圆度,以缰挎情域整体形状.故需在惴城上85整个圆周上设置一个抗风W.但对于有固定顶盖的拱顶愉11.可考虑不设置顶部抗战.本设计中,在顶85JR用了包边角钢的形式
22、故本设计中不设计顶部抗风S1.3.126 2加强图设计m强潦是在理缕上形成节域圆，以提高优U1.的抗外压能力当两许用应力oo材将符合安全要求个加避圈之间（或加强图与抗风？E、包边角钢，18底等加强政面之间）的谓空许用临界压力大于设计外压时，欹可以认为语曼具备了足够的抗风健力.换总之，语堂的OM任观定条件为12：PPr式中；IrPSH!的许用临界压力，Pa:P设计外压，；固定顶MtKIS!的设计外压：pKWKKKPZ3021+=式中：1K体彩系依，由于固定顶Ifi在风力作用下外空的最大风压为IOttOW,内里没有风的吸力，所以取11水；2K-主要考虑到语空作用临界压力公式与英国标准（BS265
23、1）相仿，英国标准公式中风速是采用50年一遇的3秒钟理时风透，而1J9-74中的风速是30年一遇10分钟平均风速，时距Jfi小最大平均风速越高，为时10分钟与3秒钟平均风速相对应，应乘以风速转换系数近似取1.5.由于基本风压与风速的平方成正比,所以10分神最大平均风压折合成班时风压要乘以转换系JS25.25.1.22=KiZK-风压高度变化系数见表3.6；袭3曲压高度变化系数表WS10】52030风aar改化路上0.781.()01.)51.2S1.410-逑城地区的基本风压，成都地区取03KrhO;P操作负压，KtW3K对于安装呼吸阀的储II,考虑到呼吸相打开的滞后系数，建议取213=若不安
24、装呼热瞄储Mf取12.故：pKWKKKPZ3021+=KPa94.28.12.13.015.125.21-?+-根癖HO蛤翊淀储Xe的许用I斯压力为12:(5.2min)(1.6000DHDPEr=式中：min埸壁最薄榭板的厚度，mm;D-M话内径，m;EH抗风图以下(对固定顶系指包边角纲以下)的8体的总当高度，ITb又有：Z=eEHH.5.2min)(5式中：eH包边角纲以下各图板的当海度，_IIii角锅以下各图板的实际高度，r边角钢以下各图板的实际博度，11n故：Z=eEHH28.03S.044.057.007.1S8.JS8.158.W-46.7=故：(5252m1.n)7.236(46
25、77.2316000X16000?=DHDPErKPaPa64.121639”因为(PPr,所以需要设计加强图,加张图数量：0D641.2in()in1.(三三三rPPn加强图位置：73.3114671=+=+=11H1.eem,经过5.in)(5cIh逆运算后可知加强圈位If在距焉顶包边角钠3面处。加强图尺寸根据表37选取：睛壁离设置1个加强圈；加强圈位置在距11顶包边用钢375n处0表3.7加强国选用表储罐内径D(In)加强圈最小截面尺寸(可采用截面棋数相同的型钢或组合件)(11n)D20用钢I1.XIX63x820DS6纳钢125X0通36gYCQZImax6O10=rFmm1=式中：
26、的在水平地震作用下，Ie壁底部的水平剪力（MN）;Zt炫合影响系数.取4O=ZC;max地震影响系ta的最大（fi根据实砌7计算，-成计篝容量小于100m3的情播自振周期都小于O2秒，故地震影响系数a均取为max。见注38：表38地震影响系数a的最大值mxa基本烈度7893rA5N缰体影响系数，取10.H=Yh重力加速度，882/81.9sng=jm-产生地震作用的储演等效质量（心）；I1.铺线内储液总量（kg）:rI-一一动液系数，由MU）值按表3.9选取，中间值用插入法计Jt；Hi-一油X1.设计最高液位）:D油罐内径）.加强圈选为角钢125X80X8表3间海系数D1.HW1.01.331
27、52.02.5F,0.7320.7100.6630.5420.45DIHw3.0*54.04.55.0故统计算后将：mgYCQZ1.max601Oa=24,281.9512.083350001.123.,故计算得:79,12691.1224.245045.00=?=WHQM363窿嬖许用临界应力“壁的许用临界应力应按下式计算13IDIEa15Q=式中：o爱里许用临界应力M,a）;E设计温度下潴壁材料的弹性极（图H）:t底层球壁有效厚度（mJ,即底层切壁的名义厚度减去腐蚀裕量与钢板负公差之和.又不同温度下钢材的弹性模量应按表310选取;在下列度(C)的噂性横抬(101.f)-202010015
28、0200碳素铜(CW0.30%)194192191189IH6故统计算得：IP147.23012.01019t15.015.031-OtE。3.6.4抗震珪算地震作用下鸿壁底SB产生的最大轴向压应力应按下式计算：II1.IZMCANC1.V-0式中：1。一壁底部的原大特向压应力(明)；VC一一竖向地H彭响系数17度及8度堆震区I=YC)IN_S1.空底部垂直栽荷(MN:1.AR堡横鞋面积g3),DtA=1.1.C一一斌高影峋原被，4.I=1.C:12一一底图犹壁的Bi面系效(m3).ID221785.0=.故及计算相：I111ZMCANC1.V+69.4012.07.237S5.237IXX1
29、4.5=*-?=小头弧长：CO=2644028200014.3402-*?-4nDrr大头展开半径：aRRn-三01tanI29993f1.6124tan28M=.?=小头展开半径I100I02.2tan28440ta112=77=11RR大头弦长：612687）180240si（21112-77*11nRnDR1.小头弦长：65.263）180240san（22223=77+=r11nRnDR1.式中长度单位均为m.42顶板厚度的选取拱顶顶板Jy度与罐的大小有关.对于1000”3或更小的储H1.可果用光面琢壳（不加肋）,而较大的惴律采用后肋拱JR较为经济，使在满足拱顶粒定性的情况下,拱顶盖重量最轻.美期P165（标准时拱顶厚度的规定为14-mmRtn42.0mm并且不小于4.76mm.式中nR为拱顶曲率半径,电位为m.国内的拼顶鳍U系列较多，但尚未域一.其顶板厚度大致如表42所列，可供设计时叁考选用，表4.2顶板需用加强助顶板塑厚选用为6mm(Win?)2781W)93期S(nv)9EMnUtootOoOBOOov0002()
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