1000m3拱顶储罐进行了分析和设计

摘要本文主要对1000m3拱顶储罐进行了分析和设计，阐述了1000m3拱顶油罐目前在国内的重要影响。本文首先参考了诸多国内外文献，对各类油储罐的种类、性能以及当前储罐的发展状况进行了简单介绍。其次根据任务书的相关要求进行了工艺计算，并在此基础上根据相关标准GB50341-2014进行设计和计算，确定了拱顶储罐的基本结构。然后对拱顶储罐中罐壁、罐顶、罐底以及罐底附件等零部件进行了结构设计及校核，保证设计结构的合理性。接着根据相关文献对罐壁下节点边缘应力进行了校核。最后，对拱顶储罐及其他制造附件（如抗风圈、加强圈等）进行设计、选用和分析。并在保证安全的前提下，进行经济选材。关键词：拱顶油罐，罐壁，抗风圈，加强圈AbstractThispapermainlyanalyzesanddesignsthe1000m3dometank,andexpoundstheimportantinfluenceof1000m3dometankinChinaatpresent.Firstofall,thispaperreferstoalotofliteratureathomeandabroad,andbrieflyintroducesthetypes,performanceandcurrentdevelopmentofallkindsofoilstoragetanks.Secondly,theprocesscalculationiscarriedoutaccordingtotherelevantrequirementsofthetaskbook,andonthisbasis,thebasicstructureofthevaulttankisdeterminedaccordingtotherelevantstandardGB50341-2014.Thenthestructuraldesignandcheckofthetankwall,top,bottomandaccessoriesinthevaulttankarecarriedouttoensuretherationalityofthedesignstructure.Thentheedgestressofthejointunderthetankwallischeckedaccordingtotherelevantliterature.Finally,thevaultstoragetankandothermanufacturingaccessories(suchaswindring,reinforcementring,etc.)aredesigned,selectedandanalyzed.Andunderthepremiseofensuringsafety,economicmaterialselectioniscarriedout.Keywords:Vaulttank,tankwall,windring,reinforcingring第1章绪论随着我国石油化工工业的发展以及国家原油战略储备库项目的实施，油罐的普及化已经成为发展的必然趋势。并且随着新世纪到来，我国经济快速发展，整体经济形式愈发景气。因此在能源利用发面，我国为了保障有效能源的可持续发展，需要不断在国内外扩展新的油气资源，并发展可积极拓展利用国内外石油石化资源的方案。近些年，我国为了解决油气困乏，陆续布置了四大能源战略通道。其中“海上通道”最重要的环节就是罐区的运输和储存[1]。1.1储罐的分类储罐广泛应用于流体工业，多用于储存原料、成品以及中间产品，在保证装置安全生产、节能减排、提高整体管理水平等方面具有不可替代的作用。尤其在国家战略储备上，不同类型的储罐占据了非常重要的地位。工业储罐一般为钢制储罐居多，一般根据储存介质的特性、温度、压力等参数选择碳钢、低温钢、不锈钢等材料。储罐可以根据结构形式进行分类，其中适用范围最为广泛、制作安装技术最为成熟的则是拱顶罐、浮顶储罐及卧式储罐[2]。1.1.1拱顶罐拱顶储罐是指罐顶为球冠状、罐体为圆柱形的一种钢制容器。拱顶储罐制造简单、造价低廉，所以在国内外许多行业应用最为广泛，最常用的容积为1000-10000m3，国内拱顶储罐的最大容积已经达到30000m3。拱顶罐一般为低压力储罐或常压储罐，通常应用于流体工业，也可以用于特殊储存类液体，国外还将储罐应用于大型LNG深冷储存[3]。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。套筒式罐壁板的环向焊缝主要采用搭接，而纵向焊缝采用对接。拱顶储罐一般采用该形式，优点是便于各圈壁板组对。罐顶由多块扇形板组合焊接呈球冠状，罐顶内侧采用扁钢制成加强筋，各个扇形板间采用搭接焊缝，将罐顶与罐壁板上部的角钢圈焊接成一体[2]。1.1.2浮顶罐浮顶储罐主要由漂浮在介质表面上的浮顶和立式圆柱型罐壁所构成。浮顶可随着管内存储介质的增加或减少浮动，浮顶的外援与罐壁之间设环形密封装置，罐内介质被内浮顶覆盖，以便减少介质的挥发。浮顶罐又分为内浮顶罐及外浮顶罐。内浮顶罐是带罐顶的浮顶罐，也是拱顶罐和浮顶罐相结合的储罐，外部为拱顶，内部为浮顶。内浮顶储罐具有独特优点，与浮顶罐比较，因为有固定顶，能有效地防止风、砂、雨雪或灰尘的侵入，保证储液的质量。这种储罐主要用于储存轻质油，例如汽油、航空煤油等。内浮顶储罐采用直线式罐壁，壁板对接焊制，拱顶按拱顶储罐的要求制作[3]。浮顶油罐的特点是，罐顶可以上下浮动，四周用耐油橡胶密封圈以弹簧压紧在罐壁上。罐顶紧贴着油面，油面升高，罐顶跟着上升；油面降低，罐顶跟着下降。这种油罐呼吸器是装在浮盘上的，比起拱顶油罐来能大大减少油品的损耗，也比较安全[4]。1.2储罐的国内外发展概况随着石油化工工业的发展以及国家原油战略储备库项目的实施，储罐的大型化将成为发展的必然趋势。目前世界上已建成的大型储罐数量逐年增加，如早在1967年在委内瑞拉就建成了15万m3的拱顶储罐，1971年日本建成了16万m3的拱顶储罐，而世界产油大国之一的沙特阿拉伯也已成功建造了2万m3的拱顶储罐[5]。国内大型储罐发展从20世纪70年代开始，1975年，国内首台5万m3的拱顶罐在上海陈山码头建成。继后，在石化企业、港口、油田、管道系统建造数十台5万m3拱顶罐。20世纪80年代中后期，国内开始建造10万m3的大型拱顶罐，迄今为止，已经先后在秦皇岛、大庆、仪征、铁岭、黄岛、舟山、大连、山东、兰州、上海、镇海、燕山、湛江等地建造了80余座10万m3的拱顶储罐。一直到近几年，国内所建设的，并投入使用的最大容积大型储罐是中国石化集团公司建造的15万m3拱顶油罐[6]。近些年，我国对于储罐的设计制造技术较之过去几十年，有了更好更快的发展。这一状况主要是由于国际范畴内的能源危机所导致的。近若干年，世界能量资源匮乏，因此许多工业化、靠进口原油维持能源量的国家都增加了原油的储备量，这就使得这些国家需要尽可能的设计建造超大型储罐。这一需求不仅仅促进了世界范畴储罐事业的发展和经济，还促使众多学者发展了更多新的研究课题，随着这些新研究课题的解决，从而使得储罐的设计制造技术进一步发展和深化。我国因为大型储罐应用的广泛性，成为了仅次于美国的第二石油消费国。而储罐设备在石油、化工、冶金和国防等领域都是必不可少的、重要的基础设施，在我国民生经济发展中具有无可替代的作用。其中大型储罐广泛应用于油库储运系统，在我国油库建设中占比重最大、投资收益最高，它所产生的经济效益直接影响着整个工程的效益，因此大型储罐的一系列研究的至关重要，直接关系着经济的发展以及国家能源实力的提升[7]。我国通常采用固定拱顶罐和浮顶油罐用于储存轻质油品。固定拱顶罐还分为拱顶及锥顶。最初人们开始研究储罐，主要关心经济损失和安全，近些年逐渐开始考虑生态、环境保护和能源循环等方面的问题。为了经济有效地解决这个问题，发达国家如美国、法国、前苏联等早在50、60年代相继开始研制浮顶罐，我国直到70年代末期才开始研制。由于浮顶罐能降低损耗，减少环境污染，主要用于储存原油、汽油、柴油等介质。随着内浮顶技术的发展，汽油和航空煤油大多数采用内浮顶罐，新建的外浮顶罐几乎都用于储存原油[8-9]。内浮顶技术虽然可以降低产品的蒸发损耗，减少环境污染。但是内浮顶储罐在浮顶下部油气空间偏大、浮顶整体结构强度较差、浮筒结构及产生的浮力状态等问题，容易使浮盘失去平衡或产生沉卡事故，因此不适用于直径大于21m的储罐[10]。因此油品及化学品的蒸发损耗一直是石油化学工业等行业关心的问题。而且目前世界的油气资源分布极为不均衡。大部分油气资源分布在远离消费中心的边缘地带，但是各国以及各地区的油气需求量又有很大差距。在世界油气资源储量中，俄罗斯占34%，中东地区占32%，亚洲地区仅占9%。在国内油气资源储量中，塔里木地区占23%，而海域地区占21%。因此，油气资源主要的消费地点和资源储备地存在差异。这就导致我国必须解决各地油气资源供需不平衡这一难题。因此急需建立可靠的油气储运系统来联系产地和销售地。油气储运系统的可靠性既影响国家经济建设的可持续发展，也制约了区域经济平衡发展。一旦发生战争，油气优良保障是成败的关键。因此世界各地都投入巨资建设油气储运设施[10]。天然气是清洁优质能源，在21世纪上半叶的能源供应中将发挥重要作用，对全球环境保护也有重大意义。进入20世纪90年代以来，中国天然气产业有了很大的发展。从世界范围来看，天然气在目前一次能源消费中所占的比居第三，仅次于石油和煤炭，约25%。国际机构普遍认为预测，2035年之前，天然气在一次能源消费中的占比将持续增加。2005-2015年间，全球主要能源的年均增长分别为：石油（1%）、天然气（2.3%）、煤炭（1.9%）；可见天然气的需求增速明显领先于其他化石能源。在我国，石油和天然气产量远远不能满足我国的需求，且供需不平衡越来越大[1]。但在未来几十年，油气资源消费的增长速度会逐渐加快，随着“西气东输”等工程的建设，我国对油气的需求将以每年15%左右的速度增长，2018年油气表观消费量达到了2803亿立方米。根据全国油气利用规划成果，2010年全国油气需求量为1068×108m3，2015年需求量为1535×108m3，2020年需求量2107×108m3。预计到2020年油气消费量将由目前的245亿立方米增长到2000-2200亿立方米[11]。1.3本文研究内容1.3.1设计需求本文需设计具有足够强度和韧性，即卸载后不会产生塑性变形，且在水压试验或操作状态下，油罐不会产生断裂破坏的拱顶储罐。储存介质为化工油品，储罐规格为公称容积1000m3的拱顶储罐。罐体还需具有良好的刚性，整体稳定且可抗风；在罐区最大地震烈度下不会产生破坏，基础不均匀沉陷量在允许的范围内。1.3.2设计选材本文选材的原则为安全及经济。需要考虑的因素则需包含：1.油罐的设计因素：设计压力，设计温度，介质的化学性质特别是腐蚀性以及材料的部位等。2.材料的机械性能，化学成分，焊接性能和抗腐蚀性能等。3.价格合理。对于1000~10000m3小型储罐的选材，我国通常用Q235。对于20000~30000~50000m3中型储罐的选材，按照强度条件选用标准设计罐壁上部的壁厚，一般选用Q345R作为材料；罐壁下部则按刚度条件设计壁厚，一般选用Q235作为材料。对于70000~100000m3的大型储罐，通常会选用Q345R作为材料。但是对于超大型储罐，则需要发展更高强度的新钢种或新材料[12]。本文所设计的小型储罐，需要根据强度确定罐壁部分的材料，根据用途以及建设储罐地区的平均温度，可采用Q235钢板。选择此材料是考虑到储存原油时，罐内均设置加热盘管防止原油凝固，罐壁温度不会很低。1.3.3设计附件1.梯子和栏杆梯子是为操作人员上到罐顶进行量油、取样等操作而设置的，目前应用最广泛的是罐壁盘梯，罐壁盘梯自上而下沿罐壁作逆时针盘旋，使工作人员下梯时能右手扶栏杆，保证安全，在罐顶周圈上高0.8～1m高的栏杆，或至少在量油孔或透光孔旁的罐顶四周高局部栏杆，以保证工作人员操作安全。2.人孔在油罐进行安装、清洗和维修时，工作人员可经人孔进出油罐，也可利用人孔进行通风。3.透光孔透光孔设在罐顶，用于油罐安装和清扫时采光或通风。保险活门的操纵装置失灵时，还可利用系于透光孔处的钢索来找开保险活门。它设置的数目与人孔相同，而且人孔位置与透光孔、清扫孔相对应，以全球采光通气，要避开罐内附件，并设在操作方便的方位。4.量油孔量油孔是为了测量油面高低、取样、测温而设置的。每个油罐设一个量油孔，装设在梯子平台附近，以利操作。量油孔一般为铸铁的，为了防止关闭孔盖时因撞击而产生火花，量油孔孔盖上镶嵌有软金属（铜、铝）、塑料或耐油橡胶制成的垫圈。在量油孔内壁的一侧装有铝制或铜制的导向槽，以便检测油高时每次都沿导向槽下尺。正对量油孔下方的油罐底板不应有焊缝，必要时可在该处焊接一块计量基准板，以减少各次测量的相对误差。量油孔距管壁的距离一般不小于1m。量油孔启闭频繁，易损坏漏气，因此应经常检查其垫圈的严密性。5.进出油管进出油接合管装在油罐最下层圈板上，其外侧与进出油管道连接，内侧与保险活门或起落管连接。进出油接合管的底缘距罐底一般不小于200mm，以防沉积在罐底的水或杂质随油品排出。6.保险活门保险活门是安装在进出油接合管罐内一侧的安全启闭装置。其作用是防止油罐控制阀破损或检修时罐内油品流出。7.放水管及排污孔放水管是为了排放油罐底水而设置的。常用的放水管有固定式放水管和装在排污孔盖上的放水管。放水管内经常有底水，所以需做好保温，以防底水冻结在管子中。排污孔设置在油罐底板下面，伸出罐外一端有排污孔法兰盖，法兰盖上附设放水管。排污孔及附设的放水管主要用于轻油罐，固定式放水管和排污孔在油罐上的安装位置应根据放水和排污的便利来确定，但与人孔的水平夹角应不小于90°。8.清扫孔清扫孔是为了清除罐底积物而设置的。清扫孔多用于大型原油罐和重油罐。9.中央排水管外浮顶罐的浮顶直接暴露于大气中，中央排水管是为了及时排放汇集于浮顶上的雨、雪水而设置的。排水管的上端与设于浮顶中央的集水坑相连，下端与通向罐外的排水阀相连[13-15]。第2章拱顶罐尺寸设计本次拱顶储罐的设计及其他参数如下表2-1所示。此次储罐设计拟存储密度为879kg/m3的化工油，储罐容积为1000m3，可根据介质进出罐区流量和装置对介质储存天数计算，计算公式为下式2-1所示（2-1）式中V—储罐总体积，m3；W1—介质进入罐区的流量，取5m3/d；W2—介质流出罐区的流量，m3/d；n—介质的存储天数，取300天；—储罐的储存系数，取0.9。将数据带入可得流出罐区流量。储罐壁厚经济计算公式的选择：由于设计储罐的容积为1000m3，由于当容积≤1000m3，应采用等壁厚度设计。如此是节省材料的，查阅相关资料[16~17]可知油罐经济高度与半径关系如下表2-2所示，因此选用储罐直径与高度相等。对于1000m3拱顶结构，其拱顶周边支撑焊接于罐壁上的包边角钢之上，且球面是由中心盖板与瓜皮组合而成。而瓜皮板之间，板与板之间互相搭接，且搭接宽度不小于25mm，实际搭接多为40mm。在罐顶的外侧采用连续焊，内侧位间断焊，中心盖板与瓜皮板的搭接宽度一般为50mm。储罐的体积公式：（2-2）式中V—储罐体积，m3；R—储罐半径，mm；H—储液高度，mm。将H=2R代入可得：圆整取R=5750mm，则H=10650mm。由于当D＜10m时，规定碳素钢中幅度最小公称厚度为5mm，取中幅板厚度为5mm；故1000m3顶厚为5mm。第3章罐壁设计3.1罐壁的强度计算3.1.1变截面罐壁的应力分析大型储罐的圆柱壁承受着液体储罐的静压力。如图3-1所示，静水压力呈三角形分布，从上到下呈梯形逐渐增加，罐壁的厚度从顶部到底部逐渐增加。在实际工程设计中，不能使用横截面厚度连续变化的钢板来制造储罐。因此，本文只能根据钢板规格使用逐步变厚的阶梯状可变截面墙进行设计。图中H为储液高度；D为储罐内径；Hi为液面至第i层罐壁钢板下端高度；hi为第i层罐壁钢板宽度；ti为第i层罐壁钢板宽度。3.1.2罐壁厚度计算根据标准GB50341-2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》[17]，储罐直径≤60m时宜可采用定设计点法计算罐壁厚度。采用定设计点法时，罐壁厚度计算式如下：（3-1）（3-2）式中—设计条件下罐壁板的计算厚度，mm；—试水条件下罐壁板的计算厚度，mm；D—储罐内径，m；—计算液位高度，m；—储液相对密度，；—设计温度下钢板的许用应力，选取Q235-A，157MPa；—试水条件下钢板的许用应力，取20°C时钢板的许用应力，MPa；—焊接接头系数，取0.90。将数据带入式（3-1）和（3-2）可得：罐壁的环板由许多钢板焊接而成，并通过对接焊缝连接。罐壁的上下环形板采用套筒式连接，重叠长度为50mm。每个环的厚度的计算过程如下：油罐周长：取油罐罐壁的钢板尺寸为则每圈罐壁所需钢板取钢板加工余量为10mm，则每块1750mm钢板除去余量后的实际宽度为，则罐壁钢板层数为由此可得，储罐罐壁由7层钢板，每层7块钢板组焊。钢板以及罐壁厚度取值如下表3-1与3-2所示，罐壁应不小于规范所规定的最小罐壁厚度。3.1.3罐壁下节点边缘应力的校核根据底层圈板厚度s=7mm，根据相关文献可知，校核罐壁节点边缘应力[18]，选定边缘板厚度b=5mm，罐壁材料为Q235-A，E=2.1106GPa，，罐底突出距离C=5mm；罐底地基系数kb=5kgf/cm2罐壁重量计算式为：（3-3）则罐体总重量为：用于罐底周边的重量为：（3-4）作用于单位面积罐底的液重为：（3-5）罐壁圆筒刚性为：（3-6）罐壁弹性系数为：（3-7）罐壁特性系数为：（3-8）罐底的圆筒刚性为：（3-9）罐底的特征系数为：（3-10）罐壁单位位变系数为：（3-11）（3-12）（3-13）罐壁载荷变位系数由扰度方程可得：（3-14）（3-15）因此根据内差法可得：罐底单位位变系数为：（3-16）罐底载荷变位系数为：（3-17）（3-18）因此可以求得：（3-19）（3-20）（剪力与原来假设方向相反）罐壁最大弯曲应力为：（3-21），由此可知应力校核安全。下节点贴角焊缝高度h取为10mm，由此可知：焊缝抗剪强度为：（3-22）由此可知，焊缝剪应力校核安全。3.2拱顶储罐的风力稳定计算3.2.1抗风圈的设计与计算浮顶罐没有固定的顶盖，因此抗风圈通常设置在储罐的顶部，放置在磨边角下方1m的位置。储罐的风洞试验表明，防风圈上方的油箱壁处于张紧状态，不存在不稳定的危险。抗风圈所需最小截面系数WZ计算如下：（3-23）式中D—储罐内径，m；—罐壁全高，m；—顶部抗风圈的最小截面模数；cm3；—设计风压，取0.55kPa。抗风圈的外周可以是圆形的或多边形的，并且可以由型钢制成或者由型钢和钢板的组合制成。为了满足强度要求，防风圈本身的接头必须采用全熔透对接焊缝，防风圈与罐壁之间的焊接，上表面采用连续的全角焊，下部零件可采用间歇焊接。在选择抗风圈的截面时，应满足使抗风圈的截面系数3.2.2加强圈设计随着储罐高度的增加，储罐中间的气缸有被风吹走的危险。在风的作用下，为防止储罐因风而放气，有必要检查储罐壁的稳定性，并根据需要在适当的位置安装加强圈。判定储罐侧压稳定条件如下：（3-24）式中—储罐许用临界压力，Pa；—设计风压，550Pa。当满足条件时，可以认为罐壁具有足够的抗风性，否则必须安装加强环以提高罐对外部压力的抵抗力。根据标准《GB50341—2014立式圆筒形钢制焊接油罐》中所提供的建议，本文选择采用加强圈的设计。该工艺方法主要是根据薄壁短型圆筒在外部压力作用下的临界压力测量得到，罐壁的允许用临界压力。(3-25)式中—圆筒材料的弹性模量，Pa；—圆筒厚度，m；—圆筒高度，m。将数据带入式（3-5）可得，故本次设计储罐不设置加强圈。3.4拱顶罐的抗震设计计算3.3.1水平地震载荷液面至罐顶的距离按50cm考虑。（3-26）（3-27）式中Cz—综合影响系数，取；—地震影响系数的最大值，根据烈度8级，；—产生地震载荷的拱顶罐总重量，kg；—动液系数，取；—拱顶罐内贮液重量，kg。由此可得：3.3.2地震弯矩的计算水平地震载荷对拱顶罐底面的弯矩：（3-28）3.3.3罐壁底部的最大应力（3-29）式中3.3.4罐壁的许用临界应力（3-30），故罐壁满足抗震要求。3.4罐壁的结构设计3.4.1截面与联接形式该罐壁的横向纵截面是一个从下到上逐层减薄的阶梯状，由各种厚度的钢板所焊制而成。各个相邻圈板之间的厚度大小可以依据计算方法取得，但上一个圈板厚度应当超过另一个圈板的厚度。拱顶罐圈板本身，圈板与圈板之间联接采用焊接。所有纵焊缝均采用对接。罐壁纵焊缝直接承受液压产生的环向拉力，应力水平比环焊缝高，因此所有纵焊缝必须做到全焊透。为了减少焊接的影响以及后续的变形问题，相邻两块板的纵向焊缝应错开板长的1/3，且焊缝之间的距离不应小于500mm。焊接接头的设计标准根据GB985.986-80《焊接接头的基本形式和尺寸》选择。当罐壁的周向焊缝采用对接时，应保持内表面齐平，以利于圆顶的抬起和密封。外侧采用连续焊接，焊缝高度不小于较薄的圆弧厚度的2/3。环形板之间的重叠宽度通常为（—管壁厚度）且不少于30mm。3.4.2圈板宽度应当结合罐壁厚度分布图考虑环形板的宽度。环板宽度越小，阶梯折线越接近理论计算直线，可以节省更多的材料，但是圆周焊缝的数量也更多，这增加了制造和安装的工作量。根据国内钢板供应和施工经验，钢板宽度取1750mm。3.4.3包边角钢为了加固罐体上部边缘，罐体上缘须设置包边角钢如下图3-1所示。根据推荐固定顶尺寸选取包边角钢尺寸为。3.4.4罐壁开孔补强根据使用要求，必须在拱顶罐罐壁开许多管孔，例如进料管、消防管、清扫孔、人孔等。该开孔会导致应力集中在附近的水箱壁上并削弱水箱的壁厚、强度，因此必须加以加强。钢筋的计算与一般钢石化设备的开口钢筋相同，使用等面积法。当接管直径大于50mm时，接管应补强。当孔的直径不超过250mm时，加强板可以是环形板，并且环形板的外径是内径的约2倍。当孔直径超过250mm时，加强板采用多边形板，并且内切圆的直径约为加强板的内孔直径的2倍按等面积补强原则计算方法如下：需要补强的金属截面积A（3-31）式中d—沿油罐壁纵向开孔直径，mm；—开孔处罐壁的计算厚度，mm。（3-32）（3-33）（3-34）式中A1—在补强区域内罐壁实际厚度超出计算壁厚的部分可用作补强的截面积，mm2；A2—接管厚度在补强区域内超过计算壁厚的部分可用作补强的截面积，mm2；A3—补强板的截面积，mm2；—开孔处罐壁的厚度，mm；—接管的壁厚，mm；—接管的计算壁厚，mm；—补强区域内接管的长度，或，取两式中较小值作为h代入值；a—补强板的厚度，mm；b—补强板外半径与内半径之差值（对于多边形板，取多边形内切圆半径为补强板外半径）；mm。最后要求满足：。具体数值根据内部管设计尺寸确定。计算过程如下：人孔开孔直径600mm，由下表3-3可知选取接管规格为，且补强圈尺寸D外/D内为，人孔安装在罐底750mm处，则有：故补强合格。表3-3罐壁开孔接管及补强圈部分规格表公称直径接管规格补强圈尺寸D外/D内DG50—DG100DG200DG300DG400DG500DG6003.4.5储罐进出口管结构设计进液口的结构如图3-1所示。将液体入口管插入液体中，这有利于减少罐中液位的影响并产生泡沫并稳定液位。在管子的上部开一些小孔或在管子的上部采用开孔的结构可以防止液体虹吸。从静电效应的角度来看，通常建议插入深度为整个高度的2/3。出液口结构形式采用如图3-3的结构，贮液的放净和清理更加彻底。3.4.6其他结构设计1、储罐出液口防涡流挡板的装置。当储罐出液口有与泵直接相连的底部出口或罐内储液需要分层或有沉淀的底部出口，应装设防涡流挡板，防止漩涡将贮罐底部杂物带出影响产品质量或使泵阻塞的出口。2、防爆泄压设施。有些储液在储存中易产生爆炸，在罐顶就设有一个防爆膜，其尺寸为Ø500。3、储罐撇油器。由于工艺的要求，某些物料罐内需撇油器。3.4.7防腐蚀结构设计拱顶罐材料为不锈钢，在化工产品的贮存中使用。不锈钢储罐，在制作焊接后，易产生刀口腐蚀——晶间腐蚀的变种。实践证明不锈钢在使用中发生的事故，大多数是由于焊接接头的缺陷引起的，尤其是焊接中最易产生的晶间腐蚀倾向。因此对于晶间腐蚀的奥氏体不锈钢储罐。如需在罐体上焊接异种钢，则在罐体与异种钢之间增加罐体材料相同的中间垫板，并采用复合钢板过渡层用的焊条。不锈钢表面质量的好坏，对抗腐蚀性能有很大的影响，因此对于不锈钢储罐内表面及其焊缝应进行酸洗和钝化处理，使其表面形成均与的氧化膜。第4章罐底设计4.1罐底的应力计算罐壁作用在底板上的集中载荷：(4-1)作用在底板上贮液静压力：(4-2)由之前计算可知罐底的特征系数(4-3)(4-4)(4-5)(4-6)(4-7)由边缘弯矩：(4-8)边缘板中的弯曲应力：(4-9)，故为安全。4.2罐底结构设计4.2.1排板储罐底板的布局形式主要由焊接变形最小化，易于施工和节省钢材等因素决定。当D≤16.5m时，采用矩形中宽板和边板的形式；当D＞16.5m时，其周围采用弧形边缘板。设计符合要求，因此采取形中幅板和边缘板组成形式。储罐底部的中间部分称为中间板，边缘周围的圆称为侧板，有时也称为环板。侧板的材料与罐壁的材料相同，在我国，其最小宽度为600mm。从罐壁的外表面突出的罐底边缘板的宽度应约为边缘板厚度的6倍，且不应小于40mm且大于80mm。除了弧形边缘板之间的对接接头之外，储罐底板的接头都是塔式接头。重叠长度必须大于平板厚度的5倍，且不小于25mm。板边缘与罐壁的焊接部分应制成光滑的支撑面。底环罐壁和边缘板之间的连接应在两侧连续网状焊接，并且焊接臂的高度应等于边缘板的厚度。扇形边缘板由几个切成扇形的板组成。它是具有圆形外圆周和正方形多边形内圆周的环。这种结构易于布置板，并且力均匀。板与板之间是对接焊缝，为加强焊缝并防止液体泄漏和腐蚀底座，经常在连接处垫上一块垫板。背板截面不得小于4×50mm，且必须位于基础环梁中。在储罐底部和储罐壁之间的接头处的焊接处，由于液柱高度，内部压力和内部载荷的变化以及载荷基础的下沉而引起的反复弯曲载荷将导致角度变形，因此，上面需要焊接要求。罐底和罐壁底圈的内外角焊缝应为连续焊缝，且焊接高度应等于罐底边缘板的厚度。为了改善应力状况，应避免应力集中，内部角焊缝应采用光滑，不平整的角焊缝进行焊接。4.2.2罐底直径计算储罐罐底直径计算公式如下：（4-10）式中D1—罐底直径，mm；D—油罐内径，mm；—罐壁厚度，mm；—边缘外伸量，取50mm。由于之前已选取中幅板与边缘板厚度为7mm，边缘板外伸量为边缘板厚度的6倍，取51mm，则有4.2.3坡度储罐的底部与基础直接接触。在长期的水力作用下，储层底部与基础中心之间的干扰最大。超过极限时，钢板的焊接接头会破裂。为了消除或补偿由基础下沉引起的中央凹陷并促进残留液体的排出，底板必须具有与基础相同的斜度通常是1/60。4.2.4厚度中幅板受力较小，几乎没什么强度要求，但考虑到焊接变形，地基不平产生挠度以及储液及水气腐蚀等因素，也不宜取得过薄，其中厚度取10mm。边缘板受力比中幅板复杂，为简单设计可参照各国相关设计规定。4.2.5宽度为了减轻罐底组件的工作负荷和焊接变形，提高强度，减少焊缝和泄漏的危险，罐底板的最小宽度不应过窄。当储罐直径小于16.5m时，板的平均宽度储罐底部的最大径向应力为距储罐壁1530mm。因此，在设计中将边缘板沿罐顶部半径的最小宽度指定为600mm。边缘板与罐壁外部之间的距离为50~80mm。罐顶设计5.1拱顶曲率半径设计在容积小于10000m3的油罐中，拱顶是最常用的。拱顶是一个自支撑式顶盖，形状类似于球形表面，其外围支撑在边缘角钢上木板通常被认为是偶数，并且对称排列。板和板重叠，重叠宽度不小于板厚度的5倍且不小于25mm。实际重叠宽度通常为40mm。室外使用连续焊接，室内使用间歇焊接。中心盖板搭在瓜皮板上，搭接宽度一般取50mm。当球顶与罐壁厚度相等时，球顶的强度为强度的2倍。为了使两者强度相等，一般取球顶直径应是罐壁直径的2倍，球顶曲率半径与油罐直径的差值不超过20%，即(5-1)式中R—拱顶的球面半径，m；D—油罐内径，m。如下图5-1所示为球顶形状，球顶与罐壁连接处角度均匀过渡，受载时受力稳定。5.2储罐罐顶的校核由古典球壳的临界载荷公式可知(5-2)式中—临界载荷，Pa；T—板厚，cm；—弹性模量，kgf/cm2；—球壳曲率半径，cm；—波桑系数，取0.3。在试验中取值中比理论取值要低，而工程实际安装中拱顶为钢板拼焊，几何形状误差大，取许用压力[P]为Pcr的1/12(安全导数n=12)，球壳外压力计算如下：又因为设计压力P=1960Pa，因此[P]大于P，校核球壳安全。第6章有限元分析6.1ANSYS软件简介ANSYS软件是ANSYS公司推出的一个针对于工程设计仿真的软件，该软件所包含的东西较多，同时分析的领域也较为广泛。应用于流体、机械、航空等重型机械方面。ANSYS是有限元分析中的一种，常常用于结构强度分析，其也是有限元分析中的最长用的一种方法。通过对结构分析，可以得到一些未量的变化情况，如结构内部的应力、应变、支撑反力等。可以进行的容器结构静力学分析，还可以进行动设备中构件的动力学分析等等6.1.1ANSYS的应用前景目前，工程设计中将会考虑各种工况和复杂的条件，这些计算将不会再依赖于传统的计算设计方式，另外计算量较大，更多的将会转向计算机模拟仿真即有限元分析方面，该技术对于复杂工程而言，具有不可比拟的优势，计算速度快、准确高效、前景较好同时还具有以下的优势。（1）深度广泛，可以应用于不同的领域，适用于更加复杂的设计工况；（2）广度更大，ANSYS计算不仅仅涉及结构计算还包含流体、热力学、电磁学、系统仿真等等，在工程仿真方面其广度是其他软件无法比拟的；（3）工程设计方面具有可扩展性，ANSYS具有灵活性，既可以单机运行，同时也可以多机并行计算以及多核计算，这一扩展性可以根据实际工程计算来调整，能够满足未来发展的需要；6.1.2ANSYS塔设备方面的应用塔设备是化工行业中比较重要的设备，塔设备相对于其他设备而言，总体高度较高，在空中容易受到风载荷的作用，产生一定的位移，常规计算比较麻烦，此时就体现了ANSYS有限元分析的重要性。同时还可以计算结构振动特性，计算塔的固有振动频率，来计算塔在风载荷和地震载荷作用下的为稳定性和安全性。塔设备中的各种焊缝比较复杂，在计算塔的强度时不，常规计算并没有充分的考虑到焊接对塔材料的影响即焊接应力。然而这些均可以利用ANSYS来计算完成，这样不仅可以保证计算的准确性还可以保证制造中产生的应力是否在安全设计的范围内。塔设备中还有各种各样的接管，均需要计算各接管处的应力分布情况，ANSYS计算可以实现。裙座处整体应力的分布，需要考虑危险截面处的应力分布情况，好判断塔的安全性。还有就是计算裙座处保温层的温度分布。本文中主要是利用ANSYS计算塔底裙座处的应力分布情况，以及裙座保温层的温度分布情况。6.2三维储罐应力分析由于二维平面上的裙座应力分布计算较为简单，同时平面模型相对于三维的裙座实体模型而言，只是简化了其结构，尤其是开孔处的处理，这样做主要是为了追求应力分析计算的快速和简易化处理，这样计算出来的结果和实际比较而言，不太准确，处于对设计结果的准确与合理性出发，本文再次对设计的裙座进行三维实体的引力分析，与前一次相对比进行合理的分析设计。6.2.1实体模型的建立裙座实体模型主要裙座筒体、接管、基础环、盖板等部分组成，在模型建立的时候，主要是选择SolidWorks来建立，方便简洁。模型在建立的时候需要包括下封头，这样能保证计算的准确合理性。在建立模型的过程中为了保证计算的方便，将模型建立成一个整体，这样不需要考虑各个构件之间连接面的处理问题，这样会使计算的简单快捷。SolidWorks建立的实体模型如下图6-1所示。6.2.2计算模型边界条件设置首先将三维软件建立的模型，导入到ANSYS中，然后施加载荷约束并设置材料属性，在材料中选择设置。本文设计的储罐的材料为Q235，查找化工材料属性，可以获得该碳钢各项性能参数。施加风载荷和内压完后，将储罐底板上施加固定约束。载荷施加图如下图6-2所示。6.2.3计算结果及后处理在计算中，选择整体变形，米塞斯应力，米塞斯应变图，点击生成，同时查看结果，整体变形如下图6-3、6-4所示。由以上云图可知，储罐在施加风载和内压作用下，最大应力发生处位于储罐封头处，其值为11.4MPa，小于Q235许用应力157MPa，而储罐的最大位移位于罐顶处最大值为1.39mm，由罐顶往下逐级递减，综上可知，设计储罐满足强度要求。第7章储罐附件设计与选用7.1概述为了确保液体存储的安全存储以及测量，接收和运输的便利性，应选择合适的附件（或附件）来选择储罐，该附件应满足以下要求：1）确保可以接收或发送合格的液体存储。2）确保在储存期间，储罐和液体储存中没有发生事故（例如燃烧，爆炸等）。3）如果发生事故，可以将损失降到最低。4）可以延长储罐的工作周期，并易于清洗杂质，例如储罐底部的残留液体。应根据储罐类型，设计压力，设计温度和储液性能选择或设计储罐配件。储罐通常配备有所需的储液入口和出口，液体测量孔，检查孔，清除孔和阻火器。通风孔，呼吸阀，安全阀，防火孔，防爆孔，人孔，梯子平台，加热器，温度和液位计，混合装置及其他配件。附件的主要材料通常应与水箱的材料相同。7.2常用附件1）透光孔透光孔主要用于贮罐放空后通风和检修时采光。它安装于固定顶贮罐顶盖上，一般可设在贮液进出口管上方的位置，与人孔对称布置，其中心距罐壁800～1000mm。它安装在固定拱顶储罐的顶盖上，通常可以位于储液罐进，出口管的上方，与人孔对称布置，其中心距罐壁800-1000mm。透光孔的公称直径通常为500mm，有两种结构形状。所设计的1000m3储罐配有一个直径为500毫米的透光孔。如果有两个以上的透光孔，则透光孔，检修孔和清洁孔的位置应沿圆周尽可能对称地布置，以利于通风和照明。最好在本地平台上使用带花纹的钢板，以免打滑。2）人孔检修孔主要用于在修理和清除液体炉渣时进入储罐。公称人孔压力可以根据液罐的高度和重量进行选择，公称直径通常为DN500和DN600，通常使用公称直径DN600。可以根据人孔的系列进行选择常用的结构形式。它安装在拱顶或拱顶罐的浮盘上和罐壁下边的第一个圆上，其中心距底部约750mm。人孔的位置应与透光孔和一排清洁孔相匹配，以利于照明和通风，避免在储罐中放置附件并将其放置在便于操作的位置。当储罐只有一个透光孔时，人孔应设在透光孔之180º位置上，储罐设有2个DN600的人孔。3）量油孔储罐配备有自动液位测量装置，但是它仍然是一种有效的测量液位的附加方法，以使用通过测量孔的油尺来计算液位，并且被广泛使用。测油孔仅适用于带有通风管的储油罐，其公称直径通常为DN150，结构形状也应如此。它安装在靠近罐壁的固定顶棚顶部，通常靠近透光孔。如果同时有液位指示器，则应将其安装在平台附近，以测量液体存储器的测量或采样。设计储油罐配有DN150油测量孔。4）通气孔通风孔主要用于固定的上部储罐，以存储不挥发的流体（例如重柴油）。它安装在储罐顶部附近，用于呼吸功能，位于储罐顶部中心附近。水箱顶部有一个DN300通风孔，水箱壁上有4个DN150通风孔。为了装载，卸载和维修的安全，通向通风孔的储罐顶部应采用防滑台阶进行焊接。通风孔是一条短金属管，将储罐空间与大气连通。短软管有一个盖，可以防止雨雪落下。短管通风孔覆盖有金属丝网，可防止禽类进入。该网必须始终保持清洁，以防止网不通气而堵塞。通风孔的设计应使每个房间的通风面积相等。5）清扫孔主要用于清除罐内非流质污物，安装于贮罐底部，并靠近通道，便于运送污垢。6）接合管贮罐的接合管可分为罐顶和罐壁接合管，它们都是带单法兰的接管，其区别在于前者接管插入罐顶，后者接管和罐壁齐平，分别用于连接进液管、出液管、加热蒸汽进口管、凝液水出口管、放水管、扫线管、量油孔、通气管、阻火器等。常用罐顶和罐壁接合管主要尺寸。DN50以上罐顶接合管需要补强板，其厚度不应小于相连罐顶厚度，安装时，接合管中心线要垂直。对于大于或等于DN80的罐壁接合管要补强板，其厚度应不小于相连的罐壁的厚度。设计储罐设共设有6个接管，为了保证接合管的补强板间有30-50mm净距，两管的最小中心距，对于容易引起堵塞的贮液、出液接合管至少高于罐底部200-350mm。7）液位计液位计用来测定贮液在贮罐中的高度，贮罐采用的液位计有机械性、浮子式和电子式等几种形式。主要常用浮子式液位计。这种液位计结构简单，成本低廉，使用较为普遍。难以做成密闭式结构，故常用于通大气贮罐。8）呼吸阀呼吸阀主要用于固定油罐上的通风装置，一般安装在灌顶中心附近，起呼吸作用。下表6-1是呼吸阀的参考选用标。由表可得各类附件的公称直径取值如下：进油口、出油口公称直径为100mm；呼吸阀、量油孔公称直径为150mm；温度计开口公称直径为25mm；透光孔公称直径为500mm；罐壁人孔公称直径为600mm；排水口公称直径为50mm。9）盘梯盘梯设计计算如下：H1—罐壁高度，10650mm；R0—贮罐内半径，5750mm；B—盘梯宽度（内外侧板中心距），取700mm；R—球形拱顶外半径，10925mm；α—内侧板升角，取α=45；R1—内侧板半径，取6700mm。R1=R₀+C=5750+200=5950mm（7-1）式中C为考虑贮罐保温等因素所取的间隙，取C=200mm。平台高度H（即罐底上表面至平台上表面的垂直距离）：H=H1+h₁（7-2）式中h₁—平台上表面至罐壁包边角钢顶面的高度，mm；（7-3）h1=1491+[109252-(5750-800)2]1/2-10925=305.26mmH=10650+305=10955mm式中h—拱顶高度，1491mm；L—平台端部至罐壁内表面的距离，mm，取为800mm；H—平台高度，mm.内侧板展开长度L内（内侧板沿罐壁为45°盘旋上升）：（7-4）式中H3—盘梯下端到罐底上表面的距离，200mm。外侧板展开长度L外（mm）：三角架个数n（7-5）式中l3—相邻三角架的垂直间距，取l3=1730mm。其中1100mm为下部第一个三角架顶面到罐底上表面的高度。盘梯包角（度）：盘梯包角：盘梯实际包角三脚架个数三角架在罐壁上的水平位置an（7-6）式中—内侧板及外侧板的宽度，取b1=160mm；—第n个三角架到平台上表面的距离，mm；R2—底层罐壁外半径，mm。下数第n个三角架到平台上表面的距离计算结果见下表7-2。储罐盘梯采用金属结构，宽度600mm。从安全出发，盘梯踏步应采用篦子板或防滑型平板制作。一般按每级梯子踏步能承受100kg活动集中载荷考虑。第8章储罐的安全性设计8.1概述油品及化学品贮液大部分是易燃、易爆、有毒、腐蚀性液体，任何一次不慎或欠周密的考虑都可能为酿成灾难性后果种下祸根。因此贮罐的消防及其他安全设施无论在设计、施工与生产管理中都必须置于首要位置加以考虑。贮罐区的消防首先应该贯彻“以防为主，以消为辅”的方针，在设计时，必须结合贮液的性质、罐区环境、结构设计、生产管理进行周密的考虑，极力避免火灾的发生，并配备有效的装置，使一旦发生火警将火灾限制于最小范围且能迅速扑灭，使火灾损失为最小。根据燃烧的三因素：有可燃物、有空气（氧）和具备一定的温度（或明火），消防的对策经常是以消除这三个因素中的任何一个而开展的。8.2消防设施（1）泡沫灭火泡沫是扑救石油和石油产品等油类火灾的灭火剂。目前阶段，我国油罐区的消防主要是采用泡沫消防。常用的泡沫有空气泡沫和化学泡沫两种。实践证明：空气泡沫较化学泡沫具有操作简单、容易管理、灭火时间短、设备费用低等优点。因此，目前空气泡沫已为国内外普遍采用，它是扑救石油火灾的一种有效灭火方法。空气泡沫有低倍数、中倍数及高倍数之分，低倍数空气泡沫又因不同品质而有所不同。空气泡沫消防（又称空气机械泡沫）是由一定比例量的空气泡沫液、水和空气利用机械作用，相互搅拌混合形成充满空气的膜状气泡。利用此种泡沫来扑救火灾的技术称为空气泡沫消防。（2）氟蛋白泡沫液下喷射灭火氟蛋白泡沫液下喷射是国外近几年来应用于油罐灭火的新技术。这套灭火系统除了具有设备简单，操作方便，投资省（只占液上发射泡沫消防总投资的15%），不占有固定操作人员和增加油罐贮存量外，还能可靠的保证油罐着火后泡沫设备不被破坏，从而可以顺利地把泡沫送到燃烧面消灭火灾。试验证明：氟蛋白泡沫液下喷射灭火技术对看来原油贮罐火灾是有效的。为炼油厂、油田以及其他部门的油罐消防安全提供了比较经济可靠的新技术。（3）“1211”（二氟一氯一溴甲烷）灭火剂“1211”灭火剂是目前各国大力推广的新型灭火剂。“1211”无色，无刺激味，高温时（800℃）全部分解。其灭火性能主要是因和燃烧产生的活性氢基化合，使燃烧的链锁反应终止（特别是溴的作用），亦有适当的冷却效果和窒息作用，故能迅速灭火。其抑爆峰值为6.75%。同时，它能有效地掏火焰的回闪和复燃，有较好的穿透作用，可以扑灭“阴火”。“1211”是一种极其稳定的化合物，氟起稳定作用，降低药剂的毒性和腐蚀性其毒性略大于“1301”和CO₂，但较溴乙烷和四氯化碳要小得多；腐蚀性极小，对普通钢材和其他金属可忽略不计，对塑料纤维的溶涨性极小。“1211”的蒸汽压力在50℃时为5kgf/cm²，因此不需耐高压的容器，其灌装简单，贮存方便。“1211”具有良好的绝缘性，在使用过程中液滴迅速挥发，不留任何残渣，不污损设备，不降低油品质量，所以特别适用于扑救油类、电气、精密仪器、CS₂等火灾。曾在万吨级的废轮船上进行灭火试验，灭火效果良好，对于拱顶罐亦有极好灭火效果，可以取代过去拱顶油罐上使用的空气或化学泡沫灭火装置。通过在30000m³拱顶油罐上作的试验，结果表明：“1211”灭火剂用于拱顶罐环道的灭火是完全适用的，其灭火快、效果好。自动探测控制系统探测灵敏，动作迅速，尤其适用于水源困难的情况，但由于目前塑料管与减压阀质量尚未过关，故尚未正式用于室外大型贮罐上的消防灭火。（4）烟雾自动灭火装置烟雾自动灭火装置是我国科技人员研制出来的一项新技术。该装置灭火性能良好，运行可靠，灭火速度快，设备简单，投资少，基本上能解决2000m³以下钢质拱顶油罐的自动灭火问题，为小而分散的油罐提供了较为适用的消防设备。烟雾自动灭火装置由发烟器、浮漂、滑道三部分组成。根据多次试验结果，灭火时间约为90a。然而，这套装置也有其局限性，即：受罐形和直径限制，目前该装置仅适用于1000m³以下的拱顶柴、原、重油罐。虽然它运行可靠，但它只能一次发烟，如果火灾未能扑灭，就须用其它方法进行抢救。（5）蒸气或喷雾水灭火剂它仅适用于重油、渣油或其他闪点在120℃以上的石油产品的小型贮罐。水蒸气的灭火作用在于冲淡火区内空气中的氧含量，并可以隔绝空气。当空气中水蒸气的体积浓度到达35%以后就可以将火扑灭。蒸气或喷雾水灭火时，一般在油罐罐壁上部安装环形管，管上开小孔。当发生火灾时，蒸气或水从小孔喷出去，起隔绝空气、降低温度、氢火扑灭的作用。（6）干粉灭火剂化学干粉灭火剂是由灭火基料、少量的防潮剂和流动促进剂等添加物组成的微细固体颗粒，使用少量干燥的加压气体将干粉从容器中冲出，形成浓云一样的粉雾，粉雾与燃烧产生的活性氢基和活性氢氧基化合，使火焰熄灭。这类灭火剂具有灭火效力大，灭火速度快，无毒、不腐蚀、不导电、久贮不变质等优点。已为世界各国所重视，成为一种主要的化学灭火剂。目前生产的化学干粉灭火剂主要是小苏打干粉。现已研制成功改性钠盐干粉。改性钠盐干粉分白色和灰色两种，均为干燥而流动的粉末状混合物，其主要成分为碳酸氢钠和适量的硝酸钾。其灭火性能高于小苏打干粉，扑灭得法可以避免“回燃”。这两种改性钠盐干粉灭火速度快、成本低、不易变质、不怕冻、毒性低、绝缘性高，适用于小面积油品火灾及所有石油产品，有机溶剂、液化石油气、油漆和电气火灾的灭火。在炼油厂、石油化工厂内，当采用钠盐干粉灭火时，为防止复燃，宜与氟蛋白空气泡沫联合使用，但不得与普通空气泡沫同时使用。（7）溶性空气泡沫液灭火抗溶性空气泡沫液为普通蛋白泡沫液中添加了锌胺络合盐，它适用于扑救醇、酮、酯类等有机溶剂火灾。该泡沫产生器与泡沫缓冲圆槽配套使用效果更好。泡沫缓冲圆柄的作用是：避免泡沫由贮罐顶部直接喷下，起到缓冲作用，更有利于迅速、安全而有效地灭火。（8）二氧化碳灭火剂二氧化碳是无色无臭的惰性气体，不燃烧、不导电、不助燃、不污损设备。其比重为1.52，因此能在空气中低处沉积，可以隔绝空气。当空气中二氧化碳含量达到12～15%时，便可熄灭火焰。二氧化碳适用于扑救小型油品火灾和电气火灾，不宜用于大面积火灾和化学品火焰，它不能扑救钾、钠、镁、铝等轻金属火灾，及硝酸纤维、炸药类火灾。总结：针对此次设计的是拱顶罐，所以设备主要用泡沫灭火8.3其他安全设施（1）防雷1、概述雷云的主要成分水滴（包括水的各种状态。水蒸气、水滴、冰与雪），原是中和状态（即不带电），在气流强烈上升过程中，小水珠分裂为水滴，在快速分裂过程中，水滴会带上电荷。随着带正（负）电荷的水滴下降，带负（正）电荷的水滴上升，合雷云上所带电荷越来越多，相应电压也越加升高，当其电荷聚集到一定数量且和另一块雷云（或与大地）接近到一定距离时，就会使两者之间的空气绝缘发生击穿，使正负电荷相中和，出现剧烈而闪光的放电。放电的同时，由于温度很高，使周围空气猛烈膨胀振动，产生震耳的雷达声。雷电击穿将产生巨大的电磁、热、机械等效应，破坏性很大，不仅能击毙人畜，烧毁或劈裂树木、破坏建筑物，还能引起火灾和爆炸。因此，防雷是贮罐安全贮存及使用的必要措施。2、防雷措施根据贮液的性质、贮罐的材质和结构形式、地区雷电活动的情况、贮罐容积的大小等因素按照下列原则确定其防雷措施：1）按照罐区和阀室爆炸与火灾危险场所等级划分表确定贮罐的危险等级，对于带有呼吸阀和测量孔的贮罐依表中阀室的危险等级划定，对于壁厚≥4mm的密闭式金属贮罐依表中罐区的危险等级划定。2）金属贮罐罐壁厚≥4mm者可利用作接闪器。3）金属贮罐呼吸阀上的阴火器认为是可靠时作密闭贮罐论，否则对呼吸阀应采取相应的保护措施。3、注意事项一般金属贮罐可以具备：1）壁厚和顶盖厚大于4mm。2）罐是密闭的或有呼吸阀是带有阴火器的，以及安全阀是密封的。因此，金属贮罐完全可以采取自身保护（只要与其联接的管线以及其他金属配件等有良好的电气联结并可靠，且不少于两点与接地装置相联）。但是目前通过国内调查的许多厂的情况来看，由于库存阴火器失效，长期不更换或测量后量液孔不关闭等问题并不少见，所以在这些问题没有很好解决之前，亦可以考虑安装避雷针进行局部保护，以作为一种补救措施。（2）防静电1．静电的产生及其特点“静电”即是在没有通路的情况下，停留在某物体上的集团电荷。凡是绝缘体（电介质）与导体，或绝缘体与绝缘体之间有相对运动时，由于接触面的摩擦作用，从而分离出不同符号的静电荷。随着我国工业生产的不断发展，静电灾害问题也越来越严重，有的已影响和阻碍生产。国外，静电事故一般占火灾爆炸事故的10%左右，国内静电事故也屡见不鲜。尤其在石油工业中，油品沿管路流动、装油、卸油、贮罐的放油和灌油的过程中，由于油品和管壁的摩擦作用，管壁和油品聚集了符号相反的电荷，往往可达到很高的电位，以致在与金属物体相接触的地方放出火花，引起油品的起火和爆炸。静电的产生是多因素综合的复杂过程，人为的可以解决其中一两个或几因素，但不能全部解决所有产生静电的因素。所以“防”或“消”静电也要抓其主要方面，首先在设计上消除静电荷，如已产生了也要让它导入大地或中和掉。2．防静电措施防静电的安全措施经常以至少消除产生静电量大小有关的因素及静电荷积累之后构成危害的几个条件之一为目标。现介绍石油工业中在贮罐方面所采用几种防静电的安全措施：接地消除静电接地消除静电是最早知道的方法。在任何情况下，贮油罐都应适当的接地。这里应当指出的是，常常认为接地就成绝对安全，而静电事故的成因，则归咎于接地不善，这种廉洁是错误的。为什么在石油工业中接地并不是个充分的安全措施，其原因是绝大多数油品是低电导率的，在这些油品中积累的电荷导电很慢。因此，当一种油品泵入油罐时，虽然油罐已经接地，但仍能积聚电荷。据有关资料介绍，为了消除静电荷，在带电体与大地间电阻不应超过10000Ω，这个相当高的数值是可被接受的，因为只有一个低速带电作用在进行。当然，在贮罐与大地之间的电阻要比上述数字低得多。我国常与防雷合并考虑，故实用的接地电阻不大于10Ω。防止存在爆炸性气体混合物采用水蒸气或气体覆盖液面虽然有很多严重的反对意见，但是这个方面还是被推荐的，如果用水蒸气覆盖，则蒸气管路的喷嘴和油罐内所有电绝缘体，都必须很好地接地，以防止它们积聚电荷。关于气体覆盖，可以采用轻烃类，如天然气和燃烧气，或者采用惰性气体，如氮、烟道气和二氧化碳。天然气和燃烧气虽然比较便宜，但在很多情况下，它们是不适用的，这是由于它们较易溶解于石油成品，从而提高了蒸汽压和降低了闪点。提高湿度静电在空气中，如果相对湿度增高时，由于物体表面产生吸水层而提高了导电性能，当湿度到80%以上时，就几乎不会带电。因此，在带电危险的地方，可采用调湿装置或喷水方法来提高湿度。4）油罐装油时必须1、清除油罐中的杂物，特别是不接地的金属浮游物。2、液压避免从上部注入而产生飞溅的装油方式。3、水分对油品带电是不利因素，故在有条件的情况下，要尽可能地清除积水。4、加大伸入油中的注油管口径以使流速在1m/s以下，另外将前端开口处做成向上呈30°的锐角。5、使伸入油中的注油管接近于油罐的底部，并放于水平方向，以减少底部的水和沉淀物的搅拌。6、应避免使用空气或气体进行搅拌。检测取样应在装油后充分静止一段时间方可进行。国外有关规定指出，当使用非金属密封时，最少应安装四个静电消除器。静电消除器的最大距离约为10m。但是从国内一般拱顶油罐的使用经验认为，设置两根静电引出线即可。此外，在量油、导向管处，应装置铜制滚轮导向；自动通气阀芯应选用其他材质，以防止产生火花。（3）防爆1、油品的爆炸极限各种油品与空气接触时，特别是在加热时，会产生石油蒸气。石油蒸气与空气混合成一定比例尺就形成了可以爆炸的混合物，这种混合物一遇明火就将发生爆炸。所谓爆炸权限就是指油品蒸气与空气混合成可爆炸气体的比例。爆炸极限分为爆炸上限和爆炸下限。混合气体中所含油蒸气低于爆炸下限时不会爆炸，也不能燃烧；超过爆炸上限时，混合气体不会爆炸，但可以缓慢燃烧。着火后，由于各种条件的改变，仍有可能引起爆炸。2、防爆措施石油及石油产品发生爆炸必须具备两个条件，即空气中的油品蒸气浓度在爆炸上、下限内，并遇明火。因此，要预防油品的爆炸事故，必须从消除这两个可爆条件着手。而且石油蒸气较空气生，往往都沉积在低凹、不通风的场所，所以，设计、施工、运行都必须给予足够的重视。防止油气积累整个罐区的布置，应力求作到通风良好，避免死角，避免深坑，以防止油气积聚。油罐的安全阀应经常保持足够的油位，密封油应采用在本地区最低温度下不冻结的锭子油。油罐呼吸阀和防火器应经常拆修。呼吸阀应保持灵活好用，防火器的铜网应保持清洁，通畅，通气管必须通畅，好使用等等。防止产生火星在油罐周围应建立禁区。要有措施，严禁带入火种。油罐区内，严防铁器碰撞造成火花。油罐区内严禁带电作业（如带电换灯泡等）。采用电气仪表测量油罐油温、油位时，严禁将电气接头暴露于燃电及燃油蒸气内，以免接头产生火花，发生事故。罐区对明火作业的要求必须认真执行用火制度，在易燃物附近焊接时，应充分作好隔离与防护。焊接现场应有测爆仪，当测爆仪指示危险时，不得进行工作，在施工过程中要经常注意测爆仪的指示。在罐内作业电动机进行强制通风，严防产生滞留可燃气体。对动火容器内部的气体，应采样分析，其氨气不大于0.3%，一氧化碳加氢气不大于0.5%（皆为体积百分比），否则不准动火。（4）防毒贮罐内所贮存的物料有不少是对人体具有一定毒性的，如石油产品和油蒸气对人就具有一定的刺激性和毒害作用。轻质油品比重质油品的毒性小些，但由于轻质油品的挥发性大，在空气中油蒸气浓度高。因此，往往危害更大。由此，就必须采取积极的预防措施：如清罐时，特别是清洗含铅汽油罐，就利用自然通风，或机械通风，或通入水蒸气等办法，降低罐内油蒸气浓度。在确实证明油蒸气含量已经低于最大允许浓度后，人方可进罐，如果油蒸气未排除，则必须穿上工作服、胶鞋，戴上胶皮手套、防毒面具，系上保险带和信号绳。在罐外要有专人等候，以便及时联系救护。在罐内工作时间不能过，要及时轮换休