1000立方米精致沥青储罐设计

1000立方米精致沥青储罐设计摘要本设计的题目是1000立方米拱顶立式储罐设计。油罐主要用于原油或者其他石油产品的储存，随着国内各项技术的发展，储罐开始逐渐向着大型化和自动化发展。本设计设计的储罐为拱顶罐，设计包括储罐材料选择、管壁和拱顶尺寸计算、油罐附件的选择。关键字：拱顶罐,罐壁壁厚,罐底,罐顶Designof1000m2RefinedAsphaltTankAbstractThetopicofthisdesignisthedesignof1000cubicmetersvaultverticalstoragetank.Oiltanksaremainlyusedforthestorageofcrudeoilorotherpetroleumproducts.Withthedevelopmentofdomestictechnology,thetrendofstoragetanksisbecominglargerandmoreautomated.Thedesignedstoragetankisanarch-rooftank.Thedesignincludestheselectionofstoragetankmaterials,thecalculationofpipewallandvaultsize,andtheselectionoftankaccessories.Keywords:vaulttank,tankwallthickness,tankbottom,tanktop目录1绪论 11.1储罐的发展简况 11.2储罐用途 11.3储罐的种类和选型 22储罐设计计算 32.1储罐尺寸的选择 32.1.1储罐材质的选择 32.1.2储罐尺寸的计算 32.1.3载荷计算 42.2罐壁设计 52.2.1储罐罐壁 52.2.2排版 52.3强度计算 62.3.1应力分析 62.3.2罐壁厚度计算 62.3.3加强圈计算 73拱顶设计 103.1储罐顶部尺寸计算 103.2储罐顶部钢板的厚度的选择 133.3储罐顶部的球壳的稳定性验算 143.3.1储罐顶部的外设计压力P外 143.3.2带肋的储罐顶部钢板的折算厚度 143.3.3带肋储罐罐顶的许用外载荷 163.3.4包边角钢的选择 164罐底设计 184.1概述 184.2罐底排版 184.3坡度 184.4罐底板尺寸 195盘梯与平台的设计 216储罐附件设计与选用 256.1概述 256.2储罐上常选用的附件 256.2.1储罐顶部的透光孔 256.2.2罐壁检修人孔 256.2.3罐顶进料孔 266.2.4呼吸阀 277储罐安全及消防设施设计 297.1储罐消防概述 297.2空气泡沫灭火 297.3涂料防腐 297.4防雷击措施 30结论 31参考文献 32致谢 331绪论1.1储罐的发展简况长久以来，我国储存原油或者其他油类产品常采用拱顶储罐和固定顶储罐。因为固定顶储罐在储存油类产品时存在“大呼吸”和“小呼吸”，油品会因此逸散在空气中污染空气，危害身体安全。因此油品的蒸发一直是石油行业关心的重要问题[9]。发展现状：拱顶储罐常用于小于1000m³的储罐，近十年以来，我国五、六十年代常用的悬链式无力矩储罐被拱顶罐取代，目前国内最大的油罐已经可达到3万立方米，国外较大的储罐达到5万立方米。拱顶储罐具有施工简单、刚性强、可以降低油品蒸发等优点，所以1万立方米以下的储罐大都采用拱顶储罐[14]。储罐的发展总是趋向于大型化，大型化的发展可以节约钢材以及减少占地面积等优点。[8]表1.1钢制储罐单位容积所需钢材净重油罐容量（m³）单位容积需要钢材净重（kgf/m³）500026.21000023.02000021.5由上表数据可以得出需要钢材量随着储罐容积的增大而越少。1.2储罐用途储罐是用来储存或转运流体介质的设备，经常使用在石油和化工等行业，储存的介质一般都具有高温、有毒、高压、有害等性质，而且罐内压力受温度影响。在生活中，我们也可以在各个地方经常看到储罐的身影，国家经济的发展离不开钢制储罐。1.3储罐的种类和选型按照材料分类可以分为敬淑罐和非金属储罐；按高度分可分为地上罐、高架罐、地下罐和半地下罐四种。[15]2储罐设计计算2.1储罐尺寸的选择2.1.1储罐材质的选择选材是储罐设计重要的步骤，合理的选材是储罐经济型的有效保证。中小型的储罐在储存油油品时，往往会在罐内部设计加热盘管，可以起到防止油品凝结的作用，因此在罐壁附近湿度不高，因此储存沥青时，罐壁材料可选取Q235B,当钢板厚度为≤16mm时，σS=235MPa，当钢板厚度为16～40mm时，σS=225MPa所以钢板屈服极限[σS]=235MPa.[1]2.1.2储罐尺寸的计算公式选取：容积大于1000m³的储罐，称为大型储罐。一般使用储罐经济尺寸公式[3]。本设计为1000m³，符合该公式使用条件。根据公式：H罐底板厚度S2不包括腐蚀裕量，由于本次设计的储罐的储存介质为精制沥青，其含硫量较低，一般腐蚀裕量可以忽略不计，但是考虑其他因素的影响，取底板和罐壁的腐蚀裕量为2mm。所以：H=D2.1.3载荷计算静载荷：附加载荷：V在这里取70kgf/m2[3]F2.储存液体载荷：F因为本设计的设计压力为-490～1960Pa，因此本次设计的储罐为常压储罐。3.罐顶设计压力：设计外压：qqq取q1为1960Pa设计内压（储罐罐顶内载荷）：q式中：K——取K=1.2；Pmax——最大正压，本设计为常压储罐，取Pmax=2000Pa；q1——作用在球壳上的内载荷，490Pa。q根据规定设计压力取为P=1950Pa2.2罐壁设计2.2.1储罐罐壁罐壁是由多层圈板焊接而成，各层圈班从下而上一次命名为地圈、第二圈……、顶圈。相邻两圈的焊接方法，目前应用的有直线对接式和套筒搭接式两种方法，直线对接式的优点是罐壁整体的内径相同，因此罐壁的各个位置受力均匀。[3]2.2.2排版储罐壁采用直线对接式焊接[16]；罐壁钢板的规格选取为1800×9000mm；储罐周长为：L每圈罐壁桶节所需钢板n每块钢板的加工余量：Δ这样除去边缘的加工余量后，每块钢板的实际可以长度L＇L每圈实际钢板数n不计加工余量钢板真实宽度B为：B在罐壁竖直方向上所需要使用的钢板层数n通过上面的计算数据知，在罐壁竖直方向上钢板需要用7层，在周长方向上每圈需要4块钢板。2.3强度计算2.3.1应力分析罐壁承受按三角形分部的从上到下逐渐增大储液静压，因此罐壁厚度需要从上到下逐渐增大。但是，在实际施工中时不会使用逐渐变化厚度的钢材制造储罐，所以在实际生产中一般根据钢板的规格，使用逐级增厚钢板厚度的方法。[3]2.3.2罐壁厚度计算罐壁设计温度按查参考文献[1]第27页公式（5.3.1-1）和（5.3.1-2）计算取得，且取其中的较大值。tt通过上式计算出各层圈板厚度，计算壁厚按储液和试水的最大值选取，各层罐壁厚度列出数据表2.1（圈板序号排列由下至上）：表2.1储罐罐壁板计算厚度圈板号HH-0.3t1t2最大计算厚度112.00011.7009.8507.3189.850210.2209.9208.9286.278.92838.4408.1407.7665.0097.76646.6606.3606.6034.1846.60354.8804.5805.4413.1395.44163.1002.8004.2792.0944.27971.3201.0203.1161.0493.116计算出设计厚度后，因向上圆整至钢板的规格厚度，且应不小于表2.2规定值[2]表2.2罐壁最小规格厚度储罐内径D(m)钢板最小规格厚度（mm）碳素钢不锈钢D≤165416＜D≤356535＜D≤60860＜D≤7510D＞7512结合钢板的规格尺寸和钢板最小厚度等因素可以得到钢材名义厚度为：10；10；8；8；6；6；6（单位mm）2.3.3加强圈计算1.公式推导设计加强圈是为了提高储罐的抗外压能力，因为有风载荷的存在，筒体需要稳定性校核，测定储罐的侧压稳定条件为：[20]P在Pcr≥P0时，储罐自身足够的抗风压能力，Pcr<P0储罐自身的抗风压能力较弱，需要焊加强圈提高抗外压能力。下方所列公式临界压力计算公式[2]PHH2.设筒体的计外压P在我国，瞬时风速和10分钟的平均风速的比值基本为1.3-1.8，SH3046-92标准取值为1.2。[2]安阳地区平均海拔300，根据GB50341得表：[7]表2.3风压高度系数离地面或海平面高度（m）地面粗糙度类别ABCD3003.122.972.752.45实际计算P其中：

HH当量高度计算得表：表2.4各圈罐壁当量高度罐壁层次h（m）δi（mm）δminHei（m）11.781060.49621.781060.49631.78860.82841.78860.82851.78661.7861.78661.7871.288661.288HP设计外压由表取高度系数2.97P由于Pcr3拱顶设计立式圆筒储罐经常使用球形拱顶，球面拱顶具有结构简单、刚性强、以及可以承受剩余压力，节约钢材等优点。[3]3.1储罐顶部尺寸计算1.储罐顶曲率半径Rn储罐壁与储罐顶的厚度相等时，储罐顶部的强度是储罐筒体强度的2倍，为了设计的合理，需要使储罐顶部和储罐筒体的强度一样，为了达到上述要求，储罐顶部的半径要满足下式。一般取：Rn=0取Rn=13.8mφ0、φ、D2、a、b根据图有：图3.1拱顶尺寸sinsin式中：D2——中心孔直径，中心顶板直径可按下表选取；a——通常取15～30mm；b——取等于30mm。查文献得：顶板与扇形板重叠部分取50mm，扇形板之间的重叠部分为40mm。表3.1储罐顶部中心位置的顶板直径公称容积（m3）中心顶板直径100,200，300,400,500φ15001000,2000,3000,5000φ200010000φ2100取中心板的直径为2000mm。Dsinsinφφ罐顶部分扇形板的尺寸计算储罐顶部的扇形板为了排列整齐以及方便，它的数目N选择偶数最佳。在这里扇形板的数目选取为N=20。储罐顶部扇形板的小头弧长CD>储罐顶部的扇形板尺寸的计算：图3.2扇形板展开图储罐顶部的扇形板的展开尺寸：L==5509储罐顶部扇形板的大头的弧长尺寸为：DAB储罐顶部扇形板的小头的弧长尺寸为：CD=储罐顶部扇形板的大头展开的半径尺寸为：R储罐顶部扇形板的小头展开的半径尺寸为：R储罐顶部扇形板的大头展开的弦长尺寸为：L储罐顶部扇形板的小头展开的弦长尺寸为：L3.2储罐顶部钢板的厚度的选择储罐顶部钢板的厚度选择和储罐的设计压力关系密切，也和储罐的大小有关系。对于体积不到1000m³的储罐，一般选择使用光面的球壳。SH3046标准规定顶板厚度为不小于4.5mm。根据表3.2表3.2国内常用的顶板厚度公称容量（m3）100100020003000500010000顶板厚度（mm）4.55（加筋或不加筋）5（加筋）5（加筋）6（加筋）6～7（加筋）考虑到储罐的腐蚀裕量以及设计压力，顶板材质可以使用Q235B钢材，通过文献查找资料钢得负偏差为C2=0.6mm3.3储罐顶部的球壳的稳定性验算使用薄钢板拼接角钢做助制造的壳体叫做球形拱顶，在收到外力会造成弯曲变形，需要进行稳定性验算。[6]3.3.1储罐顶部的外设计压力P外P式中：PP2由于储存介质温度变化而产生，一般取P2储罐顶部重为：F储罐顶部的外设计压力为：PP3.3.2带肋的储罐顶部钢板的折算厚度假设纬向肋和储罐的罐顶组合而成的截面折算厚度为tm储罐的罐顶的有效厚度：te处于纬向的肋的宽度：h1处于纬向的肋的真实厚度：b纬向肋相互之间间距为：L1=1在径向上纬向肋与顶板相互之间的面积折算系数为：n纬向肋与顶板它们在径向组合截面的形心与顶板中心之间的距离为e1：LAAyyA因为：Ae所以：e将数据代入下面公式t带肋球壳计算符号见图图3.3带肋球壳符号t假设径向肋和储罐罐顶的组合截面之间的折算厚度为t2m我们可以假设设t代入公式：t计算出储罐罐顶的折算厚度tm3.3.3带肋储罐罐顶的许用外载荷通过查找资料得Q235B钢材的弹性模量为E=191.375储罐的罐顶的曲率半径Rn储罐罐顶钢板的有效厚度te带肋储罐罐顶的折算厚度tm代入公式：P经过计算得出[P设计出的罐顶强度满足实际使用，而且安全可靠。拱顶肋条拼接时，如果采用对接时，需要加垫板。采用搭接时，搭接的长度需要不小于肋宽2倍。3.3.4包边角钢的选择筒体的最上部需要设置包边角钢，包边角钢与罐壁使用搭接结构焊接，焊缝需要全焊透。如图3.4，搭接形式选用b。根据国标GB50341得表[7]表3.3固定顶罐包边角钢的最小尺寸油罐内径（m）包边角钢尺寸（mm）D≤10L50×510＜D≤18L65×818＜D≤60L76×10D＞60L90×10图3.4包边角钢选取由于储罐的内径D=11.5m，所以根据表3.2可以选取包边角钢的规格为L65×8。4罐底设计4.1概述罐底是使用多块钢板焊接而成，直接铺设在基础上，罐底的直径略大于筒体内径，边缘板是指与筒体连接的部分，中幅板是指在中间的部分。4.2罐底排版储罐罐底的排列方式是由储罐的大小确定，但是需要对称焊接和布置直径小于16.5m的储罐，罐底受压力小，可以按条形排列焊接。直径大于16.5m的储罐，罐底受压力较大，底板与罐壁连接处需要比中部厚，所以使用中幅板和弓形边缘板形式[13]。图4.1储罐底板排版形式在连接处垫垫板可以减小储液渗漏对地基造成的腐蚀，垫板厚度需要大于4mm，宽度大于50mm。4.3坡度罐底与基础直接接触，因为液压的作用使罐底受到的挠度最大，挠度超过界限，会造成焊缝开裂。为补偿中间部分部凹陷，以及排出残余液体。底板需要和基础坡度相同，坡度选责1/60，软弱地基一般选择小于30/1000.[19]4.4罐底板尺寸根据GB50341[7]不包含腐蚀余量，中幅板公称厚度必须大于下表4.1数据表4.1罐底中幅板的最小厚度油罐内径（m）中幅板最小公称厚度（mm）D≤105D＞106中幅板厚度通过上表的数据选择为8mm。除腐蚀裕量外，底板与筒体焊接的部分的公称厚度的值必须不小于下表4.2对应值。表4.2边缘板的最小公称厚度底圈罐壁板公称厚度（mm）环形板最小公称厚度（mm）≤667～10711～20920～2511对于7mm以上厚度的中幅板，筒体和边缘板厚度相差需要大于中幅板厚度的30%，边缘板的厚度可以选择为10mm储罐罐底各条板的宽度为了降低成本，对于内径D在16.5m以下的储罐，中幅板宽度不小于500mm罐底的防水结构通过大量的调查数据显示罐底腐蚀泄漏是降低储罐寿命的主要原因的主要原因，腐蚀泄漏主要是原因雨水渗入。防止雨水渗入造成腐蚀泄漏有下面几种方法。使用橡胶沥青封条密封；使用圆钢焊接于边缘板周边；使用角钢焊接于边缘板周边；使用扁钢焊接于边缘板之间。5盘梯与平台的设计为了省钢材、占地少，常使用的盘梯有两种。一种是支承在支架上，盘梯设有内侧板和外侧板，整个盘梯在现场制作完成；另外一种盘梯是把每个踏步直接焊接在储罐壁上，在每个踏步之间设有栏杆立柱相互连接形成一个整体。平台由加强筋、边框格栅板和花纹钢组成。平台结构按《建筑结构荷鼓规范本计算方法》和《钢结构设计规范》使用极限状态设评的方法，使用分项系数的设计表达式来计算。计算数据H1——罐壁高度，单位（mm）；R0——罐内半径，单位（mm）；B——盘梯宽度（内外侧板中心距），单位（mm）一般取700mm；b——相邻踏步之间的垂直距离，一般取220mm；R——球形拱顶外半径，单位（mm）；a——内侧板升角，取α=45°；R1——内侧板半径，单位（mm）。R式中C——考虑到储罐保温等因素一般取C=150～200mm，这里取200mm。盘梯尺寸设计（1）盘梯顶部平台高度Hℎ==L——查文献知L取的取值范围800～1000mm，这里取H（2）盘梯的内侧板展开之后长度L内L式中:H3——查资料得H3≥50mmL（3）盘梯的外侧板展开长度L外L==18443mm（4）盘梯上三脚架使用的数目nn式中：L3——查资料知L3=1500（5）安装在筒体上的三脚架水平位置ana式中：b1——取b1=150mm；R2——储罐筒体最下层外表面半径，单位mm，R2第一个三脚架的水平位置ℎ=a第二个三脚架的水平位置h=9648a第三个三脚架的水平位置h=8048a第四个三脚架的水平位置h=6448mma第五个三脚架的水平位置h=4848mma第六个三脚架的水平位置h=3248mma第七个三脚架的水平位置h=1648mma（6）盘梯包角α1（度）α踏步数nbn圆整为n6储罐附件设计与选用6.1概述合适的附件可以保证介质的储存安全，储罐附件的设计与选择需要根据储存介质的性质以及设计温度等参数来确定，根据使用需要，通常会设有进出口、人孔、盘梯、呼吸阀、透光孔等附件。[18]6.2储罐上常选用的附件6.2.1储罐顶部的透光孔储罐的透光孔是用于储罐放空后通风，储罐检修时使用的检修的设备它通常安装在储罐的罐顶，一般与人孔对此安装，通常安装在进出口的上方，透光孔的法兰盘的中心距离储罐罐底的距离为800～1000mm，在这里我选取透光孔的公称直径取透光孔规格按表6.1选择。表6.1透光孔的规格与型号型号规格总重（kg）GTG-500ADN50044.7GTG-500BDN50047.6GTG-500CDN50010本次设计的储罐根据参数罐顶需要设计3个，直径为500m。6.2.2罐壁检修人孔（1）罐壁人孔主要用于储罐检修以及清理液渣作用时进入储罐内部使用，人孔公称直径选取DN500和DN600两种，本设计按表6.2.2选取DN500的人孔。罐壁人孔的结构和尺寸应该符合表6.2：表6.2罐壁人孔法兰盖、法兰及补强板尺寸人孔内径螺栓孔中心圆直径人孔法兰盖及法兰直径补强板纵向长度或直径补强板横向宽度补强板圆角半径5006677301170140030760076883213701650347760921984157520104339001073113719802370519本设计选取DN600mm，中心距离罐底为750mm.表6.3人孔法兰连接表设计液位高度人孔法兰盖最小厚度法兰最小厚度50060076050060076089111368119.510121479121211131581013因为设计液面高度约为8m，根据上表选取法兰盖厚度为9mm，法兰最小厚度为6mm。6.2.3罐顶进料孔大小同出油口，公称直径设为150mm，带补强板如下图：图6.1法兰连接罐顶开孔接管表6.4法兰连接罐顶开孔接管（mm）公称直径DN接管高度j顶板开孔直径DP补强板内径DR补强板外径L180150接管外径加3mm接管外径加3mm2251001502751501503802001504502502005506.2.4呼吸阀呼吸阀主要应用于不易挥发的介质（如沥青）的固定顶罐，位置安装在储罐的顶部接近中信，起呼吸的作用。呼吸阀通常安装在拱顶用来调节储罐内部的正压或者真空度，呼吸阀常用规格为DN50～250mm。表6.5常用呼吸阀型号型号定压压力特别说明正压负压HXF-88呼吸阀980/1001764/180294/30耐腐蚀、防静电CFQ-11全天候呼吸阀355/3698/1001764/180294/30耐腐蚀、防静电、防冻选用HXF-88呼吸阀，DN200mm。7储罐安全及消防设施设计7.1储罐消防概述储罐区的消防应该贯彻“以防为主，以消为辅”的方针。并且配备齐全的消防装置，让火灾一发生就限制在最小的范围，配置的消防措施可以快速灭火，让火灾损失为最小。防范措施通常是以消除燃烧三要素的一个为主。[16]7.2空气泡沫灭火目前我国罐区主要使用的消防方法是泡沫消防。它的安装分为半固定式和固定式。固定式所有消防器材和设备全都固定安装，泡沫消防用水和泡沫液经过比例混合后通过管道直接进入泡沫产生器进入储罐。[17]本次设计选用固定式安装，其流程如下图泡沫储罐；2-空气泡沫混合器；3-泡沫消防栓；4-防护提；5-空气泡沫产生器；6-储罐；7-输液管道；8-泡沫泵；9-贮水池图7.1固定式泡沫消防流程7.3涂料防腐随着工业的发展，防腐与腐蚀已经成为一门独立的学科——防腐学。在油库常用的防腐措施是在油罐表面涂料防腐。[10]储罐的涂料防腐一般是指储罐的除锈与清洗、局部修理、通风换气等多项作业组合，其过程复杂，且危险因素较多，及其容易发生人员中毒、着火爆炸和工伤事故。对于油罐涂料防腐应该严格贯彻《油库油罐清洗安全技术规程》。对于拱顶油罐的防腐涂层范围：罐内壁板和底板连接的焊缝以及相邻的底板和壁板0.5米范围内使用加强级防腐。罐顶板、壁板外表面以及罐壁外表面附件表面。储罐底板以上0.3米范围内罐壁板外表面以及罐底板边缘外伸部分表面。储罐防腐层出现局部锈蚀、脱落时，需要进行局部处理。7.4防雷击措施钢制储罐需要两处以上防雷接地。接地的地点顺着储罐周长间距不大于30米；罐壁与接地点的距离在3米以上，电阻不大于10Ω。结论从去年论文题目确定到现在初稿完成时间过去了四个月，通过这段时间的努力，完成了毕业设计。设计中遇到了不少问题以及困难，也学习到了拱顶储罐的设计方法以及发展状况。在本次毕业设计中，设计的核心基于节约能源、降低油品损耗和环保三点。之所以选择做储罐这个题目，是因为我刚出去实习的地方正在现场预制储罐，选择做储罐可以通过现场观摩在结合文献学习到更多知识，而且有什么问题也可以立即向设备厂家的师傅询问。毕业设计是对自课本知识的检验，是对个人能力的考察，它可以让我们自课本和课外学习的知识进行一次综合的理解，提高我们对知识的认知，提高自己的知识素养。通过这次的毕业设计，我知道了平时学习到的许多知识过于理想，与平时课堂上的练习和课下的自习作业题完全不同，它考察的是大学四年的综合知识。自己单独做课题时会遇到许多细节上没有学过的知识，我需要通过网络去查找，这就是一个学习积累的过程，在这个过程中我能够感觉到自己的成长，自身素质的提高，每一刻的进步都让我感受到欣喜，从而不断的督促着我学习进步。参考文献[1]徐英杨,凡杨,凡朱萍.球罐和大型储罐[M].北京：化学工业出版社，2005：15-18,31.[2]斯新中.《立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》(SH3046—92)简介[J].石油化工设备技术,1993(03):60-61+50.[3]HG21502.1-92,钢制立式圆筒形固定顶储罐系列[S].化工部工程建设标准编辑中心，1992.[4]帅键，于桂杰.管道及储罐强度设计[M].北京：石油工业出版社，2006.[5]GB150.1-2011,压力容器[S].北京：中国标准出版社，2011.[6]赵庆春,石云杰.拱顶储罐罐顶的稳定性验算[J].科技与企业,2014(05):270-271.[7]GB50341-2014,立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范[S].北京：中国标准出版社，2014.[8]李宏斌.大型化是油罐发展的必然趋势[J].炼油设计,19