大型外浮顶原油罐设计的改进

大型外浮顶原油罐设计的改进

外浮油罐是在公司中广泛使用的一种重要的油储存容器。我们公司有20多台离心式油罐，只有50.03万吨。这些油罐大部分为我厂自行设计并制造,通过多年的使用,油罐设计中的结构问题逐渐暴露了出来。为此笔者采取了一系列的改进措施,从而使外浮顶油罐的设计得到了优化。1优化设计1.1罐壁环向应力大角焊缝即罐底圈壁板与底边缘板的T型内角焊缝,此部位为油罐罐体的高应力集中区,也是事故多发区。油罐进油后,罐壁在静液柱压力的作用下,产生很大的环向应力,使罐壁周向伸长沿半径方向向外扩张,而罐壁下端受到罐底的牵制或约束,无法沿半径方向胀出,产生高应力。此外,随着罐内液位的升降,该焊缝周围底板产生一定的弹性变形,有可能产生高应力低周循环疲劳破坏,因此该焊缝不能是全焊透结构,而且节点刚性不能太大。通过对焊缝结构、焊接工艺和无损检测等方面的综合考虑,采取了如图1所示的圆滑不等边角焊缝结构,从而降低了峰值应力,具有一定的柔韧性。1.2采用柔性接头串联的排水系统浮顶中央排水管应具备升降自由、强度高、不破损及密封性好等特点。但老式中央排水管靠直角旋头连接处的密封点会因浮盘升降受到不同的外力及磨损作用,加上密封垫老化等因素,发生泄漏的几率非常高。一旦发生泄漏,就会产生排水管流油,导致雨天大量含油污水流入污水处理厂,进行清罐处理既浪费原油,又影响油罐的正常使用。为彻底解决中央排水管漏油问题,在设计中采用了1种由柔性接头联结的排水系统,见图2。这种柔性接头主要由中间的软管以及两侧的不锈钢侧板组成。接头采用不锈钢轴套和垫圈,可确保其灵活性。中间的软管由多层极性与非极性的弹性材料制成,外层织状纤维能保护内层软管材料,有效避免泄漏。软管内部有不锈钢钢丝缠绕,这样在内外施加压力时能保持软管的强度。软管两侧是起加固作用的不锈钢侧板,能将负荷转移到软管周围,消除对管子终端连接处的压力,从而减少管子端部损坏的可能性。这种排水系统密封点大为减少,有效避免了密封泄漏。用直线性连接取代旋转连接不会引起偏置,避免了不平衡注入。各组成部件均耐芳烃腐蚀,并能承受高强度的压力,灵活的连接装置及连续坡性设计可使液体保持顺畅流动而无沉积物滞留。柔性排水系统安装方便、迅速,焊接量极少。1.3次密封结构传统的一次密封结构形式主要有机械式密封、弹性材料密封和管式充液密封,这些密封结构的密封性能存在不同的缺点。为降低油品的蒸发损耗,逐步将一次密封改为二次密封,即将原挡雨板结构改为密封结构,与外浮顶油罐原有的密封一起构成双重密封,从而封住从一次密封与罐壁之间溢出的油气。二次密封主要由承压板、合成橡胶密封刮板和防蒸发隔膜组成,见图3。承压板沿圆周搭接,既保护了防蒸发隔膜,又可将合成橡胶密封刮板压向罐壁,使其与罐壁紧密贴合。防蒸发隔膜整条环绕在浮盘与罐壁的环形空间上,与合成橡胶密封板一起阻隔从一次密封处泄漏的油气。合成橡胶密封刮板与罐壁的接触宽度为60～70mm,可防止油气泄漏,与挡雨板相比,能更有效地阻挡雨水向罐内渗入。密封刮板采用优质合成橡胶制成,具有良好的耐油、耐磨、耐老化、耐挠曲、防晒及不透水等性能。1.4通气阀的调节自动通气阀的作用是当浮顶支柱降落到罐底时自动打开,使进、出油品时浮顶下面的气体得以排出或补充。当浮顶处于漂浮状态时,其自动关闭,防止蒸汽逸出。由于通气阀是依靠套管在阀杆上下滑动形成的自动调节装置,而套管与阀杆之间的间隙小,故套管与阀杆之间不可避免地产生了相互摩擦,从而使强度降低,影响使用寿命。同时,两者摩擦时还有可能产生静电火花,形成不安全因素。为此,采用塞焊方法在套管内侧衬了1层1.5mm的铜带。由于铜的耐磨性优于普通10钢,因此,通气阀的使用寿命得到了提高,同时避免了电火花的产生。1.5油罐溢出火灾在正常操作情况下,外浮顶油罐上并不需要设溢流口。但在特殊情况下,即当高液位报警器失灵或操作人员失误时,油品会通过管道不断输入油罐,最终液位超过罐壁,使油品从油罐的四周向下溢出而发生火灾。为此在设计中增加了溢流口,其高度在包边角钢下1100mm处,下部与污水处理装置相连。一旦事故发生,油品可经溢流口排入污水沟,减小事故发生的可能性。1.6扩张液位和容量采用雷达液位计与计算机相连自动检测、记录并且统计液位高度和容量,所测量的液面高度误差仅为±1mm。这对于大型油罐的计量尤为重要,也是对高低液位报警器的有效补充,同时也提高了油罐的安全性。1.7装置平稳操作为了使储液保持最佳的储存或使用温度,油罐内需要设置加热器。但加热器焊接接头处焊缝泄漏是加热器运行中存在的主要问题。加热器泄漏不仅影响油品质量,而且因油品含水而影响装置平稳操作。原加热器结构见图4a,其加热管与集合管的焊接接头及管端盲板处焊接接头均为角焊缝,前者还处于应力集中部位,这些焊缝焊后无法进行射线探伤检查。运行时加热器受到热胀、水击及振动作用,使焊缝处易产生泄漏。为此,采用拔制集合管和管封头取代原有结构,见图4b。用对接接头取代角焊缝,同时采用氩弧焊打底,焊后进行射线探伤,较好地解决了加热器的泄漏问题。1.8圈板及底板罐壁防污油罐内壁应涂刷导静电防腐涂料,以防止油品对罐体的腐蚀。原油储罐底部总沉积着一定厚度的含盐水,当储存重质或含硫量、含酸值较高的油品时,对防腐的要求更高。因腐蚀主要发生在底板及下层圈板,所以需对底板和自下而上1.6m内的圈板实行加强级防腐,上层罐壁(自下而上1.6m)暴露于大气中,也是重点防腐部位。防腐涂料型号需慎重选择,目前常用的油罐导静电防腐涂料存在诸多不足,经过考察比较,选择了武汉材料保护研究所的WA929系列导静电防腐涂料,其导静电性能优良,涂料电阻率小于108?Ω·m,无毒,防腐性能以及柔韧性好。该涂料中树脂部分约占成膜物质总量的70%左右,导电剂仅占5%,既达到了导静电要求,又有较优的涂层性能,且耐候性