【文章內(nèi)容簡介】 來的整體熱處理問題和焊接問題，對大型油罐的設(shè)計均采用高強度鋼鋼板。在日本， 10 萬立方米、 萬立方米、 16 萬立方米原油儲罐均普遍使用屈服強度490MPa 級的調(diào)質(zhì)鋼，例如 SPV490Q、 WELTEN62 等。這類材料強度高、韌性好、碳當(dāng)量和裂紋敏感性系數(shù)較低、焊接性能較好，隨著這類材料的發(fā)展和推廣大大促進了油罐的大型化。迄今為止，國內(nèi)建造的 10 萬立方米以上的浮頂油罐大都采用日本生產(chǎn)的490MPa 級的高強度鋼板。在設(shè)計和建造方面，對使用日本的高強度鋼板， 已積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗。 國產(chǎn)高強度鋼板力學(xué)性能以及與日本高強度鋼板的比較 表 SPV490Q鋼板和舞陽鋼鐵公司的 12MnNiVR高強度鋼板的化學(xué)成分、機械性能和夏比沖擊功： 渭南罐區(qū) 100000m3原油儲罐設(shè)計 6 表 SPV490Q 的化學(xué)成分分析表（﹪） 鋼號 化學(xué)成分 Ccq Pcm C Si Mn P S 厚度 ≦ 50mm 厚度﹥50 ～75mm 厚度≦ 50mm 厚度﹥50 ～70mm SPV490Q ≦ ～ ≦ ≦ 0 ≦ ≦ ≦ ≦ ≦ 0 注： 6 2 4 4 0 5 4 1 4cq M n S i N i C r M o VCC? ? ? ? ? ? ? （﹪） 52 0 3 0 6 0 2 0 1 5 1 0 2 0cm M n S i N i C r M o V C uP C B? ? ? ? ? ? ? ? ?（﹪） 表 SPV490Q 的力學(xué)性能 鋼號 屈服強度（ MPa）板厚 6～ 50（ mm） 抗拉強度（ MPa） 伸長率 彎曲試驗 鋼板 厚度（ mm） 試樣 數(shù)值 彎曲角度 內(nèi)測半徑 試樣 SPV 490Q ≧ 500 620～ 750 ≦ 16 ﹥ 16 ﹥ 20 5 號 5 號 4 號 ≧ 18 ≧ 25 ≧ 19 180o 厚 度 的 倍 1 號與軋制 方向成直角 表 SPV490Q 的夏比沖擊功 鋼號 試驗溫度（ ℃ ） 夏比沖擊功（ J） 試樣 三個試樣平均值 單個試樣值 SPV490Q 10 ≧ 47 ≧ 27 4 號軋制方向 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 7 表 12MnNiVR 的化學(xué)成分（﹪） 鋼號 化學(xué)成分 C Si Mn P S Ni Cr Mo V Pcm 12MnNiVR ≦ ～ ～ ≦ 25 ≦ 10 ～ ≦ 0.30 ≦ 0.30 ～ ≦ 0.28 注： Pcm為焊接裂紋敏感性組織，按如下公式計算 52 0 3 0 6 0 2 0 1 5 1 0 2 0cm M n S i N i C r M o V C uP C B? ? ? ? ? ? ? ? ?（﹪） 表 12MnNiVR 的力學(xué)性能 鋼號 屈服強度（ MPa） 抗拉強度（ MPa） 伸長率（﹪） 彎曲試驗 試件寬度 彎曲角度 內(nèi)側(cè)半徑 12MnNiVR ≧ 490 610～ 750 ≧ 17 b=2a 180o 厚度的 倍 表 12MnNiVR 的夏比沖擊功 鋼號 試驗溫度（ ℃ ） 夏比沖擊功（ J） 試樣 三個試樣平均值 單個試樣值 12MnNiVR 10 ≧ 54 ≧ 橫向 經(jīng)各個性能的比較，本設(shè)計認(rèn)為舞陽鋼鐵公司的 12MnNiVR 高強度鋼板適合本設(shè)計的要求。渭南罐區(qū) 100000m3原油儲罐設(shè)計 8 3 罐壁厚度的計算 簡述 對于大型原油儲罐，罐壁鋼材的質(zhì)量大約占到罐體總質(zhì)量的 35%到 50%，罐底板等其它構(gòu)件的名義厚度一般都是根據(jù)剛性的要求確定，其厚度一般不會有太大的變化，但是罐壁板的名義厚度是按照實際承受的應(yīng)力計算得出的，因此，如何進行罐壁強度計算，減小罐壁的質(zhì)量，從而降低整個儲罐的鋼材消耗量，起著至關(guān)重要的作用。 罐壁厚度的計算 底層罐壁板的計算公式 分操作和試水 工況兩種： 操作工況： 14 .9 ( 0 .3 )pd dDH CS ??? ? ? （ ） 試水工況： 4 .9 ( 0 .3 )pt tDHS ???? （ ） 式中 ?——儲液密度，由買方確定； H——計算液面高度， m； D——儲罐內(nèi)直徑， m； Sd——設(shè)計條件下罐壁鋼板的許用應(yīng)力， MPa。 St——充水試驗條件下罐壁鋼板的許用應(yīng)力， MPa； C1——腐蝕余量， mm。 然后用下面公式分別計算設(shè)計條件和充水試驗條件下的底層罐壁所需厚度 1d? 和1t? ，并與上面的結(jié)果進行比較。 110 .0 6 9 6 4 .9( 1 .0 6 )d ddD H D H CH S S??? ? ? ? （ ） 0 . 0 6 9 6(1 . 0 6 )tttD H D HH S S?? ? ? （ ） 第二層罐壁板的厚度計算公式 就操作和試水兩種情況，分別計算出第二層的壁厚 2d? 和 2t? ，它們的數(shù)值與儲罐半徑，第一層的壁厚及寬度有關(guān)。 先按操作工況和試水工況兩種情況分別計算出底層的比值 ? ： ? 1h???? （ ） 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 9 式中 h1——底層壁板厚度； r ——儲罐半徑； ?? ——底層壁板的實際厚度，減去附加的腐蝕裕量，用以計算設(shè)計條件的 ?? 。 如果 ? ≦ ，取 ?? = ?? ；底層圈板寬度相對較窄，儲罐容量較大，最大應(yīng)力點落在第二層壁板上，因此，第二層壁板與底層壁板等厚。 如果 ? ≧ ，取 ?? = 2a? ；底層壁板寬度相對較寬，儲罐容量較小，底板的約束對第二層圈板影響較小，底層壁板的最大應(yīng)力靠下，因此，第二層壁板可與第三層，第四層等壁板同等對待。 當(dāng) ﹤ ? ﹤ 時，取； 122( ) ( 2 .1 )1 .2 5aa h?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? （ ） 式中 ?? ——第二層壁板的最小設(shè)計厚度； 2a? ——按第二層以上的罐壁計算方法求得的第二層罐壁板厚度。 第三層以上各層壁板厚度計算公式 由于液壓高度不是一個固定值，而是（ Hx）， x 是可變設(shè)計點離該層壁 板底端的距離，它與儲罐半徑，離液面的距離及該層與相鄰壁板的厚度比值等因素有關(guān)。因事先并不知道該層壁板的厚度與比值，因此必須進行試算才能確定該層的較準(zhǔn)確壁厚。計算步驟如下： 分操作與試水兩種情況。首先按定點設(shè)計法計算一個初步厚度，然后計算可變設(shè)計點距該層罐壁底部的距離 x， x 取以下三式中的最小值 。 1 0 .6 1 3 2 0ux CH? ?? ?； 2 1000x CH? ； 3 ux ? ?? （ ） 式中 u? ——環(huán)焊縫上側(cè)的罐壁厚度； C——系數(shù)， ( 1)1KKC KK?? ?， luK??? ； l? ——環(huán)焊縫下側(cè)的罐壁厚度； H——設(shè)計液面高度。 對于操作條件和試水條件下所需的罐壁最小厚度，分別應(yīng)用以上計算得到的最小 x值，在用下式計算罐壁厚度： 操作條件： 14 . 9 ( 0 . 0 0 1 )dx dD H x CS??? ? ? （ ） 試水條件： 4 . 9 ( 0 . 0 0 1 )tx tD H xS??? （ ） 根據(jù)計算得到的 dx? 和 tx? ，分別重新計算 x，并進行迭代，直至相繼算出的 dx? 之間的差別較小，得到滿意的精確度，從而計算本層的罐壁厚度 [13]。 渭南罐區(qū) 100000m3原油儲罐設(shè)計 10 各層所選取的計算壁厚應(yīng)為操作情況和試水情況兩者的較大值。 本設(shè)計 10 萬方儲罐的直徑為 80m，罐高為 ，壁板寬度是 ，儲液密度是。根據(jù)上面的公式和數(shù)據(jù)進行罐壁的厚度計算： 第一圈板壁厚度計算： ? pt 4 .9 ( 0 .3 ) 4 .9 8 0 ( 2 1 .8 0 .3 ) 0 .9261tDH S ? ? ? ? ? ?? ? ?（ mm） ? 1t 0 .0 6 9 6 [ ](1 .0 6 )[ ] [ ]D H H DH?? ?? 0 . 0 6 9 6 2 1 . 8 2 1 . 8( 1 . 0 6 )2 1 . 8 2 6 1 2 6 1? ? ? ? ? ???=（ mm） = ?? 第二圈板壁厚度計算： 1124004 0 0 0 0 2 9 .7 9 4h ??? ?= 此值在 與 之間，因此按下式計算： 1221( ) [ 2 .1 ]1 .2 5aa h t??? ? ? ? ? ? ? ? ?? （ ） ?? ——第二層罐壁的最小設(shè)計厚度； 2a? ——第二層以上的罐壁計算方法求得的第二層壁板的厚度。 按第二圈以上方法計算厚度，第一次試算； 4 .9 ( 0 .3 ) 4 .9 8 0 ( 1 9 .4 0 .3 )261txtDH S ? ? ? ?? ? ?=（ mm） = u? l??（ mm） K= lu?? = K = C=( 1)1KKK??= u?? = 40000 ? =1071 1x = u?? +320CH=1071+320=734 2x =1000CH=1000=349 3x = u?? =1071= x=min（ 1x ， 2x ， 3x ） x/1000= 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 11 tx? = ( / 1000)[]D H x?? =(mm) 用得到的壁厚 ，依照上面的方法進行第二次試算， 第三次試算，將最終結(jié)果代入（ ） 中，最后得 ： 2? =。 依照上面的方法可以算出后面幾層的板壁厚度，經(jīng)計算，得到各個壁板的厚度，如下表 ： 表 壁板的最終計算厚度 層數(shù) 材質(zhì) 設(shè)計許用應(yīng)力（ MPa） 試驗許用應(yīng)力（ MPa） 操作工況厚度 （ mm） 充水工況厚度（ mm） 名義厚度（ mm） 壁板寬度（ mm） 一 12MnNiVR 244 261 32 2400 二 12MnNiVR 244 261 27 2400 三 12MnNiVR 244 261 2400 四 12MnNiVR 244 261 2400 五 12MnNiVR 244 261 15 2400 六 12MnNiVR 244 261 12 2400 七 12MnNiVR 244 261 12 2400 八 12MnNiVR 244 261 12 2400 九 12MnNiVR 244 261 12 2400 渭南罐區(qū) 100000m3原油儲罐設(shè)計 12 4 結(jié)構(gòu)形式 儲罐結(jié)構(gòu)是一類典型的薄殼結(jié)構(gòu)，被廣泛地應(yīng)用于石油、糧食等液體或固體的儲藏。一般的鋼制儲罐主要由罐底板、灌頂蓋（浮頂或者固定頂）、罐壁構(gòu)成，此外，還包括一些附屬構(gòu)件，如：排水、扶梯、人孔等。本章注重于對這些結(jié)構(gòu)在施工及設(shè)計中主要的考察點進行討論。 罐底結(jié)構(gòu)形式 儲罐罐底的結(jié)構(gòu)形式 儲罐罐底主要有正圓錐形罐底、倒圓錐形罐底、倒偏錐形罐底、單面傾斜形罐底以及階梯式漏斗形罐底等五種結(jié)構(gòu)形式。其中正圓錐形罐底及其基礎(chǔ)均成正圓錐形，中間高，四周低 ，施工時基礎(chǔ)坡度一般為 15‰ ，基礎(chǔ)沉降基本穩(wěn)定后錐面坡度不得小于 8‰ 。這種罐底周邊部位較低，可以基本滿足污泥雜質(zhì)、存液的排凈要求，是一種傳統(tǒng)的罐底結(jié)構(gòu)形式，目前仍在廣泛應(yīng)用。本設(shè)計也采用了此種罐底的結(jié)構(gòu)形式。 罐底板間的連接形式 大型油罐罐底板之間的連接形式，主要有搭接和帶墊板的對接兩種形式。本油罐中幅板、邊緣板以及中幅板與邊緣板之間均采用帶墊板的對接焊接結(jié)構(gòu)。在邊緣板與中幅板之間的對接接頭處，將邊緣板按照 1： 3 的斜率削邊，使兩相焊件在焊接處等厚。為了易于控制中幅板的焊接變形，在中幅板對接焊縫的 墊板適當(dāng)位置處預(yù)留活口，以降低墊板對中幅板產(chǎn)生變形的不利影響。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點主