【正文】 的外徑， m； 2D ——浮船的內(nèi)徑， m。用下列公式表達(dá)： 1b ≧ 0T T g? ? ?Δ （ ） 式中 1b ——內(nèi)邊緣板的高度， m； 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 g ——浮船尺寸， m。 3b ≧ aTT??Δ （ ） 式中 3b ——外邊緣板的厚度， m； T——當(dāng) a=0 的下沉高度， m； aT ——當(dāng) a≠0時(shí)的下沉高度， m； Δ——安全裕量， m。 外浮頂?shù)挠?jì)算 第一準(zhǔn)則的計(jì)算和校核 （ 1） 第一準(zhǔn)則的要求 第一準(zhǔn)則是單盤(pán)板和任意兩個(gè)相鄰艙室同時(shí)破裂時(shí)浮頂不沉沒(méi)。浮頂上設(shè) 中央排水管，轉(zhuǎn)動(dòng)扶梯， 1 套重錘式刮蠟機(jī)構(gòu)、 8 套 DN200 浮子式緊急排水裝置、 12 個(gè)自動(dòng)通氣閥、 20 個(gè) DN600 浮艙人孔、 4 個(gè) DN600 浮頂人孔、 7 個(gè)全天候防火呼吸閥、以及量油管和導(dǎo)向管等附件。 浮頂直徑為 79500mm，外邊緣高度為 790mm，浮頂沿徑向用環(huán)向隔板分割成 6 部分，最外圈用徑向隔板分割成 14 個(gè)艙，第二圈用徑向隔板分割成 9 個(gè)艙，第三圈用徑向隔板分割成 5 個(gè)艙，第四圈用徑向隔板分割成 4 個(gè)艙，第五圈用徑向隔板分割成 2 個(gè)艙，總計(jì)是 34 個(gè)船艙。如不這樣就會(huì)造成竄艙，即一旦有了一個(gè)艙室泄露，液體就會(huì)竄到其他艙室，最后造成整個(gè)浮頂?shù)某翛](méi)。艙室分的多比較安全，但增加了造價(jià)。內(nèi)外邊緣板的厚度根據(jù)強(qiáng)度需要設(shè)定，外邊緣板一般不小于 6mm，內(nèi)邊緣板一般不小于 8mm。內(nèi)外兩側(cè)由鋼板圍成的面板稱(chēng)為內(nèi)邊渭南罐區(qū) 100000m3原油儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 14 緣板和外邊緣板，上面稱(chēng)為船艙頂板，下面稱(chēng)為船艙底板。在搭建縫與環(huán)形板相交處，應(yīng)將搭接改成加墊板的對(duì)接。我國(guó)規(guī)定頂板厚度不得小于 。環(huán)形浮船的中間為單盤(pán)，單盤(pán)由鋼板搭接而成，與浮船之間由角鋼連接。 單 盤(pán)式浮頂?shù)脑O(shè)計(jì) 單 盤(pán)式浮頂 的周邊為環(huán)形浮船。 （ 3）在正常操作條件下，單盤(pán)與儲(chǔ)液之間不存在油氣空間。 單盤(pán)式 浮頂設(shè)計(jì)滿(mǎn)足以下四個(gè)條件： （ 1）設(shè)計(jì)時(shí)做到單盤(pán)板和任意兩個(gè)相鄰艙室同時(shí)破裂時(shí)浮頂不沉沒(méi)。常見(jiàn)的浮頂結(jié)構(gòu)形式有雙盤(pán)式浮頂和單盤(pán)式浮頂 兩種。結(jié)合以往 10 萬(wàn)立方米油罐的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本油罐設(shè)計(jì)時(shí)，在油罐外側(cè)采用 等邊角焊，內(nèi)側(cè)采用下凹形圓滑過(guò)渡的不等邊角焊，詳見(jiàn)罐壁與罐底邊緣板連接詳圖 。隨著罐內(nèi)液位的升降，該焊縫周?chē)装瀹a(chǎn)生一定的彈性變形，并有可能引起高應(yīng)力循環(huán)疲勞破壞，因此該焊縫不能是全焊透結(jié)構(gòu)。 罐底邊緣板 與罐壁連接的罐底邊緣板采用與底圈罐壁相同材質(zhì)的高強(qiáng)度鋼板 12MnNiVR，規(guī)格為 20 x 2021 x 6300mm，罐底中幅板采用國(guó)產(chǎn) 碳鋼板 Q235B，中幅板規(guī)格為 11 x 3000 x 14800mm。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面： （ 1） 焊縫與母材的強(qiáng)度相同，可以有效的避免由于油罐基礎(chǔ)不均勻沉降造成的焊縫拉開(kāi)現(xiàn)象，若采用搭接結(jié)構(gòu)，當(dāng)油罐發(fā)生不均勻沉降時(shí)搭接角焊縫受剪，容易發(fā)生焊縫拉開(kāi)、油品泄漏等事故。在邊緣板與中幅板之間的對(duì)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。 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(duì)接兩種形式。這種罐底周邊部位較低，可以基本滿(mǎn)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。 罐底結(jié)構(gòu)形式 儲(chǔ)罐罐底的結(jié)構(gòu)形式 儲(chǔ)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。一般的鋼制儲(chǔ)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。 按第二圈以上方法計(jì)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(jì) 11 tx? = ( / 1000)[]D H x?? =(mm) 用得到的壁厚 ，依照上面的方法進(jìn)行第二次試算， 第三次試算，將最終結(jié)果代入（ ） 中，最后得 ： 2? =。 本設(shè)計(jì) 10 萬(wàn)方儲(chǔ)罐的直徑為 80m，罐高為 ，壁板寬度是 ，儲(chǔ)液密度是。 對(duì)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(jì)算得到的最小 x值，在用下式計(jì)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(jì)算得到的 dx? 和 tx? ，分別重新計(jì)算 x，并進(jìn)行迭代，直至相繼算出的 dx? 之間的差別較小，得到滿(mǎn)意的精確度，從而計(jì)算本層的罐壁厚度 [13]。首先按定點(diǎn)設(shè)計(jì)法計(jì)算一個(gè)初步厚度，然后計(jì)算可變?cè)O(shè)計(jì)點(diǎn)距該層罐壁底部的距離 x， x 取以下三式中的最小值 。因事先并不知道該層壁板的厚度與比值，因此必須進(jìn)行試算才能確定該層的較準(zhǔn)確壁厚。 當(dāng) ﹤ ? ﹤ 時(shí)，??； 122( ) ( 2 .1 )1 .2 5aa h?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? （ ） 式中 ?? ——第二層壁板的最小設(shè)計(jì)厚度； 2a? ——按第二層以上的罐壁計(jì)算方法求得的第二層罐壁板厚度。 如果 ? ≦ ，取 ?? = ?? ；底層圈板寬度相對(duì)較窄，儲(chǔ)罐容量較大，最大應(yīng)力點(diǎn)落在第二層壁板上，因此，第二層壁板與底層壁板等厚。 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(jì)算公式 就操作和試水兩種情況，分別計(jì)算出第二層的壁厚 2d? 和 2t? ，它們的數(shù)值與儲(chǔ)罐半徑，第一層的壁厚及寬度有關(guān)。 St——充水試驗(yàn)條件下罐壁鋼板的許用應(yīng)力， MPa； C1——腐蝕余量， mm。渭南罐區(qū) 100000m3原油儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 8 3 罐壁厚度的計(jì)算 簡(jiǎn)述 對(duì)于大型原油儲(chǔ)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(huì)有太大的變化，但是罐壁板的名義厚度是按照實(shí)際承受的應(yīng)力計(jì)算得出的，因此，如何進(jìn)行罐壁強(qiáng)度計(jì)算，減小罐壁的質(zhì)量，從而降低整個(gè)儲(chǔ)罐的鋼材消耗量，起著至關(guān)重要的作用。在設(shè)計(jì)和建造方面，對(duì)使用日本的高強(qiáng)度鋼板， 已積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)。這類(lèi)材料強(qiáng)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(lèi)材料的發(fā)展和推廣大大促進(jìn)了油罐的大型化。為了避免底層罐壁過(guò)厚帶來(lái)的整體熱處理問(wèn)題和焊接問(wèn)題，對(duì)大型油罐的設(shè)計(jì)均采用高強(qiáng)度鋼鋼板。 影響鋼板的沖擊韌性的因素有很多，主要因素有儲(chǔ)罐的最低設(shè)計(jì)溫度、鋼板的強(qiáng)度、鋼板的厚度，以及鋼板的時(shí)效性、晶粒度和使用狀態(tài)等。 鋼板的韌性 防止儲(chǔ)罐脆性破壞的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，就是對(duì)罐壁用材提出恰當(dāng)?shù)臎_擊韌性指標(biāo)。 可焊性 罐壁是許多塊鋼板通過(guò)焊接方法拼接而成的。儲(chǔ)罐特別是大型儲(chǔ)罐是消耗鋼材較多的設(shè)備，而壁厚的重量在儲(chǔ)罐總重量中占的比重較大（約 50﹪～ 60﹪），采用高強(qiáng)度鋼在適當(dāng)高徑比要求下能節(jié)約投資。由于儲(chǔ)罐的操作溫度是在 25℃ 以下，且大部分儲(chǔ)罐處在 90℃ 以下，因此其強(qiáng)度大多是常溫下的強(qiáng)度。 參照國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，完成 10 萬(wàn)立方米 原油儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) ，可以使渭南地區(qū)在儲(chǔ)油方面達(dá)到一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也為渭南地區(qū)節(jié)省了土地面積，更方便了工作人員的管理工作。 10 萬(wàn)立方米原油儲(chǔ)罐的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 本設(shè)計(jì)主要是為渭南地區(qū)設(shè)計(jì)一個(gè) 10 萬(wàn)立方米的原油儲(chǔ)罐，根據(jù)查閱資料，得到設(shè)計(jì)所用的渭南地區(qū)的一些基本數(shù)值，并查到本次設(shè)計(jì)計(jì)的基本參數(shù)，如 下表 和表： 表 基本參數(shù) 工程容積（ m3） 罐壁高度（ mm） 設(shè)計(jì)最高液位（ mm） 24 小時(shí)最大降雨量（ mm） 基本風(fēng)壓（ MPa） 工作壓力 工作溫度（ ℃ ） 地震防裂度 罐壁腐蝕余量（ mm） 100000 21800 19500 350 常壓 35 7 度 1 渭南罐區(qū) 100000m3原油儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 4 表 基本參數(shù) 儲(chǔ)罐內(nèi)直徑（ mm） 儲(chǔ)存介質(zhì) 儲(chǔ)液密度（ kg/m3） 1 小時(shí)最大降雨量（ mm） 基本雪壓（ MPa） 設(shè)計(jì)壓力 設(shè)計(jì)溫度 （ ℃ ） 設(shè)計(jì)地震分組 罐底腐蝕余量（ mm） 80000 原 油 890 32 350 常壓 60 第一組 2 10 萬(wàn)立方米原油儲(chǔ)罐所執(zhí)行的主要設(shè)計(jì)規(guī)范如下： API650《鋼制焊接油罐》（第十版） [5] GB503412021《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》 [6] GBJ1281990《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》 [7] JB/T47092021《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》 [8] SH30481999《石油化工鋼制設(shè)備抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 [9] SH30221999《石油化工設(shè)備和管道涂料防腐蝕技術(shù)規(guī)范》 [10] JB/T47302021《承壓設(shè)備 無(wú)損檢驗(yàn)》 [11] 本文研究的內(nèi)容和目的 本文的工作內(nèi)容是為渭南地區(qū)設(shè)計(jì)一個(gè) 10 萬(wàn)方立方米的原油儲(chǔ)罐， 針對(duì)渭南地區(qū)的 環(huán)境，選擇出適合本設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐要求的材料，并對(duì)罐壁進(jìn)行計(jì)算，逐層次的算出每一層罐壁的厚度。由于在室外低溫條件下焊接時(shí)，最顯著的特點(diǎn)是接頭具有很大的冷卻速度，因而提高了焊縫結(jié)晶速度，同時(shí)也提高了彈塑性變形速度，即提高了焊縫結(jié)晶期間的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率，這必然增大熱裂傾向，從而為工程埋下了隱患。目前國(guó)內(nèi)建造大型油罐施工技術(shù)中，主要難點(diǎn)是控制油罐整體形狀，控制大角焊縫的焊接收縮變形問(wèn)題和保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定。罐底、浮頂及罐壁環(huán)向焊縫、大角焊縫一般采用埋弧自動(dòng)焊，而罐壁縱焊縫一般采用氣電立焊。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 施工難點(diǎn) 施工難點(diǎn)主要包括以下兩個(gè)方面： （ 1）油罐主體用高強(qiáng)鋼板大焊接線能量下如何保證焊接接頭的質(zhì)量，避免產(chǎn)生超標(biāo)的缺陷，如裂 紋、夾渣等： 大型油罐的施工技術(shù)發(fā)展就是大規(guī)模采用高效自動(dòng)焊。例如，如果采用單盤(pán)式浮頂就容易形成浮頂排水不暢，造成浮頂偏沉、卡盤(pán)或沉頂事故，安全性較差。國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范提供的罐壁強(qiáng)度計(jì)算方法不盡相同，計(jì)算所得的罐壁板的厚度也有差別，因此如何運(yùn)用可靠的計(jì)算方法確定壁厚成為設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)，關(guān)于這一點(diǎn)的討論我們將 在第三章進(jìn)行詳細(xì)的闡述 [4]。因此，如何在保證有關(guān)安全的前提下，盡 量減小壁厚，節(jié)約投資，成為設(shè)計(jì)中的一個(gè)重點(diǎn)，同時(shí)壁厚適當(dāng)減薄也有利于施工焊接。 大型儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)面臨的主要問(wèn)題 設(shè)計(jì)難點(diǎn) 儲(chǔ)罐的大型化，引發(fā)帶來(lái)了許多設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，這主要包括以下幾個(gè)方面： （ 1）如何運(yùn)用可靠的計(jì)算方法確定罐壁厚度： 儲(chǔ)罐的大型化伴隨著耗材的增加，而罐壁鋼材的重量在大型儲(chǔ)罐罐體的總重量中約占 35%到 50%。 渭南罐區(qū) 100000m3原油儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 2 大型化便于操作維護(hù)管理 少 量的大罐比多臺(tái)小罐在操作檢尺維護(hù)和消防等方面都比較方便 大型化有利于節(jié)約油罐附件 在總罐容不變的情況下，增大單臺(tái)罐容可減少油罐臺(tái)數(shù)，并相應(yīng)減少管道配件儀表和閥門(mén)的用量，同時(shí)也減少了泄漏點(diǎn)。我國(guó)的土地資源十分緊張建設(shè)用地價(jià)格連年攀升，以小規(guī)格儲(chǔ)罐來(lái)滿(mǎn)足大庫(kù)容是不可想象的。罐區(qū)占地面積不僅要滿(mǎn)足防火堤有效容積的要求，而且罐與罐之間還必須滿(mǎn)足防火間距的要求。為此，勝利油田設(shè)計(jì)院所 還專(zhuān)門(mén)針對(duì)設(shè)計(jì)的油罐系列進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明儲(chǔ)罐容積與耗材量成反比。 采用大型外浮頂油罐，具有節(jié)約鋼材、減少占地面積、減少油罐附件、方便操作管理和節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)。后三種形式的大型油罐在國(guó)內(nèi)很少使用。目前正準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì) 10 萬(wàn)方 單盤(pán)式浮頂罐， 15 萬(wàn)方單盤(pán)和雙盤(pán)式浮頂罐，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的實(shí)際需求，增強(qiáng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力 [1]。 國(guó)內(nèi)大型儲(chǔ)罐的現(xiàn)狀 目前我國(guó)最大的拱頂罐，內(nèi)浮頂罐是 5 萬(wàn)方，最大的單盤(pán)式外浮頂罐是