关键词石油，储罐，设计
石油库中常用的储罐是常压立式储罐，这种圆柱形储液罐根据罐顶类型可分为固定顶油罐和浮顶油罐。拱顶油罐是国内采用比较广泛的一种固定顶油罐，它具有结构简单，施工简单的特点，其罐顶是球面的一部分，由厚4．5m以上钢板和加强筋板组成，可承受一定的正负压。固定顶油罐还有锥顶油罐和无力矩油罐，由于各自的缺点已很少使用。拱顶油罐用以储存挥发性小的油品，如柴油，重油等。浮顶罐分为外浮顶和内浮顶两种，外浮顶油罐结构特点是敞口油罐的液面上放有随液面升降的浮动顶盖，在浮顶和罐壁间的 环行空间设有随浮顶升降的密封结构。外浮顶罐的油品挥发损失比固定顶罐减少80％以上，适用于原油、汽油、喷气燃料的储存，内浮顶油罐结构特点是在固定顶罐内设有漂浮于液面上的轻型内浮盘，内浮盘一般为铝制。和外浮顶油罐相比，内浮顶油罐配件简单，且可防雨雪和灰尘污染油品，和固定顶油罐相比可减少油品挥发损失90％以上。内浮顶油罐适于存放易挥发忌污染或有毒的化工产品。油罐的设计主要依据是“石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范”(以下称设计规范)(sH3046—92)和“立式圆筒钢制焊接油罐施工及验收规范”(GBl28，90)中对储罐的设计、施工及验收作出的普遍性的规定。
1石油储罐的焊接设计
我们先分析罐壁与罐底的受力情况。常压下操作的储罐装满储液后，罐壁所受内压力只有液 体静压力，该压力沿罐壁由上而下逐渐增大，该内压使罐壁产生环向应力与变形，在罐壁底部周向应力减少(由于罐底板对罐壁的约束)，但使罐壁产生弯蓝应力(边缘应力)。由于罐壁的径向刚度小，该边缘应力的作用范围小，其值亦远小于环向应力值。罐底板中间部分相当于一个铺在弹性基础上的薄板，承受上方液体的压力和基础支承力，一般基础均匀下沉时，底板中间的受力是很小的。但是边缘板外端翘起变形，罐壁的垂直刚度大，约束了边缘板的外翘，使边缘板受到约束弯矩。同时，罐壁周向变形受到罐底板约束而对罐底边缘板产生反作用，又使边缘板受到一个径向弯矩。由此可见，罐底边缘板受力复杂，且计算应力值较高。特别是在罐壁与罐底的角焊缝处，应力值最大，且该值不是定值，它随液位变化而变，虽然频率很底，但应力值高，如果这一区域存在裂纹，容易产生断裂事故。这就要求焊缝尽量避免产生各种缺陷，另一方面要具有较高的冲击韧性。在设计中，罐体如选用Q235一A钢板，焊缝结构按“设计规范”(SH3046—92)和“施工及验收 规范”(GBl28—90)设计。对于边缘板与边缘板之 问，边缘板与壁板之间，边缘板与中幅板之问的焊 缝选用E4316焊条，其他焊缝选用E4303焊条，E4316焊条熔敷金属其氢和氧的含量较低，减轻了产生裂纹的倾向，熔敷金属的冲击韧性大大提高。而且，罐壁板与边缘板间的角焊缝要求焊接3—4遍成型，其它焊缝要求2 —3遍成型。这样，整个焊缝熔敷金属均为晶状组织后一次焊接过程是前一次的退火，提高了焊缝的机械性能。而且焊接顺序要避免形成大的约束，以避免产生焊接应力和裂纹。
2石油储罐的抗震设计
由上所述，储液罐充液后，环向应力和变形由上而下逐渐加大，因此罐壁亦由上而下变厚。对于钢制储液罐，一般罐半径R与最厚底圈壁厚之比超过1000，所以罐壁只产生薄膜拉应力，但在罐底边缘板和罐壁连接部分由于结构不连续而产 生较大的边缘应力，在角焊缝附近应力一般超过屈服应力Js，由于这种应力为二次应力，可用2Js 控制，所以在设计中不进行验算。从结构上看，这种圆柱形储液罐承受静液压力是非常有效的，能发挥金属的抗拉性能，因而节省材料，应用广泛。虽然满罐时，底部环行板与罐底边缘板之连接处的名义弯曲应力已使材料进入局部屈服阶段，形成塑性铰。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这种结构显得柔而强度不足，但工程经验表明它的安全度在静液压力下是足够的。但是储液罐的抗震性能就不那么好了。在近年的国内外震害中，油罐的震害屡见不鲜，震害多在软土场地，且油罐均接近满罐。归纳起来，有以下几个方面：(1)罐壁的损坏。主要表现在罐壁底部的“象足式鼓曲”，罐壁的菱形失稳。(2)罐顶的损坏。固定顶的破坏有罐顶与罐壁连接处开裂；固定顶曲屈等。浮顶的破坏主要是上部物件损坏，浮舱和单盘的焊缝撕裂及浮顶卡住不能升降造成破坏。(3)罐底板，锚固件和罐底贴角焊缝的破坏，这些破坏往往造成储油大量外流，造成环境污染。 (4)管接头及附件的破坏。这种破坏是由于油罐的翘离移位和沉陷造成，可采取如管接头采用柔性连接等方法防止。目前我国正处于本世纪以来第5个地震活跃期的 高潮阶段，有可能发生数次7级左右的强震，并有可能发生7．5级以上的特大地震。面对这一形势，我们应切实做好防震减灾工作。防止油罐的地震破坏，对油罐的地震作用和地震内力分析尤为重要，以下简要说明：地震对储液罐的作用主要是储液的动液压力以及罐体自重的惯性力，后者的地震影响仅占1％一5％，而动液压力又分为液面晃动(由长周期位移型地震引起)产生的对流压力和罐液耦联振动(由短周期加速度型地震引起) 产生的脉冲压力。由于两种振动的周期相差甚大；如耦联振动周期一般为小于0．3s，储液晃动的周期为3—15s，而且液体的阻尼很小，二者几乎没有耦联影响，亦不可能在地震时同时出现最大值。我国储油罐及水池方面的抗震规范编制说明中，认为现有的地震记录看地面运动的卓越周期在 0．1—1s之间，在这种地震作用下由计算与试验结果都表明对流压力很小，液面几乎不晃动，其影响可以忽略，所以只验算脉冲压力就可以了。
3石油储罐的防腐设计
罐内储存的(成品油对内壁并不腐蚀，只是由于油品中常含有水份和氧等物质，会造成内壁腐蚀。我们用聚氨酯漆作为内壁防腐层，同时也亦注意保护油品不受污染。罐外壁主要是大气腐蚀，对罐外表防腐层不仅要求与罐壁结合牢固，而且要耐老化。涂层底漆用环氧富锌漆，中层为环氧云铁防锈漆，面漆用氯化橡胶面漆。罐底板放在基础上，底板下铺100nHn的沥青绝缘层，当基础严重凹陷时，很容易积水，特别是罐底周边，被渗入的雨水腐蚀。而底板的施工一般是先将底面涂防腐层再施焊。焊时常把附近的防腐层烧掉。为了弥补这一不足，用环氧富锌漆作为底板底面涂料，涂两层，厚约100脚。因为：环氧富锌的主要成分是50％一70％的锌粉和8％一22％的环氧树脂，再加些溶剂和固化剂。锌膜在周围电化学作用下，作为阳极被腐蚀掉，保护了钢板，腐蚀掉的锌生成盐，能牢固的覆盖在浮层表面，比锌更稳定地保护底板表面。如涂层被烧掉或破坏，亦会在电化学过程中形成一层锌盐保护膜。因此，该涂料兼有阳极保护和屏蔽作用，有很好的防腐效果。防腐工程不仅要选用适合的涂料，还要严把质量关，如果储罐表面金属处理达不到要求的质量等级，就会严重影响涂料的附着力，降低防腐效果。
4结语
石油储罐属于储存危险品的容器。其中许多油品不仅属于易燃易爆品，而且有毒，或者有较强的腐蚀性。因此在设计中，“安全第一”是最重要 的原则。除了依照规范的普遍规定，还要针对不同介质、不同情况进行设计。“实践是检验真理的唯一标准”，只有通过不断深入工地或现场进行调研，理论联系实际，才能使设计更加完善。
参考文献
【1】中国石油天然气集团公司．GB50341--2003立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2003．
【2】美国石油学会．APl650Welded steel tanks for oil storage[S]．美国华盛顿：API出版商．2007．
【3】全国压力容器标准化技术委员会．GBl50--1998钢制压力容器[S].北京：中国标准出版社，1998．
【4】中国石油化T集团公司．GB50393--2008钢质石油储罐防腐蚀丁程技术规范[S]．北京：中国计划出版社，2008．
论文作者:徐伟,
论文发表刊物:《城镇建设》2020年第3期
论文发表时间:2020/4/14
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