CN102229377B

CN102229377B - 固定式液压平衡超大型储罐壁板结构

Info

Publication number: CN102229377B
Application number: CN 201110094079
Authority: CN
Inventors: 郑文仁; 贺贵仁
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Ningbo Engineering Co Ltd; Sinopec Ningbo Technology Research Institute
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Ningbo Engineering Co Ltd; Sinopec Ningbo Technology Research Institute
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: CN102229377A

Abstract

本发明涉及一种固定式液压平衡超大型储罐壁板结构，包括用于储存物料的内罐和包裹在内罐外的外罐，所述内罐的侧壁外表面和所述外罐的侧壁内表面之间间隔一定的距离以构成盛装平衡压力的液体的环形空间；其特征在于所述外罐的侧壁内表面和所述内罐的侧壁外表面之间设置有多块用于提高内罐侧壁承压能力的型钢连接件。与现有技术相比较，本发明真正实现了超大型储罐的制造，并且制造成本低，焊接质量有保证。

Description

固定式液压平衡超大型储罐壁板结构

技术领域

本发明涉及大型储罐，具体指一种固定式液压平衡超大型储罐壁板结构。

背景技术

随着石油化工企业生产规模的不断扩大和石油战略储备的增加，石油储备规模迅速发展。长期以来，各个国家都在大量建设大型的储备油库，把增加石油库存作为稳定生产和保证国家安全的重要措施。为了适应大量储存的需要，采用大型储罐已成为必然的趋势。因为大容量储罐可以节省钢材、减少占地面积、方便操作管理、减少储罐附件及管线长度，从而节省投资和操作费用。早在20世纪60年代，在西欧、中东、日本等地普遍采用10×10⁴m³的大型浮顶储罐。到目前，国内单罐容量已经发展到15×10⁴m³以上。罐壁钢板采用抗拉强度大于610MPa、屈服强度大于490MPa的高强度材料。随着储罐的大型化，罐壁所用钢板的厚度越来越大，而储罐罐壁钢板厚度的增加受到各方面的限制，储罐的壁厚成了储罐大型化发展的主要制约因素。这是因为，储罐在露天条件下施工，罐体结构庞大，焊后无法进行消除应力的热处理。所以允许的钢板厚度有一定的限制。美国石油学会储罐规范API650中规定储罐壁板的最大厚度为45mm，并同时规定，超过40mm的钢板必须采用正火钢板。我国GB3041-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》中规定16MnR的最大允许厚度为34mm。储罐罐壁的厚度与罐壁所受液柱侧压力及储罐直径成正比，1台10×10⁴m³的储罐，罐壁材料如采用16MnR(屈服强度345MPa)，其底圈罐壁厚度达40mm，这已超出上述规定中无须进行焊后热处理的厚度。也就是说，用16MnR钢板仅能建造5×10⁴m³的浮顶储罐。

专利号为ZL00209877.6的中国实用新型专利公开了一种液压平衡式大型浮顶储罐，为解决浮顶储罐大型化中钢板使用厚度的限制问题，该专利中的浮顶储罐由主罐壁和平衡壁即外罐壁、底板、浮动顶盖和储罐附件组成，设有用来控制储罐主罐壁内液位与平衡壁内液位的液位差，以及保持液压平衡的液位差控制器，其主罐壁和平衡壁为双层圆柱形结构，平衡壁的高度为主罐壁高度的40％至60％，主罐壁内的空间为主要储液区，顶部设有浮动顶盖和密封装置，主罐壁和平衡壁之间的环形空间为次要储液区兼平衡液区。这种双层罐壁利用液体压力平衡原理来抵消内罐下部的部份对内罐壁的则压力，使内罐的壁板下部厚度减薄、使壁板厚度达到焊接后不用进行消除应力热处理的厚度范围内，最终达到制作成储罐更大的容积来减少占地面积和建造成本。但是这种液压平衡储罐必须保证内外层壁板的对接缝焊接质量，因此环形空间的大小必须要保证施工人员能够进入施工，内外层壁板之间的距离较大。同时，环形空间内的液位必须随时根据内罐的液位高度进行调节控制，一但失控内罐就有破坏的可能；这就需要在环形空间内设置液体充装管道和相关控制系统；如果环形空间内充装与内罐相同的液体，还存在环形空间上部密封和安全问题；如果环形空间内充装是一种安全的液体介质，还要为其制作一个储藏罐。不仅结构复杂，而且其建造费用成本和占地面积与目前单壁大型储罐相比较也就没有优势了。

故到目前为止还没有人制作出液压平衡超大型储罐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种不需改变平衡液位的固定式液压平衡超大型储罐壁板结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该固定式液压平衡超大型储罐壁板结构，包括用于储存物料的内罐和包裹在内罐外的外罐，所述内罐的侧壁外表面和所述外罐的侧壁内表面之间间隔一定的距离以构成盛装平衡压力的液体的环形空间；其特征在于所述外罐的侧壁内表面和所述内罐的侧壁外表面之间设置有多块用于提高内罐侧壁承压能力的型钢连接件。

所述的型钢连接件可以是板状型钢、工字钢、角钢等等，较好的，所述的外罐侧壁包括多层环向焊接的节板，各层节板又有多块壁板依次纵向焊接而成；所述的型钢连接件为T型钢，相邻节板之间的环向焊缝和相邻壁板之间的纵向焊缝分别连接各自对应的T型钢的板状头部，T型钢的尾板上设有供所述液体和空气流经的导流孔；这些T型钢将所述的环形空间分隔为多个小空间。T型钢的选用，有效保证了能够外罐壁板和节板之间的组焊质量，降低了制造难度。

所述外罐的高度可以为所述内罐高度的五分之一到三分之二。

上述各方案中，所述外罐的内侧板与所述内罐的外侧板之间的距离可以为10-80cm；优选10-15cm。

所述外罐的上部设有空气出入口，外罐的下部设有液体出入口。

与现有技术相比，本发明在外罐与内罐的环形空间中设置了型钢连接件，使内、外罐壁板连接成一体，增强了内、外罐壁板的刚度，且使压力的传递更均匀；同时，环形空间内的液体可以永远锁固其内，液位高度不用随内罐液位高度调整，达到内外罐壁之间的液位可以永远保持在最高位置，省去了环形空间内液位高度的控制装置、相关的管道设备等系统、内、外罐之间的上部浮顶和密封装置，同时可将内、外罐壁板之间的距离缩短到较小的范围内，解决了内、外壁板间距较大时基础的设计难度，基础可以按单壁储罐进行考虑；解决了内罐上部消防喷淋装置流下的雨水问题，大大降低液压平衡储罐的建造成本，且节约用地，且有利于储罐现场的制作和安装；更重要的是，这种超大型储罐的壁板结构可以实现目前因受到钢材强度、厚度和焊缝性能的限制，无法实现15万立方以上的储罐，可以建造更大容积的储罐，经济效益更好。本发明所提供的储罐结构特别适合储存容量在1 5万立方以上的超大型储罐。

附图说明

图1为本发明实施例的纵向剖视图；

图2为本发明实施例的横向局部剖视图；

图3为本发明实施例中层与层之间T型钢焊接的局部剖视放大图；

图4为本发明实施例中同一层上壁板之间焊接结构的局部剖视放大图；

图5为本发明实施例中内罐壁板和外罐壁板展开后的平面示意图；

图6为本发明实施例中T型钢的平面结构示意图；

图7为沿图6中A-A线的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图5所示，本实施例40万立方米双壁固定式液压平衡浮顶油罐来说明该储罐的结构。

首先，需要根据储罐的设计容积计算内罐和外罐以及T型钢的用料。

与普通油罐计算方法所不同的是，对固定式液力平衡式油罐的罐壁进行强度计算时要考虑平衡侧压力的影响。内罐壁的强度计算应分为两部分，在液力平衡点以上部分与普通罐壁相同，在液力平衡点以下部分应分别考虑内罐在设计最高液位时和空罐情况下：A、外部液体对内罐壁产生的侧压力，B、设计最高液位时内罐液体对内罐壁的侧压力及外部液体对内罐壁的平衡压力。为了方便起见，在此先采用最简单算法。这一方法是罐壁的应力计算点设定在离本圈板下边缘一英尺以上的位置(按API650第3.6.3条“一英尺法”厚度计算)。根据这一方法，在操作条件下油罐罐壁设计厚度δ。可由式(1)计算；在水压试验条件下油罐罐壁设计厚度δ。由式(2)计算，按GB50341-2003中规定的计算要求，取二者计算结果中的较大值。

δ₁＝0.0049(H_y-0.3)ρDi/[σ]^tΦ)+C₁+C₂ (1)

δ₂＝4.9(H_y-0.3)Di/[σ]Φ)+C₁ (2)

式中：δ₁-储存油品介质时的计算厚度，mm；

δ₂-充水试验时的计算厚度，mm；

p-储液密度，kg/m3；

Di-油罐内直径，m；

H_y-计算的罐壁板底边距计算液面的垂直距离，m；

[σ]^t-设计温度下罐壁钢板的许用应力，MPa：

[σ]——常温下罐壁钢板的许用应力，MPa；

Φ-焊接接头系数；

C₁-钢板厚度负偏差，mm；

C₂-腐蚀裕量，mm。

因一般这样的超大型储罐为原油储罐其使用温度不高(≤60℃)，在一般情况下δ₂≥δ₁，故在这里只按δ₂计算罐壁的结果如下：内罐壁板直径为150米、高度为24.2米，外罐壁板直径为150.26米、高度为11.5米。采用国产抗拉强度大于610MPa、屈服强度大于490MPa的大型储罐高强度大线能量焊接的专用钢板，许用应力取[δ]＝327MPa。上部可采用16MnR和Q235材料。按GB50341-2003中6.3.1条规定，底节壁板的对接焊缝系数取0.85，其它节壁板的对接焊缝系数取0.9。计算结果见表1。

表1、40万立方米双壁固定式液压平衡浮顶油罐的各节罐壁高度和厚度

在内罐为空罐，内外罐之间的平衡液体充满液体时对内罐壁下部11.5米高度部分的抗压强度核算：δmx＝M/w≤250MPa。完全满足许用应力[δ]≤300MPa的要求。

如图1至图6所示，该储罐包括：

内罐1，用于储存物料，本实施例用于储存石油，其容积为40万立方米。根据表1的计算结果准备材料。内罐包括四层下部节板7和六层上部节板4环向焊接而成，每层节板又有多块内罐壁板3依次纵向焊接而成。

外罐2，设置在内罐1的中下部，其高度为内罐高度的1/2，外罐的内壁与内罐的外壁间隔10cm，且包裹在内罐外。外罐的侧壁内表面与内罐的侧壁外表面之间形成封闭的、用于盛装平衡液体的环形空间。根据计算结果，本实施例中的外罐节板6有五层，这六层节板自下而上厚度逐渐减薄；每层外罐节板又由多块外罐壁板依次纵向焊接而成。外罐2的上部设有空气出入口5，外罐2的下部设有平衡液体出入口11。

T型钢，采用100×100×10×10mm规格，包括横向T型钢12和纵向T型钢9，T型钢的板状头部对应于外罐侧壁上的焊缝，具体为横向T型钢12对应于外罐节板之间环向焊缝13，纵向T型钢9对应外罐壁板之间的纵向焊缝14；T型钢的尾部焊接在内罐的外壁上。如图6所示，各T型钢上均设有多个导流孔15。

内罐下部节板、外罐以及T型钢的焊接顺序为：

罐底边缘板10组焊合格→内罐第一、二节壁板组焊合格→内罐第一节板与罐底边缘组焊合格→内、外罐之间T型钢与内罐的外壁组焊合格→外罐第一节板组焊→外罐第二节板组焊→内罐三节板组焊合格→组焊下一节外罐壁板位置的内外罐之间连接型钢→组焊外罐第三节板，如此交替安装完内、外罐壁板。

T型钢先与内罐的外壁焊接检验合格后，利用T型钢的头部平板端面作为外罐上个壁板的对接焊缝垫板，当然，外罐壁板的所有对接焊缝必须保证其焊缝间隙，使T型钢的平板端面全部与外罐的内壁溶合在一起，以保证对接焊缝的焊接质量和外罐内壁与T型钢之间牢固连接的双重作用，彻底避免了现有技术中需要人员进入内、外罐之间作业的问题，内、外罐壁板之间的间距大大缩小且刚性增加，内、外罐之间的平衡液体可以长期锁固、不需调整。

内罐其它部位的安装方法与单壁储罐相同。

1台40万立方米浮顶油罐壁板总重约2761吨、单台罐体总重约6450吨。而4台10万立方米浮顶油罐的罐体总重约7360吨。两者相比建造1台40万立方米浮顶油罐比建造4台10万立方米浮顶油罐可节约钢材900多吨钢材、一次密封和二次密封装置500多米、及相应的控制系统、配套管道和阀门等材料。制造成本大大降低，且节约用地。

Claims

1.一种固定式液压平衡超大型储罐壁板结构，包括用于储存物料的内罐和包裹在内罐外的外罐，所述内罐的侧壁外表面和所述外罐的侧壁内表面之间间隔一定的距离以构成盛装平衡压力的液体的环形空间；其特征在于所述外罐的侧壁内表面和所述内罐的侧壁外表面之间设置有多块用于提高内罐侧壁承压能力的型钢连接件。

2.根据权利要求1所述的固定式液压平衡超大型储罐壁板结构，其特征在于所述的外罐的侧壁包括多层环向焊接的节板，各层节板又由多块壁板依次纵向焊接而成；所述的型钢连接件为T型钢，相邻节板之间的环向焊缝和相邻壁板之间的纵向焊缝分别连接各自对应的T型钢的板状头部，T型钢的尾板上设有供所述液体和空气流经的导流孔；这些T型钢将所述的环形空间分隔为多个小空间。

3.根据权利要求1或2所述的固定式液压平衡超大型储罐壁板结构，其特征在于所述外罐的高度为所述内罐高度的五分之一到三分之二。

4.根据权利要求1或2所述的固定式液压平衡超大型储罐壁板结构，其特征在于所述外罐的侧壁内表面与所述内罐的侧壁外表面之间的距离为10-15cm。

5.根据权利要求3所述的固定式液压平衡超大型储罐壁板结构，其特征在于所述外罐的侧壁内表面与所述内罐的侧壁外表面之间的距离为10-15cm。

6.根据权利要求4所述的固定式液压平衡超大型储罐壁板结构，其特征在于所述外罐的上部设有空气出入口，外罐的下部设有液体出入口。

7.根据权利要求5所述的固定式液压平衡超大型储罐壁板结构，其特征在于所述外罐的上部设有空气出入口，外罐的下部设有液体出入口。