钢油罐设计的基本知识

2022年5月20日1第一章钢油罐设计的基本知识第一节金属油罐的发展趋势第二节油罐大型化遇到的新课题第三节油罐的种类第四节油罐钢材的选择第五节油罐强度设计讲授的内容2022年5月20日2金属油罐的发展趋势第一节2022年5月20日3第一节金属油罐的发展趋势—大型化原因：增加原油的储备量依靠进口的工业化国家，为了应付能源危机。以日本为例：72年储油日数50日74年储油日数60日现在储油日数约90日我国现在的炼厂由于炼制进口原油，建造储油罐，用来应付原油价格波动。99年齐鲁新建6台5万3m原油罐，原有8台5万3m用来储运原油。油罐大型化的主要优点:2022年5月20日4经济：节省钢材。节省投资（施工费用）。占地面积小（罐与罐之间有防火距离）。节省配件和罐区管网。方便：便于操作管理，几台大罐比一群小罐在检尺、维护、保卫等方面更方便。例如：造价40万3m：104万3m100%58万3m109%410万3m119%220万3m141%2022年5月20日5油罐大型化遇到的新课题第二节2022年5月20日6第二节油罐大型化遇到的新课题油罐大型化的问题是危险性增加，包括：发生事故后损失大（经济、环保、安全方面）；技术上易出问题（基础、钢罐自身）。1.基础：不均匀沉陷（难以寻找直径100m的面积上完全均匀的工程地质状况）。2.钢罐自身施工：焊接（现场无法进行退火处理）。强度：增加壁厚。稳定性:风力作用下罐壁的稳定性（t/D下降，刚度下降）。抗震：抗震措施的研究。2022年5月20日73.壁厚增加，导致：冲击韧性降低，冷脆转变温度高（厚钢板冷却速度慢，停轧温度高，晶粒粗）。易产生裂纹（缺陷见书P13表1-3）。焊接难度增加。焊缝或热影响区易产生裂纹。由于现场无法进行退火处理，因而有最大壁厚的限制。2022年5月20日8最大壁厚:API65044.45mm英国BS265440mm日本JISB850145mm我国SYJ1016-8238mm注：材料的冲击韧度A/Wk，它随温度降低而减小。在某一狭窄温度区间，k骤然下降，材料变脆，即冷脆现象。对于高强度钢，由于可焊性降低，因而要选择合适的焊接工艺。2022年5月20日9油罐的种类第三节2022年5月20日10第三节油罐的种类按几何形状划分:立式圆柱形油罐；卧式圆柱形油罐(小型罐,用于少量储油、加油站、零位罐)；双曲率油罐：球罐（用于储存液化气）；滴形油罐（受力状况好，可承受0.4-1.2at压力，可消除小呼吸损耗，但结构复杂，施工困难，极少使用）。对于立式圆柱形油罐，根据其顶的结构可分为：2022年5月20日111．锥顶油罐缺点：采用型钢种类多，结构较复杂，施工较困难，现已不建造。2．悬链式油罐根据悬链线理论用薄钢板和中心柱组成。薄板中只有拉应力而无弯曲应力。缺点：在悬链的最低点易积存雨水而遭受腐蚀。现已很少建造。3．拱顶罐罐顶是球面的一部分。(大型锥顶罐)(锥顶罐)(悬链式油罐)(拱顶罐)2022年5月20日12优点：施工容易，造价低。缺点：中间无支撑，直径受到限制。容积太大，蒸汽空间大，呼吸损耗大。最大的拱顶罐5万3m（D=50.3m,H=23.67m）。拱顶罐的组成：顶：中心盖板，扇形盖板（瓜皮板），加强筋。罐壁：从上而下由薄变厚的钢板组成。底：边板（环板），中幅板。2022年5月20日13顶与壁由包边角钢相连。大型的拱顶罐还有加强圈（如36mD48m时用15010010的角钢）。附属设施：呼吸阀、阻火器、量油孔、人孔、盘梯等。4、浮顶罐优点：减少蒸发损耗（大、小呼吸）。罐顶的自重由储液支承，受力状况好。(单盘式浮顶罐)（双盘式浮顶罐）2022年5月20日14组成：顶：单盘，浮船（密封）。罐壁：同拱顶罐。底：同拱顶罐。包边角钢、抗风圈、加强圈、盘梯、扶梯、人孔、通气阀、立柱等。5、内浮顶罐（用于储存要求高的油品，如航煤、航汽等）顶为拱顶与浮顶的结合。优点：一方面减少了油品的蒸发损耗，另一方面可避免雨水、尘土等进入罐内。(内浮顶罐)2022年5月20日15油罐钢材的选择第四节2022年5月20日16第四节油罐钢材的选择油罐罐壁：上部壁板按刚度条件确定。有最小壁厚要求（D↗，最小壁厚↗）。A3F。下部壁板按强度条件确定。16MnR，A3R。按强度要求确定的壁板有三项要求：1.强度要求：选高强钢。①经济。16MnR比A3R贵10%，强度提高30%。②建造大罐有最大壁厚限制。2022年5月20日172．可焊性要求可焊性两种指标的控制：(1)碳的当量含量（低好）。(2)热影响区（与碳当量含量和冷却速率有关）硬度（低好）。Ceq越高，冷却速率越快，热影响区硬度越高。3．冲击韧性要求防止油罐产生脆性断裂。钢材的选择：沸腾钢和镇静钢。镇静钢：钢水在浇铸前完全脱氧，因而在浇铸过程中保持镇静状态。2022年5月20日18沸腾钢：钢在冶炼时只进行部分脱氧，出炉时钢水中的剩余氧与碳相互作用，形成一氧化碳，在凝固过程中，一氧化碳不断从钢水中溢出，造成沸腾状态。沸腾钢的优点：强度极限、屈服极限均与镇静钢相同；价格比同钢号的镇静钢低约25％（因沸腾钢成材率高，所用还原剂少）。沸腾钢的缺点：（1）时效倾向性强。随着时间的延长，其强度和硬度略有提高，但塑性和韧性显著下降，冷脆转变温度升高。沸腾钢的时效现象在低温时较弱，故沸腾钢的最高使用温度一般限制在200℃以下。这一点对油罐钢材的选择无影响。2022年5月20日19（2）冷脆敏感性强。沸腾钢的冷脆转变温度高。这一点影响油罐的最低使用温度。若厚钢板选用沸腾钢，其冷脆转变温度将进一步提高。（3）偏析现象严重。偏析是指在整张钢板上各点化学成分不均匀的现象。钢板越厚，偏析现象越严重。偏析导致钢板的可靠性差，因而油罐重要部位不宜选用沸腾钢。（4）易产生分层和重皮。沸腾钢中的气孔使其在轧制过程中以产生分层和重皮，这一点也将导致钢板的可靠性差，因而油罐重要部位不宜选用沸腾钢。所以，由刚度决定的可用沸腾钢，由强度决定的必须用镇定钢。2022年5月20日20油罐强度设计讲授的内容第五节2022年5月20日21第五节油罐强度设计讲授内容1、轴对称回转薄壳的内力及位移分析。2、储罐经济尺寸的选择。3、罐壁设计：强度→壁厚设计稳定性→抗风圈、加强圈设计抗震设计（校核）（省略不讲。请参考《GB50191-93构筑物抗震设计规范》中的“常压立式圆筒形储罐”部分）4．罐底设计：校核环板厚度，中幅板厚度的选择。5．拱顶设计：稳定性校核浮顶设计：根据设计准则进行校核（简略）。2022年5月20日22TheEndOfChapter12022年5月20日23大型锥顶罐2022年5月20日24锥顶罐2022年5月20日25悬链式油罐2022年5月20日26拱顶罐2022年5月20日27内浮顶罐2022年5月20日28浮顶罐2022年5月20日29双盘式浮顶罐