超大型储罐范文（精选9篇）
超大型储罐 第1篇
关键词：超大型储罐,大角焊缝,应力分析
储罐主要是用来对各种化学液体以及油品来进行储存的工具, 在石油化工产业中, 其是重要的基础设施之一。而一般采用的储罐具有容量上的不同, 针对超大型储罐来说, 其在应用的过程中, 最重要的是要保障其应用的安全性, 而影响超大型储罐安全的影响因素之一就是大角焊缝应力水平, 因此, 要针对超大型储罐大角焊缝应力进行全面分析, 采取有效的方法降低大角焊缝处的应力水平, 从而保障超大型储罐应用的安全性。
1 大角焊缝应力分析
1.1 大型储罐结构概述。
某大型储罐的储油最大容量为15万m3, 该大型储罐的内径为9.5万mm, 其内部的罐壁总高度在2.32mm左右, 其总共有9圈的壁板。其壁板主要应用了三种材料, 其中罐底的边缘设置了边缘板, 该板的都读在25mm, 在罐体的外部壁板上, 总共设置了3个抗风圈, 同时还设置了相关的加强圈3个, 而抗风圈以及加强圈所采用的材料均为Q235B。其中加大焊其中大脚焊缝区域的结构尺寸详见图1。
1.2 有限元模型。
超大型储罐无论是在荷载上还是在约束上, 都具有一定的轴对称性, 所以, 在对大角焊缝应力进行分析时, 所构建的模型应该应用轴对称的方式进行建立, 然后根据纵向剖面来进行应力的分析, 应用的分析软件主要为有限元分析软件, 而在对模型进行划分的时候, 主要采用的划分方法为网格划分法。
一般来说, 在超大型储罐中, 罐壁与罐底之间的位置不属于焊接的部位, 罐底与罐壁属于两个不同的个体, 要想使得其能够进行荷载的传递和承载, 就需要对两者进行接触单元的构建。针对地基模型进行处理, 采用的方法也同样是进行接触单元的建立。而所建立的罐底与罐壁的接触模型, 其表面的均为接触面, 而罐壁的下表面则都作为目标面, 而地基的上表面则被当做接触面。其中, 目标面主要是应用二维目标单元来进行构建, 而接触面则主要采用二维接触单元来进行组建, 通过对目标面和接触面进行分析, 就可以清楚的了解到罐底与地基之间的关系, 同时也能够了解到罐壁与罐底板之间的关系。
地基的夯土层与混凝土环梁弹性模量较小, 忽略土壤层对储罐的变形量及应力水平的影响。故模型中将土壤层忽略, 夯土层与混凝土环梁全部建模出来。同时夯土层与混凝土环梁处于受压状态, 两者紧密连接, 因此模型中将两者视为一体。
1.3 载荷情况。
在大角焊缝强度分析中, 地震载荷和风载荷不是轴对称的, 因此无法施加, 只可考虑罐内壁和底板的液压载荷和罐体自重载荷。对于工作条件下的强度分析, 液压采用储液压力;而对于水压试验条件下的强度分析, 液压采用水压试验压力。
1.4 约束条件。
强度分析中, 假定夯土下表面位移为零。设备放置于地面, 与地面之间无任何固定措施。两者之间的摩擦力不会使两者产生相对运动。因此在有限元建模过程中在地基底端添加全约束, 并在罐底与地基之间添加接触单元。另外在大角焊缝处, 罐壁通过焊缝与罐底连接, 焊缝未完全焊透。因此有限元建模过程中在罐壁与罐底连接处添加接触单元。
1.5 分析结果。
由于基础弹性相对于钢板较小, 在罐底液压作用下基础沉降量较大, 罐底板会产生向下的位移, 同时罐壁在液压作用下产生径向变形, 因此罐底大角焊缝处会产生较大的弯矩, 大角焊缝临近的壁板和底板都会产生明显的弯曲应力特征。罐壁在静液压作用下的径向位移受到罐底连接处的约束, 因而在罐壁下端的局部范围内将产生纵向弯曲应力;罐底板在静液压作用下的向下轴向位移受到罐壁连接处的约束, 因而在罐底在大角焊缝的局部范围内将产生径向弯曲应力。
2 壁板内坡口对大角焊缝应力水平的影响
要想能够有效的保障超大型储罐应用的安全性, 就需要对大角焊缝的应力水平进行控制, 而影响大脚焊缝应力水平的因素之一就是壁板内坡口。因此, 针对壁板内坡口所能够产生的影响需要进行有效的分析。一般来说, 大角焊缝处的应力值通常都相对较高, 而且其内部很容易因为各种因素的影响, 从而会导致大角焊缝处会出现一定的缺陷, 并且这种缺陷会应为应力的增加而不断的扩展, 这样就会对超大型储罐的安全造成严重的影响。所以, 相关的设计人员在对大角焊缝进行设计的过程中, 要注意把控好设计的力度。由于壁板内坡口的尺寸设计在一定程度上会影响到应力的分布安全性以及焊接施工的安全, 因此, 要注意对壁板内坡口尺寸进行合理的确定。下面就针对壁板内坡口对大脚焊缝应力水平的影响规律进行分析。通过有限元分析可以了解到, 选取不开内坡口, 随着坡口尺寸逐渐增大, 研究其应力分布规律。
通过有限元模型可以了解到, 最大应力强度值随着内坡口尺寸的增大而降低, 但降低比率较低, 影响较小;壁板根部路径的薄膜应力随内坡口尺寸的增大而降低, 降低幅度比较可观, 尺寸为5mm时比不开坡口降低了约20%;底板路径的薄膜应力随内坡口尺寸的增大而增大, 但增大幅度不足3%, 基本可以忽略。因此, 坡口尺寸变大对控制应力水平比较有利, 设计中需要同时保证焊接施工的工艺性和经济性。综合考虑, 此超大型储罐大角焊缝处的壁板内坡口尺寸设计值为5mm。
结束语
大角焊缝应力水平对超大型储罐安全有着直接的影响, 本文通过所建立的模型, 对大角焊缝的应力分布情况进行了全面的分析, 着重对壁板内坡口的尺寸影响因素进行了较为系统的分析, 通过本文的分析可以了解到, 采用接触单元分析法进行分析, 可有效的反映出罐体的变形情况, 也能够在一定程度上增加计算的精确度, 同时在采用有限元模型进行计算的基础上, 可以了解到, 壁板内坡口尺寸对于最大的应力强度以及底板的应力影响相对较小, 而针对壁板的根部则影响相对较大。总而言之, 对大角焊缝应力水平进行控制, 则就能够有效的保障超大型储罐应用的安全性。
参考文献
[1]陈嘉耀.16×10~4m~3全容式LNG储罐金属内罐设计及分析研究[D].西安:西安石油大学, 2014.
[2]游锋.大型储罐重大危险源评价与可靠性分析[D].武汉:武汉工程大学, 2013.
[3]马丽娟.液化气罐车人孔接管角焊缝超声检测[J].科技传播, 2013 (16) .
超大型储罐 第2篇
1.1 大型浮顶储罐是指单罐容积不小于5万m3的钢制外浮顶原油储罐（以下简称大型储罐）。
1.2大型储罐安全设计、施工与运行管理除执行本规定外，还应符合国家和行业现行有关标准规范及中国石油化工集团公司、中国石油化工股份有限公司相关技术和安全监督管理规定。
1.3 大型储罐建设项目必须符合国家和所在地区安全、职业卫生、消防、抗震减灾的有关法规和报批程序；其中安全、职业卫生、消防、抗震减灾技术措施和设备、设施，应与主体工程同时设计、同时施工、同时建成投用。2选址及平面布置 2.1库址选择
大型储罐选址时，应对当地雷电情况进行调查，尽可能避免布置在雷电多发区域。2.2 防火堤
2.2.1 大型储罐组的防火堤宜采用土堤。当受条件限制时，可采用国家现行规范规定的其他结构型式的防火堤，其耐火极限不得小于3h。
2.2.2 在防火堤的不同方位上应设置人行台阶或坡道，同一方位的人行台阶或坡道不宜少于2处；隔堤应设置人行台阶。2.2.3 单罐容积不小于1 0万m3的大型储罐罐组宜采用4罐一组布置。
2.3 安全间距和消防道路
2.3.1 大型储罐之间的安全间距不应小于相邻较大罐直径的0.4倍。
2.3.2 大型储罐罐组应设路面宽度不小于6m的环形消防道路，且转弯半径不小于12 m。3 电气 3.1 罐区照明
大型储罐罐组的照明宜采用灯具沿走道、平台、扶梯布置。3.2 防雷措施
3.2.1 大型储罐接地点沿罐壁周长的间距不宜大于18 m，罐体周边的接地点分布应均匀，冲击接地电阻不应大于1 0 Ω；大型储罐与罐区接地装置连接的接地线，当采用热镀锌扁钢时，规格应不小于4 0mmx4 mm。
3.2.2 引下线宜在距离地面0.3m至1.Om之间装设断接卡，断接卡与引下线的连接应可靠。
3.2.3大型储罐不应装设避雷针，应对浮顶与罐体用2根导线做电气连接。浮顶与罐体连接导线应采用横截面不小于50 mm2扁平镀锡软铜复绞线或绝缘阻燃护套软铜复绞线，连接点用铜接线端子及2个M12不锈钢螺栓加防松垫片连接。3.2.4 大型储罐转动扶梯与罐体及浮顶各两处应做电气连接，连接导线应采用横截面不小于50衄2扁平镀锡软铜复绞线或绝缘阻燃护套软铜复绞线，连接点用铜接线端子及2个M12不锈钢螺栓加防松垫片连接。
3.2.5 大型储罐应利用浮顶排水管线对罐体与浮顶做电气连接，每条排水管线的跨接导线应采用1根横截面不小于50 mm2镀锡软铜复绞线。
3.2.6 与罐体相接的电气、仪表配线应采用金属管屏蔽保护。配线金属管上下两端与罐壁应做电气连接。在相应的被保护设备处，应安装与设备耐压水平相适应的浪涌保护器。
3.2.7 宜采用有效可靠的连接方式对浮顶与罐体沿罐周做均布的电气连接并应满足国内外相关标准规范的要求。3.3 防静电措施
3.3.1 大型储罐的自动通气阀、量油孔应与浮顶做电气连接。3.3.2 二次密封采用I型刮板的每个导电片与浮顶均应做电气连接。
3.3.3 电气连接的导线应选用1根横截面不小于10 mm镀锡软铜复绞线。
3.3.4 在大型储罐盘梯进口处，应设置安全有效的消除人体静电接地设施。
3.3.5 大型储罐浮顶上取样口的两侧1.5 m之外应各设1组消除人体静电设施，取样绳索、检尺等工具应与设施连接。该设施应与罐体做电气连接并接地。
3.3.6 储罐内壁如使用导静电防腐涂料，涂层表面电阻率应为108—1011Ω。
3.3.7 浮顶与罐体之间的密封带应使用导静电材料。3.3.8 防雷接地、防静电接地、电气设备的工作接地、保护接地、信息系统接地等应共用接地网，实测的工频接地电阻应不大于4 Ω。4罐体设备 4.1 密封结构
4.1.1 大型储罐应设置一次密封和二次密封。在雷雨多发区域，一次密封宜采用软密封。
4.1.2 储罐罐壁与浮顶之间的环形密封间距宜按附表的规定选取。
4.1.3 在浮顶外边缘板与罐壁之间的环形密封间距偏差为土100 mm的条件下，一次密封和二次密封的密封件应保持与罐壁良好接触。
4.1.4 应尽可能减小一次密封和二次密封之间的油气空间。4.1.5 一次密封的橡胶包带、橡胶充液管应符合现行化工行业标准《浮顶油罐软密封装置橡胶密封带》HG/T 2809要求，除具有良好的耐油性能外，还应满足强度、耐老化等要求。
4.1.6 一次密封的软泡沫塑料应符合国家标准《轻质聚氨酯泡沫塑料》中JM30优等品的要求，应具有良好的弹性和耐老化性能。4.1.7 一次密封和二次密封所用紧固件、二次密封的压条等材料应为不锈钢。
4.1.8 一次密封的橡胶包带和二次密封的油气隔膜接头的物理性能、耐油性能以及机械性能等应不低于对橡胶包带和油气隔膜的性能要求。
4.1.9 二次密封的支撑板应采用不锈钢，橡胶刮板宜采用L型结构，以保证刮板与罐壁之间形成良好的面接触；当采用其他结构时，密封油气空间不应存在金属凸出物。
4.1.10 二次密封的橡胶刮板应具有良好的耐磨性、耐候性和耐油性。
4.1.11 一次密封应采用浸液安装的方式。
4.1.12 一次弹性泡沫密封安装后，下部突出应规则，无扭曲现象，上部应平整。4.2 浮顶限位要求
4.2.1 储罐浮顶限位除设置两根量油导向管外，在浮顶下方，还应设置限位器，浮顶限位器沿径向伸出浮顶外边缘板的长度应满足密封间隙允许偏差的要求，并对一次密封和二次密封提供极限位置保护，其安装位置应避开其他部件。
4.2.2 罐内附件的设置造成浮顶漂移（旋转或平移）时，附件应尽可能对称布置，使产生漂移的外力相互抵消或尽可能减小。5消防系统 5.1 一般规定 大型储罐的消防水喷淋和泡沫系统应采用远程手动启动的程序控制系统，同时具备现场手动操作的功能。5.2消防水源
5.2.1 大型储罐的消防水应储存在固定的消防水罐或消防水水池中。当储罐区附近有合适水源时，可设置为消防备用水源，消防备用水源上应设可靠的取水设施。
5.2.2 厂区内大型储罐区和装置区的消防水储备宜统一设置，消防水源除满足企业的消防补水需要外，还应满足大型油罐的消防需要。
5.3 泡沫灭火系统
5.3.1 大型储罐的泡沫站内泡沫混合装置应采用平衡压力式泡沫比例混合流程。泡沫液泵、比例混合器及平衡阀应为一用一备；泡沫站应具有快速灌装设施。
5.3.2 大型油罐灭火所需泡沫混合液供给强度不应小于12.5 L(min*m2)，连续供给时间应为60 min。用于扑救液体流散火灾的辅助泡沫枪数量按不小于3支设计，每支泡沫枪的流量应按480 L/min设计，其泡沫混合液连续供给时间应按30 min设计。5.4 消防冷却水系统
5.4.1 大型储罐区的消防水量，由扑救最大罐火灾配置泡沫用水量、储罐固定冷却用水量、以及移动消防用水量组成。固定冷却用水量按着火油罐外壁面积保护，喷淋强度不小于2.0L/(min*m2)，并应按实际配置校核喷淋水量；移动水量应为120 L/s。5.4.2消防给水泵应采用电动泵，备用泵应采用柴油泵，且应考虑100%流量备用。消防冷却水泵供水能力除满足额定工况要求外，还应满足150%额定流量时，水泵扬程不低于65%额定扬程的要求。5.4.3 泡沫消防给水泵应采用电动泵，备用泵应采用柴油泵，且应考虑100%流量备用。泡沫消防给水泵供水能力除满足额定工况要求外，还应满足150%额定流量时，水泵扬程不低于65%额定扬程的要求。
5.4.4 泡沫液泵应保证在设计流量下泡沫液供给压力大于最大水压力，宜采用齿轮泵，密封或填充类型应适宜输送所选的泡沫液，其材质应耐泡沫液腐蚀且不影响泡沫液的性能；泡沫液泵应耐受时长不低于10 min的空载运行。泡沫液泵应采用电动泵，备用泵应采用柴油泵。
5.4.5 消防水应储存于两个设有联通管的水罐或水池中。当和生产用水合并储存时，应保证消防水不被使用。5.5 辅助消防设施
5.5.1 大型储罐区服务的消防站应配备不少于两台移动式泡沫和水两用消防炮，单台流量为32 L/s一40 L/s。
5.5.2在防火堤外台阶边、油泵房、泵棚或露天油泵边上应设置沙池，储存不少于2 m3消防沙。
5.5.3大型储罐顶部平台上，可设置灭火器材箱，放置2根水带和2支泡沫枪。5.6 消防站 单罐容量不小于1 0万m3大型储罐且罐区总容量大于4 0万m3，或单罐容量不小于15万m3时，应在消防站内设置高喷车、泡沫运输车，高喷车流量不应小于60 L/s。5.7其他要求
5.7.1 泡沫堰板高度应高于二次密封0.3m，且不小于0.9 m；泡沫堰板与罐壁的间距宜为0.9 m~l.2 m；泡沫堰板与罐壁间的人行通道不应少于4处。
5.7.2单罐容量大于5万m3储罐，应在罐顶梯子平台的对称位置上设置二分水器和操作平台。二分水器应由DNlOO管道沿罐壁引至防火堤外，在距地面0.7 m处设置半固定管牙接口；根据需要，从二分水器上引出的泡沫混合液管道也可与固定泡沫系统连通。6火灾自动报警系统
6.1 大型储罐应设置火灾自动报警系统。在储罐上应设置无电检测的火灾自动探测装置，在罐区四周通道旁应设置手动报警按钮。6.2储罐上的光纤型感温探测器应设置在储罐浮顶二次密封圈处。当采用光纤光栅型感温探测器时，光栅探测器的间距不应大于3m。6.3储罐的光纤感温探测器应根据消防灭火系统的要求进行报警分区。每台储罐至少应设置1个报警分区。7 电视监视系统
7.1 大型储罐区应设置电视监视系统，对储罐浮顶等重点防火部位的安全情况进行监视。摄像机应设置在罐区外围较高的建筑物或构筑物处，实现对罐区的远距离全景监视；当有条件时，宜能够监视到处于最高罐位一半位置的浮顶。
7.2 室外安装的摄像机应置于接闪器有效保护范围之内；摄像机的视频线、信号线宜采用光缆传输，电源应采用UPS供电，各类电缆两端应加装浪涌保护器；摄像机应有良好的接地，接至接地网。7.3 电视监视系统应与火灾自动报警系统联动。当火灾报警系统报警时，自动联动相关的摄像机转向火灾报警区域，以便确认火情。8环境保护
废弃的密封材料属危险废物，应按危险废物处置。9施工与安装 9.1 密封的安装
9.1.1 一次密封与罐壁应贴合严密。当一次密封采用软密封，密封安装后下部突出应规则，无扭曲现象；上部应平整，与罐壁应有良好的面接触。
9.1.2 二次密封安装后应平整，承压板之间间隙均匀、搭接严密。橡胶刮板与罐壁应贴合严密，无缝隙，且具有足够的调节能力以适应罐壁与浮顶周边环向间隙尺寸上的偏差。
9.1.3 对密封元件和材料应提出详细的技术要求和安装施工技术条件。9.2板材预制
9.2.1 壁板滚弧后，立置于平台检查。垂直方向上用直线样板检查，间隙不得大于1 mm；水平方向上用弧形样板检查，间隙不得大于4 mm。9.2.2 预制后的壁板在存放及运输过程中，应使用专用胎具，胎具的弧度与壁板弧度保持一致。壁板之间垫木块，且木块的摆放位置相同，以避免造成板材局部变形。9.3浮顶安装
浮顶施工应制定合理的施工工艺，预留出足够的焊接收缩量，以保证浮顶的施工质量。9.4罐壁安装
9.4.1 第一圈壁板围板后，应严格控制上口水平度，以确保第一圈环缝焊接间隙的大小。
9.4.2 每次围板前应对罐体整体的垂直度和罐周长进行测量，满足设计要求。
9.4.3 罐壁内表面不得存在有影响密封的凸出物，焊缝应打磨圆滑且余高不应大于1 mm。
9.5 量油导向管安装
9.5.1 施工现场应控制量油导向管接管的直线度不超过5mm。9.5.2 量油导向管安装后垂直度不应超过10 mm。9.6其他
9.6.1 大型储罐的材料采购应严格执行设计提出的技术要求。9.6.2 采购的量油导向管接管材料直线度不应超过5 mm。9.6.3 大型储罐的监理单位应严格按照安装验收技术条件从严监理，凡达不到设计要求的，不得进入下道工序，以保证大型储罐和浮顶的安装、施工质量。9.6.4应对罐壁和浮顶的焊接变形严加控制，对罐体整体的垂直度进行检测，减少局部变形和尺寸偏差，确保密封效果。1 0运行管理 10.1检测制度
10.1.1 雷雨季节，每月检测每个储罐二次密封内、外部可燃气体的浓度。容积大于等于10万m3储罐检测点不少于8个（周向均布），小于1 0万m3储罐检测点不少于4个（周向均布）。对可燃气检测浓度超过爆炸下限25%的储罐应及时查找原因，具备条件的应立即采取整改措施；不能立即整改的，应在雷雨天重点加强消防监护。10.1.2 在每年的雷雨季节前，组织专业人员对大型原油储罐的等电位和接地系统进行检测。经评估必要时，应挖开地面抽查地下隐蔽部分锈蚀情况，发现问题及时处理。
10.2检查、维护制度10.2.1 消防系统 10.2.1.1 泡沫混和液管线和泡沫比例混和器使用后应及时清洗、放空。
10.2.1.2 每季度清理1次泡沫发生器过滤网内的杂物，确保泡沫发生器畅通。
10.2.1.3 雷雨季节前至少试验1次泡沫系统和喷淋水系统，确保管路和喷淋水系统畅通。试验后，应及时补充消耗的消防水和泡沫液。
10.2.1.4 每月检查1次罐顶平台消防箱内消防器材是否齐全，消防水带是否老化、破损，不合格的水带应及时更换。10.2.2罐体设备 10.2.2.1 罐顶操作平台应保持清洁，不得遗留原油和其他杂物；取样口平时应处于密闭状态。
10.2.2.2每月检查1次浮顶上和浮顶密封装置内是否有积油，并及时清理。
10.2.2.3 雷雨季节，每2周检查1次浮顶排水系统和泡沫堰板底部排水孔是否畅通，及时清除浮顶的杂物。
10.2.2.4 每2周检查1次浮顶密封装置的密封状况，如有异常情况及时处理。
10.2.2.5 在储罐进出油过程中，应定期检查浮顶运行是否正常，如有异常情况及时处理。
10.2.2.6 雷雨季节应每周检查二次密封上的导电片与罐壁的压接情况，确保导电片与罐壁接触良好。
10.2.3 电视监控系统10.2.3.1 大型储罐区的电视监控系统必须24小时有人负责监视。
10.2.3.2确保电视监控系统运行良好，如有故障及时维修。10.2.3.3保持摄像镜头清洁，图像清晰。10.2.3.4 电视监控记录应至少保存1周。10.2.4 火灾自动报警系统
火灾自动报警系统每月应试验1次，雷雨季节每2周试验1次。若发现自动报警系统不能正常运行，应及时采取措施进行整改，确保火灾报警的准确、及时和有效。10.2.5 电气系统 10.2.5.1 雷雨季节每月至少检查1次浮顶、扶梯、罐壁之间的电气连接线有无断裂和缠绕，如有问题及时修复。
10.2.5.2 雷雨季节每月至少检查1次密封装置与浮顶、配线金属管与罐壁的电气连接情况，如有连接线松动、断裂等情况及时修复。10.3安全运行制度（合作业要求、进油管道口的流速和液位等）10.3.1 雷雨天原则上避免进油和出油作业。若生产工艺要求不能中断操作，应降低流速并加强监护。
10.3.2 应控制油品输入输出的初始流速和最大流速。在浮顶未完全浮起前应控制进油管口处的流速不大于1m/s，待浮顶完全浮起后最大流速不大于4.5 m/s。
10.3.3 采用蒸汽除蜡的大型原油储罐，应随季节和气温变化适时调节蒸汽用量。10.3.4 大型储罐在进油、出油和调和作业时，除标准要求之外，不应进行采样、检尺和测温。
10.3.5其他操作要求应参照相关安全操作规程严格执行。10.4其他要求
10.4.1 应制定大型储罐区安全设施检查维护管理制度，确保各项安全设施完好有效。
10.4.2 大型储罐检修时，不得破坏防火堤结构。
10.4.3 制定灭火作战方案时，应对灭火时消防水及泡沫液的使用进行合理安排。10.5 应急救援预案
各单位应按照总部关于应急救援预案编制的有关要求，结合本单位实际编制雷雨季节的专项应急救援预案，经评审通过后执行。11 附表 环形密封间距 附表： 环形密封间距
超大型储罐 第3篇
关键词：晶间腐蚀 热裂纹 角变形
1 概述
18-8不锈钢供货状态为固溶酸洗，固溶化处理将铬的碳化物溶到奥氏体中提高其耐腐蚀能力。18-8不锈钢焊接时易出现晶间腐蚀，因其导热系数小，焊接热影响区在450℃—850℃温度区停留时间长，易在晶界处形成铬的碳化物，其中铬来自晶粒的表层，而内部的铬来不及补充，造成晶粒表层含铬量不足，形成贫铬区域，在腐蚀严重的情况下贫铬区域优先腐蚀，这样就形成了热影响区晶间腐蚀；焊缝金属由于多层焊道施焊反复加热处于敏化温度的时间长，造成焊缝的晶间腐蚀。由于导热系数小，线膨胀系数大，在焊接期降温区焊接接头承受较大的应力，其次焊缝组织易形成柱状晶体，有利于杂质偏析及晶间液态夹层形成，再次，镍与硫磷等杂质形成易熔共晶体，为此18-8不锈钢易出现焊缝的热裂纹现象。由于18-8不锈钢电阻是碳素钢的5倍，导热系数为碳素钢的1/3，线膨胀系数为碳素钢的1.5倍，再次相对于管材及其他小直径的容器，大型储罐曲率小，相同厚度时，其径向刚性小，容易产生焊接角变形。
2 具体解决措施
2.1 避免晶间腐蚀的方法 引起晶间腐蚀的原因是复杂多样的，针对立式储罐的施工特点，有效可行的方法有以下几点①选用超低碳或添加了钛和铌合金的焊条；②采用小的焊接线能量，快速冷却，避免高温停留区；③采用双面焊接方法，与介质接触的焊接面后焊。选用超低碳或添加了钛和铌合金的焊条，利用钛和铌优先于铬与碳形成稳定的碳化物，从而阻止形成富铬碳化物，减少晶间腐蚀。但在母材不是超低碳不锈钢的情况时，采用超低碳或添加了钛和铌合金的焊条效果不是十分明显，因为熔合比的作用将会使母材向焊缝中增碳，达不道预期目的，反而造成浪费。采用小的焊接线能量，快速冷却。两者的目的都是减少高温过热区及中温敏化区停留时间，减少Cr23C6扩散及沉淀形成所需要的时间。小的线能量可采用短电弧（不摆弧）、窄焊道、快速焊、小电流来实现，而层与层、道与道之间焊接时要控制好间隔温度，将温度控制在100℃以下。采用水冷的方法，可以达到快速冷却，通过敏化区的目的，同时节省空冷时间，增加工效。水冷方法：采用海绵吸足水，将海绵敷在焊道及热影响区，水冷前勿需敲掉药皮，防止水蒸气侵入焊缝表层，待水冷却后药皮自行脱落。储罐内侧与介质接触，放在最后焊接，焊后做酸洗钝化处理，增强耐腐蚀能力。
2.2 避免热裂纹的方法 控制热裂纹的方法有:①使焊缝为A+F双相组织②控制焊缝金属Cr/Ni比大于2③控制P、S等杂质含量④控制合理的焊接工艺。对于既定的板材焊接,前三个因素通过焊材的选择来控制。以0Cr18Ni9钢焊接为例,选用A102焊条主要成分（见表一）：
采用该种焊材，焊缝中F组织占7－10％，能溶解P、S等杂质，阻止低熔点共晶体形成网状，从而阻止裂纹扩展和延伸。且，Cr/Ni比大于2，P、S杂质含量低于母材，有利于避免热裂纹形成。制定合理的焊接工艺（见表二）。储罐环缝焊接过程中，几乎没有热裂纹出现，而在立焊缝焊接过程中容易出现热裂纹。主要原因是：首先，由于储罐施工立焊缝先焊接，其组对焊接应力远远大于环焊缝受的应力；其次，横焊缝电弧连续，借助于电弧吹力，再加上横焊缝熔池流淌性好于立焊缝，能保证熔池内铁水饱满；再次，因为立焊缝采用灭弧焊手法，收弧、引弧点多，点与点之间时间间隔难控制，容易形成弧坑热裂纹。具体解决措施如下：横焊时操作手法：少摆动，窄焊道，多道焊；短电弧，快速焊。焊条与行走方向成85°角。立焊操作手法：灭弧焊，焊条与壁板成90°角，收弧时要慢，填满弧坑，成月牙型收弧。控制好每次引弧、灭弧时间间隔，应保证上一次弧点变为暗红色之前，进行下一点引弧焊接，否则容易在应力作用下出现热裂纹及弧坑裂纹；保证下一焊点压盖住上一焊点的3/4，即使上一焊点出现裂纹，进行下一焊点时也将其熔化；控制好运条角度及弧长，短电弧，电弧吹力小，再加上大的焊接角度能保证弧坑熔池内铁水，避免出现弧坑裂纹。
2.3 防止焊接角变形措施 预防焊接变形，焊前可以通过焊接工艺参数、坡口形式、反变形、刚性固定、焊接顺序等方面加以控制；焊后通过火焰局部加热、机械进行矫正。但针对不锈钢储罐的可操作方法不多，焊接工艺参数采用的是小电流、多道、多层焊，小线能量输入，有利于减小焊接变形，不需要调整；从罐板组装方式及规格来看，反变形法无法实现；焊后进行加热矫正变形对于不锈钢罐也行不通。为此可行的方法只有刚性固定、焊接顺序安排、坡口形式选择三种。储罐的立焊缝相对较短，受力简单，通过段焊（隔500mm焊500mm）及控制层间温度的方法即可控制住角变形量。但，环焊缝焊道长，总体收缩量大，受力复杂，角变形量随着板厚增大而不易控制。防止厚板环缝角变形根本的措施是开K型坡口。K型坡口保证在壁板两侧填充金属量相当，热输入量相当，消除角变形的根源，同时，K型坡口使焊缝的总填充量小于单V型坡口，节省了焊材。焊接环焊缝时，根据不同情况确定不同焊接顺序，见表三。
对于单V型坡口先焊内侧面，是因为内外焊道层数相差较多，热量输入相差大，易引起焊接角变形。先焊内侧焊道，增大焊道及热影响区刚度，能有效遏止焊接角变形，同时利用坡口在外侧清根容易。但此种焊接方法违背了不锈钢焊接时最后焊与介质接触部分的防晶间腐蚀原理，为此在外侧焊接时应及时对焊道进行水冷降温，快速通过奥氏体不锈钢的贫铬敏化温度区（450-850℃）。采用K型坡口的同时也必须严格控制焊接顺序。若先焊完一面再焊另一面，焊第二面时所产生的角变形不能完全抵消第一面的角变形，因为焊第二面时，第一面的焊缝已完成，接头刚度大大增加，角变形比第一面小。应该先在内侧焊接少数几层，然后焊外侧，焊的层数比内侧多，最好一次把外侧焊满，使它所产生的角变形抵消内侧所产生的变形并稍稍超过一点，然后焊内侧，将该面剩下的焊完。每一层环焊缝焊接时采用倒退跳焊的方法进行焊接(如图一)。焊工均布，隔1000mm焊500mm，每一层焊缝每个焊工分3次跳焊完毕，层与层之间跳焊位置错开上一层，避免焊缝接头重合。盖面焊接不分段。
3 结束语
大庆油田化工集团一期工程醋酸项目的不锈钢罐群，罐主体采用0Cr18Ni9不锈钢板，包括1台100m3储罐，2台600m3储罐，2台1000m3储罐，3台5000m3储罐。采用以上焊接工艺及手法收到良好效果。
参考文献：
[1]周振丰编.金属焊接性.
[2]张文许编.焊接冶金学.
[3]吴越编.焊接结构.
大型储罐防腐方法浅议 第4篇
1.1 储罐的内防腐
(1) 储油罐罐内底板上表面防腐施工, 进行喷砂除锈防腐。
(2) 油罐罐壁内表面防腐施工, 进行喷砂除锈防腐。
(3) 浮顶油罐单盘下表面防腐施工, 进行喷砂除锈防腐。
(4) 浮顶油罐浮仓罐内部位表面防腐施工, 进行喷砂除锈防腐。
(5) 油罐内中央排水管表面防腐施工, 进行喷砂除锈防腐。
(6) 油罐内中央集水坑下表面防腐施工, 进行喷砂除锈防腐。
(7) 油罐内中央排水管支架、刮蜡板护托架等附件表面防腐施工, 进行喷砂除锈防腐。
1.2 储油罐外防腐
(1) 浮顶单盘、罐体外露表面喷砂除锈防腐。
(2) 浮舱内表面除锈防腐。
(3) 油罐罐上平台、踏板、浮梯、盘梯、加强圈除锈防腐。
(4) 油罐喷淋管线、消防管线人工除锈防腐。
(5) 油罐罐外所有阀门除锈防腐。 (6) 油罐罐外壁喷砂除锈防腐。 (7) 油罐底板下表面喷砂除锈防腐。
(8) 油罐外保温托架、附件表面防腐施工, 进行喷砂除锈防腐。
2 储罐各部位防腐涂料选择
2.1 储罐外底板
储罐外底板和罐基础面直接接触, 采用涂层配合外加电流阴极保护进行联合保护。该环境要求涂层具有良好的耐水性和耐久性, 由于同时采用阴极保护, 所以要求较好的耐阴极剥离性能。考虑到性价比和技术成熟方面, 在该部位推荐使用环氧类涂料和聚氨酯涂料。
2.2 储罐外壁
腐蚀环境为典型的工业大气腐蚀环境。在工业大气腐蚀环境下, 对涂层体系的要求主要有以下几点:1) 良好的防锈能力;2) 良好的附着力, 抗冲击等机械性能;3) 优异的抗紫外线性能的保光保色性能;4) 施工性能好, 能很好的适应现场条件;5) 技术成熟可靠, 性价比高。
目前应用最为广泛的涂层配套为:环氧富锌底漆/环氧云铁中间漆/丙烯酸聚氨脂面漆。
2.3 储罐内底板上表面及罐内壁
该部位通常是原油储罐腐蚀最为严重的部位。腐蚀介质主要为原油沉积水, 其成分复杂, 该部位的腐蚀特征为电化学腐蚀, 并有严重的局部腐蚀和点蚀倾向, 极易产生腐蚀穿孔。对此推荐采用环氧重防腐蚀涂层配合牺牲阳极阴极保护。罐底板可采用水性硅酸锂富锌涂料, 能对罐底板形成阴极保护, 且具有环保、施工简便的特点。
3 储罐防腐施工方法
3.1 罐体金属表面清理
罐体金属表面清理是储罐防腐施工的最重要的环节之一, 它直接影响到涂层表面的附着力。当前国内在储罐金属表面清理施工技术上大都采用开放式喷砂除锈, 但该施工工艺所存在的问题在于:操作员工劳动强度大, 而喷砂所产生的粉尘严重影响了员工的身心健康, 违反了国家所倡导的以人为本的经营理念;同时也对环境造成了极大的污染, 不符合环保的要求, 因而该工艺现已逐步被淘汰。现阶段国内较为先进的金属表面清理工艺为钢板抛丸清理施工工艺。
其具体做法:首先对钢板进行表面预处理, 其后再喷涂底漆和卷板, 待罐体施工完毕后再进行罐体焊道表面清理、补涂底漆, 最后在对整个罐体进行中间漆和面漆的喷涂作业。
3.2 罐体金属表面清理涂装施工
(1) 涂装施工应采用高压无气喷涂法施工, 其喷涂的具体步骤为:
首先:对除锈清理完毕的钢板进行头一遍的底漆喷涂。
其次:对钢板进行圆弧预制, 待预制完毕后再喷涂余下的底漆和一遍中间漆。
第三:将罐板进行储罐主体组对、安装, 安装完毕后, 再进行焊道两侧清理和补涂作业。
最后:对整个罐体进行面漆的喷涂。
(2) 涂装质量控制
防腐工程的防腐效果很大程度上依赖于涂装质量, 其影响因素及影响程度如下:表面处理质量影响程度50%;膜厚 (道数) 影响程度20%;预涂及其它因素影响程度30%。因此在涂装过程中除要严格执行涂料说明书的施工要求等技术条件外应特别注意以下三方面的控制。
a) 表面处理
从上述表中可以看出表面处理是影响漆膜防腐寿命的第一因素。所以在表面处理中, 应严格控制表面清洁度, 使之达到规定要求, 对表面粗糙度有要求的也应注意控制, 任何涂装于表面处理不良的防腐涂料, 都难以表现出良好的防腐性能。
b) 漆膜厚度
漆膜厚度也是影响漆膜防腐性能的重要因素之一。厚度检查采用磁性测厚仪检验。干膜厚度的测量厚度最好在实干后完全固化前完成, 以便对可能存在涂膜太薄处进行修补。否则, 如果涂膜厚度大面积低于标准时, 造成重涂困难。
干膜厚度按照“90-10”原则进行测量, 即所测量干膜厚度的点数的90%b必须达到规定膜厚, 余下的10%的测量点的膜厚要达到规定膜厚的90%。局部涂膜厚度不超过200%。
c) 预涂
由于腐蚀往往最先发生在焊缝和连接处的边角部位, 然后扩散。涂装时, 对这些部位要特别注意, 应先将这些部位刷涂一遍, 然后再进行全涂, 这样才能保证防腐效果。
3.3 罐体保温层施工
罐体保温的具体步骤为:
(1) 保温施工前清理储罐外表面的污垢和油灰, 并保证表面干燥。
(2) 保温层施工工艺除应符合规范规定外, 尚应符合G B J126-89《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》的有关规定。
(3) 保温层采用捆扎法施工, 应符合以下规定:
保温层应自上而下穿挂或嵌装在固定件上, 使其紧贴容器表面, 然后用镀锌铁丝交叉捆扎拧紧铁丝使保温层紧贴容器。
(4) 保温层采用纵横错开排列。
通过以上论述可以看出, 为确保原油储罐的长效使用, 为了减少腐蚀及经济损失, 实现安全文明生产, 建议实施在线防腐蚀监测, 加大技术经济分析, 使防腐蚀工作更细致、有效。
4 结束语
考虑到近几年石油工程中质量事故和安全事故不时出现, 给国民经济产生了一些不利影响, 同时防腐保温技术不完善或施工不规范又在很大程度上影响着管线、容器储罐或装置等的使用寿命, 因此完善和提升防腐保温的施工质量是施工所必需。
摘要：本文简要地介绍了原油储罐内腐蚀产生的原因, 提出了防腐设计中常采用的几个防腐方案。
关键词：储罐,防腐
参考文献
[1]金晓鸿.防腐蚀涂装工程手册[M].北京:化学工业出版社, 2008.[1]金晓鸿.防腐蚀涂装工程手册[M].北京:化学工业出版社, 2008.
[2]李勇.对大型原油储罐内腐蚀的分析与对策[J].材料保护, 2004, 37 (11) :52-54.[2]李勇.对大型原油储罐内腐蚀的分析与对策[J].材料保护, 2004, 37 (11) :52-54.
大型储罐基础设计方法研究 第5篇
储罐基础设计关键在于合理选择基础形式及地基处理方法。基础顶面向上凸起, 中间高, 四周低, 底板呈正锥形 (本文简称正锥工况) , 这种基础泄露储液可以依靠重力流到环墙边从泄露孔流出[1,2]。环保型基础, 基础顶面为凹形, 中间低、四周高, 底板呈倒锥形 (本文简称倒锥工况) , 罐壁底部直接坐落在碎石环墙部分, 在储罐基础内敷设土工布和土工膜等环保抗渗材料, 并在储罐基础中央设检漏装置, 这是一种全新技术理念和技术革新[3]。
本文以南三油库顺序输送俄罗斯原油改造工程中的非锚固浮顶罐为研究对象, 深入研究基础顶面不同时储罐的性能, 采用有限元法进行静载下储罐各部位变形和应力分布情况研究。
1 模型参数及荷载
大庆南三油库的模型参数包括储罐参数、地基参数和基础参数[4,5]。储罐参数为:容量为15×104m3;内壁直径为98m;储罐高度为22.66m;液面高度为21m;底板厚度为12mm;壁板从下到上分为8圈, 厚度分别为40mm、33mm、27mm、22mm、17mm、13mm、12mm、12mm。基础参数:基础砂垫层厚2.5m, 宽51.7m, 弹性模量为10MPa;混凝土环梁厚1.4m, 宽0.4m, 弹性模量为3.0MPa×104MPa;两者泊松比均为0.25, 密度均为2000Kg/m3。地基参数:压缩模量为8MPa;泊松比为0.3;密度为2000Kg/m3;粘聚力为31KPa;内摩擦角为25度。
运用有限元软件ANSYS分别建立大型储罐正锥工况和倒锥工况的二维轴对称有限元模型, 正锥工况底板向上坡度+2%, 倒锥工况底板向下坡度-2%。选取DruckerPrager弹塑性模型模拟地基土的本构关系, 储罐与地基之间采用接触模型模拟。正锥工况有限元模型二维简图见图1, 倒锥工况的模型类似。
本文主要考虑的荷载包括静水压力和罐体自重, 不考虑地基的自重。作用在罐壁上水压呈三角形分布, 作用在底板上的水压呈梯形角形分布。
2 储罐壁板的变形与应力分析
图2为正、倒锥工况下壁板的变形图。由图2可以看出: (1) 两种工况下罐壁第二圈~第八圈壁板的变形基本一致; (2) 在第二圈壁板下部靠近焊缝处, 倒锥工况壁板的变形比正锥工况略大, 正锥工况最大侧向位移58.3mm, 倒锥工况最大侧向位移59.2mm; (3) 第一圈壁板底部靠近大角焊缝处, 两者位移相差较大。正锥工况下向内的侧向位移3.90mm, 倒锥工况下位移为22.0mm。
图3和图4分别表示壁板内侧沿高度变化的轴向和径向应力分布情况。
从图3中可以看出, 两种工况下罐壁第二圈~第八圈壁板的轴向应力基本一致, 要第一圈和第二圈壁板存在较大差异。正锥工况下罐壁底部大角焊缝处出现轴向最大拉应力, 应力值为463.1MPa, 倒锥工况罐壁轴向最大拉应力也出现在底部大角焊缝处, 应力值532.2MPa (比正锥工况大14.92%) 。
从图4中可以看出, 正、倒锥工况罐壁的径向应力变化完全一致、数值几乎相同。径向应力绝对值均小于0.5MPa, 因此可以说罐壁径向应力对罐壁厚度设计不起作用。
3 储罐底板的变形与应力分析
图5为两种工况的沉降及底板变形情况。从图6可以看出, 正锥工况下, 沿径向距离罐底中心25m范围内底板变形后的的坡度较大约1.5%, 满足正常使用;25至48m的范围内的底板变形成“浅碟状”, 尽管坡度很小约1%, 但这不利于罐底储液以及漏液的排出, 也就不能满足工程需要。倒锥底板变形不同于正锥工况, 变形后的底板坡度大于沉降前的底板坡度, 变形平稳且没用出现“浅碟状”, 这将更加有利于液体依靠自重流动而被定向收集。
图6和图7分别表示中底板沿半径方向变化的轴向和径向应力分布情况。
从图6可以看出, 正、倒锥工况底板轴向应力非常小, 最大值不超过0.3MPa, 说明轴向应力对底板的影响可以忽略。
从图7可以看出, 倒锥工况下的的径向应力绝对值较正锥工况小很多。两种工况下底板的环向应力均为沿半径呈锯齿状, 但是正锥工况底板受到压应力, 底板变形容易受到基础的限制, 从而起褶弯曲, 促进褶皱现象的发生。
4 结论
本文以南三油库顺序输送俄罗斯原油改造工程中的非锚固浮顶罐为研究对象, 分别建立了正锥工况和倒锥工况储罐有限元模型, 通过静载下储罐各部位变形和应力分布情况研究, 结论如下:
(1) 两种工况下罐壁第二圈~第八圈壁板的轴向应力基本一致, 要第一圈和第二圈壁板存在较大差异。 (2) 对比发现倒锥工况大角焊缝处轴向应力和径向应力比正锥工况大很多, 因此大角焊缝位置在倒锥型储罐基础的设计中应引起重视。 (3) 倒锥工况储罐底板应力较正锥工况较很多, 故可以减小底板厚度, 从而节约用钢量, 而且倒锥工况下底板发生褶皱现象的几率减小了。倒锥工况底板变形后负坡度更大, 罐底部的泄漏储液可以完全依靠重力流到中间检查井, 达到环保要求。
摘要：结合南三油库顺序输送俄罗斯原油改造工程中的非锚固浮顶罐的工程实例, 利用有限元软件ANSYS分别建立了基础形式为正锥工况和倒锥工况的有限元模型, 通过静力分析得到两种工况下储罐的变形和应力分布情况, 为储罐的基础设计提供参考。
关键词：储罐,基础,正锥工况,倒锥工况
参考文献
[1]贾庆山.储罐基础工程手册[M].北京:中国石化出版社, 2002.
[2]刘强.储罐基础和底板设计中存在的问题[J].油气田地面工程, 2007, 26 (7) :3.
[3]吴天洪.环保型大型储罐凹形护坡式碎石环墙基础[J].工业建筑, 2007, 37 (增刊) :869-872.
[4]刘晓山, 邱宏宇, 张斌.150000m3浮顶油罐国产化设计展望[J].压力容器, 2004, 21 (5) :32-35.
大型储罐自振特性分析 第6篇
1 储罐固液耦合系统基本方程
流固耦合系统受到地震作用时,流体和固体之间会发生作用,流体的晃动会使固体产生运动或变形,而固体的变形和运动又反过来影响流体的运动,从而影响流体荷载的分布和大小,就产生了流固耦合现象。流固耦合系统通常由流体域、固体域和耦合界面三部分组成。耦合系统中固体域方程一般以位移为基本未知量,而流体域方程则通常采用流场压力为基本未知量,即位移—压力格式。结构在自由振动条件下,采用伽辽金法,流固耦合系统的有限元动力学方程可表示为[5,6,7] :
其中,Ms,Ks分别为固体部分的质量矩阵和刚度矩阵;Mf,Kf分别为流体部分的质量矩阵和刚度矩阵;Q为流固耦合矩阵,与耦合界面相关;a,p分别为流体节点位移向量和压力向量;ρf为流体密度。从式(1)中可以推导出流固耦合系统的特征方程为:
其中,ω为系统方程的特征值,对应的是流固耦合系统的固有频率,可以转化为求解大型矩阵的特征值问题。
2 有限元模型的建立
以15万m3大型原油储罐为例,储罐罐体直径93 m,高度23.9 m,每层2.39 m。其所用材料和罐体主要尺寸见表1。罐体钢材弹性模量210 GPa,泊松比0.3,密度7.85×103 kg/m3。为方便起见,在建立有限元模型时,对大型储罐进行一定的简化,不考虑浮顶、罐体接孔等影响。罐内液体采用Fluid80单元,罐底和罐壁采用Shell181单元,考虑储油罐固液耦合作用。
3 计算结果及分析
通过有限元计算,分别提取固液耦合条件下储罐前100阶模态。 对于大型储罐设置加强圈和抗风圈,其固有频率的对比分析
如图1所示。
由图1可以看出,当考虑罐内液体固液耦合作用的情况下,随着模态阶数的增加,频率也随之增大,两种情况下的频率都很密集,且都存在频率重合的现象。设置加强圈和抗风圈对储油罐的低阶频率基本没有影响,因为低阶频率主要反映的是液体的晃动。而对储油罐的高阶频率有较大的影响,设置抗风圈和加强圈的储油罐高阶频率明显要大于未设置的情况。因为储油罐的高阶频率主要反映的是结构的耦合振动形式。
为研究储油罐液面高度对固有振动特性的影响,设置了4种不同的液面高度,分别是6 m,12 m,18 m,21.6 m,通过有限元模态分析得出,各种液面情况下的频率对比分析如图2所示。
由图2可以看出,反映液体晃动的低阶频率随着液面的升高,其频率也随之增大,而高阶固液耦合振动频率则随着液面的升高而减小。根据GB 50431-2003立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范,储油罐的罐液耦连振动基本周期应按下式计算:
其中,Tc为储罐与储液耦连振动基本周期,s;R为罐内半径,m;δ3为罐壁距底板1/3高度处的有效厚度,m,即该处罐壁的名义厚度减去腐蚀裕量及钢板负偏差;Hw为油罐设计最高液位,m;Kc为耦连振动周期系数,根据D/Hw值查表取值。
Kc随着D/Hw值的增大而增大,但是值的变化范围很小,由规范可知,其值在5.14×10-4～7.91×10-4。由上式可以看出,储罐与储液耦连振动基本周期Tc主要受液面高度的影响,随着液面高度的增加,Tc值也会增大,故储罐固液耦合耦连振动频率随着液面的增加而呈变小趋势。
而对于储油罐的液体晃动周期,根据标准,按下式计算:
其中,Tw为储液晃动基本周期,s;Ks为晃动周期系数,根据D/Hw值查表取值;D为油罐内径,m。
可以看出,随着液面高度的增加,D/Hw变小,所以晃动周期系数Ks也变小,故储液晃动基本周期Tw也变小,因此储罐固液耦合液体晃动频率随着液面高度的增加而呈变大趋势。对于本文所研究的情况,D=93 m,Hw=21.6 m,D/Hw=4.305,查表得,
4 结语
由以上分析结果表明,大型储罐固液耦合系统的地震反应式由耦合系统自身振动特性和地振动特性两方面决定的,通过建立固液耦合系统有限元模型,得到了设置加强圈抗风圈和未设置加强圈抗风圈两种情况下储罐前100阶模态频率;同时分析了不同液面高度对耦合系统固有频率的影响,并将有限元结果与规范近似公式所得结果进行比较,结果误差在允许范围之内,特别是液体的晃动周期,数值误差比较小。罐内储液高度对固液系统的振动影响较大,矮胖罐的“象足”屈曲现象的产生和固液系统本身的某些高阶振型有密切关系。
摘要：为了给大型储罐地震动力响应进一步分析提供数据,建立了大型储罐有限元简化模型,考虑了罐体的固液耦合作用,对储罐系统的自振特性进行了分析,结果表明,有限元结果与规范计算结果误差很小,计算结果可靠。
关键词：大型储罐,有限元模型,固液耦合,模态分析
参考文献
[1]Jae-Min Kim,Soo-Hyuk Chang,Chung-Bang Yun.Fluid-struc-ture-soil interaction analysis of cylindrical liquid storage tankssubjected to horizontal earthquake loading[J].Structural Engi-neering and mechanics,2002,13(6):615-638.
[2]Wu T Y,Liu G R.Comparison of design methods for a tank-bot-tom annular plate and concrete ringwall[J].International Jour-nal of Pressure Vessels and Piping,2000,77(9):511-517.
[3]Lisa,Yunxia Wang.Seismic design standards and guidelines ofsteel and concrete liquid storage tanks[J].Earthquake Engi-neering,2003(34):327-338.
[4]叶列平,曲哲,陆新征.提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法[J].建筑结构学报,2008,29(4):1-9.
[5]李彦民,徐刚,任文敏.储液容器流固耦合动力响应分析计算[J].工程力学,2002,19(4):29-31.
[6]周明芳,张延庆.弹性结构与晃动液体耦合系统的动力特性分析[J].中国石油大学学报,2009,33(5):114-119.
大型储罐阴极保护方式选择研究 第7篇
1 阴极保护的必要性及意义
随着石油化工行业的迅猛发展, 目前, 大型储罐已经成为其主要的储存设备。但由于其储存的介质中含有少量的水、酸、硫等杂质, 它们都会加剧罐底板的腐蚀。当腐蚀达到一定程度时, 就会出现罐底板穿孔而导致大量物品泄漏, 污染环境, 甚至有时会引起爆炸[1], 对人类的生存环境造成很大的危威胁。
一般情况下, 储罐的设计寿命为30年, 但如果腐蚀严重, 一年左右就报废了[2], 在国内, 沿海地区某码头, 50000m3的储罐仅仅使用了两年, 由于腐蚀而不得不更换罐底[3]。从经济的角度考虑, 阴极保护的投资一般占总投资的2%~4%, 但可使储罐的使用寿命大大延长, 最长可得到40年。具有巨大的经济效益。在国外, 阴极保护已被列入法律条文, 成为埋地钢制管道和储罐的必建项目[3], 并且在API 651及SYT-0088-2006都做了规定:对新建的储罐的罐底外壁除经详细的调查确认不需做阴极保护外, 在设计中应采用阴极保护进行控制, 并使储罐在使用期间得到持续的保护。对已建储罐, 经调查研究, 分析确认腐蚀会影响到储罐的安全或经济运行时, 应采取阴极保护措施。由此可见, 储罐底板采用阴极保护是非常必要的。然而, 如何以经济的措施减轻、解决储罐的腐蚀, 采用怎样的阴极保护方式, 在储罐的设计中尤为重要。
2 目前常采用的阴极保护方式、原理及其优缺点
2.1 阴极保护方式分类
目前储罐的阴极保护方式主要有两大类:强制电流和牺牲阳极系统。其中, 强制电流阴极保护系统是采用外部的直流电源直接向被保护金属通以阴极电流, 使其阴极极化, 达到保护目的[4]。它主要由辅助阳极、参比电极、直流电源和相关的电缆组成。强制电流阴极保护系统又分为:深井阳极、柔性阳极和网状阳极[5]。牺牲阳极阴极保护系统利用一种比被保护金属电位更负的金属或合金与被保护金属进行电连接构成。在电解液中, 牺牲阳极因较活泼而优先溶解, 释放出电流供被保护金属阴极极化, 实现保护[4]。
2.1 强制电流阴极保护
强制电流阴极保护优点: (1) 可调的大的驱动电位; (2) 保护大型结构时能实现高的电流输出; (3) 输出电流可调; (4) 适合几乎所有电阻率的土壤。缺点: (1) 对外围结构有可能存在干扰问题; (2) 需要外加电源; (3) 对于小型结构, 维护、操作、投资费用高; (4) 需要专业的维护管理。
2.1.1 网状阳极阴极保护
网状阳极阴极保护系统是由混合金属氧化物阳极带和钛导电片按设计间距垂直敷设的一种阴极保护系统。适合于保护电流大的储罐底板, 并且可根据需要任意调节电流、电压。对于储罐底板面积较大的罐体, 网状阳极系统的优势更为突出, 它对底板中心部位保护起决定作用[5]。
网状阳极系统优点: (1) 比其他阴极保护系统电流分布更均匀; (2) 基本上不产生杂散电流, 对邻近结构不会产生腐蚀干扰; (3) 接地电阻小, 阳极寿命长; (4) 施工安装简单, 不需要回填料, 敷设时间短; (5) 对于大型储罐来说, 工程造价更低; (6) 受后道工序施工损坏的可能性小; (7) 阳极网能承受沥青砂和砂垫层施工操作, 施工质量高; (8) 管道与储罐之间不需要绝缘处理[6]。正因为网状阳极系统具有上述诸多优点, 使得其在大型储罐的阴极保护中得到了广泛应用。
2.1.2 深井阳极阴极保护
深井阳极保护系统是针对已建储罐一种有效的阴极保护方法, 已被广泛应用在储罐底板阴极保护系统中。阳极材料可采用高硅铸铁或混合金属氧化物, 但该系统施工较为复杂, 对现场环境、地质结构、周围金属结构要求较高, 要适合深井施工要求。从其保护效果及投资费用来说, 保护电流不均匀, 有的区域得不到保护, 并且易产生腐蚀干扰, 一次性投资较高, 调试也较为复杂[5]。
2.1.3 柔性阳极阴极保护
柔性阳极保护系统是强制电流阴极保护中一种辅助阳极, 该阳极由包敷在电缆外部导电橡胶制成。橡胶外部包裹一层碳粉, 铺设在储罐外底板下, 直接埋设在沙中。优点:离散同心弧与罐底分布对称, 电流分配均匀、电效率高、能耗小, 腐蚀干扰少。缺点:填料带较容易破坏, 导致填料漏失。并且在电流作用下, 导电橡胶随着时间的推移, 容易老化开裂, 使铜芯电缆迅速腐蚀, 导致系统过早失效[5]。
2.2 牺牲阳极阴极保护
牺牲阳极阴极保护系统优点: (1) 不需要提供额外的电源; (2) 安装比较简单; (3) 投资低 (相对于小型储罐罐) ; (4) 维护费用较低; (5) 干扰少; (6) 不需要频繁检测。缺点: (1) 输出电位有限; (2) 输出电流低; (3) 使用环境条件受限制 (低电阻率土壤, 储罐直径一般小于等于18m) ; (4) 使用年限相对较短, 需要定期维护或者更换。
3 强制电流网状阳极阴极保护系统的设计实例
3.1 网状阳极系统的应用实例
图1、图2为伊拉克2万m3油罐的强制电流网状阳极阴极保护安装图:
3.2 系统的组成
本系统由混合金属氧化物阳极带、钛金属导电片、参比电极、阳极电缆接头、阳极电缆、阴极电缆、恒电位仪, 防爆测试桩及防爆接线箱等组成。
3.3 网状阳极系统的安装
距罐底板400mm处的砂垫层内, 从罐中心处开始敷设网状阳极。网状阳极由阳极带与钛金属导电片垂直布置成网状结构, 导电片位于阳极带下面, 在接触处焊接在一起。施工时, 先按设计间距逐根敷设导电片及阳极带, 阳极带周围铺设焦炭粉。每米阳极带敷设3kg焦炭粉, 每根阳极带和导电片两端距圈梁150~200mm并用小沙袋压住, 用专用焊机焊接阳极带和导电片的交叉点, 每个交叉点焊接至少2个点。
阳极电缆与钛导电片间用阳极电缆接头连接, 每个接头至少焊接5点。罐底设计了四个阳极电缆接头, 四个阳极接头在罐底均匀分布, 以保证系统的可靠性及电流分布均匀, 并测量和记录阳极电缆间的导电性。
长效铜/饱和硫酸铜参比电极安装前在硫酸铜溶液中浸泡24h, 安装在砂垫层中, 位于网状阳极上方50mm处。在罐底板中心沿半径均匀埋设6支参比电极, 用于测量罐底板的保护电位。
将所有电缆从圈梁预留的导线孔引出, 采取保护措施埋地至防爆接线箱、防爆测试桩。阳极网安装完并逐项检查无误后, 进行基础回填。回填时先人工在阳极带上铺撒一层细砂土, 然后再从外向里进行回填, 防止机械辗压阳极网。破坏阳极表面的混合金属氧化膜, 损坏电缆及参比电极。
4 结论
实践证明, 大型储罐底板采用强制电流网状阳极阴极保护系统是一种可靠、成熟的阴极保护方式。本系统具有其他阴极保护系统不可替代的优点, 对大型储罐外底板腐蚀具有显著的保护效果。并且施工工艺简单, 受后道工序的影响小, 使用寿命长, 适用范围广, 适合任何电阻率土壤。并且采用此阴极保护系统后, 储罐与管道再不需做绝缘处理等优点。具有良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]赵海全.大型储罐底板设置阴极保护系统的探讨[J].中国科技期刊数据库, 2015, 22 (7) :291-292.
[2]徐峰.大型油罐底板外侧设置外加电流型阴极保护系统的必要性[J].科技论坛, 2015, 19 (2) :65-66.
[3]杜富国, 苏俊华.储罐外底板阴极保护系统的几个问题的探讨[J].石油化工腐蚀与防护, 2006, 23 (1) :41-43.
[4]胡士信, 孟宪级, 徐快.阴极保护工程手册[M].北京:化学工业出版社, 1999.
[5]李攀晖.储罐底板网状阳极的设计与安装[J].广州化工, 2012, 40 (1) :106-108.
[6]过梦飞.混合金属氧化物网状阳极的设计和安装[J].油气储运, 2001, 20 (6) :20-22.
[7]李金梅.网状阳极在10万m3外浮丁油罐罐底阴极保护中的应用[J].腐蚀与防护, 2007, 28 (7) :379-380.
大型储罐密闭脱水设施的应用 第8篇
中沙(天津)石化有限公司各有2台石脑油和加氢尾油储罐,总容积为8万M3,年周转量约为320万吨,年脱水量约为2000吨。原先采用的是通过储罐连接的脱水管线,直接将储罐内的水脱到敞开式的地沟,然后沿着地沟进到防火堤内的污水集中池,通过阻油排水器进到污水管网,进入到污水池内,然后通过污水池内的污水泵排至动力部的污水处理中心进行处理。见附图:
采用这种方式进行脱水作业,由于脱出来的水中包含硫化氢等有毒异味气体,使得操作人员处于硫化氢环境中工作,极易发生硫化氢中毒事故;同时污水散发的臭味对周围环境也造成了影响。
为了公司的可持续发展,以及减少VOC气体的排放以及改善周围环境,中沙公司决定采用引进密闭脱水设施来解决这一问题。密闭脱水设施就是将原先敞开式的脱水过程,通过自动脱水器、管线、废水罐、机泵等连接起来,使得整个脱水外排过程全密闭,杜绝了敞开式脱水带来的异味问题。
1工艺流程简述
通过在石脑油和加氢尾油储罐的脱水管线处连接一台自动脱水器,再用管线将自动脱水器和一台废水罐相连,将储罐内脱出的废水都进入到废水罐内。然后给废水罐配备两台磁力泵,将废水罐内的污水外排至污水管网。见附图:
脱水作业全密闭后,最为重要的就是在脱水作业时对油水检测的准确可靠性。密闭脱水这套工艺流程的核心部分就是自动脱水器,自动脱水器由两台油水检测传感器、控制器、脱水阀、回油泵等组成。油水检测传感器采用液柱谐振原理,根据介质的粘度和密度综合参数变化,分析水中的油含量。脱水采用二取二的原则,只有两台传感器检测值都符合要求时,方可进行脱水作业,增加了脱水作业的可靠性。
工作时,当两台油水检测传感器均检测到管线内水中的油含量达到外排指标时,将检测数据传送至控制器,控制器根据检测结果控制脱水阀的开关及阀门的开度。当任何一个传感器检测到水中油含量超标时,控制器关闭脱水阀,停止脱水作业,同时回油泵自动启动,将脱水器上部的油送回至油罐,油罐底部的水自流进入到脱水器,保证脱水作业的连续性。所有传感器及脱水阀的信号都上传至DCS系统,脱水操作时,都能通过DCS系统来监控脱水器的工作情况。
2使用效果
密闭脱水设施自投用以来,通过对废水罐内水样进行分析,可以发现,通过自动脱水器脱出来的水中的油含量一直稳定在污水外排指标内(≤150mg/L)。
去年石脑油、加氢尾油累计脱水约2000吨,人工脱水约为1吨每小时,仅仅去年一年,通过投用这套密闭脱水设施就为公司节约工时2000小时,降低了公司的劳动成本。
大型储罐电动机械化倒装运用 第9篇
(1) 拱顶罐的顶板安装中心架很低。
(2) 机械化倒装施工变壁板、顶板、浮盘的高处、高空作业为地面作业, 施工安全系数大大提高。
(3) 拱顶罐先将包边角钢安装后, 与罐顶板形成一个整体, 再使用电动工具提升安装顶圈壁板。
(4) 浮顶罐的浮盘安装不使用支撑网架, 采用加强龙骨铺垫, 形成强度单元后提升至支撑腿高度。浮盘采用无支撑网架倒链整体提升就位的方法节省了支撑网架的制作 (租赁) 费用, 缩短了浮盘的安装周期 (节省支撑架的安装、拆除时间) , 为缩短罐安装的整个周期创造了条件。
(5) 便于控制施工质量, 并能及时发现和处理施工中出现的质量问题。
(6) 电动工具机械化已中央控制为主导, 设备简单且易于操作控制, 提升过程受力均匀, 有效的解决了焊接变形的问题。
(7) 电动机械化可随时升或降。
(8) 电动机械化施工减少了劳动力的集中投入, 在工效、安全、成本控制和施工管理方面有了可靠的保证。同时利用罐底基圆与胀圈有效的保证了罐体的垂直度与椭圆度。
(9) 电动机械化施工工序衔接紧凑, 罐主体与浮盘可同时进行施工, 施工周期缩短, 提高了施工进度、降低了成本。
2. 适用范围
可用于容积大于等于20000m3的钢制储罐倒装施工 (不限制拱顶罐、浮顶罐或内浮顶罐的施工以及罐壁的对接和搭接) 。
3. 工艺原理
启动中央控制台, 使得电动葫芦拉动胀圈, 使罐顶及最上层壁板升起, 然后组对下层壁板, 待下层壁板与上层壁板焊接完成, 再将胀圈及筋板安装在下层壁板上, 再进行提升, 直至完成全部壁板组对与焊接。
4. 施工工艺流程及操作要点
(1) 具体工艺流程可简述为:
①拱顶罐。罐底板铺设先进行点焊加固, 再依次组装焊接包边角钢、顶板将其形成的整体提升至顶圈壁板高度, 将顶层壁板安装完毕后, 再组装焊接罐顶平台、抗风圈等, 由此从上往下依次组装完每一层罐壁板。流程见图1。
②浮顶罐。罐底板铺设先进行点焊加固, 再依次组装焊接包边角钢、顶板将其形成的整体提升至顶圈壁板高度, 将顶层壁板安装完毕后, 再组装焊接罐顶平台、抗风圈等, 由此从上往下依次组装完每一层罐壁板。而与此同时完成罐底板焊接后直接在罐底板上安装加强槽钢、角钢, 然后铺设浮盘板、焊接成强度单元, 浮盘完成后使用电动倒链抱杆提升到支腿的安装高度, 安装支腿。流程见图2。
(2) 具体操作要点:
施工计算、划线与以往方法相同。
①罐底安装
在罐底板铺设时采用滚轮拖板滚动的 (或坦克车运送的) 方法, 打破常规用人力硬拽和采用吊车吊装的工艺, 节省施工机械费用、人工费, 并省时省力。如图3所示 (图片源自营口鲅鱼圈油库工程10000m3拱顶罐施工) 。
②包边角钢及罐顶板安装 (适用于拱顶罐流程)
对于拱顶罐, 根据以往的倒装法施工方法, 是先围第一圈壁板, 第一圈壁板立缝焊接完之后, 再安装包边角钢和罐顶。本法工艺采用首先安装包边角钢, 将包边角钢利用挡板固定在罐底边缘板上;其次安装临时伞架 (拱顶球冠高度, 远远低于老方法的标高) , 将临时支架与罐底板临时焊接上;第三步安装罐顶瓜皮瓣, 将罐顶外部与包边角钢焊接;第四步罐顶安装完之后, 在罐顶上开抱杆孔, 将抱杆立起, 采用电动倒链提升罐顶和包边角钢强度单元至顶圈壁板宽度;最后安装顶圈壁板。这种施工方法, 既节约了成本, 又为安全施工奠定了基础。如图4、5所示 (图片源自营口鲅鱼圈油库工程10000m3拱顶罐施工) 。
③提升装置安装
机械化罐体提升装置, 不同容积的储罐依提升支架的间距和单台支架的负荷选择, 大型储罐最后提升重量很大, 间距太大会造成胀圈变形, 一般以不大于6m为宜, 而且所有的提升设备的提升速度必须一致, 提升设备的行程大于最宽壁板的宽度并考虑垫墩高度。
A.胀圈的制作
胀圈设置是机械化倒装施工最为关键点的一步, 设置胀圈:一是为罐体组对焊接时做胎具, 保证罐体椭圆度和垂直度;二是用于提升罐体, 并保证提升时储罐整体的刚度。
机械化倒装一般采用两台提升装置支撑一个胀圈, 储罐胀圈选用[18]槽钢对卡, 并进行分段滚圆。用100mm×10mm的钢板进行焊接连接, 间隔300mm焊接一块。组装成一体后用弧形样板进行检查, 弧形样板与胀圈之间的间隙不应大于4mm。为了保证胀圈安装强度, 在管壁上每隔2m焊接一块卡板, 同时用30t千斤顶将分段胀圈沿储罐内壁顶紧。如图6所示。
同时考虑到安全可以在胀圈上部安装提升受力的筋板, 其单面点焊在罐壁上, 如图7提升筋板位置图。
B.电动倒链提升装置的核算
a.电动倒链起重量确定
电动倒链提升最大总重量∑Gt=Gb+Gd+Gf-Gb1
式中Gb:罐壁总重量;
Gd:整个罐顶的重量 (含包边角钢、加强筋等, 如果为浮顶罐只计算包边角钢重量) ;
Gf:附加施工荷载 (包括抗风圈、加强圈、栏杆、盘梯等) ;
Gb1——底圈壁板重量。
b.电动倒链数量的选择
式中:n:电动倒链数量, 考虑到安全系数, n选用除净后的最大偶数;
Ge:单个电动倒链的额定荷载 (一般选用5吨、10吨的电动倒链) ;
K:电动倒链安全系数 (取0.75) 。
以河北新启元能源技术开发有限公司原油区30000m3浮顶原油罐参数为例进行核算, 该罐直径为46m, 高度为19.35m (共十圈壁板) , 单台总重680t, 其中浮盘部分重130t, 底圈约重180t。壁板和罐底边缘板材质为16Mn R, 其余部分为Q235。
则按照公式
考虑到每节板的长度最大9.6m, 最小8m, 所以柱之间的直线距离不宜超过8m。
则按照公式
因此, 可以采用50台10吨载荷的电动倒链进行提升作业。
c.吊耳和抱杆受力核算
内边柱提升法吊装时, 立柱焊接在罐底上, 与罐壁之间的净距应能满足电动倒链的正常使用要求, 此距离越小越好, 以减小罐壁的横向受力、防止收口。所有立柱间用钢管连接, 每根立柱的后背沿顶部吊耳板方向用角钢连在罐底, 从而使立柱群成为一个具有一定刚度的整体。立柱的高度能满足提升一圈板的高度并考虑支墩高度即可, 根据实际, 拟决定采用φ159*7mm钢管作为立柱, 材质20#, 高4m。每根立柱的计算荷载按平均荷载的1.5倍取值:N=370t*1.5/50=12t, 受力计算模型按两端铰接的偏心受压杆件设定。
a) φ159*7钢管核算;
φ159*7钢管基本力学数值:
f:钢材抗拉、抗压和抗弯的强度设计值取190N/mm2;
E:钢材弹性模量E=206×103N/mm2。
弯矩作用平面内稳定计算公式:
弯矩平面作用外稳定计算公式:
式中符号:
γx——截面塑性发展系数:1.2;
βmx, βtx:等效弯矩系数, 取1;
η:截面影响系数, 闭合截面取0.7;
ϕb:均匀弯曲受弯构件的整体稳定系数, 闭口截面取1.0;
ϕx和欧拉临界力N′Ex均按由长细比λx确定, 其中
整个构件对x轴的长细比:, 通过数值可得出, 构件的刚度满足使用要求。查附表4-2 (P290) a类截面轴心受压构件的稳定系数ϕx=0.829。
代入数值:
限位挡板和吊耳的简单核算
每块挡板承受的剪应力:
n:挡板个数
受力纵截面积
焊缝系数取0.7
产生的剪应力:
τ=T/A=37755.1/9600=3.93<[τ]=91 MPa
以上核算说明采用φ159×7mm及以上钢管都满足要求。
C.提升装置安装
为了使提升柱在提升过程中稳定且不变形, 提升支架应均匀布置在罐壁内侧, 且要靠近壁板, 使得胀圈受力垂直向上, 减少提升柱的弯矩。当把提升设备在罐内完全布置后, 每根提升柱使用2根∟63角钢斜支撑和1根φ10的花篮螺栓连到中心柱上的径向水平拉杆, 使所有提升支架呈辐射形连接。提升柱立柱2.5m高, 底部加250mm×250mm×12m垫板焊接在罐底板上。 (如图8所示) 中央控制台置于罐中心, 以便视线全面, 所有的控制线沿拉杆布置到提升设备上 (如图9) , 在提升前对每台提升设备进行空载、往复试验, 确保提升杆步进上下卡头可靠。电动倒链必须垂直与胀圈连接, 使之受力垂直向上, 以免发生提升过程中罐体发生转动和倾斜现象。
且为防止提升过程中罐体发生转动, 在设置倒链位置时采用两两面对, 相邻间隔背对的设置方法, 如图十防旋转布置示意图。
④顶圈壁板安装
在罐底边缘板外300mm焊接及无损检测完后, 确定储罐壁板组装挡板的安装线。
为了便于作业人员出入, 在罐底板上沿壁板圆周方向设置500mm高马蹬, 垫墩间距离宜800mm/个, 支垫墩材料用400的H型钢, 并与底板点焊。然后在每个支墩上沿罐内壁圆周线点焊一块定位挡块。在组装圆外侧支墩上, 每隔800mm点焊一个临时挡板, 每张壁板用可调式斜杠支撑, 每张壁板之间由立缝组对卡具连接。方法见下图11。
将预制好的壁板按照排版图, 开始围板。预留下的活口部位用倒链拉紧。壁板组对完毕, 进行顶圈壁板安装的测量验收, 控制要求见下表1。
为节约吊装机械使用, 在壁板的安装中可使用抓管机, 抓管机工作效率高, 机动性强。如图12、13抓管机安装图, 但施工中需要注意板材的保护, 避免机械划伤。 (图片源自河北新启元能源技术开发有限公司原油罐区30000m3浮顶原油罐施工) 。
⑤倒数第二圈壁板的安装
顶圈壁板安装焊接后, 缓慢提升顶圈壁板。当顶圈罐壁与底板 (支墩) 离开100mm间隙停止起吊, 检查各抱杆受力点以及胀圈起吊点, 无问题情况下, 继续缓慢且均匀地提升罐壁, 使之提升到所需高度, 固定好倒链, 准备进行下倒数第二圈壁板的组对。如图14, 顶圈壁板提升后示意图 (图片源自河北新启元能源技术开发有限公司原油罐区30000m3浮顶原油罐施工) 。
焊接前必须经过壁板安装验收合格。焊接纵缝时, 在垂直壁板纵缝电焊2~3块筋板, 在平行纵缝的两边加背杠 (见图15) , 壁板纵缝先焊外侧, 内侧清根后施焊, 活口以外的其他焊缝全部焊接完成后, 应复核罐壁周长尺寸。 (实际尺寸等于理论尺寸、最后活口焊接收缩量、顶部包边角钢焊接收缩量、下部环缝焊接收缩量的总和) 。
⑥其它圈壁板安装
除顶圈壁板外, 对其它的壁板要预留两道活口, 暂时不要焊接, 两道活口要对称布置, 待罐体提升到预定高度后, 收紧活口, 进行组对环焊缝和两道活口的立焊缝。每道活口的上、中、下各配一付直径为M24 (正反扣) 的调整螺丝或三只3t的倒链供收紧活口, 待罐体提到预定高度后收紧活口。如图16所示。
纵缝和环缝焊接完成后, 应按设计要求对壁板的几何尺寸、焊接质量进行检验。
检验合格后, 在进行安装其余壁板, 直至最后一圈壁板的安装结束。在每圈罐壁施工过程中, 罐的附件同时安装, 以减少高空作业施工。见图17 (图片源自南京金陵油品改造20000m3浮顶原油罐施工) 。
罐体在提升过程中易发生旋转, 每提升一圈壁板时在罐壁90°、270°方向做好标记, 以便及时调整。焊接时采用多台焊机对称分布, 同向施焊法, 收缩缝最后焊。
⑦浮盘安装 (适用于浮顶罐流程)
设计要求浮盘底部有周向以及径向的加强槽钢、角钢筋时 (如河北新启元能源技术开发有限公司原油区2台30000m3浮顶原油罐安装) , 浮盘部分采用无支撑网架倒链 (电动) 整体提升就位法。
A.罐底板真空试漏检验合格, 进行浮盘安装。按照浮盘单盘排版图, 在罐底板上铺设单盘板加强骨架, 如图18加强骨架铺设示意。
B.单盘板骨架焊接完成后, 开始铺设单盘板和安装船舱, 单盘板焊缝采用搭接焊, 且搭接量不小于25mm。焊接可采用CO2气体保护焊焊接, 焊接线能量输入小, 焊接应力小, 变形小, 同时提高焊结效率。焊接时按照由外向内, 先下后上, 先短缝后长缝分圈焊接的顺序进行。
主要步骤为:
a.船舱与罐壁板限位连接;
b.间断焊接单盘板与船舱内边缘板大角缝;
c.焊接单盘板下表面搭接焊缝, 采用焊工均布、间断焊、先短缝后长缝的方法;
d.单盘上表面每道焊缝整体加背杠;
e.焊接外圈单盘板上表面搭接焊缝, 采用焊工均布、间断焊、先短缝后长缝的方法;
f.第1圈全部焊完后, 向内进行第2圈焊接, 依次焊完所有焊缝。
通过以上焊接工序, 在南京金陵油品改造2台20000m3原油罐的施工中, 最终单盘板局部凹凸度控制在20mm范围之内 (设计要求不得大于50mm) 。如图19所示。
C.在考虑到提升变形的基础上, 需要综合考虑浮盘提升的抱杆的个数。以河北新启元能源技术开发有限公司原油区30000m3浮顶原油罐安装为例。浮盘重130t, 从起吊理论上使用13台以上10t倒链即可。但考虑到吊装失稳、浮盘变形的问题以及为防止提升过程中浮盘旋转, 设计在每个船舱对应的第一圈壁板 (24mm) 位置焊接安装20mm厚的吊耳板, 挂10t倒链, 总共20台, 在浮盘的盘面靠近加强槽钢圈的位置开抱杆孔 (φ500mm) , 充分利用盘面上的人孔、自动排水孔、以及中央集水孔等总计14个, 每根杆上挂一对10t (电动) 倒链, 共使用28台, 为增加起吊点, 对应每台倒链在盘面上固定横杆, 两端使用U型板固定, 这样盘面上的吊点数目为2*28=56个, 以确保起吊过程中不出现局部变形。这样总体起重能力为480t。此处也可以进行核算, 方法见4.2.3) 。如图20吊点整体布置图、图21一柱变四吊点示意图、图22吊点实际示意图。 (图片源自河北新启元能源技术开发有限公司原油罐区30000m3浮顶原油罐施工)
D.将浮盘提升到按图纸设计要求高度后 (1.8m左右) , 开始穿浮盘支柱, 将支柱安装固定之后慢慢将支柱附近的倒链卸载。安装支柱时应从中心由内圈向圈外安装, 然后依次使倒链卸载。待支柱全部安装完毕后, 进入内部焊接浮盘仰脸, 完成图纸的焊接要求。最后全部完毕后拆除抱杆。壁板吊点处拆除倒链后, 必须将吊点处焊疤打磨平滑, 以防伤及一、二次密封膜。
5. HSE管理
(1) 提升装置的稳定性检验, 注意提升的失稳。
(2) 现场设施的布置, 应符合安全技术规程的规定。
(3) 注意核算用电负荷是否满足要求
(4) 供电线路的电压稳定, 系统运行的总电压降不得大于10%。
(5) 对机械化设备的危害识别和风险评估的控制。
(6) 电动倒链倒装法施工罐内开关箱和用电设备是本工法施工用电的重大风险源, 必须做到用电设备与罐内壁绝缘隔离设置, 且摆放稳固。需设置安全隔离变压器以防漏电。
6. 应用实例
实践证明大型储罐电动机械化倒装施工与正装法传统正装施工方法在同等工期的前提下相比, 无论在机械效率、制造成本、提升速度、人工工日、施工工期等方面都有明显的提高, 而且整个装置操作简单, 安全系数提高, 便于全过程质量控制。再利用新型自动焊接设备, 不失为一种新的施工方法。
(1) 河北新启元能源技术开发有限公司原油罐区2台30000m3浮顶原油罐施工 (2009年) 施工中壁板、浮盘采用倒链操作施工, 改变以往正装法的施工模式, 短时间内创造了效益。
(2) 营口鲅鱼圈油库工程10000m3拱顶罐施工 (2009年) 。
(3) 北京燕化260万吨/年柴油加氢精制装置中间罐区2台10000m3内浮顶罐施工 (2011年) 见下图。
(4) 南京金陵系统配套改造项目2台20000m3外浮顶原油罐施工 (2011年) 。
2011年南京金陵系统配套改造项目2台20000m3外浮顶原油罐施工, 使用电动倒链倒装法施工, 历时50天时间主体全部完毕, 与正装法相比工期提前15天。
同时在3台钢制5000m3、1台3000m3拱顶储罐的拆除工作中, 也打破常规拱顶罐拆除的理念采用同安装同方法的施工工艺进行电动葫芦倒装法拆除。因此次拆除属于破坏性拆除, 保温也跟随罐壁逐圈进行电动葫芦倒装拆除, 这样降低了切割拆除垮塌的风险。
参考文献
[1]丁阳编著.天津大学出版社《钢结构设计原理》, 2004年第一版.
