内容发布更新时间 : 2024/5/5 14:30:11星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

1 绪论

1.1 大型储罐的意义

有“工业血液”之称的原油作为国家重要的战略物资，是支撑国民经济发展和国家安全的重要支柱。随着我国国民经济的快速发展，石油短缺问题越来越严重。自1993年开始，我国已成为纯石油进口国，2000年我国原油、成品油进口总量约为七千万吨，2001年的进口总量约为六千万吨[1]。据有关部门预测，2010年和2020年我国石油供需缺口分别为一亿两千万吨和两亿一千万吨左右，而我国原油储备设施和能力与国民经济发展的要求很不适应，目前拥有包括油田生产、运输、加工和贸易各个环节的原油储罐容量约为二千万吨，其中炼油企业原油储罐容量约为一千六百万吨，我国的原油储存能力仅供炼油厂加工20天左右。美国、日本等发达国家均建立了完备的石油储备制度，它们的石油储备均以原油为主，日本从1994年开始至今，其储备量一直保持在150天的石油消费量，美国是世界上最大的石油储备国，1992年其石油储备量达到两亿零一百七十万吨，达到了93天的石油消费量。我国原油储存不具备战略性储备能力，其抵御风险和应付突发事件的能力非常脆弱

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。由此可见，将原油提炼为成品油作为战略储备储存起来也成为了一项至关重要

的任务。而有效、经济、合理地设计出一个成品油储罐，对成品油的储存有着非常重大的意义。

1.2 设计目的及要求

设计一个5000m3成品油储罐。设计压力：1.8KPa，容积：5000 m3，设计温度：0-45℃，设计风压：750Pa，地震烈度：7度。

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2 国内外研究现状及发展趋势

国内大型储罐设计建造技术发展可分为四个阶段。第一阶段为整体技术引进，包括材料、设计技术及施工技术，如20世纪80年代中期在大庆、秦皇岛建设的10×104m3储罐；第二阶段实现了设计技术及施工技术国产化，仅高强度材料进口，如20世纪90年代在上海、镇海、兰州、黄岛等地建设的10×104m3储罐储罐；第三阶段全面实现了国产化，从高强度材料、设计技术及施工技术，如在北京燕山建设的4台10×104m3储罐。第四阶段是大型储罐的设计跨入世界先进行列，国内已设计建成15×104m3储罐，如在江苏仪征和甘肃兰州建设的15×104m3储罐。大型储罐在国外的发展起步较早，1962年美国首先建成10×104m3大型储罐；1967年委内瑞拉建成了15×104m3大型储罐；1971年日本建成了16×104m3大型储罐；接着沙特阿拉伯建成20×104m3巨型储罐[3]。

2.1 设计理论、规范的选用

目前，在国外油罐工程建设项目中，使用的主要规范有美国的API650、英国的BS2654、日本的JISB8501等。其中广泛采用美国石油学会标准API650。事实上，API650标准已经成为国际上设计建造油罐的通用标准。通过对建成的大型油罐罐壁应力分析结果来看，采用API650标准进行设计，罐壁应力分布比较平缓，有利于提高油罐的安全性。鉴于上述原因，大型油罐采用美国石油学会标准API650进行设计比较合理。在以上几个国家储罐的设计标准中，罐壁强度的计算公式和系数的选取上有所不同，但基本理论都是根据储液的静压力作用在罐壁上所产生的环向应力，用定点法或变点法计算罐壁的厚度。

而在规范中的焊缝系数，则反映了一个国家的技术政策和技术水平，合理地确定焊缝系数关系到储罐的安全以及经济。在规范中，各国在焊缝系数选择上的差异比较大。储罐上的焊缝是储罐受力的薄弱环节，分析国内外大量的储罐破坏事故，多发生在焊缝或焊缝热影响区的金属部分。在一般情况下，焊缝金属强度和母材金属强度相等，甚至超过它。但由于焊缝和焊缝热影响区受高温影响强度削弱，因此，必须采用焊缝系数补偿焊接时可能产生的强度削弱，焊缝系数与无损探伤的技术水平也是直接相关的。世界上工业发达的国家，如美国和英国取的焊缝系数是φ=l。

依据我国的大型储罐的制造、施工水平和无损检验水平，储罐的设计标准中取焊缝系数φ=0.9还是比较符合中国的实际情况。但在设计容量大于5×104m3容积以上的大型油罐，我国的储罐设计标准，具有一定的局限性。应借鉴国外的设计规范，罐壁焊缝系数取φ=l比较符合中国的实际。大型储罐没计时，罐壁焊缝系数取φ=1在技术

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上是可行的。规范中各国罐壁高度H的选取，在SH3046标准中H为罐壁高度或溢流口高度，对于浮顶罐和拱顶罐在罐壁上无溢流口，因此计算罐壁时H取罐壁的实际高度。而在API650标准中H为储液高度，拱顶罐和浮顶罐的罐壁实际高度要高于储液高度l～1.5米，在其它参数相同时，按SH3046标准计算比按API650标准计算，每层罐壁约增加厚度1～4mm。因此按API650标准设计大型储罐可节省投资。

2.2 材料的发展

随着油罐的大型化而产生的主要问题之一就是对材料的要求更高。为了避免底层罐壁过厚带来的整体热处理问题和解决焊接问题，对于大型油罐的设计，均采用高强度钢。在日本，10×l04m3、12×l04m3、l6×l04m3大型油罐普遍使用屈服强度490MPa级的调质钢，例如spv490Q、WEL—TEN62等。这类材料强度高、韧性好、碳当量较低、焊接性能较好。事实上，这类材料的发展和推广促进了油罐的大型化。因此，大型油罐一般采用屈服强度490MPa级的钢材。迄今为止，国内建造的10×l04m3以上浮顶油罐大都采用490MPa级的高强度钢材。在设计和建造方面，对使用日本的高强度钢板，国内已经积累了相当丰富的经验。

油罐用国产高强度钢板目前国内钢铁企业也在开发，其中武汉钢铁(集团)公司等单位研制的WH610D2钢板在燕山石化公司建造的4座10×l04m3浮顶油罐得到工业化应用。武钢联合有关单位自主研制的WH610D2钢板不仅具有高强度、高韧性，而且具有优良的焊接性能，尤其是能够适用于大线能量焊接工艺条件。此钢板的研制成功，结束了我国建造10×l04m3原油储罐长期依赖进口的历史局面。

对于强度级别更高的材料，如屈服强度在490MPa以上的材料，在国内外油罐建设上很少使用，没有成熟的经验。因此，目前大型油罐用材料不宜使用屈服强度超过490MPa以上的材料。

2.3 结构的发展

罐壁方面，油罐大型化的主要限制是罐壁钢板最大允许使用厚度的限制。目前国内外主要油罐规范允许的罐壁钢板最大使用厚度为45mm，按此计算，使用屈服强度490MPa的高强度材料所能够建造的油罐最大容量在20万立方米以下。如何能够在不突破最大允许使用厚度的前提下增大油罐的容量，解决这一问题的途径之一就是采用双壁(或多壁)油罐。这种双壁(或多壁)油罐称为液力平衡式油罐，采用液力平衡原理，在内层罐壁(亦称主罐壁)的下部外侧施加一个反向的力，从而降低内层罐壁所受的液压力，降低内层罐壁厚度。液力平衡式油罐是今后超大型油罐的发展方向之一，但其细节结构有待进一步探讨研究。

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