第二章油气储存设备课件.ppt
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1、1油罐:指用来储存油品的一类具有较规则形体、较大容积的容器。油罐:指用来储存油品的一类具有较规则形体、较大容积的容器。油罐按材料分为金属油罐和非金属油罐。金属油罐是由不同厚度油罐按材料分为金属油罐和非金属油罐。金属油罐是由不同厚度的钢板、采用不同焊接方法焊接而成的储油容器。的钢板、采用不同焊接方法焊接而成的储油容器。一、金属油罐的特点和发展趋势(一)金属油罐特点(一)金属油罐特点 金属特点:高强度、导电性,导热性、延展性和反射性等。金属特点:高强度、导电性,导热性、延展性和反射性等。对于油罐其优点:强度高,可焊性和可塑性好,导电性优良。对于油罐其优点:强度高,可焊性和可塑性好,导电性优良。缺点
2、是导热系数大、增加了油品损耗。缺点是导热系数大、增加了油品损耗。第二章第二章 油气储存设备油气储存设备2(二)(二)两种发展趋势两种发展趋势1 1、大型化、大型化(1 1)节省钢材节省钢材 油罐容量油罐容量100100m m3 3其单位容积所需钢材净重其单位容积所需钢材净重38.5238.52kg/mkg/m3 3,油罐容量油罐容量10001000m m3 3其单位容积所需钢材净重其单位容积所需钢材净重19.67 19.67 kg/mkg/m3 3。(2 2)减少基建投资减少基建投资(3 3)占地面积少)占地面积少(4 4)便于操作管理,并可减少损耗)便于操作管理,并可减少损耗2 2、油罐储油
3、性能改进、油罐储油性能改进(1 1)减少蒸发损耗,节约能源,提高经济效益)减少蒸发损耗,节约能源,提高经济效益(2 2)保护环境,减少污染)保护环境,减少污染3二、金属油罐基本要求(一)强度要求:油罐在卸载后不会发生变形(一)强度要求:油罐在卸载后不会发生变形(二)抗断裂:无论在水压实验或操作情况下,油罐都不允许(二)抗断裂:无论在水压实验或操作情况下,油罐都不允许发生断裂破坏发生断裂破坏(三)抗风荷:建造和使用时期,建罐地区最大风荷下不产生(三)抗风荷:建造和使用时期,建罐地区最大风荷下不产生破坏破坏(四)抗地震:建造和使用时期,建罐地区最大地震情况下不(四)抗地震:建造和使用时期,建罐地区
4、最大地震情况下不产生破坏产生破坏(五)稳定的基础:油罐基础在整个使用期间的不均匀沉陷要(五)稳定的基础:油罐基础在整个使用期间的不均匀沉陷要在允许范围内在允许范围内4三、金属油罐种类按罐体几何形状不同分为立式圆筒形、卧式圆筒形和特殊形按罐体几何形状不同分为立式圆筒形、卧式圆筒形和特殊形式等。式等。(一)立式园筒形油罐(一)立式园筒形油罐油罐由罐顶、罐壁、罐底三部分组成。油罐由罐顶、罐壁、罐底三部分组成。油罐基础均用素土层、灰土层、砂垫层和沥青砂防腐层等四油罐基础均用素土层、灰土层、砂垫层和沥青砂防腐层等四层逐渐铺垫夯实而成。层逐渐铺垫夯实而成。罐底由钢板铺设焊接而成。罐底由钢板铺设焊接而成。罐
5、壁由一层层的圈板焊接而成。每圈圈板上的竖直焊缝均采罐壁由一层层的圈板焊接而成。每圈圈板上的竖直焊缝均采用对接;圈板与圈板之间的环向焊缝可以是对接,也可以是用对接;圈板与圈板之间的环向焊缝可以是对接,也可以是搭接。搭接。5根据罐顶结构的不同,立式油罐可以分为以下几种:根据罐顶结构的不同,立式油罐可以分为以下几种:1 1、锥顶油罐:、锥顶油罐:早期建造、顶为锥顶。按照油罐容量大小可分为自承式早期建造、顶为锥顶。按照油罐容量大小可分为自承式(100100m m3 3以下)、桁架式(以下)、桁架式(50005000m m3 3)、梁柱式(梁柱式(1000010000m m3 3以上)三以上)三种。种。
6、锥顶油罐承压能力小,小呼吸损耗大,罐顶结构复杂,用钢锥顶油罐承压能力小,小呼吸损耗大,罐顶结构复杂,用钢量大、施工不方便。量大、施工不方便。2 2、无力矩悬链形呼吸顶油罐、无力矩悬链形呼吸顶油罐 罐顶顶板较薄,一般要求罐顶顶板较薄,一般要求2.52.5mmmm,在自重作用下承悬链曲线状,在自重作用下承悬链曲线状,薄钢板中只有拉应力而无弯曲应力。薄钢板中只有拉应力而无弯曲应力。3 3、拱顶油罐、拱顶油罐 罐顶呈拱形,拱顶是自承式罐顶。分为球形顶和准球形顶。罐顶呈拱形,拱顶是自承式罐顶。分为球形顶和准球形顶。64 4、浮顶油罐、浮顶油罐 上部开口的立式园筒形油罐,浮顶直接放于油面上,随上部开口的立
7、式园筒形油罐,浮顶直接放于油面上,随油品收发而上下浮动,浮顶与罐壁之间填充密封装置。油品收发而上下浮动,浮顶与罐壁之间填充密封装置。浮顶油罐最大特点在于能基本消除固定油罐中存在的浮顶油罐最大特点在于能基本消除固定油罐中存在的油气空间,能消除油气空间,能消除90%90%以上的呼吸损耗。缺点易腐蚀,容易进入以上的呼吸损耗。缺点易腐蚀,容易进入灰尘等脏物。灰尘等脏物。5 5、内浮顶油罐、内浮顶油罐 (1 1)罐顶;()罐顶;(2 2)罐顶通气孔;()罐顶通气孔;(3 3)罐壁通气孔;()罐壁通气孔;(4 4)密)密封装置;(封装置;(5 5)单盘人孔;()单盘人孔;(6 6)自动通风孔;()自动通风
8、孔;(7 7)罐盘支柱)罐盘支柱7内浮顶油罐顶部为拱顶,内部油品上设置一内浮盘。内浮顶油罐顶部为拱顶,内部油品上设置一内浮盘。由于内浮顶油罐兼有拱顶罐和浮顶罐优点,既能防止雨水由于内浮顶油罐兼有拱顶罐和浮顶罐优点,既能防止雨水等杂质进入油罐,又能减少油品蒸发损耗,故现储存轻油多建等杂质进入油罐,又能减少油品蒸发损耗,故现储存轻油多建议用内浮顶油罐。前者普通立式油罐也可以改建成内浮顶油罐。议用内浮顶油罐。前者普通立式油罐也可以改建成内浮顶油罐。(二)卧式圆筒形油罐(二)卧式圆筒形油罐 卧式油罐由圆筒形罐身和两端的头盖组成。卧式油罐的特点卧式油罐由圆筒形罐身和两端的头盖组成。卧式油罐的特点是能承受
9、较高的正压和负压。卧罐的一般设计承压能力不超过是能承受较高的正压和负压。卧罐的一般设计承压能力不超过2 2kg/cm2kg/cm2。四、金属油罐材料的选择油罐材料影响到油罐强度、韧性、可焊性等等,材料的正油罐材料影响到油罐强度、韧性、可焊性等等,材料的正确选择对油罐稳定性、抗灾害能力等具有重要意义。确选择对油罐稳定性、抗灾害能力等具有重要意义。8(一)合理选择钢板厚度(一)合理选择钢板厚度 在满足强度和刚性要求的前提下,钢板越薄越在满足强度和刚性要求的前提下,钢板越薄越好,这样能节省钢材,但为提高强度要求,特别是在好,这样能节省钢材,但为提高强度要求,特别是在建大型油罐时,钢板厚度将取很大值,
10、而钢板越厚,建大型油罐时,钢板厚度将取很大值,而钢板越厚,钢材的可焊性及韧性将降低。钢材的可焊性及韧性将降低。对立式油罐来说,最重要的部位,也是受力最对立式油罐来说,最重要的部位,也是受力最大,最复杂,消耗金属最多的部位,是罐壁和罐底的大,最复杂,消耗金属最多的部位,是罐壁和罐底的边板。在油品静压作用下,不同高度处的罐壁所受的边板。在油品静压作用下,不同高度处的罐壁所受的压力是不同的,压力是不同的,因此在设计油罐时,靠下部的一部分因此在设计油罐时,靠下部的一部分壁板的厚度应根据强度条件确定,而上部几圈圈板的壁板的厚度应根据强度条件确定,而上部几圈圈板的厚度则按刚性条件确定,即按最小罐壁厚度确定
11、。厚度则按刚性条件确定,即按最小罐壁厚度确定。(二(二)选用的钢材种类选用的钢材种类(略略)9第二节拱顶油罐拱顶油罐是油库中应用最广泛的油罐类型。拱顶油罐是油库中应用最广泛的油罐类型。一、拱顶油罐的结构 拱顶油罐由罐顶、罐壁、罐底及油罐附件组成。拱顶油罐由罐顶、罐壁、罐底及油罐附件组成。拱顶中心为圆型中心顶板,由中心顶板向四周呈辐射拱顶中心为圆型中心顶板,由中心顶板向四周呈辐射状,为多块扇形顶板相互焊接而成。罐直径大于状,为多块扇形顶板相互焊接而成。罐直径大于1515米时,米时,为加强罐顶强度,在顶板上要增设加强肋。为加强罐顶强度,在顶板上要增设加强肋。罐顶与罐壁项部圈板的连接部位不仅承受铅垂
12、压力,罐顶与罐壁项部圈板的连接部位不仅承受铅垂压力,同时也要承受环向压力或环向拉力。为了增强罐体上部的同时也要承受环向压力或环向拉力。为了增强罐体上部的刚度,罐顶圈板的端部必须加强,但罐壁与罐顶结合处的刚度,罐顶圈板的端部必须加强,但罐壁与罐顶结合处的强度必须减弱,强度必须减弱,其目的在于一旦油罐发生爆炸,可以先将其目的在于一旦油罐发生爆炸,可以先将该处炸开,保护罐底和罐壁不受损害,油品不外泄,从而该处炸开,保护罐底和罐壁不受损害,油品不外泄,从而减少火灾范围。减少火灾范围。因此,建议采用因此,建议采用“弱顶弱顶”结构。结构。1011 罐壁板与罐底边缘板结合处采用罐壁板与罐底边缘板结合处采用T
13、 T型焊缝。此处因受到弯型焊缝。此处因受到弯曲力矩和剪力的共同作用而产生边缘应力,是油罐易受破坏部曲力矩和剪力的共同作用而产生边缘应力,是油罐易受破坏部位,因此必须保证位,因此必须保证T T型焊缝质量。型焊缝质量。二、罐壁钢板厚度计算 罐壁各圈板厚度应按每圈圈板的最大环向应力计算。如果罐壁各圈板厚度应按每圈圈板的最大环向应力计算。如果只考虑液体静压引起的环向应力,每一层圈板的最大环向应力只考虑液体静压引起的环向应力,每一层圈板的最大环向应力应在该圈板的最下端,但由于圈板连接处的截面变化,使得各应在该圈板的最下端,但由于圈板连接处的截面变化,使得各圈板最大环向应力移至距各圈板的最下端圈板最大环向
14、应力移至距各圈板的最下端3030cmcm。式中:式中:t t罐壁设计厚度,罐壁设计厚度,mmmmt t0 0 罐壁计算厚度,罐壁计算厚度,mmmmc c0 0_ _钢板厚度允许负偏差,钢板厚度允许负偏差,mmmm12c c腐蚀裕量,根据油品腐蚀性能和对油罐使用年限的要求腐蚀裕量,根据油品腐蚀性能和对油罐使用年限的要求确定。确定。式中:式中:H H所计算的那一圈罐壁板底边至罐壁顶端的距离。所计算的那一圈罐壁板底边至罐壁顶端的距离。m m 储存油品密度。(注意取值)储存油品密度。(注意取值)D D 油罐内径,油罐内径,m m 焊缝系数焊缝系数,一般取一般取0.9 0.9 计算所得设计厚度应按规定的
15、钢板厚度间隔取钢板的标准厚计算所得设计厚度应按规定的钢板厚度间隔取钢板的标准厚度值。同时考虑金属油罐稳定要求,罐壁厚度要求不得小于规度值。同时考虑金属油罐稳定要求,罐壁厚度要求不得小于规定的最小厚度,并且由于施工时很难对焊缝进行热处理,因此定的最小厚度,并且由于施工时很难对焊缝进行热处理,因此要求限制罐壁的最大壁厚。要求限制罐壁的最大壁厚。13钢板厚度间隔要求钢板厚度间隔要求钢板厚度钢板厚度 mm mm 钢板间隔钢板间隔 mmmm460.57301.031602.0罐壁最小设计厚度罐壁最小设计厚度油罐内径油罐内径 m m 罐壁最小设计厚度罐壁最小设计厚度mmmmD12412D15515D386
16、38D60914例题:试按强度条件校核公称容积为例题:试按强度条件校核公称容积为50005000m m3 3的拱顶的拱顶油罐罐壁厚度。油罐罐壁厚度。已知:罐壁每圈圈板宽度已知:罐壁每圈圈板宽度16001600mmmm,该罐圈板环向该罐圈板环向焊缝搭接宽度均取两搭接圈板中较薄板厚的焊缝搭接宽度均取两搭接圈板中较薄板厚的5 5倍。倍。15表表4-1 4-1 钢板允许负偏差钢板允许负偏差厚度mm钢板宽度mm10011800180120002001250044.55.5678252630323436400.30.50.60.80.91.01.10.30.60.80.91.01.10.30.80.91.
17、01.116例题:试按强度条件校核公称容积为例题:试按强度条件校核公称容积为50005000m3m3的拱顶油罐的拱顶油罐罐壁厚度。(所储油品密度罐壁厚度。(所储油品密度850850kg/mkg/m3 3、油罐内径油罐内径2222m m、=0.9)=0.9)已知:罐壁每圈圈板宽度已知:罐壁每圈圈板宽度16001600mmmm,该罐圈板环向焊缝搭接该罐圈板环向焊缝搭接宽度均取两搭接圈板中较薄板厚的宽度均取两搭接圈板中较薄板厚的5 5倍。倍。由公式(由公式(4-24-2)有罐壁计算厚度)有罐壁计算厚度代入代入H H值可计算出各圈板计算厚度值可计算出各圈板计算厚度t t0 0,列表列表4-24-217
18、表表4-2 4-2 各圈板有关数据各圈板有关数据圈板号tHH-0.3c0t0c底圈234567891211987655514.0712.5310.9859.4357.8756.3104.7403.1701.60013.7712.2310.6859.1357.5756.0104.4402.8701.3000.80.80.80.80.60.60.50.50.510.479.298.126.945.764.573.372.180.991.11.310.480.660.941.131.382.573.7618三、拱顶油罐基本尺寸确定(D、H)在油罐容积一定条件下,直径和高度的尺寸可以有多种组在油罐容积
19、一定条件下,直径和高度的尺寸可以有多种组合,其中,总会有一种组合尺寸可使油罐建设合,其中,总会有一种组合尺寸可使油罐建设投资费最低或使投资费最低或使油罐使用钢材最省。油罐使用钢材最省。我国一般是按钢材耗量最省来确定油罐基我国一般是按钢材耗量最省来确定油罐基本尺寸的。本尺寸的。当油罐容积较小时,油罐壁厚度取规定的最小壁厚,已能当油罐容积较小时,油罐壁厚度取规定的最小壁厚,已能满足强度要求,这时整个罐壁厚度可取相同的最小壁厚,此种满足强度要求,这时整个罐壁厚度可取相同的最小壁厚,此种油罐称之为壁厚油罐;当容积较大时,罐壁厚度将随其所受油油罐称之为壁厚油罐;当容积较大时,罐壁厚度将随其所受油品静压力
20、减小而由下至上逐圈变薄,此类油罐称为变壁油罐品静压力减小而由下至上逐圈变薄,此类油罐称为变壁油罐(不等壁油罐)。(不等壁油罐)。现介绍油罐容积一定的条件下,使耗钢量最省的等壁厚度现介绍油罐容积一定的条件下,使耗钢量最省的等壁厚度油罐基本尺寸的确定。油罐基本尺寸的确定。19假定罐壁厚度为假定罐壁厚度为t t0 0,罐顶厚度为罐顶厚度为t t1 1,罐底厚度为罐底厚度为t t2 2,则罐则罐壁、罐顶和罐底的耗钢量分别为:壁、罐顶和罐底的耗钢量分别为:罐壁:罐壁:(4-24-2)罐顶:罐顶:(4-34-3)罐底:罐底:(4-44-4)式中:式中:R R 油罐半径,油罐半径,H H油罐高度,油罐高度,
21、20油罐总耗钢量为:油罐总耗钢量为:=2RHtRHto o+R R2 2(t(t1 1+t+t2 2)设:设:=t=t1 1+t+t2 2则:则:(4-54-5)因为油罐体积因为油罐体积21得:得:(4-64-6)代入(代入(4-54-5)式得:)式得:(4-74-7)实际上,在油罐各部分钢板厚度一定条件下,制造等体实际上,在油罐各部分钢板厚度一定条件下,制造等体积油罐所用的最小耗钢量是存在的。先将(积油罐所用的最小耗钢量是存在的。先将(4-74-7)对)对H H进行进行求导,得求导,得(4-84-8)令令 得得 (4-94-9)对(对(4-74-7)进行)进行2 2阶求导得阶求导得22将将
22、代入上式得代入上式得表明表明 时时Q Q有最小值,即最小有最小值,即最小耗钢量耗钢量再由式(再由式(4-84-8)得得-323式中左边为罐壁耗钢量一半,右边为罐顶和罐底耗钢量式中左边为罐壁耗钢量一半,右边为罐顶和罐底耗钢量之和。由此得出如下结论:之和。由此得出如下结论:当罐顶与罐底耗钢量之和等于当罐顶与罐底耗钢量之和等于罐壁耗钢量一半时,油罐耗钢量最省。罐壁耗钢量一半时,油罐耗钢量最省。将(将(4-94-9)代入()代入(4-64-6)得:)得:则则H/R=H/R=:=/t0 =/t0即油罐耗钢量最省时,即油罐耗钢量最省时,油罐高度与半径之比为罐顶、罐底厚油罐高度与半径之比为罐顶、罐底厚度之和
23、与罐壁厚度之比。度之和与罐壁厚度之比。当罐壁、罐底、罐顶厚度相等时,即当罐壁、罐底、罐顶厚度相等时,即t to o=t=t1 1=t=t2 2时,时,=2t=2to o 此时此时H=2RH=2R24以上介绍的仅是耗钢量最省时,油罐尺寸的确定方法。以上介绍的仅是耗钢量最省时,油罐尺寸的确定方法。现在随着城市发展,人口增多,耕地面积越来越少,因此,现在随着城市发展,人口增多,耕地面积越来越少,因此,在决定油罐几何尺寸时,除了耗钢量外,还应考虑油罐基础在决定油罐几何尺寸时,除了耗钢量外,还应考虑油罐基础造价,土地费用及消防投资等,从而得出油罐最佳直径和高造价,土地费用及消防投资等,从而得出油罐最佳直
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