南三原油化工公司15104m

南三原油化工公司15104m

近40年來，儲油的大型化迅速發(fā)展。采用容量較大的儲油，可節(jié)省材料，減少占地面積，方便操作管理，減少油罐附件，減少管道長度和投資投資。中國的石油和天然氣生產(chǎn)是一個發(fā)展趨勢。國外目前已在沙特阿拉伯建成20×104m3大形浮頂油罐。2007年,大慶油田工程有限公司自行設計的兩座15×104m3儲罐在大慶南三油庫順利建成(見圖1),該油罐直徑96m,罐壁高度為22.8m,于11月末正式投入使用。1罐壁厚度的計算目前國內(nèi)大型儲罐的設計標準主要有《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規(guī)范(GB50341-2003)》及《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設計規(guī)范(SH3046-92)》兩個標準,以上兩個標準在罐壁的設計上均是采用定點法進行計算,多用于容積較小的儲罐,對于直徑大于60m的儲罐采用此方法計算的應力值與實測應力值差別較大,因此不適用于大型儲罐的設計。國外設計大型儲罐的標準主要有美國的API650《鋼制焊接石油儲罐》及日本的JISB8501《鋼制焊接油罐》,以上標準在材料的許用應力、焊縫系數(shù)、設計液位的選取、罐體計算上存在較大的差異。日本的JISB8501標準在罐壁的計算上也是采用定點法進行計算,而API650《鋼制焊接石油儲罐》作為國際上較為通用的設計規(guī)范,在罐壁厚度計算上采用變點法進行計算,使得計算的罐壁應力與實際應力更為接近,邊緣板厚度根據(jù)充水試驗時的計算應力進行選取,因此更適合大型儲罐的設計。本次15×104m3儲罐采用API650《鋼制焊接石油儲罐》標準進行設計。2板厚對儲罐的影響國內(nèi)建造大型儲罐的材料主要有日本產(chǎn)的SPV490Q鋼板及國內(nèi)生產(chǎn)的同級別鋼板12MnNiVR、08MnNiVR等,國產(chǎn)12MnNiVR、08MnNiVR等鋼板因使用經(jīng)驗還不多,目前只應用于10×104m3儲罐的建造,隨著板厚的增加,其可焊性、韌性等性能還有待于提高。而SPV490Q鋼板由于其強度及韌性高、焊接性能好而廣泛應用于大型儲罐的建造,在國內(nèi)已有近30年的應用歷史,本次設計罐體主要材料選用從日本引進的SPV490Q鋼板。15×104m3儲罐與10×104m3儲罐相比,壁板厚度增加了5~8mm,隨著鋼板厚度的增加,其斷裂韌性降低,焊接性能下降,并且在焊縫和熱影響區(qū)附近易產(chǎn)生裂紋,增加了儲罐發(fā)生斷裂的危險性。針對以上問題,對15×104m3儲罐所用SPV490鋼板的焊接裂紋敏感性系數(shù)、化學成分、碳當量、力學性能、回火溫度等提出更高的要求。3罐壁厚度設計罐壁的設計首先是要確定罐壁厚度,計算方法有定點法、變點法兩種,其中定點法是以高出每圈壁板底面0.3m處的液體壓力來確定每圈板厚度的方法,多用于容積較小的儲罐;變點法考慮了相鄰圈壁板之間不同厚度的互相影響,對每一圈罐壁板采用距壁板底面高度不同的設計點計算壁厚,從而使每一圈壁板中的最大應力接近鋼板的許用應力,適用于大型儲罐罐壁厚度的計算,但其計算過程較為復雜。15×104m3儲罐壁板厚度計算采用變點法,并在此基礎(chǔ)上采用了有限元應力分析的方法對所確定的罐壁厚度進行了應力校核。焊縫長是大型油罐的一個特點。從安全性、經(jīng)濟性等方面綜合考慮,應盡可能使用大規(guī)格的鋼板建造油罐。對于罐壁來說,使用寬度大的鋼板雖然使油罐鋼材重量略有增加,但是減少了焊縫數(shù)量和長度,也就是說減少了焊接工作量及焊縫檢查的工作量,并且能夠減小焊接變形、降低焊縫缺陷發(fā)生的機率、有利于提高油罐的安全性。本項目在考慮運輸能力和施工機具能力的基礎(chǔ)上,罐壁采用3m寬的鋼板。4基礎(chǔ)不均勻沉降對罐體的作用分析罐底承受上方的液體壓力及下方基礎(chǔ)的支撐力,在靠近罐壁處,還受到罐壁的作用,加之由于基礎(chǔ)的不均勻沉降和焊接工藝的影響,使罐底受力分析較為復雜。15×104m3儲罐直徑達到96m,在這樣大的面積上,要找到完全均勻的工程地質(zhì)狀況往往是比較困難的。要解決基礎(chǔ)不均勻沉降對罐體產(chǎn)生的影響,一方面需要提高對土建基礎(chǔ)沉降量及不均勻沉降差的要求;另一方面需要對大罐本體采取有效措施以抵抗基礎(chǔ)不均勻沉降對其產(chǎn)生的影響。經(jīng)綜合比較,本次設計的15×104m3儲罐罐底邊緣板厚度取為23mm,寬度取為2300mm。5儲罐大型化與結(jié)構(gòu)化設計浮頂?shù)脑O計是15×104m3儲罐設計的難點之一,近年來在國內(nèi)外曾多次發(fā)生過大型油罐的浮頂由于浮艙的失穩(wěn)和浮船的泄漏造成沉沒事故,隨著油罐的大型化,浮頂?shù)闹睆浇倜?如何改進浮船的結(jié)構(gòu)形式以適應儲罐大型化的要求,是15×104m3儲罐設計的一個研究課題。浮頂油罐是一個敞口油罐,當風由罐的上部吹過時,其抽力將會使浮頂產(chǎn)生上下振動,浮頂越大其振動也越強,由于振動而造成浮船連接處應力的交變,在交變應力作用下將會造成附近的焊縫形成裂紋的疲勞擴展,對這一部分找出更好的連接形式是15×104m3儲罐設計的又一項研究課題。15×104m3儲罐浮頂?shù)脑O計著重考慮了以下幾點:①合理設置船艙數(shù)量,尤其是外兩圈環(huán)艙的船艙數(shù)量;②采用合理的結(jié)構(gòu)保證船艙密封;③合理采用船艙的支撐結(jié)構(gòu),使浮船具有足夠的強度和穩(wěn)定性;④合理考慮檢查附件及安全附件的設置。6罐壁基礎(chǔ)的變化罐壁與罐底之間的大角焊縫非常重要,很多油罐的事故都是在這一部位發(fā)生的,角縫的尺寸過大或過小都不好,尺寸過小焊縫接頭的強度不夠,尺寸過大會造成接頭剛性過大,接頭處所受的應力會加大,因此應合理選擇此處的焊接接頭形式。另外此處由于儲液高度的變化所受的應力是變動的,為了防止裂紋的疲勞擴展,還應對此處的焊接提出相應的要求,以確保焊接接頭的韌性。另外,基礎(chǔ)的形式對大角焊縫的受力也有較大的影響。罐壁在靜液壓的作用下會沿徑向產(chǎn)生位移,在罐壁和罐底連接處受罐底的約束,連接處的徑向位移受到阻礙,因而在罐壁下端的局部范圍內(nèi)將產(chǎn)生縱向彎曲應力和剪力,連接處產(chǎn)生邊緣應力。對于容積較小的儲罐,由于鋼板較薄,邊緣力影響區(qū)域不大,故不必驗算。但對于15×104m3這樣的大型儲罐,其彎曲應力及剪力相當大,有可能超過焊縫及鋼板的許用應力而造成破壞,所以還應對其進行受力分析及評定。[主要作者簡介]韋振光:高