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(shè)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)主要有《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范(GB50341-2003)》及《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設(shè)計規(guī)范(SH3046-92)》兩個標(biāo)準(zhǔn),以上兩個標(biāo)準(zhǔn)在罐壁的設(shè)計上均是采用定點(diǎn)法進(jìn)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(yīng)力值與實(shí)測應(yīng)力值差別較大,因此不適用于大型儲罐的設(shè)計。國外設(shè)計大型儲罐的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)在材料的許用應(yīng)力、焊縫系數(shù)、設(shè)計液位的選取、罐體計算上存在較大的差異。日本的JISB8501標(biāo)準(zhǔn)在罐壁的計算上也是采用定點(diǎn)法進(jìn)行計算,而API650《鋼制焊接石油儲罐》作為國際上較為通用的設(shè)計規(guī)范,在罐壁厚度計算上采用變點(diǎn)法進(jìn)行計算,使得計算的罐壁應(yīng)力與實(shí)際應(yīng)力更為接近,邊緣板厚度根據(jù)充水試驗(yàn)時的計算應(yīng)力進(jìn)行選取,因此更適合大型儲罐的設(shè)計。本次15×104m3儲罐采用API650《鋼制焊接石油儲罐》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)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(yàn)還不多,目前只應(yīng)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(qiáng)度及韌性高、焊接性能好而廣泛應(yīng)用于大型儲罐的建造,在國內(nèi)已有近30年的應(yīng)用歷史,本次設(shè)計罐體主要材料選用從日本引進(jìn)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(xué)成分、碳當(dāng)量、力學(xué)性能、回火溫度等提出更高的要求。3罐壁厚度設(shè)計罐壁的設(shè)計首先是要確定罐壁厚度,計算方法有定點(diǎn)法、變點(diǎn)法兩種,其中定點(diǎn)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(diǎn)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(shè)計點(diǎn)計算壁厚,從而使每一圈壁板中的最大應(yīng)力接近鋼板的許用應(yīng)力,適用于大型儲罐罐壁厚度的計算,但其計算過程較為復(fù)雜。15×104m3儲罐壁板厚度計算采用變點(diǎn)法,并在此基礎(chǔ)上采用了有限元應(yīng)力分析的方法對所確定的罐壁厚度進(jìn)行了應(yīng)力校核。焊縫長是大型油罐的一個特點(diǎn)。從安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮,應(yīng)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(jī)率、有利于提高油罐的安全性。本項(xiàng)目在考慮運(yùn)輸能力和施工機(jī)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(fù)雜。15×104m3儲罐直徑達(dá)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(shè)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(shè)計浮頂?shù)脑O(shè)計是15×104m3儲罐設(shè)計的難點(diǎn)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(jìn)浮船的結(jié)構(gòu)形式以適應(yīng)儲罐大型化的要求,是15×104m3儲罐設(shè)計的一個研究課題。浮頂油罐是一個敞口油罐,當(dāng)風(fēng)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(qiáng),由于振動而造成浮船連接處應(yīng)力的交變,在交變應(yīng)力作用下將會造成附近的焊縫形成裂紋的疲勞擴(kuò)展,對這一部分找出更好的連接形式是15×104m3儲罐設(shè)計的又一項(xiàng)研究課題。15×104m3儲罐浮頂?shù)脑O(shè)計著重考慮了以下幾點(diǎn):①合理設(shè)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(qiáng)度和穩(wěn)定性;④合理考慮檢查附件及安全附件的設(shè)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(qiáng)度不夠,尺寸過大會造成接頭剛性過大,接頭處所受的應(yīng)力會加大,因此應(yīng)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(yīng)力是變動的,為了防止裂紋的疲勞擴(kuò)展,還應(yīng)對此處的焊接提出相應(yīng)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(yīng)力和剪力,連接處產(chǎn)生邊緣應(yīng)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(yàn)算。但對于15×104m3這樣的大型儲罐,其彎曲應(yīng)力及剪力相當(dāng)大,有可能超過焊縫及鋼板的許用應(yīng)力而造成破壞,所以還應(yīng)對其進(jìn)行受力分析及評定。[主要作者簡介]韋振光:高