渭南罐区100000立方米原油储罐设计毕业设计1

学生毕业设计题 目渭南罐区100000m3原油储罐设计作 者院 (系)化学与化工学院专 业油气储运工程指导教师答辩日期 2010 年 5 月 22 日榆 林 学 院毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年 月 日摘 要本文主要是对渭南地区原油储运配套系统工程中10万立方米原油储罐的设计工作进行了系统的总结，并对原油储罐主体材料，罐壁厚度进行计算。对罐底结构形式，外浮顶结构形式，焊接工艺，油罐抗震以及防腐方案等几个关键问题进行了详细的对比分析及优化。而且，针对渭南地区的气候条件，针对性的设计了抗风圈，用以保证油罐的使用年限和使用安全。最后，还在原油储罐中增加了进油扩散管，减缓了原油进入储罐时的原油速度，降低了气击现象和静电的积累，从而减少了卡盘，翻盘等一系列的浮盘损坏事故。大型原油储罐具有占地面积少，节约钢材，便于操作管理，节约油罐附件和降低呼吸损耗等优点，在原油的储存方面有很好的前景。关键词：外浮顶，储罐，高强度，防腐，抗风圈，扩散管论文类型：工程设计 ABSTRACT This article mainly for fuel oil logistics weinan region of 100, 000 cubic metres in the following auxiliary fuel storage tank design work of the systems, and crude oil up on the main materials, the thickness of computing. To form and structure of the top of their structural forms, welding, and oil tanks vibration and preservative scheme for a few key issues detailed analysis and comparison of the region. Furthermore, the climate conditions, weinan provided to set up against the wind, used to ensure that the oil tank nasdaqterm and use the use of safety. finally, on the increase in oil storage tank oil-taking diffusion tube, slowing the spread of oil into the crude oil storage tank speed up and down the accumulation of static，Reduced tilt tray and chuck, a series of the plate of the accident. Large oil storage tank have less steel, save for the operation and management, conservation of the oil tanks and reduce the losses are advantages to breathe in the store has a very good prospects.Keywords：External floating roof, Storage tank, High strength, Antisepsis, Wind girder, Diffusion tubeThesis:：Engineering Design目录目 录目 录I1 文献综述11.1 国内外大型原油储罐的发展现状11.1.1 国外大型储罐的现状11.1.2 国内大型储罐的现状11.2 大型储罐的优势11.2.1 大型化有利于节约钢材11.2.2 大型化有利于减少占地面积11.2.3 大型化便于操作维护管理21.2.4 大型化有利于节约油罐附件21.2.5 大型化有利于降低呼吸损耗21.3 大型储罐设计面临的主要问题21.3.1 设计难点21.3.2 施工难点31.3.3 10万立方米原油储罐的主要设计参数31.3.4 本文研究的内容和目的42 有关主体材料的选择52.1 储罐壁板用材的基本要求52.1.1 强度52.2.2 可焊性52.2.3 钢板的韧性52.2 日本刚强度板底简介52.3 国产高强度钢板力学性能以及与日本高强度钢板的比较53 罐壁厚度的计算83.1 简述83.2 罐壁厚度的计算83.2.1 底层罐壁板的计算公式83.2.2第二层罐壁板的厚度计算公式83.2.3第三层以上各层壁板厚度计算公式94 结构形式124.1 罐底结构形式124.1.1 储罐罐底的结构形式124.1.2 罐底板间的连接形式124.1.3 罐底边缘板124.2 外浮顶结构形式134.2.1 浮顶结构形式简介134.2.2单盘式浮顶的设计134.3 外浮顶的计算144.3.1 第一准则的计算和校核145 油罐的抗风设计205.1 浮顶油罐的设计风压205.2 抗风圈的设计和计算205.3 加强圈的设计方法216 石油储罐设计的几个问题236.1 石油储罐的焊接问题236.2 石油储罐的抗震设计236.3 石油储罐的防腐设计257 进油扩散管在内浮顶储罐上的应用267.1 进油管的常见结构形式267.2进料管形式对浮盘的影响267.3静电的影响277.4进油扩散管的结构形式27参考文献29致 谢303榆林学院本科毕业设计1 文献综述1.1 国内外大型原油储罐的发展现状1.1.1 国外大型储罐的现状在原油储库的建设中，对同储量来说，单罐容积越大建罐成本越少，投资就越少，也易于管理。因此国际上的储罐也越建越大。据了解，目前国际上最大的储罐有拱顶罐，内浮顶罐容积达10万方，其拱顶的设计采用的是铝网壳结构技术。外浮顶罐的最大容积已达到了20万方。1.1.2 国内大型储罐的现状目前我国最大的拱顶罐，内浮顶罐是5万方，最大的单盘式外浮顶罐是12.5万方，最大的双盘式外浮顶罐是10万方。1995年，大庆油田工程设计技术开发有限公司就设计了10万方双盘式浮顶罐（罐壁的材料采用日本SPV490Q高强钢），在大庆油田南油库已建成了4座。目前正准备开发设计10万方单盘式浮顶罐，15万方单盘和双盘式浮顶罐，以适应国内外市场的实际需求，增强国内外市场的竞争力1。1.2 大型储罐的优势大型油罐的形式主要有地上油罐、地下或半地下油罐、海上漂浮油罐以及利用天然洞穴改造的岩洞式油罐。后三种形式的大型油罐在国内很少使用。地上大型油罐的主要形式为外浮顶油罐。采用大型外浮顶油罐，具有节约钢材、减少占地面积、减少油罐附件、方便操作管理和节省投资等优点。1.2.1 大型化有利于节约钢材就单台油罐而言，罐容积越大，表面积相对越小，单位容积的用钢量就越省。为此，胜利油田设计院所还专门针对设计的油罐系列进行了统计，结果表明储罐容积与耗材量成反比。1.2.2 大型化有利于减少占地面积油罐占地面积，对油库尤其是炼油厂的大型化具有十分重要的意义。罐区占地面积不仅要满足防火堤有效容积的要求，而且罐与罐之间还必须满足防火间距的要求。按现行储罐区防火规范，在油库储备能力不变的情况下，几台大型储罐与多台小罐成组排列相比所需占地面积要省得多。我国的土地资源十分紧张建设用地价格连年攀升，以小规格储罐来满足大库容是不可想象的。因此有必要发展大型储罐的设备。1.2.3 大型化便于操作维护管理少量的大罐比多台小罐在操作检尺维护和消防等方面都比较方便1.2.4 大型化有利于节约油罐附件在总罐容不变的情况下，增大单台罐容可减少油罐台数，并相应减少管道配件仪表和阀门的用量，同时也减少了泄漏点。1.2.5 大型化有利于降低呼吸损耗油罐的呼吸损耗主要是浮盘与罐壁的密封处，在总罐容一定的情况下单台罐容增大油罐台数，减少密封带的总长度，缩短泄露点就会减少；同时在总罐容一定时，浮盘与罐壁的表面积越小，热损耗就越小；由于浮顶的存在将储液与空气完全隔离开来，从而大大减少了原油中的轻组分的挥发损失，既避免了大量有用能源的白白浪费，又减少了对环境的污染，对保护环境和减少火灾危险都具有现实意义2,3。1.3 大型储罐设计面临的主要问题1.3.1 设计难点储罐的大型化，引发带来了许多设计的难点，这主要包括以下几个方面：（1）如何运用可靠的计算方法确定罐壁厚度： 储罐的大型化伴随着耗材的增加，而罐壁钢材的重量在大型储罐罐体的总重量中约占35%到50%。因此，确定罐壁厚度的罐壁强度计算，对于减少罐壁的重量从而降低整个储罐的钢材消耗量、对于大型储罐的经济合理性具有决定性作用。因此，如何在保证有关安全的前提下，尽量减小壁厚，节约投资，成为设计中的一个重点，同时壁厚适当减薄也有利于施工焊接。目前，在国内外油罐工程建设项目中，使用的主要规范有我国标准SH3046-92石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范、美国石油学会标准AP1650钢制焊接油罐、日本工业标准JIS B8501钢制焊接油罐的结构、英国标准BS2654石油工业立式钢制焊接油罐等。国内外储罐设计规范提供的罐壁强度计算方法不尽相同，计算所得的罐壁板的厚度也有差别，因此如何运用可靠的计算方法确定壁厚成为设计中的一个难点，关于这一点的讨论我们将在第三章进行详细的阐述4。（2）如何在保证安全的前提下经济合理的确定浮顶、密封、中央排水、防腐等设计方案：浮顶的确定，直接与排水、焊接等工艺相关联，选择正确的浮顶形式对结构的安全性也非常重要。例如，如果采用单盘式浮顶就容易形成浮顶排水不畅，造成浮顶偏沉、卡盘或沉顶事故，安全性较差。因此，浮顶、密封、中央排水、防腐等设计方案的确定必须综合考虑才能得到有效的解决。1.3.2 施工难点施工难点主要包括以下两个方面：（1）油罐主体用高强钢板大焊接线能量下如何保证焊接接头的质量，避免产生超标的缺陷，如裂纹、夹渣等：大型油罐的施工技术发展就是大规模采用高效自动焊。目前国内外建造的大型油罐，主要焊缝均采用自动焊接。罐底、浮顶及罐壁环向焊缝、大角焊缝一般采用埋弧自动焊，而罐壁纵焊缝一般采用气电立焊。近几年，油罐专用国产自动焊接设备有了较大发展，打破了全部依赖进口的局面，但是部分焊接材料只能靠进口。目前国内建造大型油罐施工技术中，主要难点是控制油罐整体形状，控制大角焊缝的焊接收缩变形问题和保证焊接质量的稳定。（2）在冬季施工时，如何克服不利因素对焊接的影响：由于施工现场坐落在塘沽南疆码头海边，该区域风速非常大，而在冬季，周围环境温度经常在零度以下。由于在室外低温条件下焊接时，最显著的特点是接头具有很大的冷却速度，因而提高了焊缝结晶速度，同时也提高了弹塑性变形速度，即提高了焊缝结晶期间的应变增长率，这必然增大热裂倾向，从而为工程埋下了隐患。因此，如何在恶劣自然条件下确保结构施工的质量，特别是针对焊接的影响，成为工程中的一个难点。1.3.3 10万立方米原油储罐的主要设计参数本设计主要是为渭南地区设计一个10万立方米的原油储罐，根据查阅资料，得到设计所用的渭南地区的一些基本数值，并查到本次设计计的基本参数，如下表1.1和表1.2：表1.1 基本参数工程容积（m3）罐壁高度（mm）设计最高液位（mm）24小时最大降雨量（mm）基本风压（MPa）工作压力工作温度（）地震防裂度罐壁腐蚀余量（mm）100000218001950067.80350 常压357度1表1.2 基本参数储罐内直径（mm）储存介质储液密度（kg/m3）1小时最大降雨量（mm）基本雪压（MPa）设计压力设计温度（）设计地震分组罐底腐蚀余量（mm）80000原油89032350常压60第一组210万立方米原油储罐所执行的主要设计规范如下：API650钢制焊接油罐（第十版）5GB50341-2003立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范6GBJ128-1990立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范7JB/T4709-2000钢制压力容器焊接规程8SH3048-1999石油化工钢制设备抗震设计规范9SH3022-1999石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范10JB/T4730-2005承压设备无损检验111.3.4 本文研究的内容和目的本文的工作内容是为渭南地区设计一个10万方立方米的原油储罐，针对渭南地区的环境，选择出适合本设计储罐要求的材料，并对罐壁进行计算，逐层次的算出每一层罐壁的厚度。在罐壁厚度的计算完成之后，继续对储罐进行抗风的设计，浮盘的设计，从里到外，使得储罐在合格中求得更加完美。参照国内外的设计标准，完成10万立方米原油储罐的设计，可以使渭南地区在储油方面达到一个新的标准，同时也为渭南地区节省了土地面积，更方便了工作人员的管理工作。2 有关主体材料的选择2.1 储罐壁板用材的基本要求2.1.1 强度 强度包括抗拉强度和屈服强度 。由于储罐的操作温度是在25以下，且大部分储罐处在90以下，因此其强度大多是常温下的强度。强度是决定罐壁厚度大小的力学性能指标。储罐特别是大型储罐是消耗钢材较多的设备，而壁厚的重量在储罐总重量中占的比重较大（约5060），采用高强度钢在适当高径比要求下能节约投资。另外，由于对罐壁钢板最大厚度的限制，开发罐壁用高强度钢，就成为发展大型储罐的几乎唯一的途径。2.2.2 可焊性罐壁是许多块钢板通过焊接方法拼接而成的。钢板的可焊性一般用两个指标来控制，一是碳含量或碳当量，二是热影响区的硬度。2.2.3 钢板的韧性防止储罐脆性破坏的一个重要数据，就是对罐壁用材提出恰当的冲击韧性指标。储罐用材经过几十年的发展，国际上技术先进的国家的油罐设计标准几乎都是用钢板的形缺口冲击试验得到钢板的韧性-冲击功（吸收能量）值来预测钢板的韧性12。影响钢板的冲击韧性的因素有很多，主要因素有储罐的最低设计温度、钢板的强度、钢板的厚度，以及钢板的时效性、晶粒度和使用状态等。2.2 日本刚强度板底简介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越来越苛刻。为了避免底层罐壁过厚带来的整体热处理问题和焊接问题，对大型油罐的设计均采用高强度钢钢板。在日本，10万立方米、12.5万立方米、16万立方米原油储罐均普遍使用屈服强度490MPa级的调质钢，例如SPV490Q、WEL-TEN62等。这类材料强度高、韧性好、碳当量和裂纹敏感性系数较低、焊接性能较好，随着这类材料的发展和推广大大促进了油罐的大型化。迄今为止，国内建造的10万立方米以上的浮顶油罐大都采用日本生产的490MPa级的高强度钢板。在设计和建造方面，对使用日本的高强度钢板，已积累了相当丰富的经验。2.3 国产高强度钢板力学性能以及与日本高强度钢板的比较表2.1至表2.6分别对应为日本进口的SPV490Q钢板和舞阳钢铁公司的12MnNiVR高强度钢板的化学成分、机械性能和夏比冲击功：表2.1 SPV490Q的化学成分分析表（）钢号化学成分CcqPcmCSiMnPS厚度50mm厚度5075mm厚度50mm厚度5070mmSPV490Q0.180.150.751.600.0300.0300.450.470.280.30注： （）（）表2.2 SPV490Q的力学性能钢号屈服强度（MPa）板厚650（mm）抗拉强度（MPa）伸长率弯曲试验钢板厚度（mm）试样数值弯曲角度内测半径试样SPV490Q5006207501616205号5号4号182519180o厚度的1.5倍1号与轧制方向成直角表2.3 SPV490Q的夏比冲击功钢号试验温度（）夏比冲击功（J）试样三个试样平均值单个试样值SPV490Q-1047274号轧制方向表2.4 12MnNiVR的化学成分（）钢号化学成分CSiMnPSNiCrMoVPcm12MnNiVR 0.150.150.401.201.600.0250.0100.150.400.300.300.020.060.28注： Pcm为焊接裂纹敏感性组织，按如下公式计算（）表2.5 12MnNiVR的力学性能钢号屈服强度（MPa）抗拉强度（MPa）伸长率（）弯曲试验试件宽度弯曲角度内侧半径12MnNiVR49061075017b=2a180o厚度的3.0倍表2.6 12MnNiVR的夏比冲击功钢号试验温度（）夏比冲击功（J）试样三个试样平均值单个试样值12MnNiVR-105437.8横向经各个性能的比较，本设计认为舞阳钢铁公司的12MnNiVR高强度钢板适合本设计的要求。113 罐壁厚度的计算3.1 简述对于大型原油储罐，罐壁钢材的质量大约占到罐体总质量的35%到50%，罐底板等其它构件的名义厚度一般都是根据刚性的要求确定，其厚度一般不会有太大的变化，但是罐壁板的名义厚度是按照实际承受的应力计算得出的，因此，如何进行罐壁强度计算，减小罐壁的质量，从而降低整个储罐的钢材消耗量，起着至关重要的作用。3.2 罐壁厚度的计算3.2.1 底层罐壁板的计算公式分操作和试水工况两种：操作工况： （3.1） 试水工况： （3.2）式中 储液密度，由买方确定； H计算液面高度，m； D储罐内直径，m； Sd设计条件下罐壁钢板的许用应力，MPa; St充水试验条件下罐壁钢板的许用应力，MPa； C1腐蚀余量，mm。然后用下面公式分别计算设计条件和充水试验条件下的底层罐壁所需厚度和，并与上面的结果进行比较。 （3.3） （3.4）3.2.2第二层罐壁板的厚度计算公式就操作和试水两种情况，分别计算出第二层的壁厚和，它们的数值与储罐半径，第一层的壁厚及宽度有关。先按操作工况和试水工况两种情况分别计算出底层的比值： （3.5）式中 h1底层壁板厚度； r 储罐半径； 底层壁板的实际厚度，减去附加的腐蚀裕量，用以计算设计条件的。如果1.375，取=；底层圈板宽度相对较窄，储罐容量较大，最大应力点落在第二层壁板上，因此，第二层壁板与底层壁板等厚。如果2.625，取=；底层壁板宽度相对较宽，储罐容量较小，底板的约束对第二层圈板影响较小，底层壁板的最大应力靠下，因此，第二层壁板可与第三层，第四层等壁板同等对待。当1.3752.625时，取； （3.6） 式中 第二层壁板的最小设计厚度； 按第二层以上的罐壁计算方法求得的第二层罐壁板厚度。3.2.3第三层以上各层壁板厚度计算公式 由于液压高度不是一个固定值，而是（H-x），x是可变设计点离该层壁板底端的距离，它与储罐半径，离液面的距离及该层与相邻壁板的厚度比值等因素有关。因事先并不知道该层壁板的厚度与比值，因此必须进行试算才能确定该层的较准确壁厚。计算步骤如下：分操作与试水两种情况。首先按定点设计法计算一个初步厚度，然后计算可变设计点距该层罐壁底部的距离x，x取以下三式中的最小值。 ； （3.7） 式中 环焊缝上侧的罐壁厚度； 系数，； 环焊缝下侧的罐壁厚度； 设计液面高度。对于操作条件和试水条件下所需的罐壁最小厚度，分别应用以上计算得到的最小x值，在用下式计算罐壁厚度：操作条件： （3.8）试水条件： （3.9）根据计算得到的和，分别重新计算x，并进行迭代，直至相继算出的之间的差别较小，得到满意的精确度，从而计算本层的罐壁厚度13。各层所选取的计算壁厚应为操作情况和试水情况两者的较大值。本设计10万方储罐的直径为80m，罐高为21.8m，壁板宽度是2.4m，储液密度是0.9。根据上面的公式和数据进行罐壁的厚度计算：第一圈板壁厚度计算：pt32.29（mm） 1t =29.794（mm）=第二圈板壁厚度计算：=2.20此值在1.375与2.625之间，因此按下式计算： （3.10）第二层罐壁的最小设计厚度；第二层以上的罐壁计算方法求得的第二层壁板的厚度。按第二圈以上方法计算厚度，第一次试算；=28.68（mm）=29.473（mm）K=1.038=1.019 C=0.018 =1071 =0.61+320CH=0.611071+3200.01319.4=734=1000CH=10000.01819.4=349=1.22=1.221071=1306.62x=min（，）x/1000=0.349=26.12(mm)用得到的壁厚26.12mm，依照上面的方法进行第二次试算，第三次试算，将最终结果代入（3.10）中，最后得：=26.568mm。依照上面的方法可以算出后面几层的板壁厚度，经计算，得到各个壁板的厚度，如下表3.1： 表3.1 壁板的最终计算厚度层数材质设计许用应力（MPa）试验许用应力（MPa）操作工况厚度（mm）充水工况厚度（mm）名义厚度（mm）壁板宽度（mm）一12MnNiVR24426129.47329.764322400二12MnNiVR24426126.14626.568272400三12MnNiVR24426121.42121.36121.52400四12MnNiVR24426118.27218.1118.52400五12MnNiVR24426114.84314.503152400六12MnNiVR24426111.49010.973122400七12MnNiVR2442619.9419.398122400八12MnNiVR2442617.4526.731122400九12MnNiVR2442612.3721.4221224004 结构形式储罐结构是一类典型的薄壳结构，被广泛地应用于石油、粮食等液体或固体的储藏。一般的钢制储罐主要由罐底板、灌顶盖（浮顶或者固定顶）、罐壁构成，此外，还包括一些附属构件，如：排水、扶梯、人孔等。本章注重于对这些结构在施工及设计中主要的考察点进行讨论。4.1 罐底结构形式4.1.1 储罐罐底的结构形式储罐罐底主要有正圆锥形罐底、倒圆锥形罐底、倒偏锥形罐底、单面倾斜形罐底以及阶梯式漏斗形罐底等五种结构形式。其中正圆锥形罐底及其基础均成正圆锥形，中间高，四周低，施工时基础坡度一般为15，基础沉降基本稳定后锥面坡度不得小于8。这种罐底周边部位较低，可以基本满足污泥杂质、存液的排净要求，是一种传统的罐底结构形式，目前仍在广泛应用。本设计也采用了此种罐底的结构形式。4.1.2 罐底板间的连接形式大型油罐罐底板之间的连接形式，主要有搭接和带垫板的对接两种形式。本油罐中幅板、边缘板以及中幅板与边缘板之间均采用带垫板的对接焊接结构。在边缘板与中幅板之间的对接接头处，将边缘板按照1：3的斜率削边，使两相焊件在焊接处等厚。为了易于控制中幅板的焊接变形，在中幅板对接焊缝的垫板适当位置处预留活口，以降低垫板对中幅板产生变形的不利影响。这种结构的优点主要表现在以下三个方面：（1）焊缝与母材的强度相同，可以有效的避免由于油罐基础不均匀沉降造成的焊缝拉开现象，若采用搭接结构，当油罐发生不均匀沉降时搭接角焊缝受剪，容易发生焊缝拉开、油品泄漏等事故。（2）可以节约罐底用钢量（3）罐底板较搭接接头平整，且不增加施工作业量。4.1.3 罐底边缘板与罐壁连接的罐底边缘板采用与底圈罐壁相同材质的高强度钢板12MnNiVR，规格为20 x 2000 x 6300mm，罐底中幅板采用国产碳钢板Q235-B，中幅板规格为11 x 3000 x 14800mm。罐壁与罐底边缘板间T形角焊缝，是应力集中的峰值区，它承受液压引起的拉伸应力和弯曲应力，以及地震或风荷载引起的弯矩和剪切力等。随着罐内液位的升降，该焊缝周围底板产生一定的弹性变形，并有可能引起高应力循环疲劳破坏，因此该焊缝不能是全焊透结构。而且节点刚性不能太大，应设法从焊缝结构、焊接工艺和无损检测等方面采取措施，尽可能地降低大角焊缝处的峰值应力，并尽量使其具有一定的柔韧性。结合以往10万立方米油罐的设计经验，本油罐设计时，在油罐外侧采用等边角焊，内侧采用下凹形圆滑过渡的不等边角焊，详见罐壁与罐底边缘板连接详图4.1。图4.1 罐壁与罐底边缘板连接详图4.2 外浮顶结构形式4.2.1 浮顶结构形式简介浮顶是原油储罐的核心部件之一，选择合理的浮顶结构形式，对油罐的长期安全运行起着至关重要的作用。常见的浮顶结构形式有双盘式浮顶和单盘式浮顶两种。本设计采用单盘式浮顶。单盘式浮顶设计满足以下四个条件：（1）设计时做到单盘板和任意两个相邻舱室同时破裂时浮顶不沉没。（2）在整个罐顶面积上有250mm降雨量的水积存在单盘上时浮顶不沉没。（3）在正常操作条件下，单盘与储液之间不存在油气空间。（4）在以上各种条件下，浮顶能保持结构的完整性，不产生强度或失稳性破坏。4.2.2单盘式浮顶的设计单盘式浮顶的周边为环形浮船。环形浮船由隔板将其分成若干个互不渗透的舱室。环形浮船的中间为单盘，单盘由钢板搭接而成，与浮船之间由角钢连接。单盘钢板的厚度根据强度计算的要求而定，但不得小于最小厚度。我国规定顶板厚度不得小于4.5mm。板与板之间的搭接宽度不应小于5倍板厚，且不小于25mm，单盘的上表面采用连续满角焊，下表面在遇到浮顶支柱或其他刚性较大的构件时，周围300mm范围内采用连续满角焊，其余部分可采用间断焊。在搭建缝与环形板相交处，应将搭接改成加垫板的对接。浮船从顶部看为圆环形，而其断面则为梯形。内外两侧由钢板围成的面板称为内边缘板和外边缘板，上面称为船舱顶板，下面称为船舱底板。船舱顶板厚度一般不小于4mm，底板厚度不小于4.5mm。内外边缘板的厚度根据强度需要设定，外边缘板一般不小于6mm，内边缘板一般不小于8mm。环形的浮船被等分为若干个互不连通的舱室，舱室的数目根据设计需要而定。舱室分的多比较安全，但增加了造价。舱室之间的板称为船舱隔板，船舱隔板与船舱顶板之间可采用间断焊，其余三边按缝应在一侧采用连续焊，另一侧可采用间断焊。如不这样就会造成窜舱，即一旦有了一个舱室泄露，液体就会窜到其他舱室，最后造成整个浮顶的沉没。船舱顶板和底板应有一定的坡度，顶板的坡度是为了排除雨水，底板的坡度是为了使储存油品挥发的气泡汇聚于单盘的边缘，待压力达到一定数值后，由盘边的透气阀排出。浮顶直径为79500mm，外边缘高度为790mm，浮顶沿径向用环向隔板分割成6部分，最外圈用径向隔板分割成14个舱，第二圈用径向隔板分割成9个舱，第三圈用径向隔板分割成5个舱，第四圈用径向隔板分割成4个舱，第五圈用径向隔板分割成2个舱，总计是34个船舱。浮顶底板及浮顶顶板采用规格为4.5x1800x9000mm的Q235-B钢板，钢板之间采用搭接结构，上侧为连续角接焊，下侧为间断焊。浮顶上设中央排水管，转动扶梯，1套重锤式刮蜡机构、8套DN200浮子式紧急排水装置、12个自动通气阀、20个DN600浮舱人孔、4个DN600浮顶人孔、7个全天候防火呼吸阀、以及量油管和导向管等附件。且本设计采用的密封装置时软泡沫塑料密封。4.3 外浮顶的计算4.3.1 第一准则的计算和校核（1）第一准则的要求第一准则是单盘板和任意两个相邻舱室同时破裂时浮顶不沉没。为满足这条件，则要求：下沉深度不大于外边缘板的厚度，且有一定裕量，以免油品由浮顶外边缘板流入浮顶并灌进舱室内。 （4.1）式中 外边缘板的厚度，m； 当a=0的下沉高度，m； 当a0时的下沉高度，m； 安全裕量，m。下沉深度不大于内边缘板的高度，且应留有一定裕量，以免油品由浮船内侧漫过内边缘板进入舱室，并导致浮顶沉没。用下列公式表达： （4.2）式中 内边缘板的高度，m； 浮船尺寸，m。在上面两个公式中，只有下沉深度和是未知量（2）计算下沉深度 假设a=0时，下沉深度T的计算下沉深度T由三项组成，即： （4.3）式中 浮船本身的沉没深度，m； 破坏的单盘使浮船下沉深度的增加量，m； 由于两个舱室泄漏而使浮船下沉深度的增加量，m。的计算： （4.4）式中 浮船的重量，N； 浮船的外径，m； 浮船的内径，m。的计算： （4.5）式中 单盘板厚度，m； 单盘单位面积的重量，N/m2。的计算： （4.6） （4.7） （4.8） （4.9） （4.10）整理得： =T （4.11）（3）的计算公式 （4.12）表4.1 本设计的单盘式浮顶储罐的尺寸油罐容积油罐内径浮船外径浮船内径内边缘板外边缘板船舱顶板船舱底板单盘板厚度高度厚度高度厚度宽度厚度宽度厚度10万800007500069000680400045400055将数据代入式（4.4）中，得到： = =220将数据代入式（4.5）中，得到： = =49将数据代入式（4.11）中，得到： = =0.17T最后得到： T= =324同理将数据代入（4.12），得到 = =27得到 =324+27+150=501 =680501 符合要求（1）浮船下沉量的校核条件设计允许的积水量Q： （4.13）式中 Q单盘上允许的最大积水重量，N； D油罐内径，m； 允许的降雨量，m，取其值为250mm。校核条件表达式： + （4.14）式中 浮船本身的沉没深度，m； 加上单盘以后浮船下沉增加量，m； 由积水量Q引起的浮船下沉增加量，m； 安全裕量。（2）的计算： =+ （4.15）（3）的计算： = （4.16）（4）的计算： = （4.17）（5）单盘挠度的计算： （4.18）式中 单盘中心挠度，m； K1与浮船径向刚度有关的系数； 单盘上所受的当量均布载荷，Pa； R单盘的半径，m； E钢材的弹性模量，Pa； 单盘板的厚度，m；（6）的计算公式： = （4.19） （4.20） （4.21） （4.22）表4.2是浮船的径向刚性有关的系数：表4.2 =的函数值00.2560.7061.1222.083.12 0.6540.7120.7830.8420.9311.01254.105.286.197.218.349.61.0781.1451.1941.2391.2861.336 = （4.23） （4.24）式中 ，折减系数，=1，=0.4； ，浮船内边缘板，船舱顶板，浮船外边缘板，船舱底板的高度，m； ，浮船内边缘板，船舱顶板，浮船外边缘板，船舱底板的厚度，m； 浮船上加强圈的截面积，m2.。将已知的数据代入（4.23）和（4.24）得到： =0.783将=0.783代入（4.22）得到 =0.3910.010.78326.26 =0.08将e=0.08代入（4.19）得到q，并将q代入（4.17）得到： =47再求得和分别为293.2和24.3最终结果： +=514.5 符合要求255 油罐的抗风设计5.1 浮顶油罐的设计风压对于浮顶油罐，设计风压可按下式计算： P=K1K2Kzw0 （5.1）式中 P设计风压，Pa； K1体形系数，可取K1=1.5； K2转换系数，可取K2=2.25； Kz高度变化系数，见下表； w0标准风压，Pa。表5.1 风压高度变化系数Kz离地面或海面高度（m） Kz陆地上海面上 5 0.78 0.84 10 1.00 1.00 15 1.15 1.10 20 1.25 1.18 30 1.41 1.29 40 1.54 1.37对于内浮顶油罐，即无风力引起的负压，也无需设呼吸阀，故设计可按下式计算： P=K2Kzw0 （5.2）5.2 抗风圈的设计和计算抗风圈所需最小截面系数Wz可按下式计算： Wz=0.082D2H （5.3）式中 D油罐内径，m； H罐壁全高，m； Wz抗风圈所需最小截面系数，m3。抗风圈与罐壁连接处上下16倍壁板厚度范围内可以认为能与抗风圈同时工作，因而在计算抗风圈的实际截面时应计入此部分面积。在抗风圈的组合截面中所使用的角钢，一般来说最小尺寸为63mm6mm，所使用的钢板最小厚度为5mm。5.3 加强圈的设计方法SH 30461992 加强圈的设计方法 （5.4） （5.5） （5.6）式中 罐壁临界压力，Pa； 罐壁最薄壁板厚度，mm； D油罐内径，m； HE当量高度，m 第i圈壁板的当量高度，m；对于浮顶罐，顶圈壁板只计入抗风圈以下的部分； 第i圈壁板的实际高度，m；对于浮顶罐，只计入抗风圈以下部分； 第i圈壁板的规格高度。加强圈的数量计算公式： （5.7） n=INT（/） （5.8）式中 n加强圈的数量，取整数； INT取整数运算。设有加强圈的罐壁，沿高度方向倍分割成（n+1）段。每一段的罐壁的高度应按下式计算： （5.9）式中 设置加强圈后，每段筒体的当量高度，m。加强圈的最小截面尺寸应符合下表：表5.2 加强圈的最小截面尺寸储罐内径D（m）加强圈最小截面尺寸（m）D2010063820D3612580836D4816010010D4820012512 加强圈与罐壁的连接应使用角钢的长肢保持水平，短肢朝下，长肢端与罐壁相焊。上面采用连续角焊，下面采用间断焊，加强圈本身的接头应熔通。 将数据带入上述公式进行计算得： P=1.52.251.21350=1429Pa； Pcr=16000122.5801.58.811=1265.9 n=INT（1429/1266）=2故需设2个加强圈。第一个加强圈：在当量筒体上离抗风圈HE/3处；HE/3=8.8113=2.937（m）.第二个加强圈：在当量筒体上，离抗风圈2/3 HE处；238.811=5.874（m），需折算，其距抗风圈得实际距离为： 5+（5.874-5）（1512）2.5=6.529（m）加强圈尺寸，参照上面的表，取加强圈角钢为200mm125mm12mm。6 石油储罐设计的几个问题6.1 石油储罐的焊接问题先分析罐壁与罐底的受力情况。常压下操作的储罐装满储液后，储罐所受内压力只有液体静压力，该压力沿罐壁由上而下逐渐增大，该内压使罐壁产生环向应力与变形，在罐壁底部周向应力减少，但使罐壁产生弯曲应力。由于罐壁的径向刚度小，该边缘应力的作用范围小，其值亦远小于环向应力值。罐底板中间部分相当于一个铺在弹性基础上的薄板，承受上方液体的压力和基础支撑力，一般基础均匀下沉时，底板中间的受力是最小的。但是边缘板外端翘起变形，罐壁的垂直刚度大，约束了边缘板的外翘，使边缘板受到了约束弯矩。同时，罐壁周向变形受到罐底板约束而对罐底边缘板产生反作用，又使边缘板受到一个径向弯矩。 由此可见，罐底边缘板受力复杂，且计算应力值较高。特别是在罐壁与罐底的角焊缝处，应力值较大，且该值不是定值，它随液位变化而变，虽然频率很低，但应力值很高，如果这一区域存在裂纹，容易产生断裂事故。这就要求焊缝尽量避免，产生各种缺陷，另一方面要具有较高的冲击韧性。在设计中，罐体如选用Q235A钢板，焊缝结构按“设计规范”和“施工及验收规范”设计，对于边缘板和边缘板之间，边缘板与壁板之间，边缘板与中幅板之间的焊缝选用FA316焊条，其他焊缝选用E4303焊条。E4303焊条熔敷金属氢和氧的含量较低，减轻了产生裂纹的倾向，熔敷金属的冲击韧性大大提高。而且，罐壁板与边缘板间的角焊缝要求焊接3-4遍成型，其它焊缝要求2-3遍成型。这样，整个焊缝熔敷金属均为晶状组织，后一次焊接过程是前一次的退火，提高了焊缝的机械性能。而且焊接顺序是要避免形成大的约束，以避免产生焊接应力和裂纹14。6.2 石油储罐的抗震设计目前，在计算储油罐地震作用时，都假设储罐固定在基础上，作一端固定的悬臂结构考虑，假设一个单自由度体系，如图l所示，巩为储液参与壳壁相对变形的等价质量，Hf为其高度。经计算可知，其底剪力Q和基底弯矩M为： Q=gm1a1 （6.1） M=gm1Hf1 （6.2）其中a1为对于储液罐耦联震振动的地震影响系数，g为重力加速度。a1=1k（k为地震系数，1为罐液耦联振动的地震动力系数）其中m1与全部储液质量m之比例Hf与全部储液高度H之比见表6.1表6.1 质量高度比例表项目容积1,0002,000,3,0005,0001,00002,00003,00005,0000Hf/H0.4450.4550.4550.430.420.