大型油品儲罐進出口管線柔性設計

1、大型油品儲罐進出口管線柔性設計第4o卷第1期2021年1月石油化工沒備PETROCHEMICAIEQUIPMENT文章編號:10007466(2021)01009905大型油品儲罐進出口管線柔性設計宋義偉,郭慧軍,張永東,田鶴,楊振東,安宗旺(1.中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司,河北任丘062552;2.中國石油冀東油田分公司,河E唐山063200)摘要:分析了大型儲罐進出口管線柔性設計的必要性,介紹了金屬軟管和波紋補償器的結(jié)構(gòu)形式,作用及設備選型需考慮的因素,提出了在進行儲罐罐前柔性安裝時應注意的問題.關(guān)鍵詞:儲罐;金屬軟管;柔性設計;波紋補償器;選型;安裝中圖分類號:TQ050

2、.3;TE972.1文獻標志碼:BFlexibleDesignintheInletandOutletPipelineofLargeStorageTankSONGYiwei,GUOHui-jun,ZHANGYong-dong,TIANHe,YANGZhendong2,ANZong-wang2(1.NorthChinaCompany,ChinaPetroleumEngineeringCo.Ltd.ofCNPC,Renqiu062552,China;2.JidongOilfieldCompanyofCNPC,Tangshan063200,China)Abstract:Thenecessityoffl

3、exibledesignintheinletandoutletpipelineoflargestoragetankwasanalyzed.Thestructure,functionandselectionofequipmentofmetalhoseandcorrugatedhoseandcorrugatedpipecompensatorwerealsointroducedsimply.Keywords:storagetank;metalhose;flexibledesign;corrugatedpipeCompensator;selection;jnsta11arion儲罐作為儲藏庫最重要設備

4、,近年來隨著國內(nèi)原油,成品油儲藏庫建設規(guī)模的不斷加大,其設計,鋼量和占地面積均低于小容量儲罐,可有效節(jié)省投資和建設用地.因此,儲罐建設的總趨勢是大型化.對于大型儲罐,為了防止儲罐的沉降引起的危GB50074-2002石油庫設計標準?6.0.16條規(guī)定,油品儲罐的主要進出口管道宜采用撓性或柔性連接方式_】.SY/T4O7394?儲罐抗震用金屬軟管和波紋補償器選用標準?那么從抗震設防方面對此做出要求2,抗震設防烈度為69度地區(qū)安裝的常壓立式圓筒形鋼制儲罐主要進出口管線應安裝金屬軟管或波紋補償器.此條款在GB50341-2003立式圓筒形鋼制焊接油罐設計標準?中也有相應的規(guī)定口.為此,近年來新建和改

5、擴建的油庫工程中,在儲油罐與管道之間均采用了柔性連接,以降低儲油罐區(qū)危行分析,提出了在進行儲罐罐前柔性安裝時應注意的問題.1儲罐進出口設置柔性連接必要性在儲罐罐體安裝施工完成后,需進行充水沉降試驗,以觀測根底沉降是否在設計允許的范圍內(nèi).收稿日期:20210825作者簡介:宋義偉(1977一),男,河北黃驊人,工程師,碩士,主要研究方向為油氣儲運工程.石油化工設備201i年第4O卷在儲罐使用過程中仍會發(fā)生根底繼續(xù)下沉的現(xiàn)象,特別是大型儲罐根底,不均勻沉降現(xiàn)象更為嚴重且極難控制.當儲罐根底不均勻沉降到達一定程度,會造成儲罐罐體和進出口管線之間的二次應力,使管線發(fā)生彎曲變形.此外,根據(jù)相關(guān)資料,在地

6、震烈度大于或等于7,度,地質(zhì)松軟的情況下,當發(fā)生7,度翹離運動會加大地震對儲罐的破壞程度,使罐底產(chǎn)生過大應力,在進出口管線的約束下,進一步造成罐底和罐壁的毀壞.因此,在工程設計中應盡可能采取措施使管線與罐壁柔性連接,防止剛性連接.2金屬軟管與波紋補償器結(jié)構(gòu)及特點金屬軟管和波紋補償器的主要構(gòu)件都是金屬波紋管,其材質(zhì)有奧氏體不銹鋼,Monel,Ioconel等.金屬軟管和波紋補償器具有良好的撓性,其縱向鋼度和抗彎鋼度小,可以在額定曲率半徑內(nèi)工作,具有管的彈性決定了是否具有良好的柔軟性和抗疲勞性,使其很容易吸收各種運動變形和循環(huán)載荷,尤其在管路系中有補償大位移的能力.用作金屬軟管的波紋管公稱直徑為4

7、償器的的波紋管公稱直徑為404000mm,材料壁厚為0.24mm.有些特殊使用場合,也有公稱直徑超過4000mm,壁厚到達幾十毫米的情況.金屬軟管主要由波紋管,網(wǎng)套和接頭組成,具有防震,承受彎曲,吸收應力的作用.(1)波紋管波紋管是金屬軟管的主體,起撓性給它施加一個產(chǎn)生彎曲力矩的橫向力,那么可以沿軸平面得到相應的位移,具有很強的抗腐蝕能力和很好的溫度穩(wěn)定性.(2)網(wǎng)套網(wǎng)套起加強,屏蔽的作用,是由不銹鋼絲或卷鋼帶按照一定的參數(shù)編織而成的,屬于安裝在壓力管道中的主要承壓件.因此,金屬軟管具場所,可以選擇1層或多層的不銹鋼鋼絲或鋼帶進行編織.(3)波紋金屬軟管兩端的接頭接頭的作用首先是將網(wǎng)套與波紋管

8、聯(lián)接為一體,同時,接頭又是金屬軟管與金屬軟管或其它管件,設備相聯(lián)接的部件.接頭的材料通常與波紋管,網(wǎng)套的材料相同,多以不銹鋼為主.接頭的結(jié)構(gòu)形式大體上分為螺旋式,法蘭盤式和快速式3大類,對于大型儲罐,一般采用法蘭盤式接頭.根據(jù)文獻3中的規(guī)定,當公稱直徑不大于600mm時,宜采用一端平焊,一段松套的法蘭連接形式.平焊法蘭可按照JB8l94?平焊鋼法蘭?選用,松套法蘭可按照JB8394?平焊環(huán)松套法蘭?選用.波紋補償器也稱伸縮器,膨脹節(jié),主要由波紋管和端管,支架,法蘭及導管等附件組成,具有吸收管線,導管及容器等由熱脹冷縮等原因而產(chǎn)生的尺寸變化,或補償管線,導管,容器等軸向,橫向和角向位移的作用.與

9、金屬軟管相比,波紋補償器外表無金屬絲或金屬套編制的網(wǎng)套,但裝有拉桿,鉸鏈,加強環(huán)之類約束裝置,同時波紋管內(nèi)還設有2個帶位移的內(nèi)襯筒,2個內(nèi)襯筒分別通過外緣固定在左右法蘭上,內(nèi)襯筒中段空缺處設有由導流筒,導流筒環(huán)板,套筒,套筒環(huán)板構(gòu)成的伸縮圈.波紋補償器種類較多,按特性分為軸向型(內(nèi)壓和外壓或有推力和無推力或架空型直埋型),角向型罐進出口使用的波紋補償器為大拉桿,橫向型波紋補償器.這種補償器屬于約束型補償器,由中間管所連接的2個波紋管及拉桿,端板和球面與錐面墊圈等結(jié)構(gòu)件組成,能吸收任一平面內(nèi)的橫向位移并能承受波紋管內(nèi)壓推力,其結(jié)構(gòu)簡圖見圖1.囂'一避(a)結(jié)構(gòu)簡圖(b)橫向變形圖1大拉桿

10、補償器結(jié)構(gòu)及變形3設備選型安裝要求在地震作用下,儲罐罐壁發(fā)生翹離或者罐根底發(fā)生不均勻沉降,傾斜現(xiàn)象,使得儲罐和配管連接處遭到破壞,這是常見的地震災害之一.根據(jù)文獻2的要求,在6度區(qū)類場地上的儲罐上應當安裝金紋補償器的橫向補償量主要與地震烈度有關(guān),軟管第1期宋義偉,等:大型油品儲罐進出口管線柔性設計和補償器的最大橫向位移補償量與地震烈度的關(guān)系見表1.表1儲罐進出口金屬軟管或波紋補償器橫向補償量與地震烈度關(guān)系隨著油品儲罐建設規(guī)模的加大和建設投資相應減少的趨勢,由于地質(zhì)條件的限制,根底自然下沉的的儲罐,很難找到均勻一致的地質(zhì)條件,尤其是飽和松砂,軟塑至流塑的輕亞粘土,沖填土及人工填土的部不均勻下沉.

11、目前,各國標準對儲罐的下沉量均有規(guī)定,但由于儲罐下沉造成的連接管道和罐壁損壞是必須解決的問題.在儲罐進出口連接管路上設置金屬軟管或波紋補償器是解決這一問題的好方法.因此,選擇適宜的金屬軟管或波紋補償器使補償量能滿足相應要求就顯得尤為重要.儲罐儲存和輸送油品的性質(zhì)對波紋管材質(zhì)選擇有很大的影響.目前,常用的波紋管材料一般為具有優(yōu)良的耐蝕性的奧氏體不銹鋼(SUS304,SU$304L,SUS316,SUS316L,SUS321等),高溫腐蝕環(huán)境下,可以選用Incoloy800H或者Inconeil600材質(zhì).常見介質(zhì)條件下波紋管推薦材料見表2.表2各種介質(zhì)條件下波紋管的推薦材料水海水蒸汽原油輕質(zhì)油重

12、油低溫鍋爐氣高溫鍋爐氣煤氣煙氣空氣氧氣氮氣焦爐氣煉油廠催化裂化高溫裝置金屬軟管或波紋補償器的公稱通徑一般與儲罐器的特點,當儲罐進出口管徑在DN400mlTl以上時,常選用波紋補償器;進出口管徑在DN40Omm以下時,選擇金屬軟管.管線與軟管或補償器的連接方式主要有焊接和法蘭連接2種,由于儲罐區(qū)不允許動火.因此,為保證罐區(qū)平安,通常采用法蘭連接方式.軟管長度可根據(jù)儲罐沉降,溫度變形,安裝偏差屬軟管和波紋管補償器選擇時,可參考文獻2表3.2.2和表3.2.3提供的數(shù)據(jù).儲罐與主要進出口管線的剛度比和質(zhì)量比相差較大,如果兩者的根本自振頻率相同和相近,在地震2要求,金屬軟管或波紋補償器的自振頻率應高于

13、儲罐根本自振頻率的5O.實驗及理論計算說明,儲罐用金屬軟管的自振頻率一般在10Hz以上.因此,當儲罐的根本自振頻率不大于7Hz時,可不考慮儲罐與金屬軟管或波紋補償器的共振影響.儲罐與儲液耦連振動根本自振頻率按照下式進行計算:1式中,為儲罐與儲液耦連根本自振頻率,Hz為底圈罐壁平均半徑,t為液面高度1/3處的罐壁厚度(不包括腐蝕裕度),h為液面高度,m;選擇.罐的根本自振頻率進行計算,計算結(jié)果見表3.表3幾種儲罐的自振頻率一一一一一一一一一一一一一一一石油化工設備2021年第4O卷在進行儲罐進出口柔性設計時,可選用大拉桿補償器和金屬軟管.就設計制造標準來說,大拉桿型波紋補償器的設計制造有嚴格的標

14、準.同時,其疲勞壽命計算,自振頻率計算要比金屬軟管計算科學準確.在運行過程中,由于內(nèi)壓產(chǎn)生的盲板力全部由大拉桿補償器自身的拉桿承受,不會對與其相連接的設備(儲罐)產(chǎn)生更大的作用力,因而可以保證儲要在允許的范圍內(nèi),以保證法蘭不會發(fā)生密封失效.通過控制波紋管的單層厚度和層數(shù)來控制其自振頻率,剛度及補償量,以滿足相關(guān)標準的要求.金屬軟管的相關(guān)計算是模糊的,更沒有自振頻作用,其管體本身會伸長大約15.因而,盲板力必然會作用到儲罐的管口上,會引起設備接管處的局部應力超標,法蘭泄漏,尤其是對管徑大于等于DN400mm的管道,其潛在的風險更大.目前,國外一些公司在進行罐區(qū)設計時,根本上也是以DN350mm分

15、界,大于DN350mm的接管采用大拉桿波紋補償器,而小于DN350mm的接管采用金屬軟管.4安裝要求及應注意的問題金屬軟管和波紋補償器通常安裝在儲罐前閥門與管道連接處,而且其后也應有控制閥門,使儲罐與管道之間形成軟連接,以便于金屬軟管的檢修以及更換.金屬軟管和補償器主要吸收系統(tǒng)產(chǎn)生的橫向位移,而系統(tǒng)產(chǎn)生的軸向位移需要由管道的布置來吸收.目前常見的安裝方式主要有I型和Z型,兩種安裝方式示意圖見圖2.從圖2可以看出,采用Z型安裝管系的軸向位移可由管系自身吸收,從而減少了波紋管和罐壁的道所產(chǎn)生的軸向應力將作用于波紋管和罐壁,對設備造成一定的損害.軸向熱脹量按下式計算_7:ZLa1At(2)式中,z為

16、管道熱脹量,cm;L為固定支架間距,m;a為管道用鋼材的線膨脹系數(shù),cm/(m?);At為管道安裝溫度和工作溫度的溫差,.(a)I型金屬軟(1o)Z型圖2儲罐罐前安裝方式示圖以某油庫罐前安裝管線為例,從罐壁出口到主管道距離為30ITI,儲罐罐前管線安裝溫度和工作溫度的溫差大約為30,鋼材的線膨脹系數(shù)為0.00125cm/(m?),那么這段管線的熱脹量為管距離較近(一般只有十幾米),同時管道安裝與工作時溫差較小.因此,目前國內(nèi)安裝的儲罐仍有很大局部采用L型安裝方式,采用此方式具有整體整齊美觀,減少管道安裝長度的優(yōu)點.(1)在安裝金屬軟管和波紋補償器時,應將其保持在自由狀態(tài)下直線安裝.(2)在吊裝

17、過程中,不應采用對產(chǎn)品有損害的吊裝方法.(3)如果在設計時未進行特殊考慮,那么禁止采用使金屬軟管和波紋管膨脹節(jié)變形的方法來調(diào)整管道的安裝偏差,也不應該采用強制拉緊法蘭,螺栓的方法消除安裝偏差.強行拉,壓或者彎曲會造成金屬軟管的網(wǎng)套脫網(wǎng).壓縮安裝后,設備在輸送介質(zhì)時會產(chǎn)生垂直于波紋管的力,使波紋管產(chǎn)生較大幅度波紋補償器安裝的根本原那么,在安裝過程中是必須防止的.(4)必須注意保護波紋管,使其免受敲擊,劃傷,焊液飛濺等原因造成的損害.(5)在金屬軟管和波紋管補償器上不應設置任何托架或支撐.(6)在管道,金屬軟管(膨脹節(jié))和支架等管道系統(tǒng)安裝完畢進行系統(tǒng)試壓之前,應將膨脹節(jié)的運輸保應當注意不能將非運

18、輸保護裝置的膨脹節(jié)附件撤除.第4O卷第1期2021年1月石油化工設備PETROCHEMICALEQUIPMENT文章編號:10007466(2021)0l一0103一O4亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼封頭應力開裂分析杜紅元,魏獻玲,胡效軍(1.中原石油勘探局工程建設總公司,河南濮陽457003;2.華北油田分公司基建工程部,河北任丘062552)摘要:對低溫條件下使用的亞穩(wěn)態(tài)奧氏體封頭在使用后不久產(chǎn)生的開裂原因進行了詳細分析,指出了在內(nèi)應力及復雜介質(zhì)條件下采用亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼,其封頭的成型工藝會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量,并提出了改良措施.關(guān)鍵詞:封頭;奧氏體不銹鋼;成型;內(nèi)應力;開裂中圖分類號:TQ050.3;

19、TE965文獻標志碼:BAnalysisonStressCrackingofSubstabilizationAusteniticStainlessSteelEllipticalHeadDUHong-yuan,WEIXianling,HUXiao-jun(1.ECGCofZPEC,SINOPEC,Puyang457003,China;2.BaseConstructionEngineeringSectionofHuabeiOilfieldCompany,Renqiu062552,China)(7)在進行設備安裝時,可在軟管或膨脹節(jié)遠離儲罐的一端設置一段短管,通過調(diào)整短管的尺寸來補償安裝偏差.5結(jié)語對儲罐進出口管線柔性連接的必要性,柔性連接方式及金屬軟管和波紋補償器的結(jié)構(gòu),特性及安裝考前須知進行了詳細的分析,認為可根據(jù)儲