1000m3拱頂儲(chǔ)罐進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)

摘要本文主要對(duì)1000m3拱頂儲(chǔ)罐進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，闡述了1000m3拱頂油罐目前在國(guó)內(nèi)的重要影響。本文首先參考了諸多國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，對(duì)各類油儲(chǔ)罐的種類、性能以及當(dāng)前儲(chǔ)罐的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。其次根據(jù)任務(wù)書(shū)的相關(guān)要求進(jìn)行了工藝計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB50341-2014進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，確定了拱頂儲(chǔ)罐的基本結(jié)構(gòu)。然后對(duì)拱頂儲(chǔ)罐中罐壁、罐頂、罐底以及罐底附件等零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核，保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性。接著根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)罐壁下節(jié)點(diǎn)邊緣應(yīng)力進(jìn)行了校核。最后，對(duì)拱頂儲(chǔ)罐及其他制造附件（如抗風(fēng)圈、加強(qiáng)圈等）進(jìn)行設(shè)計(jì)、選用和分析。并在保證安全的前提下，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)選材。關(guān)鍵詞：拱頂油罐，罐壁，抗風(fēng)圈，加強(qiáng)圈AbstractThispapermainlyanalyzesanddesignsthe1000m3dometank,andexpoundstheimportantinfluenceof1000m3dometankinChinaatpresent.Firstofall,thispaperreferstoalotofliteratureathomeandabroad,andbrieflyintroducesthetypes,performanceandcurrentdevelopmentofallkindsofoilstoragetanks.Secondly,theprocesscalculationiscarriedoutaccordingtotherelevantrequirementsofthetaskbook,andonthisbasis,thebasicstructureofthevaulttankisdeterminedaccordingtotherelevantstandardGB50341-2014.Thenthestructuraldesignandcheckofthetankwall,top,bottomandaccessoriesinthevaulttankarecarriedouttoensuretherationalityofthedesignstructure.Thentheedgestressofthejointunderthetankwallischeckedaccordingtotherelevantliterature.Finally,thevaultstoragetankandothermanufacturingaccessories(suchaswindring,reinforcementring,etc.)aredesigned,selectedandanalyzed.Andunderthepremiseofensuringsafety,economicmaterialselectioniscarriedout.Keywords:Vaulttank,tankwall,windring,reinforcingring第1章緒論隨著我國(guó)石油化工工業(yè)的發(fā)展以及國(guó)家原油戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù)項(xiàng)目的實(shí)施，油罐的普及化已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。并且隨著新世紀(jì)到來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，整體經(jīng)濟(jì)形式愈發(fā)景氣。因此在能源利用發(fā)面，我國(guó)為了保障有效能源的可持續(xù)發(fā)展，需要不斷在國(guó)內(nèi)外擴(kuò)展新的油氣資源，并發(fā)展可積極拓展利用國(guó)內(nèi)外石油石化資源的方案。近些年，我國(guó)為了解決油氣困乏，陸續(xù)布置了四大能源戰(zhàn)略通道。其中“海上通道”最重要的環(huán)節(jié)就是罐區(qū)的運(yùn)輸和儲(chǔ)存[1]。1.1儲(chǔ)罐的分類儲(chǔ)罐廣泛應(yīng)用于流體工業(yè)，多用于儲(chǔ)存原料、成品以及中間產(chǎn)品，在保證裝置安全生產(chǎn)、節(jié)能減排、提高整體管理水平等方面具有不可替代的作用。尤其在國(guó)家戰(zhàn)略儲(chǔ)備上，不同類型的儲(chǔ)罐占據(jù)了非常重要的地位。工業(yè)儲(chǔ)罐一般為鋼制儲(chǔ)罐居多，一般根據(jù)儲(chǔ)存介質(zhì)的特性、溫度、壓力等參數(shù)選擇碳鋼、低溫鋼、不銹鋼等材料。儲(chǔ)罐可以根據(jù)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類，其中適用范圍最為廣泛、制作安裝技術(shù)最為成熟的則是拱頂罐、浮頂儲(chǔ)罐及臥式儲(chǔ)罐[2]。1.1.1拱頂罐拱頂儲(chǔ)罐是指罐頂為球冠狀、罐體為圓柱形的一種鋼制容器。拱頂儲(chǔ)罐制造簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，所以在國(guó)內(nèi)外許多行業(yè)應(yīng)用最為廣泛，最常用的容積為1000-10000m3，國(guó)內(nèi)拱頂儲(chǔ)罐的最大容積已經(jīng)達(dá)到30000m3。拱頂罐一般為低壓力儲(chǔ)罐或常壓儲(chǔ)罐，通常應(yīng)用于流體工業(yè)，也可以用于特殊儲(chǔ)存類液體，國(guó)外還將儲(chǔ)罐應(yīng)用于大型LNG深冷儲(chǔ)存[3]。罐底由鋼板拼裝而成，罐底中部的鋼板為中幅板，周邊的鋼板為邊緣板。邊緣板可采用條形板，也可采用弓形板。一般情況下，儲(chǔ)罐內(nèi)徑<16.5m時(shí)，宜采用條形邊緣板，儲(chǔ)罐內(nèi)徑≥16.5m時(shí)，宜采用弓形邊緣板。罐壁由多圈鋼板組對(duì)焊接而成，分為套筒式和直線式。套筒式罐壁板的環(huán)向焊縫主要采用搭接，而縱向焊縫采用對(duì)接。拱頂儲(chǔ)罐一般采用該形式，優(yōu)點(diǎn)是便于各圈壁板組對(duì)。罐頂由多塊扇形板組合焊接呈球冠狀，罐頂內(nèi)側(cè)采用扁鋼制成加強(qiáng)筋，各個(gè)扇形板間采用搭接焊縫，將罐頂與罐壁板上部的角鋼圈焊接成一體[2]。1.1.2浮頂罐浮頂儲(chǔ)罐主要由漂浮在介質(zhì)表面上的浮頂和立式圓柱型罐壁所構(gòu)成。浮頂可隨著管內(nèi)存儲(chǔ)介質(zhì)的增加或減少浮動(dòng)，浮頂?shù)耐庠c罐壁之間設(shè)環(huán)形密封裝置，罐內(nèi)介質(zhì)被內(nèi)浮頂覆蓋，以便減少介質(zhì)的揮發(fā)。浮頂罐又分為內(nèi)浮頂罐及外浮頂罐。內(nèi)浮頂罐是帶罐頂?shù)母№敼?，也是拱頂罐和浮頂罐相結(jié)合的儲(chǔ)罐，外部為拱頂，內(nèi)部為浮頂。內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，與浮頂罐比較，因?yàn)橛泄潭?，能有效地防止風(fēng)、砂、雨雪或灰塵的侵入，保證儲(chǔ)液的質(zhì)量。這種儲(chǔ)罐主要用于儲(chǔ)存輕質(zhì)油，例如汽油、航空煤油等。內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐采用直線式罐壁，壁板對(duì)接焊制，拱頂按拱頂儲(chǔ)罐的要求制作[3]。浮頂油罐的特點(diǎn)是，罐頂可以上下浮動(dòng)，四周用耐油橡膠密封圈以彈簧壓緊在罐壁上。罐頂緊貼著油面，油面升高，罐頂跟著上升；油面降低，罐頂跟著下降。這種油罐呼吸器是裝在浮盤(pán)上的，比起拱頂油罐來(lái)能大大減少油品的損耗，也比較安全[4]。1.2儲(chǔ)罐的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況隨著石油化工工業(yè)的發(fā)展以及國(guó)家原油戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù)項(xiàng)目的實(shí)施，儲(chǔ)罐的大型化將成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前世界上已建成的大型儲(chǔ)罐數(shù)量逐年增加，如早在1967年在委內(nèi)瑞拉就建成了15萬(wàn)m3的拱頂儲(chǔ)罐，1971年日本建成了16萬(wàn)m3的拱頂儲(chǔ)罐，而世界產(chǎn)油大國(guó)之一的沙特阿拉伯也已成功建造了2萬(wàn)m3的拱頂儲(chǔ)罐[5]。國(guó)內(nèi)大型儲(chǔ)罐發(fā)展從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，1975年，國(guó)內(nèi)首臺(tái)5萬(wàn)m3的拱頂罐在上海陳山碼頭建成。繼后，在石化企業(yè)、港口、油田、管道系統(tǒng)建造數(shù)十臺(tái)5萬(wàn)m3拱頂罐。20世紀(jì)80年代中后期，國(guó)內(nèi)開(kāi)始建造10萬(wàn)m3的大型拱頂罐，迄今為止，已經(jīng)先后在秦皇島、大慶、儀征、鐵嶺、黃島、舟山、大連、山東、蘭州、上海、鎮(zhèn)海、燕山、湛江等地建造了80余座10萬(wàn)m3的拱頂儲(chǔ)罐。一直到近幾年，國(guó)內(nèi)所建設(shè)的，并投入使用的最大容積大型儲(chǔ)罐是中國(guó)石化集團(tuán)公司建造的15萬(wàn)m3拱頂油罐[6]。近些年，我國(guó)對(duì)于儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)制造技術(shù)較之過(guò)去幾十年，有了更好更快的發(fā)展。這一狀況主要是由于國(guó)際范疇內(nèi)的能源危機(jī)所導(dǎo)致的。近若干年，世界能量資源匱乏，因此許多工業(yè)化、靠進(jìn)口原油維持能源量的國(guó)家都增加了原油的儲(chǔ)備量，這就使得這些國(guó)家需要盡可能的設(shè)計(jì)建造超大型儲(chǔ)罐。這一需求不僅僅促進(jìn)了世界范疇儲(chǔ)罐事業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)，還促使眾多學(xué)者發(fā)展了更多新的研究課題，隨著這些新研究課題的解決，從而使得儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)制造技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和深化。我國(guó)因?yàn)榇笮蛢?chǔ)罐應(yīng)用的廣泛性，成為了僅次于美國(guó)的第二石油消費(fèi)國(guó)。而儲(chǔ)罐設(shè)備在石油、化工、冶金和國(guó)防等領(lǐng)域都是必不可少的、重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在我國(guó)民生經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有無(wú)可替代的作用。其中大型儲(chǔ)罐廣泛應(yīng)用于油庫(kù)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，在我國(guó)油庫(kù)建設(shè)中占比重最大、投資收益最高，它所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益直接影響著整個(gè)工程的效益，因此大型儲(chǔ)罐的一系列研究的至關(guān)重要，直接關(guān)系著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及國(guó)家能源實(shí)力的提升[7]。我國(guó)通常采用固定拱頂罐和浮頂油罐用于儲(chǔ)存輕質(zhì)油品。固定拱頂罐還分為拱頂及錐頂。最初人們開(kāi)始研究?jī)?chǔ)罐，主要關(guān)心經(jīng)濟(jì)損失和安全，近些年逐漸開(kāi)始考慮生態(tài)、環(huán)境保護(hù)和能源循環(huán)等方面的問(wèn)題。為了經(jīng)濟(jì)有效地解決這個(gè)問(wèn)題，發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、法國(guó)、前蘇聯(lián)等早在50、60年代相繼開(kāi)始研制浮頂罐，我國(guó)直到70年代末期才開(kāi)始研制。由于浮頂罐能降低損耗，減少環(huán)境污染，主要用于儲(chǔ)存原油、汽油、柴油等介質(zhì)。隨著內(nèi)浮頂技術(shù)的發(fā)展，汽油和航空煤油大多數(shù)采用內(nèi)浮頂罐，新建的外浮頂罐幾乎都用于儲(chǔ)存原油[8-9]。內(nèi)浮頂技術(shù)雖然可以降低產(chǎn)品的蒸發(fā)損耗，減少環(huán)境污染。但是內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐在浮頂下部油氣空間偏大、浮頂整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差、浮筒結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的浮力狀態(tài)等問(wèn)題，容易使浮盤(pán)失去平衡或產(chǎn)生沉卡事故，因此不適用于直徑大于21m的儲(chǔ)罐[10]。因此油品及化學(xué)品的蒸發(fā)損耗一直是石油化學(xué)工業(yè)等行業(yè)關(guān)心的問(wèn)題。而且目前世界的油氣資源分布極為不均衡。大部分油氣資源分布在遠(yuǎn)離消費(fèi)中心的邊緣地帶，但是各國(guó)以及各地區(qū)的油氣需求量又有很大差距。在世界油氣資源儲(chǔ)量中，俄羅斯占34%，中東地區(qū)占32%，亞洲地區(qū)僅占9%。在國(guó)內(nèi)油氣資源儲(chǔ)量中，塔里木地區(qū)占23%，而海域地區(qū)占21%。因此，油氣資源主要的消費(fèi)地點(diǎn)和資源儲(chǔ)備地存在差異。這就導(dǎo)致我國(guó)必須解決各地油氣資源供需不平衡這一難題。因此急需建立可靠的油氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)來(lái)聯(lián)系產(chǎn)地和銷售地。油氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的可靠性既影響國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，也制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)平衡發(fā)展。一旦發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)，油氣優(yōu)良保障是成敗的關(guān)鍵。因此世界各地都投入巨資建設(shè)油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施[10]。天然氣是清潔優(yōu)質(zhì)能源，在21世紀(jì)上半葉的能源供應(yīng)中將發(fā)揮重要作用，對(duì)全球環(huán)境保護(hù)也有重大意義。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，中國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)有了很大的發(fā)展。從世界范圍來(lái)看，天然氣在目前一次能源消費(fèi)中所占的比居第三，僅次于石油和煤炭，約25%。國(guó)際機(jī)構(gòu)普遍認(rèn)為預(yù)測(cè)，2035年之前，天然氣在一次能源消費(fèi)中的占比將持續(xù)增加。2005-2015年間，全球主要能源的年均增長(zhǎng)分別為：石油（1%）、天然氣（2.3%）、煤炭（1.9%）；可見(jiàn)天然氣的需求增速明顯領(lǐng)先于其他化石能源。在我國(guó)，石油和天然氣產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)的需求，且供需不平衡越來(lái)越大[1]。但在未來(lái)幾十年，油氣資源消費(fèi)的增長(zhǎng)速度會(huì)逐漸加快，隨著“西氣東輸”等工程的建設(shè)，我國(guó)對(duì)油氣的需求將以每年15%左右的速度增長(zhǎng)，2018年油氣表觀消費(fèi)量達(dá)到了2803億立方米。根據(jù)全國(guó)油氣利用規(guī)劃成果，2010年全國(guó)油氣需求量為1068×108m3，2015年需求量為1535×108m3，2020年需求量2107×108m3。預(yù)計(jì)到2020年油氣消費(fèi)量將由目前的245億立方米增長(zhǎng)到2000-2200億立方米[11]。1.3本文研究?jī)?nèi)容1.3.1設(shè)計(jì)需求本文需設(shè)計(jì)具有足夠強(qiáng)度和韌性，即卸載后不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，且在水壓試驗(yàn)或操作狀態(tài)下，油罐不會(huì)產(chǎn)生斷裂破壞的拱頂儲(chǔ)罐。儲(chǔ)存介質(zhì)為化工油品，儲(chǔ)罐規(guī)格為公稱容積1000m3的拱頂儲(chǔ)罐。罐體還需具有良好的剛性，整體穩(wěn)定且可抗風(fēng)；在罐區(qū)最大地震烈度下不會(huì)產(chǎn)生破壞，基礎(chǔ)不均勻沉陷量在允許的范圍內(nèi)。1.3.2設(shè)計(jì)選材本文選材的原則為安全及經(jīng)濟(jì)。需要考慮的因素則需包含：1.油罐的設(shè)計(jì)因素：設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度，介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)特別是腐蝕性以及材料的部位等。2.材料的機(jī)械性能，化學(xué)成分，焊接性能和抗腐蝕性能等。3.價(jià)格合理。對(duì)于1000~10000m3小型儲(chǔ)罐的選材，我國(guó)通常用Q235。對(duì)于20000~30000~50000m3中型儲(chǔ)罐的選材，按照強(qiáng)度條件選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)罐壁上部的壁厚，一般選用Q345R作為材料；罐壁下部則按剛度條件設(shè)計(jì)壁厚，一般選用Q235作為材料。對(duì)于70000~100000m3的大型儲(chǔ)罐，通常會(huì)選用Q345R作為材料。但是對(duì)于超大型儲(chǔ)罐，則需要發(fā)展更高強(qiáng)度的新鋼種或新材料[12]。本文所設(shè)計(jì)的小型儲(chǔ)罐，需要根據(jù)強(qiáng)度確定罐壁部分的材料，根據(jù)用途以及建設(shè)儲(chǔ)罐地區(qū)的平均溫度，可采用Q235鋼板。選擇此材料是考慮到儲(chǔ)存原油時(shí)，罐內(nèi)均設(shè)置加熱盤(pán)管防止原油凝固，罐壁溫度不會(huì)很低。1.3.3設(shè)計(jì)附件1.梯子和欄桿梯子是為操作人員上到罐頂進(jìn)行量油、取樣等操作而設(shè)置的，目前應(yīng)用最廣泛的是罐壁盤(pán)梯，罐壁盤(pán)梯自上而下沿罐壁作逆時(shí)針盤(pán)旋，使工作人員下梯時(shí)能右手扶欄桿，保證安全，在罐頂周圈上高0.8～1m高的欄桿，或至少在量油孔或透光孔旁的罐頂四周高局部欄桿，以保證工作人員操作安全。2.人孔在油罐進(jìn)行安裝、清洗和維修時(shí)，工作人員可經(jīng)人孔進(jìn)出油罐，也可利用人孔進(jìn)行通風(fēng)。3.透光孔透光孔設(shè)在罐頂，用于油罐安裝和清掃時(shí)采光或通風(fēng)。保險(xiǎn)活門的操縱裝置失靈時(shí)，還可利用系于透光孔處的鋼索來(lái)找開(kāi)保險(xiǎn)活門。它設(shè)置的數(shù)目與人孔相同，而且人孔位置與透光孔、清掃孔相對(duì)應(yīng)，以全球采光通氣，要避開(kāi)罐內(nèi)附件，并設(shè)在操作方便的方位。4.量油孔量油孔是為了測(cè)量油面高低、取樣、測(cè)溫而設(shè)置的。每個(gè)油罐設(shè)一個(gè)量油孔，裝設(shè)在梯子平臺(tái)附近，以利操作。量油孔一般為鑄鐵的，為了防止關(guān)閉孔蓋時(shí)因撞擊而產(chǎn)生火花，量油孔孔蓋上鑲嵌有軟金屬（銅、鋁）、塑料或耐油橡膠制成的墊圈。在量油孔內(nèi)壁的一側(cè)裝有鋁制或銅制的導(dǎo)向槽，以便檢測(cè)油高時(shí)每次都沿導(dǎo)向槽下尺。正對(duì)量油孔下方的油罐底板不應(yīng)有焊縫，必要時(shí)可在該處焊接一塊計(jì)量基準(zhǔn)板，以減少各次測(cè)量的相對(duì)誤差。量油孔距管壁的距離一般不小于1m。量油孔啟閉頻繁，易損壞漏氣，因此應(yīng)經(jīng)常檢查其墊圈的嚴(yán)密性。5.進(jìn)出油管進(jìn)出油接合管裝在油罐最下層圈板上，其外側(cè)與進(jìn)出油管道連接，內(nèi)側(cè)與保險(xiǎn)活門或起落管連接。進(jìn)出油接合管的底緣距罐底一般不小于200mm，以防沉積在罐底的水或雜質(zhì)隨油品排出。6.保險(xiǎn)活門保險(xiǎn)活門是安裝在進(jìn)出油接合管罐內(nèi)一側(cè)的安全啟閉裝置。其作用是防止油罐控制閥破損或檢修時(shí)罐內(nèi)油品流出。7.放水管及排污孔放水管是為了排放油罐底水而設(shè)置的。常用的放水管有固定式放水管和裝在排污孔蓋上的放水管。放水管內(nèi)經(jīng)常有底水，所以需做好保溫，以防底水凍結(jié)在管子中。排污孔設(shè)置在油罐底板下面，伸出罐外一端有排污孔法蘭蓋，法蘭蓋上附設(shè)放水管。排污孔及附設(shè)的放水管主要用于輕油罐，固定式放水管和排污孔在油罐上的安裝位置應(yīng)根據(jù)放水和排污的便利來(lái)確定，但與人孔的水平夾角應(yīng)不小于90°。8.清掃孔清掃孔是為了清除罐底積物而設(shè)置的。清掃孔多用于大型原油罐和重油罐。9.中央排水管外浮頂罐的浮頂直接暴露于大氣中，中央排水管是為了及時(shí)排放匯集于浮頂上的雨、雪水而設(shè)置的。排水管的上端與設(shè)于浮頂中央的集水坑相連，下端與通向罐外的排水閥相連[13-15]。第2章拱頂罐尺寸設(shè)計(jì)本次拱頂儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)及其他參數(shù)如下表2-1所示。此次儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)擬存儲(chǔ)密度為879kg/m3的化工油，儲(chǔ)罐容積為1000m3，可根據(jù)介質(zhì)進(jìn)出罐區(qū)流量和裝置對(duì)介質(zhì)儲(chǔ)存天數(shù)計(jì)算，計(jì)算公式為下式2-1所示（2-1）式中V—儲(chǔ)罐總體積，m3；W1—介質(zhì)進(jìn)入罐區(qū)的流量，取5m3/d；W2—介質(zhì)流出罐區(qū)的流量，m3/d；n—介質(zhì)的存儲(chǔ)天數(shù)，取300天；—儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存系數(shù)，取0.9。將數(shù)據(jù)帶入可得流出罐區(qū)流量。儲(chǔ)罐壁厚經(jīng)濟(jì)計(jì)算公式的選擇：由于設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐的容積為1000m3，由于當(dāng)容積≤1000m3，應(yīng)采用等壁厚度設(shè)計(jì)。如此是節(jié)省材料的，查閱相關(guān)資料[16~17]可知油罐經(jīng)濟(jì)高度與半徑關(guān)系如下表2-2所示，因此選用儲(chǔ)罐直徑與高度相等。對(duì)于1000m3拱頂結(jié)構(gòu)，其拱頂周邊支撐焊接于罐壁上的包邊角鋼之上，且球面是由中心蓋板與瓜皮組合而成。而瓜皮板之間，板與板之間互相搭接，且搭接寬度不小于25mm，實(shí)際搭接多為40mm。在罐頂?shù)耐鈧?cè)采用連續(xù)焊，內(nèi)側(cè)位間斷焊，中心蓋板與瓜皮板的搭接寬度一般為50mm。儲(chǔ)罐的體積公式：（2-2）式中V—儲(chǔ)罐體積，m3；R—儲(chǔ)罐半徑，mm；H—儲(chǔ)液高度，mm。將H=2R代入可得：圓整取R=5750mm，則H=10650mm。由于當(dāng)D＜10m時(shí)，規(guī)定碳素鋼中幅度最小公稱厚度為5mm，取中幅板厚度為5mm；故1000m3頂厚為5mm。第3章罐壁設(shè)計(jì)3.1罐壁的強(qiáng)度計(jì)算3.1.1變截面罐壁的應(yīng)力分析大型儲(chǔ)罐的圓柱壁承受著液體儲(chǔ)罐的靜壓力。如圖3-1所示，靜水壓力呈三角形分布，從上到下呈梯形逐漸增加，罐壁的厚度從頂部到底部逐漸增加。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，不能使用橫截面厚度連續(xù)變化的鋼板來(lái)制造儲(chǔ)罐。因此，本文只能根據(jù)鋼板規(guī)格使用逐步變厚的階梯狀可變截面墻進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖中H為儲(chǔ)液高度；D為儲(chǔ)罐內(nèi)徑；Hi為液面至第i層罐壁鋼板下端高度；hi為第i層罐壁鋼板寬度；ti為第i層罐壁鋼板寬度。3.1.2罐壁厚度計(jì)算根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB50341-2014《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》[17]，儲(chǔ)罐直徑≤60m時(shí)宜可采用定設(shè)計(jì)點(diǎn)法計(jì)算罐壁厚度。采用定設(shè)計(jì)點(diǎn)法時(shí)，罐壁厚度計(jì)算式如下：（3-1）（3-2）式中—設(shè)計(jì)條件下罐壁板的計(jì)算厚度，mm；—試水條件下罐壁板的計(jì)算厚度，mm；D—儲(chǔ)罐內(nèi)徑，m；—計(jì)算液位高度，m；—儲(chǔ)液相對(duì)密度，；—設(shè)計(jì)溫度下鋼板的許用應(yīng)力，選取Q235-A，157MPa；—試水條件下鋼板的許用應(yīng)力，取20°C時(shí)鋼板的許用應(yīng)力，MPa；—焊接接頭系數(shù)，取0.90。將數(shù)據(jù)帶入式（3-1）和（3-2）可得：罐壁的環(huán)板由許多鋼板焊接而成，并通過(guò)對(duì)接焊縫連接。罐壁的上下環(huán)形板采用套筒式連接，重疊長(zhǎng)度為50mm。每個(gè)環(huán)的厚度的計(jì)算過(guò)程如下：油罐周長(zhǎng)：取油罐罐壁的鋼板尺寸為則每圈罐壁所需鋼板取鋼板加工余量為10mm，則每塊1750mm鋼板除去余量后的實(shí)際寬度為，則罐壁鋼板層數(shù)為由此可得，儲(chǔ)罐罐壁由7層鋼板，每層7塊鋼板組焊。鋼板以及罐壁厚度取值如下表3-1與3-2所示，罐壁應(yīng)不小于規(guī)范所規(guī)定的最小罐壁厚度。3.1.3罐壁下節(jié)點(diǎn)邊緣應(yīng)力的校核根據(jù)底層圈板厚度s=7mm，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，校核罐壁節(jié)點(diǎn)邊緣應(yīng)力[18]，選定邊緣板厚度b=5mm，罐壁材料為Q235-A，E=2.1106GPa，，罐底突出距離C=5mm；罐底地基系數(shù)kb=5kgf/cm2罐壁重量計(jì)算式為：（3-3）則罐體總重量為：用于罐底周邊的重量為：（3-4）作用于單位面積罐底的液重為：（3-5）罐壁圓筒剛性為：（3-6）罐壁彈性系數(shù)為：（3-7）罐壁特性系數(shù)為：（3-8）罐底的圓筒剛性為：（3-9）罐底的特征系數(shù)為：（3-10）罐壁單位位變系數(shù)為：（3-11）（3-12）（3-13）罐壁載荷變位系數(shù)由擾度方程可得：（3-14）（3-15）因此根據(jù)內(nèi)差法可得：罐底單位位變系數(shù)為：（3-16）罐底載荷變位系數(shù)為：（3-17）（3-18）因此可以求得：（3-19）（3-20）（剪力與原來(lái)假設(shè)方向相反）罐壁最大彎曲應(yīng)力為：（3-21），由此可知應(yīng)力校核安全。下節(jié)點(diǎn)貼角焊縫高度h取為10mm，由此可知：焊縫抗剪強(qiáng)度為：（3-22）由此可知，焊縫剪應(yīng)力校核安全。3.2拱頂儲(chǔ)罐的風(fēng)力穩(wěn)定計(jì)算3.2.1抗風(fēng)圈的設(shè)計(jì)與計(jì)算浮頂罐沒(méi)有固定的頂蓋，因此抗風(fēng)圈通常設(shè)置在儲(chǔ)罐的頂部，放置在磨邊角下方1m的位置。儲(chǔ)罐的風(fēng)洞試驗(yàn)表明，防風(fēng)圈上方的油箱壁處于張緊狀態(tài)，不存在不穩(wěn)定的危險(xiǎn)。抗風(fēng)圈所需最小截面系數(shù)WZ計(jì)算如下：（3-23）式中D—儲(chǔ)罐內(nèi)徑，m；—罐壁全高，m；—頂部抗風(fēng)圈的最小截面模數(shù)；cm3；—設(shè)計(jì)風(fēng)壓，取0.55kPa。抗風(fēng)圈的外周可以是圓形的或多邊形的，并且可以由型鋼制成或者由型鋼和鋼板的組合制成。為了滿足強(qiáng)度要求，防風(fēng)圈本身的接頭必須采用全熔透對(duì)接焊縫，防風(fēng)圈與罐壁之間的焊接，上表面采用連續(xù)的全角焊，下部零件可采用間歇焊接。在選擇抗風(fēng)圈的截面時(shí)，應(yīng)滿足使抗風(fēng)圈的截面系數(shù)3.2.2加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)隨著儲(chǔ)罐高度的增加，儲(chǔ)罐中間的氣缸有被風(fēng)吹走的危險(xiǎn)。在風(fēng)的作用下，為防止儲(chǔ)罐因風(fēng)而放氣，有必要檢查儲(chǔ)罐壁的穩(wěn)定性，并根據(jù)需要在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b加強(qiáng)圈。判定儲(chǔ)罐側(cè)壓穩(wěn)定條件如下：（3-24）式中—儲(chǔ)罐許用臨界壓力，Pa；—設(shè)計(jì)風(fēng)壓，550Pa。當(dāng)滿足條件時(shí)，可以認(rèn)為罐壁具有足夠的抗風(fēng)性，否則必須安裝加強(qiáng)環(huán)以提高罐對(duì)外部壓力的抵抗力。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《GB50341—2014立式圓筒形鋼制焊接油罐》中所提供的建議，本文選擇采用加強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)。該工藝方法主要是根據(jù)薄壁短型圓筒在外部壓力作用下的臨界壓力測(cè)量得到，罐壁的允許用臨界壓力。(3-25)式中—圓筒材料的彈性模量，Pa；—圓筒厚度，m；—圓筒高度，m。將數(shù)據(jù)帶入式（3-5）可得，故本次設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐不設(shè)置加強(qiáng)圈。3.4拱頂罐的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1水平地震載荷液面至罐頂?shù)木嚯x按50cm考慮。（3-26）（3-27）式中Cz—綜合影響系數(shù)，?。弧卣鹩绊懴禂?shù)的最大值，根據(jù)烈度8級(jí)，；—產(chǎn)生地震載荷的拱頂罐總重量，kg；—?jiǎng)右合禂?shù)，??；—拱頂罐內(nèi)貯液重量，kg。由此可得：3.3.2地震彎矩的計(jì)算水平地震載荷對(duì)拱頂罐底面的彎矩：（3-28）3.3.3罐壁底部的最大應(yīng)力（3-29）式中3.3.4罐壁的許用臨界應(yīng)力（3-30），故罐壁滿足抗震要求。3.4罐壁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.4.1截面與聯(lián)接形式該罐壁的橫向縱截面是一個(gè)從下到上逐層減薄的階梯狀，由各種厚度的鋼板所焊制而成。各個(gè)相鄰圈板之間的厚度大小可以依據(jù)計(jì)算方法取得，但上一個(gè)圈板厚度應(yīng)當(dāng)超過(guò)另一個(gè)圈板的厚度。拱頂罐圈板本身，圈板與圈板之間聯(lián)接采用焊接。所有縱焊縫均采用對(duì)接。罐壁縱焊縫直接承受液壓產(chǎn)生的環(huán)向拉力，應(yīng)力水平比環(huán)焊縫高，因此所有縱焊縫必須做到全焊透。為了減少焊接的影響以及后續(xù)的變形問(wèn)題，相鄰兩塊板的縱向焊縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)板長(zhǎng)的1/3，且焊縫之間的距離不應(yīng)小于500mm。焊接接頭的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)GB985.986-80《焊接接頭的基本形式和尺寸》選擇。當(dāng)罐壁的周向焊縫采用對(duì)接時(shí)，應(yīng)保持內(nèi)表面齊平，以利于圓頂?shù)奶鸷兔芊?。外?cè)采用連續(xù)焊接，焊縫高度不小于較薄的圓弧厚度的2/3。環(huán)形板之間的重疊寬度通常為（—管壁厚度）且不少于30mm。3.4.2圈板寬度應(yīng)當(dāng)結(jié)合罐壁厚度分布圖考慮環(huán)形板的寬度。環(huán)板寬度越小，階梯折線越接近理論計(jì)算直線，可以節(jié)省更多的材料，但是圓周焊縫的數(shù)量也更多，這增加了制造和安裝的工作量。根據(jù)國(guó)內(nèi)鋼板供應(yīng)和施工經(jīng)驗(yàn)，鋼板寬度取1750mm。3.4.3包邊角鋼為了加固罐體上部邊緣，罐體上緣須設(shè)置包邊角鋼如下圖3-1所示。根據(jù)推薦固定頂尺寸選取包邊角鋼尺寸為。3.4.4罐壁開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)使用要求，必須在拱頂罐罐壁開(kāi)許多管孔，例如進(jìn)料管、消防管、清掃孔、人孔等。該開(kāi)孔會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中在附近的水箱壁上并削弱水箱的壁厚、強(qiáng)度，因此必須加以加強(qiáng)。鋼筋的計(jì)算與一般鋼石化設(shè)備的開(kāi)口鋼筋相同，使用等面積法。當(dāng)接管直徑大于50mm時(shí)，接管應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)。當(dāng)孔的直徑不超過(guò)250mm時(shí)，加強(qiáng)板可以是環(huán)形板，并且環(huán)形板的外徑是內(nèi)徑的約2倍。當(dāng)孔直徑超過(guò)250mm時(shí)，加強(qiáng)板采用多邊形板，并且內(nèi)切圓的直徑約為加強(qiáng)板的內(nèi)孔直徑的2倍按等面積補(bǔ)強(qiáng)原則計(jì)算方法如下：需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積A（3-31）式中d—沿油罐壁縱向開(kāi)孔直徑，mm；—開(kāi)孔處罐壁的計(jì)算厚度，mm。（3-32）（3-33）（3-34）式中A1—在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域內(nèi)罐壁實(shí)際厚度超出計(jì)算壁厚的部分可用作補(bǔ)強(qiáng)的截面積，mm2；A2—接管厚度在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域內(nèi)超過(guò)計(jì)算壁厚的部分可用作補(bǔ)強(qiáng)的截面積，mm2；A3—補(bǔ)強(qiáng)板的截面積，mm2；—開(kāi)孔處罐壁的厚度，mm；—接管的壁厚，mm；—接管的計(jì)算壁厚，mm；—補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域內(nèi)接管的長(zhǎng)度，或，取兩式中較小值作為h代入值；a—補(bǔ)強(qiáng)板的厚度，mm；b—補(bǔ)強(qiáng)板外半徑與內(nèi)半徑之差值（對(duì)于多邊形板，取多邊形內(nèi)切圓半徑為補(bǔ)強(qiáng)板外半徑）；mm。最后要求滿足：。具體數(shù)值根據(jù)內(nèi)部管設(shè)計(jì)尺寸確定。計(jì)算過(guò)程如下：人孔開(kāi)孔直徑600mm，由下表3-3可知選取接管規(guī)格為，且補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸D外/D內(nèi)為，人孔安裝在罐底750mm處，則有：故補(bǔ)強(qiáng)合格。表3-3罐壁開(kāi)孔接管及補(bǔ)強(qiáng)圈部分規(guī)格表公稱直徑接管規(guī)格補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸D外/D內(nèi)DG50—DG100DG200DG300DG400DG500DG6003.4.5儲(chǔ)罐進(jìn)出口管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)液口的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。將液體入口管插入液體中，這有利于減少罐中液位的影響并產(chǎn)生泡沫并穩(wěn)定液位。在管子的上部開(kāi)一些小孔或在管子的上部采用開(kāi)孔的結(jié)構(gòu)可以防止液體虹吸。從靜電效應(yīng)的角度來(lái)看，通常建議插入深度為整個(gè)高度的2/3。出液口結(jié)構(gòu)形式采用如圖3-3的結(jié)構(gòu)，貯液的放凈和清理更加徹底。3.4.6其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、儲(chǔ)罐出液口防渦流擋板的裝置。當(dāng)儲(chǔ)罐出液口有與泵直接相連的底部出口或罐內(nèi)儲(chǔ)液需要分層或有沉淀的底部出口，應(yīng)裝設(shè)防渦流擋板，防止漩渦將貯罐底部雜物帶出影響產(chǎn)品質(zhì)量或使泵阻塞的出口。2、防爆泄壓設(shè)施。有些儲(chǔ)液在儲(chǔ)存中易產(chǎn)生爆炸，在罐頂就設(shè)有一個(gè)防爆膜，其尺寸為?500。3、儲(chǔ)罐撇油器。由于工藝的要求，某些物料罐內(nèi)需撇油器。3.4.7防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拱頂罐材料為不銹鋼，在化工產(chǎn)品的貯存中使用。不銹鋼儲(chǔ)罐，在制作焊接后，易產(chǎn)生刀口腐蝕——晶間腐蝕的變種。實(shí)踐證明不銹鋼在使用中發(fā)生的事故，大多數(shù)是由于焊接接頭的缺陷引起的，尤其是焊接中最易產(chǎn)生的晶間腐蝕傾向。因此對(duì)于晶間腐蝕的奧氏體不銹鋼儲(chǔ)罐。如需在罐體上焊接異種鋼，則在罐體與異種鋼之間增加罐體材料相同的中間墊板，并采用復(fù)合鋼板過(guò)渡層用的焊條。不銹鋼表面質(zhì)量的好壞，對(duì)抗腐蝕性能有很大的影響，因此對(duì)于不銹鋼儲(chǔ)罐內(nèi)表面及其焊縫應(yīng)進(jìn)行酸洗和鈍化處理，使其表面形成均與的氧化膜。第4章罐底設(shè)計(jì)4.1罐底的應(yīng)力計(jì)算罐壁作用在底板上的集中載荷：(4-1)作用在底板上貯液靜壓力：(4-2)由之前計(jì)算可知罐底的特征系數(shù)(4-3)(4-4)(4-5)(4-6)(4-7)由邊緣彎矩：(4-8)邊緣板中的彎曲應(yīng)力：(4-9)，故為安全。4.2罐底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.2.1排板儲(chǔ)罐底板的布局形式主要由焊接變形最小化，易于施工和節(jié)省鋼材等因素決定。當(dāng)D≤16.5m時(shí)，采用矩形中寬板和邊板的形式；當(dāng)D＞16.5m時(shí)，其周圍采用弧形邊緣板。設(shè)計(jì)符合要求，因此采取形中幅板和邊緣板組成形式。儲(chǔ)罐底部的中間部分稱為中間板，邊緣周圍的圓稱為側(cè)板，有時(shí)也稱為環(huán)板。側(cè)板的材料與罐壁的材料相同，在我國(guó)，其最小寬度為600mm。從罐壁的外表面突出的罐底邊緣板的寬度應(yīng)約為邊緣板厚度的6倍，且不應(yīng)小于40mm且大于80mm。除了弧形邊緣板之間的對(duì)接接頭之外，儲(chǔ)罐底板的接頭都是塔式接頭。重疊長(zhǎng)度必須大于平板厚度的5倍，且不小于25mm。板邊緣與罐壁的焊接部分應(yīng)制成光滑的支撐面。底環(huán)罐壁和邊緣板之間的連接應(yīng)在兩側(cè)連續(xù)網(wǎng)狀焊接，并且焊接臂的高度應(yīng)等于邊緣板的厚度。扇形邊緣板由幾個(gè)切成扇形的板組成。它是具有圓形外圓周和正方形多邊形內(nèi)圓周的環(huán)。這種結(jié)構(gòu)易于布置板，并且力均勻。板與板之間是對(duì)接焊縫，為加強(qiáng)焊縫并防止液體泄漏和腐蝕底座，經(jīng)常在連接處墊上一塊墊板。背板截面不得小于4×50mm，且必須位于基礎(chǔ)環(huán)梁中。在儲(chǔ)罐底部和儲(chǔ)罐壁之間的接頭處的焊接處，由于液柱高度，內(nèi)部壓力和內(nèi)部載荷的變化以及載荷基礎(chǔ)的下沉而引起的反復(fù)彎曲載荷將導(dǎo)致角度變形，因此，上面需要焊接要求。罐底和罐壁底圈的內(nèi)外角焊縫應(yīng)為連續(xù)焊縫，且焊接高度應(yīng)等于罐底邊緣板的厚度。為了改善應(yīng)力狀況，應(yīng)避免應(yīng)力集中，內(nèi)部角焊縫應(yīng)采用光滑，不平整的角焊縫進(jìn)行焊接。4.2.2罐底直徑計(jì)算儲(chǔ)罐罐底直徑計(jì)算公式如下：（4-10）式中D1—罐底直徑，mm；D—油罐內(nèi)徑，mm；—罐壁厚度，mm；—邊緣外伸量，取50mm。由于之前已選取中幅板與邊緣板厚度為7mm，邊緣板外伸量為邊緣板厚度的6倍，取51mm，則有4.2.3坡度儲(chǔ)罐的底部與基礎(chǔ)直接接觸。在長(zhǎng)期的水力作用下，儲(chǔ)層底部與基礎(chǔ)中心之間的干擾最大。超過(guò)極限時(shí)，鋼板的焊接接頭會(huì)破裂。為了消除或補(bǔ)償由基礎(chǔ)下沉引起的中央凹陷并促進(jìn)殘留液體的排出，底板必須具有與基礎(chǔ)相同的斜度通常是1/60。4.2.4厚度中幅板受力較小，幾乎沒(méi)什么強(qiáng)度要求，但考慮到焊接變形，地基不平產(chǎn)生撓度以及儲(chǔ)液及水氣腐蝕等因素，也不宜取得過(guò)薄，其中厚度取10mm。邊緣板受力比中幅板復(fù)雜，為簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)可參照各國(guó)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定。4.2.5寬度為了減輕罐底組件的工作負(fù)荷和焊接變形，提高強(qiáng)度，減少焊縫和泄漏的危險(xiǎn)，罐底板的最小寬度不應(yīng)過(guò)窄。當(dāng)儲(chǔ)罐直徑小于16.5m時(shí)，板的平均寬度儲(chǔ)罐底部的最大徑向應(yīng)力為距儲(chǔ)罐壁1530mm。因此，在設(shè)計(jì)中將邊緣板沿罐頂部半徑的最小寬度指定為600mm。邊緣板與罐壁外部之間的距離為50~80mm。罐頂設(shè)計(jì)5.1拱頂曲率半徑設(shè)計(jì)在容積小于10000m3的油罐中，拱頂是最常用的。拱頂是一個(gè)自支撐式頂蓋，形狀類似于球形表面，其外圍支撐在邊緣角鋼上木板通常被認(rèn)為是偶數(shù)，并且對(duì)稱排列。板和板重疊，重疊寬度不小于板厚度的5倍且不小于25mm。實(shí)際重疊寬度通常為40mm。室外使用連續(xù)焊接，室內(nèi)使用間歇焊接。中心蓋板搭在瓜皮板上，搭接寬度一般取50mm。當(dāng)球頂與罐壁厚度相等時(shí)，球頂?shù)膹?qiáng)度為強(qiáng)度的2倍。為了使兩者強(qiáng)度相等，一般取球頂直徑應(yīng)是罐壁直徑的2倍，球頂曲率半徑與油罐直徑的差值不超過(guò)20%，即(5-1)式中R—拱頂?shù)那蛎姘霃?，m；D—油罐內(nèi)徑，m。如下圖5-1所示為球頂形狀，球頂與罐壁連接處角度均勻過(guò)渡，受載時(shí)受力穩(wěn)定。5.2儲(chǔ)罐罐頂?shù)男：擞晒诺淝驓さ呐R界載荷公式可知(5-2)式中—臨界載荷，Pa；T—板厚，cm；—彈性模量，kgf/cm2；—球殼曲率半徑，cm；—波桑系數(shù)，取0.3。在試驗(yàn)中取值中比理論取值要低，而工程實(shí)際安裝中拱頂為鋼板拼焊，幾何形狀誤差大，取許用壓力[P]為Pcr的1/12(安全導(dǎo)數(shù)n=12)，球殼外壓力計(jì)算如下：又因?yàn)樵O(shè)計(jì)壓力P=1960Pa，因此[P]大于P，校核球殼安全。第6章有限元分析6.1ANSYS軟件簡(jiǎn)介ANSYS軟件是ANSYS公司推出的一個(gè)針對(duì)于工程設(shè)計(jì)仿真的軟件，該軟件所包含的東西較多，同時(shí)分析的領(lǐng)域也較為廣泛。應(yīng)用于流體、機(jī)械、航空等重型機(jī)械方面。ANSYS是有限元分析中的一種，常常用于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，其也是有限元分析中的最長(zhǎng)用的一種方法。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)分析，可以得到一些未量的變化情況，如結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變、支撐反力等?？梢赃M(jìn)行的容器結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，還可以進(jìn)行動(dòng)設(shè)備中構(gòu)件的動(dòng)力學(xué)分析等等6.1.1ANSYS的應(yīng)用前景目前，工程設(shè)計(jì)中將會(huì)考慮各種工況和復(fù)雜的條件，這些計(jì)算將不會(huì)再依賴于傳統(tǒng)的計(jì)算設(shè)計(jì)方式，另外計(jì)算量較大，更多的將會(huì)轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)模擬仿真即有限元分析方面，該技術(shù)對(duì)于復(fù)雜工程而言，具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，計(jì)算速度快、準(zhǔn)確高效、前景較好同時(shí)還具有以下的優(yōu)勢(shì)。（1）深度廣泛，可以應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，適用于更加復(fù)雜的設(shè)計(jì)工況；（2）廣度更大，ANSYS計(jì)算不僅僅涉及結(jié)構(gòu)計(jì)算還包含流體、熱力學(xué)、電磁學(xué)、系統(tǒng)仿真等等，在工程仿真方面其廣度是其他軟件無(wú)法比擬的；（3）工程設(shè)計(jì)方面具有可擴(kuò)展性，ANSYS具有靈活性，既可以單機(jī)運(yùn)行，同時(shí)也可以多機(jī)并行計(jì)算以及多核計(jì)算，這一擴(kuò)展性可以根據(jù)實(shí)際工程計(jì)算來(lái)調(diào)整，能夠滿足未來(lái)發(fā)展的需要；6.1.2ANSYS塔設(shè)備方面的應(yīng)用塔設(shè)備是化工行業(yè)中比較重要的設(shè)備，塔設(shè)備相對(duì)于其他設(shè)備而言，總體高度較高，在空中容易受到風(fēng)載荷的作用，產(chǎn)生一定的位移，常規(guī)計(jì)算比較麻煩，此時(shí)就體現(xiàn)了ANSYS有限元分析的重要性。同時(shí)還可以計(jì)算結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性，計(jì)算塔的固有振動(dòng)頻率，來(lái)計(jì)算塔在風(fēng)載荷和地震載荷作用下的為穩(wěn)定性和安全性。塔設(shè)備中的各種焊縫比較復(fù)雜，在計(jì)算塔的強(qiáng)度時(shí)不，常規(guī)計(jì)算并沒(méi)有充分的考慮到焊接對(duì)塔材料的影響即焊接應(yīng)力。然而這些均可以利用ANSYS來(lái)計(jì)算完成，這樣不僅可以保證計(jì)算的準(zhǔn)確性還可以保證制造中產(chǎn)生的應(yīng)力是否在安全設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。塔設(shè)備中還有各種各樣的接管，均需要計(jì)算各接管處的應(yīng)力分布情況，ANSYS計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)。裙座處整體應(yīng)力的分布，需要考慮危險(xiǎn)截面處的應(yīng)力分布情況，好判斷塔的安全性。還有就是計(jì)算裙座處保溫層的溫度分布。本文中主要是利用ANSYS計(jì)算塔底裙座處的應(yīng)力分布情況，以及裙座保溫層的溫度分布情況。6.2三維儲(chǔ)罐應(yīng)力分析由于二維平面上的裙座應(yīng)力分布計(jì)算較為簡(jiǎn)單，同時(shí)平面模型相對(duì)于三維的裙座實(shí)體模型而言，只是簡(jiǎn)化了其結(jié)構(gòu)，尤其是開(kāi)孔處的處理，這樣做主要是為了追求應(yīng)力分析計(jì)算的快速和簡(jiǎn)易化處理，這樣計(jì)算出來(lái)的結(jié)果和實(shí)際比較而言，不太準(zhǔn)確，處于對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確與合理性出發(fā)，本文再次對(duì)設(shè)計(jì)的裙座進(jìn)行三維實(shí)體的引力分析，與前一次相對(duì)比進(jìn)行合理的分析設(shè)計(jì)。6.2.1實(shí)體模型的建立裙座實(shí)體模型主要裙座筒體、接管、基礎(chǔ)環(huán)、蓋板等部分組成，在模型建立的時(shí)候，主要是選擇SolidWorks來(lái)建立，方便簡(jiǎn)潔。模型在建立的時(shí)候需要包括下封頭，這樣能保證計(jì)算的準(zhǔn)確合理性。在建立模型的過(guò)程中為了保證計(jì)算的方便，將模型建立成一個(gè)整體，這樣不需要考慮各個(gè)構(gòu)件之間連接面的處理問(wèn)題，這樣會(huì)使計(jì)算的簡(jiǎn)單快捷。SolidWorks建立的實(shí)體模型如下圖6-1所示。6.2.2計(jì)算模型邊界條件設(shè)置首先將三維軟件建立的模型，導(dǎo)入到ANSYS中，然后施加載荷約束并設(shè)置材料屬性，在材料中選擇設(shè)置。本文設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐的材料為Q235，查找化工材料屬性，可以獲得該碳鋼各項(xiàng)性能參數(shù)。施加風(fēng)載荷和內(nèi)壓完后，將儲(chǔ)罐底板上施加固定約束。載荷施加圖如下圖6-2所示。6.2.3計(jì)算結(jié)果及后處理在計(jì)算中，選擇整體變形，米塞斯應(yīng)力，米塞斯應(yīng)變圖，點(diǎn)擊生成，同時(shí)查看結(jié)果，整體變形如下圖6-3、6-4所示。由以上云圖可知，儲(chǔ)罐在施加風(fēng)載和內(nèi)壓作用下，最大應(yīng)力發(fā)生處位于儲(chǔ)罐封頭處，其值為11.4MPa，小于Q235許用應(yīng)力157MPa，而儲(chǔ)罐的最大位移位于罐頂處最大值為1.39mm，由罐頂往下逐級(jí)遞減，綜上可知，設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐滿足強(qiáng)度要求。第7章儲(chǔ)罐附件設(shè)計(jì)與選用7.1概述為了確保液體存儲(chǔ)的安全存儲(chǔ)以及測(cè)量，接收和運(yùn)輸?shù)谋憷?，?yīng)選擇合適的附件（或附件）來(lái)選擇儲(chǔ)罐，該附件應(yīng)滿足以下要求：1）確?？梢越邮栈虬l(fā)送合格的液體存儲(chǔ)。2）確保在儲(chǔ)存期間，儲(chǔ)罐和液體儲(chǔ)存中沒(méi)有發(fā)生事故（例如燃燒，爆炸等）。3）如果發(fā)生事故，可以將損失降到最低。4）可以延長(zhǎng)儲(chǔ)罐的工作周期，并易于清洗雜質(zhì)，例如儲(chǔ)罐底部的殘留液體。應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)罐類型，設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度和儲(chǔ)液性能選擇或設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐配件。儲(chǔ)罐通常配備有所需的儲(chǔ)液入口和出口，液體測(cè)量孔，檢查孔，清除孔和阻火器。通風(fēng)孔，呼吸閥，安全閥，防火孔，防爆孔，人孔，梯子平臺(tái)，加熱器，溫度和液位計(jì)，混合裝置及其他配件。附件的主要材料通常應(yīng)與水箱的材料相同。7.2常用附件1）透光孔透光孔主要用于貯罐放空后通風(fēng)和檢修時(shí)采光。它安裝于固定頂貯罐頂蓋上，一般可設(shè)在貯液進(jìn)出口管上方的位置，與人孔對(duì)稱布置，其中心距罐壁800～1000mm。它安裝在固定拱頂儲(chǔ)罐的頂蓋上，通常可以位于儲(chǔ)液罐進(jìn)，出口管的上方，與人孔對(duì)稱布置，其中心距罐壁800-1000mm。透光孔的公稱直徑通常為500mm，有兩種結(jié)構(gòu)形狀。所設(shè)計(jì)的1000m3儲(chǔ)罐配有一個(gè)直徑為500毫米的透光孔。如果有兩個(gè)以上的透光孔，則透光孔，檢修孔和清潔孔的位置應(yīng)沿圓周盡可能對(duì)稱地布置，以利于通風(fēng)和照明。最好在本地平臺(tái)上使用帶花紋的鋼板，以免打滑。2）人孔檢修孔主要用于在修理和清除液體爐渣時(shí)進(jìn)入儲(chǔ)罐。公稱人孔壓力可以根據(jù)液罐的高度和重量進(jìn)行選擇，公稱直徑通常為DN500和DN600，通常使用公稱直徑DN600?？梢愿鶕?jù)人孔的系列進(jìn)行選擇常用的結(jié)構(gòu)形式。它安裝在拱頂或拱頂罐的浮盤(pán)上和罐壁下邊的第一個(gè)圓上，其中心距底部約750mm。人孔的位置應(yīng)與透光孔和一排清潔孔相匹配，以利于照明和通風(fēng)，避免在儲(chǔ)罐中放置附件并將其放置在便于操作的位置。當(dāng)儲(chǔ)罐只有一個(gè)透光孔時(shí)，人孔應(yīng)設(shè)在透光孔之180o位置上，儲(chǔ)罐設(shè)有2個(gè)DN600的人孔。3）量油孔儲(chǔ)罐配備有自動(dòng)液位測(cè)量裝置，但是它仍然是一種有效的測(cè)量液位的附加方法，以使用通過(guò)測(cè)量孔的油尺來(lái)計(jì)算液位，并且被廣泛使用。測(cè)油孔僅適用于帶有通風(fēng)管的儲(chǔ)油罐，其公稱直徑通常為DN150，結(jié)構(gòu)形狀也應(yīng)如此。它安裝在靠近罐壁的固定頂棚頂部，通?？拷腹饪住Ｈ绻瑫r(shí)有液位指示器，則應(yīng)將其安裝在平臺(tái)附近，以測(cè)量液體存儲(chǔ)器的測(cè)量或采樣。設(shè)計(jì)儲(chǔ)油罐配有DN150油測(cè)量孔。4）通氣孔通風(fēng)孔主要用于固定的上部?jī)?chǔ)罐，以存儲(chǔ)不揮發(fā)的流體（例如重柴油）。它安裝在儲(chǔ)罐頂部附近，用于呼吸功能，位于儲(chǔ)罐頂部中心附近。水箱頂部有一個(gè)DN300通風(fēng)孔，水箱壁上有4個(gè)DN150通風(fēng)孔。為了裝載，卸載和維修的安全，通向通風(fēng)孔的儲(chǔ)罐頂部應(yīng)采用防滑臺(tái)階進(jìn)行焊接。通風(fēng)孔是一條短金屬管，將儲(chǔ)罐空間與大氣連通。短軟管有一個(gè)蓋，可以防止雨雪落下。短管通風(fēng)孔覆蓋有金屬絲網(wǎng)，可防止禽類進(jìn)入。該網(wǎng)必須始終保持清潔，以防止網(wǎng)不通氣而堵塞。通風(fēng)孔的設(shè)計(jì)應(yīng)使每個(gè)房間的通風(fēng)面積相等。5）清掃孔主要用于清除罐內(nèi)非流質(zhì)污物，安裝于貯罐底部，并靠近通道，便于運(yùn)送污垢。6）接合管貯罐的接合管可分為罐頂和罐壁接合管，它們都是帶單法蘭的接管，其區(qū)別在于前者接管插入罐頂，后者接管和罐壁齊平，分別用于連接進(jìn)液管、出液管、加熱蒸汽進(jìn)口管、凝液水出口管、放水管、掃線管、量油孔、通氣管、阻火器等。常用罐頂和罐壁接合管主要尺寸。DN50以上罐頂接合管需要補(bǔ)強(qiáng)板，其厚度不應(yīng)小于相連罐頂厚度，安裝時(shí)，接合管中心線要垂直。對(duì)于大于或等于DN80的罐壁接合管要補(bǔ)強(qiáng)板，其厚度應(yīng)不小于相連的罐壁的厚度。設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐設(shè)共設(shè)有6個(gè)接管，為了保證接合管的補(bǔ)強(qiáng)板間有30-50mm凈距，兩管的最小中心距，對(duì)于容易引起堵塞的貯液、出液接合管至少高于罐底部200-350mm。7）液位計(jì)液位計(jì)用來(lái)測(cè)定貯液在貯罐中的高度，貯罐采用的液位計(jì)有機(jī)械性、浮子式和電子式等幾種形式。主要常用浮子式液位計(jì)。這種液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，使用較為普遍。難以做成密閉式結(jié)構(gòu)，故常用于通大氣貯罐。8）呼吸閥呼吸閥主要用于固定油罐上的通風(fēng)裝置，一般安裝在灌頂中心附近，起呼吸作用。下表6-1是呼吸閥的參考選用標(biāo)。由表可得各類附件的公稱直徑取值如下：進(jìn)油口、出油口公稱直徑為100mm；呼吸閥、量油孔公稱直徑為150mm；溫度計(jì)開(kāi)口公稱直徑為25mm；透光孔公稱直徑為500mm；罐壁人孔公稱直徑為600mm；排水口公稱直徑為50mm。9）盤(pán)梯盤(pán)梯設(shè)計(jì)計(jì)算如下：H1—罐壁高度，10650mm；R0—貯罐內(nèi)半徑，5750mm；B—盤(pán)梯寬度（內(nèi)外側(cè)板中心距），取700mm；R—球形拱頂外半徑，10925mm；α—內(nèi)側(cè)板升角，取α=45；R1—內(nèi)側(cè)板半徑，取6700mm。R1=R?+C=5750+200=5950mm（7-1）式中C為考慮貯罐保溫等因素所取的間隙，取C=200mm。平臺(tái)高度H（即罐底上表面至平臺(tái)上表面的垂直距離）：H=H1+h?（7-2）式中h?—平臺(tái)上表面至罐壁包邊角鋼頂面的高度，mm；（7-3）h1=1491+[109252-(5750-800)2]1/2-10925=305.26mmH=10650+305=10955mm式中h—拱頂高度，1491mm；L—平臺(tái)端部至罐壁內(nèi)表面的距離，mm，取為800mm；H—平臺(tái)高度，mm.內(nèi)側(cè)板展開(kāi)長(zhǎng)度L內(nèi)（內(nèi)側(cè)板沿罐壁為45°盤(pán)旋上升）：（7-4）式中H3—盤(pán)梯下端到罐底上表面的距離，200mm。外側(cè)板展開(kāi)長(zhǎng)度L外（mm）：三角架個(gè)數(shù)n（7-5）式中l(wèi)3—相鄰三角架的垂直間距，取l3=1730mm。其中1100mm為下部第一個(gè)三角架頂面到罐底上表面的高度。盤(pán)梯包角（度）：盤(pán)梯包角：盤(pán)梯實(shí)際包角三腳架個(gè)數(shù)三角架在罐壁上的水平位置an（7-6）式中—內(nèi)側(cè)板及外側(cè)板的寬度，取b1=160mm；—第n個(gè)三角架到平臺(tái)上表面的距離，mm；R2—底層罐壁外半徑，mm。下數(shù)第n個(gè)三角架到平臺(tái)上表面的距離計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表7-2。儲(chǔ)罐盤(pán)梯采用金屬結(jié)構(gòu)，寬度600mm。從安全出發(fā)，盤(pán)梯踏步應(yīng)采用篦子板或防滑型平板制作。一般按每級(jí)梯子踏步能承受100kg活動(dòng)集中載荷考慮。第8章儲(chǔ)罐的安全性設(shè)計(jì)8.1概述油品及化學(xué)品貯液大部分是易燃、易爆、有毒、腐蝕性液體，任何一次不慎或欠周密的考慮都可能為釀成災(zāi)難性后果種下禍根。因此貯罐的消防及其他安全設(shè)施無(wú)論在設(shè)計(jì)、施工與生產(chǎn)管理中都必須置于首要位置加以考慮。貯罐區(qū)的消防首先應(yīng)該貫徹“以防為主，以消為輔”的方針，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須結(jié)合貯液的性質(zhì)、罐區(qū)環(huán)境、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理進(jìn)行周密的考慮，極力避免火災(zāi)的發(fā)生，并配備有效的裝置，使一旦發(fā)生火警將火災(zāi)限制于最小范圍且能迅速撲滅，使火災(zāi)損失為最小。根據(jù)燃燒的三因素：有可燃物、有空氣（氧）和具備一定的溫度（或明火），消防的對(duì)策經(jīng)常是以消除這三個(gè)因素中的任何一個(gè)而開(kāi)展的。8.2消防設(shè)施（1）泡沫滅火泡沫是撲救石油和石油產(chǎn)品等油類火災(zāi)的滅火劑。目前階段，我國(guó)油罐區(qū)的消防主要是采用泡沫消防。常用的泡沫有空氣泡沫和化學(xué)泡沫兩種。實(shí)踐證明：空氣泡沫較化學(xué)泡沫具有操作簡(jiǎn)單、容易管理、滅火時(shí)間短、設(shè)備費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。因此，目前空氣泡沫已為國(guó)內(nèi)外普遍采用，它是撲救石油火災(zāi)的一種有效滅火方法。空氣泡沫有低倍數(shù)、中倍數(shù)及高倍數(shù)之分，低倍數(shù)空氣泡沫又因不同品質(zhì)而有所不同?？諝馀菽溃ㄓ址Q空氣機(jī)械泡沫）是由一定比例量的空氣泡沫液、水和空氣利用機(jī)械作用，相互攪拌混合形成充滿空氣的膜狀氣泡。利用此種泡沫來(lái)?yè)渚然馂?zāi)的技術(shù)稱為空氣泡沫消防。（2）氟蛋白泡沫液下噴射滅火氟蛋白泡沫液下噴射是國(guó)外近幾年來(lái)應(yīng)用于油罐滅火的新技術(shù)。這套滅火系統(tǒng)除了具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，投資?。ㄖ徽家荷习l(fā)射泡沫消防總投資的15%），不占有固定操作人員和增加油罐貯存量外，還能可靠的保證油罐著火后泡沫設(shè)備不被破壞，從而可以順利地把泡沫送到燃燒面消滅火災(zāi)。試驗(yàn)證明：氟蛋白泡沫液下噴射滅火技術(shù)對(duì)看來(lái)原油貯罐火災(zāi)是有效的。為煉油廠、油田以及其他部門的油罐消防安全提供了比較經(jīng)濟(jì)可靠的新技術(shù)。（3）“1211”（二氟一氯一溴甲烷）滅火劑“1211”滅火劑是目前各國(guó)大力推廣的新型滅火劑?！?211”無(wú)色，無(wú)刺激味，高溫時(shí)（800℃）全部分解。其滅火性能主要是因和燃燒產(chǎn)生的活性氫基化合，使燃燒的鏈鎖反應(yīng)終止（特別是溴的作用），亦有適當(dāng)?shù)睦鋮s效果和窒息作用，故能迅速滅火。其抑爆峰值為6.75%。同時(shí)，它能有效地掏火焰的回閃和復(fù)燃，有較好的穿透作用，可以撲滅“陰火”?！?211”是一種極其穩(wěn)定的化合物，氟起穩(wěn)定作用，降低藥劑的毒性和腐蝕性其毒性略大于“1301”和CO?，但較溴乙烷和四氯化碳要小得多；腐蝕性極小，對(duì)普通鋼材和其他金屬可忽略不計(jì)，對(duì)塑料纖維的溶漲性極小。“1211”的蒸汽壓力在50℃時(shí)為5kgf/cm2，因此不需耐高壓的容器，其灌裝簡(jiǎn)單，貯存方便。“1211”具有良好的絕緣性，在使用過(guò)程中液滴迅速揮發(fā)，不留任何殘?jiān)?，不污損設(shè)備，不降低油品質(zhì)量，所以特別適用于撲救油類、電氣、精密儀器、CS?等火災(zāi)。曾在萬(wàn)噸級(jí)的廢輪船上進(jìn)行滅火試驗(yàn)，滅火效果良好，對(duì)于拱頂罐亦有極好滅火效果，可以取代過(guò)去拱頂油罐上使用的空氣或化學(xué)泡沫滅火裝置。通過(guò)在30000m3拱頂油罐上作的試驗(yàn)，結(jié)果表明：“1211”滅火劑用于拱頂罐環(huán)道的滅火是完全適用的，其滅火快、效果好。自動(dòng)探測(cè)控制系統(tǒng)探測(cè)靈敏，動(dòng)作迅速，尤其適用于水源困難的情況，但由于目前塑料管與減壓閥質(zhì)量尚未過(guò)關(guān)，故尚未正式用于室外大型貯罐上的消防滅火。（4）煙霧自動(dòng)滅火裝置煙霧自動(dòng)滅火裝置是我國(guó)科技人員研制出來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。該裝置滅火性能良好，運(yùn)行可靠，滅火速度快，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，基本上能解決2000m3以下鋼質(zhì)拱頂油罐的自動(dòng)滅火問(wèn)題，為小而分散的油罐提供了較為適用的消防設(shè)備。煙霧自動(dòng)滅火裝置由發(fā)煙器、浮漂、滑道三部分組成。根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果，滅火時(shí)間約為90a。然而，這套裝置也有其局限性，即：受罐形和直徑限制，目前該裝置僅適用于1000m3以下的拱頂柴、原、重油罐。雖然它運(yùn)行可靠，但它只能一次發(fā)煙，如果火災(zāi)未能撲滅，就須用其它方法進(jìn)行搶救。（5）蒸氣或噴霧水滅火劑它僅適用于重油、渣油或其他閃點(diǎn)在120℃以上的石油產(chǎn)品的小型貯罐。水蒸氣的滅火作用在于沖淡火區(qū)內(nèi)空氣中的氧含量，并可以隔絕空氣。當(dāng)空氣中水蒸氣的體積濃度到達(dá)35%以后就可以將火撲滅。蒸氣或噴霧水滅火時(shí)，一般在油罐罐壁上部安裝環(huán)形管，管上開(kāi)小孔。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，蒸氣或水從小孔噴出去，起隔絕空氣、降低溫度、氫火撲滅的作用。（6）干粉滅火劑化學(xué)干粉滅火劑是由滅火基料、少量的防潮劑和流動(dòng)促進(jìn)劑等添加物組成的微細(xì)固體顆粒，使用少量干燥的加壓氣體將干粉從容器中沖出，形成濃云一樣的粉霧，粉霧與燃燒產(chǎn)生的活性氫基和活性氫氧基化合，使火焰熄滅。這類滅火劑具有滅火效力大，滅火速度快，無(wú)毒、不腐蝕、不導(dǎo)電、久貯不變質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。已為世界各國(guó)所重視，成為一種主要的化學(xué)滅火劑。目前生產(chǎn)的化學(xué)干粉滅火劑主要是小蘇打干粉?，F(xiàn)已研制成功改性鈉鹽干粉。改性鈉鹽干粉分白色和灰色兩種，均為干燥而流動(dòng)的粉末狀混合物，其主要成分為碳酸氫鈉和適量的硝酸鉀。其滅火性能高于小蘇打干粉，撲滅得法可以避免“回燃”。這兩種改性鈉鹽干粉滅火速度快、成本低、不易變質(zhì)、不怕凍、毒性低、絕緣性高，適用于小面積油品火災(zāi)及所有石油產(chǎn)品，有機(jī)溶劑、液化石油氣、油漆和電氣火災(zāi)的滅火。在煉油廠、石油化工廠內(nèi)，當(dāng)采用鈉鹽干粉滅火時(shí)，為防止復(fù)燃，宜與氟蛋白空氣泡沫聯(lián)合使用，但不得與普通空氣泡沫同時(shí)使用。（7）溶性空氣泡沫液滅火抗溶性空氣泡沫液為普通蛋白泡沫液中添加了鋅胺絡(luò)合鹽，它適用于撲救醇、酮、酯類等有機(jī)溶劑火災(zāi)。該泡沫產(chǎn)生器與泡沫緩沖圓槽配套使用效果更好。泡沫緩沖圓柄的作用是：避免泡沫由貯罐頂部直接噴下，起到緩沖作用，更有利于迅速、安全而有效地滅火。（8）二氧化碳滅火劑二氧化碳是無(wú)色無(wú)臭的惰性氣體，不燃燒、不導(dǎo)電、不助燃、不污損設(shè)備。其比重為1.52，因此能在空氣中低處沉積，可以隔絕空氣。當(dāng)空氣中二氧化碳含量達(dá)到12～15%時(shí)，便可熄滅火焰。二氧化碳適用于撲救小型油品火災(zāi)和電氣火災(zāi)，不宜用于大面積火災(zāi)和化學(xué)品火焰，它不能撲救鉀、鈉、鎂、鋁等輕金屬火災(zāi)，及硝酸纖維、炸藥類火災(zāi)?？偨Y(jié)：針對(duì)此次設(shè)計(jì)的是拱頂罐，所以設(shè)備主要用泡沫滅火8.3其他安全設(shè)施（1）防雷1、概述雷云的主要成分水滴（包括水的各種狀態(tài)。水蒸氣、水滴、冰與雪），原是中和狀態(tài)（即不帶電），在氣流強(qiáng)烈上升過(guò)程中，小水珠分裂為水滴，在快速分裂過(guò)程中，水滴會(huì)帶上電荷。隨著帶正（負(fù)）電荷的水滴下降，帶負(fù)（正）電荷的水滴上升，合雷云上所帶電荷越來(lái)越多，相應(yīng)電壓也越加升高，當(dāng)其電荷聚集到一定數(shù)量且和另一塊雷云（或與大地）接近到一定距離時(shí)，就會(huì)使兩者之間的空氣絕緣發(fā)生擊穿，使正負(fù)電荷相中和，出現(xiàn)劇烈而閃光的放電。放電的同時(shí)，由于溫度很高，使周圍空氣猛烈膨脹振動(dòng)，產(chǎn)生震耳的雷達(dá)聲。雷電擊穿將產(chǎn)生巨大的電磁、熱、機(jī)械等效應(yīng)，破壞性很大，不僅能擊斃人畜，燒毀或劈裂樹(shù)木、破壞建筑物，還能引起火災(zāi)和爆炸。因此，防雷是貯罐安全貯存及使用的必要措施。2、防雷措施根據(jù)貯液的性質(zhì)、貯罐的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式、地區(qū)雷電活動(dòng)的情況、貯罐容積的大小等因素按照下列原則確定其防雷措施：1）按照罐區(qū)和閥室爆炸與火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所等級(jí)劃分表確定貯罐的危險(xiǎn)等級(jí)，對(duì)于帶有呼吸閥和測(cè)量孔的貯罐依表中閥室的危險(xiǎn)等級(jí)劃定，對(duì)于壁厚≥4mm的密閉式金屬貯罐依表中罐區(qū)的危險(xiǎn)等級(jí)劃定。2）金屬貯罐罐壁厚≥4mm者可利用作接閃器。3）金屬貯罐呼吸閥上的陰火器認(rèn)為是可靠時(shí)作密閉貯罐論，否則對(duì)呼吸閥應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施。3、注意事項(xiàng)一般金屬貯罐可以具備：1）壁厚和頂蓋厚大于4mm。2）罐是密閉的或有呼吸閥是帶有陰火器的，以及安全閥是密封的。因此，金屬貯罐完全可以采取自身保護(hù)（只要與其聯(lián)接的管線以及其他金屬配件等有良好的電氣聯(lián)結(jié)并可靠，且不少于兩點(diǎn)與接地裝置相聯(lián)）。但是目前通過(guò)國(guó)內(nèi)調(diào)查的許多廠的情況來(lái)看，由于庫(kù)存陰火器失效，長(zhǎng)期不更換或測(cè)量后量液孔不關(guān)閉等問(wèn)題并不少見(jiàn)，所以在這些問(wèn)題沒(méi)有很好解決之前，亦可以考慮安裝避雷針進(jìn)行局部保護(hù)，以作為一種補(bǔ)救措施。（2）防靜電1．靜電的產(chǎn)生及其特點(diǎn)“靜電”即是在沒(méi)有通路的情況下，停留在某物體上的集團(tuán)電荷。凡是絕緣體（電介質(zhì)）與導(dǎo)體，或絕緣體與絕緣體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于接觸面的摩擦作用，從而分離出不同符號(hào)的靜電荷。隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，靜電災(zāi)害問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，有的已影響和阻礙生產(chǎn)。國(guó)外，靜電事故一般占火災(zāi)爆炸事故的10%左右，國(guó)內(nèi)靜電事故也屢見(jiàn)不鮮。尤其在石油工業(yè)中，油品沿管路流動(dòng)、裝油、卸油、貯罐的放油和灌油的過(guò)程中，由于油品和管壁的摩擦作用，管壁和油品聚集了符號(hào)相反的電荷，往往可達(dá)到很高的電位，以致在與金屬物體相接觸的地方放出火花，引起油品的起火和爆炸。靜電的產(chǎn)生是多因素綜合的復(fù)雜過(guò)程，人為的可以解決其中一兩個(gè)或幾因素，但不能全部解決所有產(chǎn)生靜電的因素。所以“防”或“消”靜電也要抓其主要方面，首先在設(shè)計(jì)上消除靜電荷，如已產(chǎn)生了也要讓它導(dǎo)入大地或中和掉。2．防靜電措施防靜電的安全措施經(jīng)常以至少消除產(chǎn)生靜電量大小有關(guān)的因素及靜電荷積累之后構(gòu)成危害的幾個(gè)條件之一為目標(biāo)。現(xiàn)介紹石油工業(yè)中在貯罐方面所采用幾種防靜電的安全措施：接地消除靜電接地消除靜電是最早知道的方法。在任何情況下，貯油罐都應(yīng)適當(dāng)?shù)慕拥亍＿@里應(yīng)當(dāng)指出的是，常常認(rèn)為接地就成絕對(duì)安全，而靜電事故的成因，則歸咎于接地不善，這種廉潔是錯(cuò)誤的。為什么在石油工業(yè)中接地并不是個(gè)充分的安全措施，其原因是絕大多數(shù)油品是低電導(dǎo)率的，在這些油品中積累的電荷導(dǎo)電很慢。因此，當(dāng)一種油品泵入油罐時(shí)，雖然油罐已經(jīng)接地，但仍能積聚電荷。據(jù)有關(guān)資料介紹，為了消除靜電荷，在帶電體與大地間電阻不應(yīng)超過(guò)10000Ω，這個(gè)相當(dāng)高的數(shù)值是可被接受的，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)低速帶電作用在進(jìn)行。當(dāng)然，在貯罐與大地之間的電阻要比上述數(shù)字低得多。我國(guó)常與防雷合并考慮，故實(shí)用的接地電阻不大于10Ω。防止存在爆炸性氣體混合物采用水蒸氣或氣體覆蓋液面雖然有很多嚴(yán)重的反對(duì)意見(jiàn)，但是這個(gè)方面還是被推薦的，如果用水蒸氣覆蓋，則蒸氣管路的噴嘴和油罐內(nèi)所有電絕緣體，都必須很好地接地，以防止它們積聚電荷。關(guān)于氣體覆蓋，可以采用輕烴類，如天然氣和燃燒氣，或者采用惰性氣體，如氮、煙道氣和二氧化碳。天然氣和燃燒氣雖然比較便宜，但在很多情況下，它們是不適用的，這是由于它們較易溶解于石油成品，從而提高了蒸汽壓和降低了閃點(diǎn)。提高濕度靜電在空氣中，如果相對(duì)濕度增高時(shí)，由于物體表面產(chǎn)生吸水層而提高了導(dǎo)電性能，當(dāng)濕度到80%以上時(shí)，就幾乎不會(huì)帶電。因此，在帶電危險(xiǎn)的地方，可采用調(diào)濕裝置或噴水方法來(lái)提高濕度。4）油罐裝油時(shí)必須1、清除油罐中的雜物，特別是不接地的金屬浮游物。2、液壓避免從上部注入而產(chǎn)生飛濺的裝油方式。3、水分對(duì)油品帶電是不利因素，故在有條件的情況下，要盡可能地清除積水。4、加大伸入油中的注油管口徑以使流速在1m/s以下，另外將前端開(kāi)口處做成向上呈30°的銳角。5、使伸入油中的注油管接近于油罐的底部，并放于水平方向，以減少底部的水和沉淀物的攪拌。6、應(yīng)避免使用空氣或氣體進(jìn)行攪拌。檢測(cè)取樣應(yīng)在裝油后充分靜止一段時(shí)間方可進(jìn)行。國(guó)外有關(guān)規(guī)定指出，當(dāng)使用非金屬密封時(shí)，最少應(yīng)安裝四個(gè)靜電消除器。靜電消除器的最大距離約為10m。但是從國(guó)內(nèi)一般拱頂油罐的使用經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，設(shè)置兩根靜電引出線即可。此外，在量油、導(dǎo)向管處，應(yīng)裝置銅制滾輪導(dǎo)向；自動(dòng)通氣閥芯應(yīng)選用其他材質(zhì)，以防止產(chǎn)生火花。（3）防爆1、油品的爆炸極限各種油品與空氣接觸時(shí)，特別是在加熱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生石油蒸氣。石油蒸氣與空氣混合成一定比例尺就形成了可以爆炸的混合物，這種混合物一遇明火就將發(fā)生爆炸。所謂爆炸權(quán)限就是指油品蒸氣與空氣混合成可爆炸氣體的比例。爆炸極限分為爆炸上限和爆炸下限。混合氣體中所含油蒸氣低于爆炸下限時(shí)不會(huì)爆炸，也不能燃燒；超過(guò)爆炸上限時(shí)，混合氣體不會(huì)爆炸，但可以緩慢燃燒。著火后，由于各種條件的改變，仍有可能引起爆炸。2、防爆措施石油及石油產(chǎn)品發(fā)生爆炸必須具備兩個(gè)條件，即空氣中的油品蒸氣濃度在爆炸上、下限內(nèi)，并遇明火。因此，要預(yù)防油品的爆炸事故，必須從消除這兩個(gè)可爆條件著手。而且石油蒸氣較空氣生，往往都沉積在低凹、不通風(fēng)的場(chǎng)所，所以，設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行都必須給予足夠的重視。防止油氣積累整個(gè)罐區(qū)的布置，應(yīng)力求作到通風(fēng)良好，避免死角，避免深坑，以防止油氣積聚。油罐的安全閥應(yīng)經(jīng)常保持足夠的油位，密封油應(yīng)采用在本地區(qū)最低溫度下不凍結(jié)的錠子油。油罐呼吸閥和防火器應(yīng)經(jīng)常拆修。呼吸閥應(yīng)保持靈活好用，防火器的銅網(wǎng)應(yīng)保持清潔，通暢，通氣管必須通暢，好使用等等。防止產(chǎn)生火星在油罐周圍應(yīng)建立禁區(qū)。要有措施，嚴(yán)禁帶入火種。油罐區(qū)內(nèi)，嚴(yán)防鐵器碰撞造成火花。油罐區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁帶電作業(yè)（如帶電換燈泡等）。采用電氣儀表測(cè)量油罐油溫、油位時(shí)，嚴(yán)禁將電氣接頭暴露于燃電及燃油蒸氣內(nèi)，以免接頭產(chǎn)生火花，發(fā)生事故。罐區(qū)對(duì)明火作業(yè)的要求必須認(rèn)真執(zhí)行用火制度，在易燃物附近焊接時(shí)，應(yīng)充分作好隔離與防護(hù)。焊接現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有測(cè)爆儀，當(dāng)測(cè)爆儀指示危險(xiǎn)時(shí)，不得進(jìn)行工作，在施工過(guò)程中要經(jīng)常注意測(cè)爆儀的指示。在罐內(nèi)作業(yè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，嚴(yán)防產(chǎn)生滯留可燃?xì)怏w。對(duì)動(dòng)火容器內(nèi)部的氣體，應(yīng)采樣分析，其氨氣不大于0.3%，一氧化碳加氫氣不大于0.5%（皆為體積百分比），否則不準(zhǔn)動(dòng)火。（4）防毒貯罐內(nèi)所貯存的物料有不少是對(duì)人體具有一定毒性的，如石油產(chǎn)品和油蒸氣對(duì)人就具有一定的刺激性和毒害作用。輕質(zhì)油品比重質(zhì)油品的毒性小些，但由于輕質(zhì)油品的揮發(fā)性大，在空氣中油蒸氣濃度高。因此，往往危害更大。由此，就必須采取積極的預(yù)防措施：如清罐時(shí)，特別是清洗含鉛汽油罐，就利用自然通風(fēng)，或機(jī)械通風(fēng)，或通入水蒸氣等辦法，降低罐內(nèi)油蒸氣濃度。在確實(shí)證明油蒸氣含量已經(jīng)低于最大允許濃度后，人方可進(jìn)罐，如果油蒸氣未排除，則必須穿上工作服、膠鞋，戴上膠皮手套、防毒面具，系上保險(xiǎn)帶和信號(hào)繩。在罐外要有專人等候，以便及時(shí)聯(lián)系救護(hù)。在罐內(nèi)工作時(shí)間不能過(guò)，要及時(shí)輪換休