内浮顶罐的设计 

内浮顶储罐设计

内浮顶罐具有许多优点,应用范围越来越广,是一种很有发展前途的储罐。美国石油学会认为:设计完善的内浮顶是迄今为止为控制固定顶蒸发损耗所研究出来的最好的和投资最少的方法。因此,内浮顶储罐可用来储存汽油﹑喷气燃料以及醛类﹑醇类﹑酮类﹑苯类等易燃易爆易挥发的液体化学品。

1.2.4内浮顶储罐对甲醇的储存

鉴于内浮顶罐最大的优势是外界的风砂﹑雨雪对储液质量的影响降低到最少,并且减少储液的蒸发损耗及储液蒸气对环境的污染，国内上世纪70年代后期开始用其储存甲醇。最先使用浅盘或钢制内浮盘,20世纪80年代后期开始,使用铝制内浮盘,再后来就使使用不锈钢内浮盘,由于浅盘式钢制内浮顶的抗沉性差,20世纪90年代后己经不再使用。目前,就建的内浮顶罐绝大多数采用铝制内浮顶或者不锈钢内浮盘,在用的固定顶罐,当需要改造为内浮顶罐时,也多采用铝制内浮顶或不锈钢内浮顶。

用内浮顶罐储存甲醇，内浮顶浮在甲醇液面上，随液面升降而升降。由于甲醇液面被浮顶紧密贴住，不存在蒸发空间，所以浮顶罐几乎没有甲醇的呼吸损失。当然，由于浮顶四周密封圈不可能绝对密封，甲醇会在此处有一点呼吸损失，但与固定顶罐的呼吸损失相比，几乎可以忽略。由于内浮顶罐的泄漏量极少，因而也更安全。

1.2.5总结

甲醇是重要的化工原料，其储运系统运行的好坏，直接关系到相关生产装置能否正常生产。因此，对甲醇储运系统的研究日益受到人们的重视.因损耗不但使资源浪费,降低了储液的质量,造成了经济损失,而且严重污染环境,危害人们的生活质量和生存,因此作为储运系统重要组成部分的储罐技术发展的标志之一,就是有效的控制和尽量减少储液的损耗。而内浮顶储罐是迄今为止控制甲醇蒸发损耗最安全、最简便、最经济的结构形式。

参考文献

[1].化学工业出版社编．化学品手册.化工工艺设计手册(第三版).化学工业出版社，1998 [2].化学工业出版社编．无机化学产品. 北京：化学工业出版社，1981 [3].张树民编译.日本大型浮顶油罐设计要点.油气储运，1996，（6） [4]. 徐至均.大型贮罐的设计选型及国产化条件.石油工程建设，1997，（4） [5].何丽鹃.外浮顶油罐边缘密封型式的选用与油气损耗，石油化工设备技，2002 [6].SH 3046—1992

[7].中国石化北京设计院编.石油炼厂设备.第五篇.油品储罐，2001

[9]湛卢炳．大型贮罐设计．上海：上海科学技术出版社，1986 [10].化学工业部化工机械研究院．腐蚀与防护手册．北京：化学工业出版社，1980 [11].潘家华．圆柱形金属油罐设计．北京:轻工业出版社 ，1984 [12].中国石化集团上海工程有限工司.化工工艺设计手册(第三版、上册).北京:化学工业出版社，2003

３

[8] 徐英，杨凡，朱萍等．球罐和大型储罐．北京：化学工业出版社，2004， 148-164

内浮顶储罐设计

1.3 设计方案

1.3.1设计内容与要求

内浮顶储罐结构设计包括：储罐结构参数的确定、罐壁设计、罐顶设计、罐底设计、内浮盘与罐壁间密封设计以及荷载计算。其中罐顶按自支承式拱顶的弱顶结构设计,内浮顶选用湖南石化设备制造有限公司的装配式不锈钢内浮盘,罐底由中幅板和边缘板塔接,罐壁的纵、环焊缝采用对接焊。所设计的内浮顶储罐不但要保证甲醇液的质量和安全，还要保证在0.35kpa风压和7级地震裂度作用下的强度与稳定性。

1.3.2设计流程

储罐结构参数确定 罐壁设计 罐顶设计 1.4 设计参数与材料确定 1.4.1内浮顶罐设计参数

工作压力 设计压力 工作温度 焊接接头系数 设计风压

常压 压力 50℃ 0.85 0.35KPa

载荷计算 密封设计 罐底设计 表1 内浮顶罐设计参数

操作容积 甲醇密度 腐蚀裕量 设计地震烈度 设计容积

1000m3792.8Kg.m-32mm 7级 1050m3

1.4.2材料确定

甲醇在碳钢中的腐蚀速度为0.01-0.05mm/a，固定顶罐体采用Q235-A钢制造。内浮顶由专业厂家生产制造，一般采用18-8不锈钢和铝及铝合金材料制成，对比甲醇在两种材料中的腐蚀情况，采用18-8不锈钢[1]。

表2 甲醇在两种材料中的腐蚀情况

介质 材料 浓度 温度

％ 25 50 80 100 甲醇 18-8不锈钢 ＜100 优 优 优 优

100 优 优 优 优 铝及铝合金 湿（水＞1.0） 优 优 优 优 干 良 良

注：优—每年腐蚀速度＜0.05.

良—每年腐蚀速度为0.05-0.5mm.。

４

内浮顶储罐设计

1.5 储罐结构设计

1.5.1储罐结构参数的确定 1.5.1.1储罐直径与高度

由于给定的设计容积为1050m3，储罐容积不是很大，所以直径与高度按等壁厚进行计算，从而得出用料较省，投资较少的经济尺寸。

R—储罐半径； D—储罐直径；

S—罐壁板厚度； H—储罐高度； V—储罐的设计容积； S1—罐顶板厚度；

S2—罐底板厚度。

设罐底与罐顶为圆板（按投影面积），其金属体积之和为q1，则

2

q=πR(S1+S2) （5-1） 1

令λ=S1+S2,则

2q=πRλ （5-2） 1

设罐壁的金属体积为q2,则

q2=2πRHS (5-3)

若储罐金属的总体积为Q,则

Q=q1+q2=πR2λ+2πRHS (5-4)

因为 V=πR2H 所以 R= Q=

V

则 πH

Vλ+2SπVH (5-5) H

取Q对H的一阶导数,并使其等于0 得

dQVλπV

=2+S=0 (5-6) dHHH

Vλ=SπVHH (5-7)

式(5-7)左端为罐顶和底的金属体积之和。

５

内浮顶储罐设计

VλπR2H(S1+S2)

==πR2(S1+S2) (5-8) HH

式(5-7)右端为罐壁金属体积的一半。

SπVH=Sπ×πR2×H×H=SπRH （5-9）

由此可得一个结论：等壁厚储罐当罐顶和底的金属用量等于罐壁用量一半时,储罐金属用量最省。 由（5—7）可得储罐经济高度：

2

VVλλλVλH=3===R （5-10） 2

πSSπVHSπHS

所以

HλHλ= 或 = （5-11） RSD2S

S1=S2=S

对于容积不是很大的闭式储罐，其罐底与罐顶及罐壁厚度相等，则 代入（5-11）可得D=H 此时,储罐金属用量最省。 由 D=2

V

可求出储罐直径。 πH

将V=1050m3 代入得 D=11m 所以 D=H=11m

1.5.1.2罐壁壁板高度与数目

储罐罐壁是由一圈一圈的壁板焊接组成的，根据钢板规格及储罐高度要求，可确定罐壁由6圈壁板组成，每圈高度1800mm。

1.5.2罐壁设计

1.5.2.1罐壁厚度计算

罐壁是一个圆柱形的钢板焊接结构，每圈壁板随着外载荷(静水压)的变化由下至上逐层减薄。对于容积不是很大的储罐，采用定点法设计罐壁厚度，计算简便，结果也足够安全。定点法计算时选壁板上端作为计算高度进行设计，则不够安全，选在板下端又偏于保守。根据理论和实际测定，板的应力最大的地方通常在板的下端0.300m处。所以定点法计算是以高出板下端0.300m处的液体压力来确定板的厚度的方法。因此罐壁设计厚度应满足下式[2]：

t≥t0+C1+C2

ρ(H?0.3)D

而 t0=

2σφ式中

t0—罐壁计算厚度，mm；

C1—钢板负偏差，取C=0.8mm；

1C2—腐蚀裕量；

６

内浮顶储罐设计

H—所计算那一圈罐壁板底边至罐顶端的垂直高度，m；

φ—焊接接头系数；

σ—设计温度下钢板的许用应力，取σ=157MPa； ρ—甲醇密度，Kg/m3。 从罐底往上数：

第一圈：t0=3.944mm 故t=t0+C1+C2=6.744mm 第二圈：t0=3.366mm 故t=t0+C1+C2=6.166mm

可见，罐壁第一圈到第六圈的壁厚是逐步减小的。因储罐容积不太大，从材料的准备和液面上的壁板内外壁受腐蚀的情况考虑，采用等壁厚设计，即第一圈到第六圈壁板都采用相同厚度，均取8mm(计算厚度圆整至钢板的规格厚度)。

1.5.2.2罐壁板间的连接

罐壁板之间的连接采用焊接，焊接坡口的基本形式及尺寸均须符合有关标准的规定。由于内浮顶罐不但要满足强度更重要是保证内浮盘在罐壁上随液位升降上下运动，浮盘周边是一圈软密封圈，因此罐壁的纵、环焊缝须采用对接焊，焊缝必须磨平，余高小于1mm(见图2)。

贮罐冲液后，罐壁在液柱静压力的作用下，产生很大的环向应力。此环向应力使罐壁周向伸长，并沿半径方向向外扩张。由此可见，在液压作用下，罐壁的强度实际由罐壁的纵缝所决定的，因而罐壁的纵缝必须焊透。而罐壁环缝的强度则要求大于固定顶与罐顶包边角钢的连接焊缝的强度。因为一旦发生事故，首先在固定顶与罐顶包边角钢的连接焊缝处脱开，避免罐内介质外溢造成事故，因而罐壁的环缝也必须焊透。

1.5.3罐顶设计

1.5.3.1罐顶厚度与结构

罐顶按自支承式拱顶的弱顶结构设计(见图3)。由于罐顶通过罐壁通气孔与大气相通，罐顶内外壁都要受到周围环境空气的腐蚀，腐蚀会比内浮盘遮盖下的罐体严重。因此，锥顶厚度应在计算厚度的基础上加上腐蚀裕量，其值不应低于罐体厚度。自支撑锥顶的厚度可按以下公式计算[3]：

D

t=2.24

sinθp

E+C

式中 D—储罐直径，m；

p—罐顶自重和附加载荷之和。假设罐顶厚度为8mm，估算罐顶重为7500kg，折合成单位面积载荷为

7500×9.8÷(π×112)=773.4（Pa）

4罐顶附加载荷应按检修载荷取值，且不小于1200Pa，所以

７