油气储运工程专业课油气储运工程专业课- -管罐结构设计管罐结构设计管罐结构设计管罐结构设计(Strength Design of the Oil Tanks and Pipes)(Strength Design of the Oil Tanks and Pipes)油罐油罐部分部分油气储运研究所油气储运研究所2 3.3.钢油罐设计的基本知识钢油罐设计的基本知识学习内容：金属油罐的发展趋势金属油罐的发展趋势对钢油罐的基本要求对钢油罐的基本要求钢油罐的种类钢油罐的种类钢油罐钢材的选择钢油罐钢材的选择目的要求 ： 了解油罐建设的发展过程和钢油罐的种类，掌握油了解油罐建设的发展过程和钢油罐的种类，掌握油罐设计的基本要求和油罐钢材的选用原则。罐设计的基本要求和油罐钢材的选用原则。3453.3.钢油罐设计的基本知识钢油罐设计的基本知识3.1金属油罐的发展趋势一、经济背景（一、经济背景（Background in EconomyBackground in Economy） 由由于于能能源源战战略略，许许多多原原油油进进口口国国都都增增加加了了原原油油储储备备量量，如如日日本本在在7070年年代代中中期期6060日日的的储储油油量量就就达达到到了了50105010万万顿，比顿，比6060年代初期大了许多倍。年代初期大了许多倍。 8080年代初期西方一些工业化国家就对本国原油储备年代初期西方一些工业化国家就对本国原油储备量作了政策规定，分别是：英国量作了政策规定，分别是：英国9090天，法国天，法国9090天，西德天，西德7070天。天。 63.1金属油罐的发展趋势二、发展趋势（Developing Trend）（1 1）大型化）大型化19621962年美国芝加哥桥梁公司首建年美国芝加哥桥梁公司首建1010万米万米3 3浮顶罐，浮顶罐， D=87mD=87m，H=21mH=21m。19641964年年ShellShell公司在欧洲建成公司在欧洲建成1010万米万米3 3浮顶罐。浮顶罐。19671967年委内瑞拉建成年委内瑞拉建成1515万米万米3 3浮顶罐，浮顶罐，D=115mD=115m，H=14.6mH=14.6m。日本在日本在19651965年首建年首建1010万米万米3 3罐，罐，19711971年建成年建成1616万米万米3 3罐，罐，8080年代初年代初建成建成2020万米万米3 3罐。罐。目前世界上最大的油罐为目前世界上最大的油罐为2424万米万米3 3 。（2 2）操作管理自动化）操作管理自动化73.1金属油罐的发展趋势三、大型油罐的优点 2 2、节省投资、节省投资 5000m3油罐平均每吨钢材造价为油罐平均每吨钢材造价为1，则，则: 10000 m3，0.88 20000 m3 ，0.86 50000 m3 ，0.84 4*10 万方：万方：100% 20*2万方：万方：141% 3 3、占地面积小（防火距离要求）、占地面积小（防火距离要求） 4 4、便于操作管理（检尺、维护、保卫）、便于操作管理（检尺、维护、保卫） 5 5、节省配件和罐区管网（阀门、仪表、消防、配件）、节省配件和罐区管网（阀门、仪表、消防、配件） 6 6、便于实现自动控制、便于实现自动控制 1 1、节省钢材、节省钢材 油罐容积越大，单位容积所需的钢材量越少，投资费用越低。油罐容积越大，单位容积所需的钢材量越少，投资费用越低。是否越大越好？83.1金属油罐的发展趋势定性分析：V ，W定量分析：93.2对钢油罐的基本要求一、基本要求一、基本要求 1 1、强度要求：卸载后不应留下塑性变形。、强度要求：卸载后不应留下塑性变形。 2 2、有抵抗断裂的能力。（水压试验和正常操作）、有抵抗断裂的能力。（水压试验和正常操作） 3 3、有抵抗风载荷的能力。（建造和使用期间）、有抵抗风载荷的能力。（建造和使用期间） 4 4、有抗地震的能力。（使用期间能抵御最大地震烈度，、有抗地震的能力。（使用期间能抵御最大地震烈度，7-97-9级）级） 5 5、油罐要坐落在稳固的基础上。（控制不均匀沉陷）、油罐要坐落在稳固的基础上。（控制不均匀沉陷） 103.2对钢油罐的基本要求二、油罐大型化所带来的问题二、油罐大型化所带来的问题 1 1、防止不均匀地基沉陷：增加抵抗不均匀沉陷的能力；、防止不均匀地基沉陷：增加抵抗不均匀沉陷的能力； 2 2、防防止止脆脆性性破破坏坏：钢钢材材的的强强度度越越高高，可可焊焊性性越越低低，断断裂裂韧韧性性越越低低，越越容容易易产产生生断断裂裂；钢钢板板越越厚厚，在在焊焊缝缝或或热热影影响响区区附附近近越越易易于于产生裂纹，从而增加了断裂的危险性。产生裂纹，从而增加了断裂的危险性。 3 3、抗抗风风稳稳定定性性：大大型型化化导导致致t/Dt/D下下降降，油油罐罐刚刚性性降降低低，导导致致油油罐抵抗风载荷的能力下降。罐抵抗风载荷的能力下降。 4 4、抗地震能力；、抗地震能力； 5 5、事故危害性增大。、事故危害性增大。113.3 钢油罐的种类一、按几何形状分为：一、按几何形状分为： 1 1、卧式圆柱形油罐；、卧式圆柱形油罐； 2 2、双曲率油罐（、双曲率油罐（滴状滴状、球罐）：、球罐）：0.4-1.2kgf/cm0.4-1.2kgf/cm2 2一般不采用；一般不采用； 3 3、立式圆柱形油罐。、立式圆柱形油罐。卧式圆柱形油罐 结构特点： 罐体一般由钢板搭接而成，罐圈交互式排列，并取单数，使两个封头直径相同。 V100m3的在现场组装和验收。 承压能力高、可工厂批量生产、搬迁安装方便； 耗钢量大（40-50kg/m3），罐容小。 适用范围： 一般用于高架罐、放空罐、计量罐或用于储存品种多、输量少的油品，也可用于储存液化石油气。12球罐 用途分类： 中高压：储存液化气、天然气，1-3MPa，常温； 中低压：低温，液氨、乙烯、丙烯；0.4-2MPa,T=-20100 低压： 深冷，液化气，为保冷多采用双重球罐，T-100 ； 外观形状分：圆球形、椭球形 球壳板组合：足球瓣形、瓜瓣形、混合形状 表面积小、受力均匀、风载荷影响小（顶风面积小）、基础简单； 材料要求严格、制造与安装较困难、现场组装与焊接技术要求高、检验工作量大。 用途：储存液化石油气、LNG、液态烃、乙烯、丙烯、氧气、氮气、氢气、有毒液体与气体介质。13143.3 钢油罐的种类二、立式圆柱形油罐的种类：二、立式圆柱形油罐的种类： 1 1、浮顶油罐（、浮顶油罐（Floating-Roof TanksFloating-Roof Tanks）:24:24万万m m3 3 2 2、内浮顶油罐（、内浮顶油罐（Enclosed Floating-Roof TanksEnclosed Floating-Roof Tanks）：）：10000m10000m3 3 3 3、拱顶油罐（、拱顶油罐（Dome Roof TanksDome Roof Tanks） 4 4、锥顶油罐（、锥顶油罐（Cone Roof TanksCone Roof Tanks）：由梁柱承担并传递至罐壁）：由梁柱承担并传递至罐壁 5 5、悬链式油罐（、悬链式油罐（Suspending Roof TanksSuspending Roof Tanks） 155000m3 拱顶罐-1165000m3 拱顶罐-21710000m3 浮顶罐1810000m3 浮顶罐1920213.4 油罐钢材的选择 对对于于立立式式油油罐罐而而言言，最最重重要要的的部部位位也也是是受受力力状状况况最最严严重重、消消耗耗金金属属最多的部位最多的部位罐壁和罐底的边板。罐壁和罐底的边板。 设设计计油油罐罐时时，靠靠下下部部几几圈圈壁壁板板的的厚厚度度应应根根据据强强度度条条件件确确定定，而而上上部部几圈壁板的厚度则按刚度条件确定。几圈壁板的厚度则按刚度条件确定。我国目前通常的设计选材是：我国目前通常的设计选材是：1000100010000m10000m3 3油罐：油罐：一般可分别采用一般可分别采用A A3 3F F和和A A3 3钢板。钢板。2 2万万5 5万万m m3 3油罐：油罐：上部：由刚度确定的罐壁采用上部：由刚度确定的罐壁采用A A3 3F F钢板；钢板；下部：由强度确定的罐壁采用下部：由强度确定的罐壁采用16M16Mn nR R钢板。钢板。 223.4 油罐钢材的选择 罐壁材料的三项基本要求罐壁材料的三项基本要求1、强度要求（、强度要求（Strength）采用高强度钢在经济上比较合算；采用高强度钢在经济上比较合算；由于罐壁最大厚度的限制。由于罐壁最大厚度的限制。（美）（美）API-650规定：壁板的最大厚度为规定：壁板的最大厚度为38mm；（英）（英）BS 2654规定：壁板的最大厚度为规定：壁板的最大厚度为40mm；（日）（日）JISB 8501-1976规定：低碳钢为规定：低碳钢为38mm，高强度钢为，高强度钢为45mm。2、可焊性要求（、可焊性要求（Weldability）碳碳当当量量（Carbon Equivalent）；热热影影响响区区的的硬硬度度（Hardness in Heated Zone）。）。英国油罐规范英国油罐规范BS2654规定碳当量按下式计算：规定碳当量按下式计算：233.4 油罐钢材的选择 罐壁材料的三项基本要求罐壁材料的三项基本要求 3、冲击韧性要求（、冲击韧性要求（Impact Toughness） 影响油罐脆性断裂的因素：影响油罐脆性断裂的因素： 材料本身性质；材料本身性质； 裂纹所在部位的应力水平；裂纹所在部位的应力水平； 裂纹的尺寸和形状；裂纹的尺寸和形状； 罐壁温度；罐壁温度； 钢板的厚度。钢板的厚度。243.4 油罐钢材的选择英国油罐规范BS2654根据强度等级将材料分为三类：（1）材料等级等于或小于43级（相当于我国的A3R） ,不做冲击试验； ，做却贝V冲击试验，试验温度取20（或按图1-6，page.9）选取温度，要求CVN 27J（2.754kgf.m）（2）材料等级为43以上至50级（相当于我国的16MnR钢） ,不做冲击试验； ，做切贝V冲击试验， （或按图1-6）选取温度，要求CVN 41J（4.182 kgf.m）（3）材料等级大于50级（相当于我国的16MnVR或更高）任何厚度均需做冲击冲击试验， （或按图1-6）选取温度，要求CVN 41J（4.182 kgf.m）钢板越厚、罐壁温度越低，越容易发生脆性破坏。钢板越厚、罐壁温度越低，越容易发生脆性破坏。 25为什么钢油罐的发展日趋大型化？为什么钢油罐的发展日趋大型化？为什么立式油罐的高度随罐容积的增加而减小？为什么立式油罐的高度随罐容积的增加而减小？什么原因导致沸腾钢的冷脆敏感性强？什么原因导致沸腾钢的冷脆敏感性强？油罐的选材原则是否适用于管道的选材原则？油罐的选材原则是否适用于管道的选材原则？思考题？