大型外浮顶油罐结构设计优化

第33卷　第3期　　　　　　　　　　　　　石　油　化　工　设　备　　　　　　　　　　　　Vol133　No132004年5月PETRO2CHEMICALEQUIPMENT　May　2004文章编号:100027466(2004)0320033203

大型外浮顶油罐结构设计优化

毕　宏

(洛阳石化总厂设计院,河南洛阳　471012)

摘要:针对大型外浮顶油罐设计中存在的结构问题,采用挠性中央排水管、雷达液位计和二次密封等技术进行了设计优化,效果良好。关　键　词:油罐;外浮顶;结构设计;优化

中图分类号:TE972　　　文献标识码:B

图2　球罐内部速度矢量分布

图4　有无浮力影响时球罐壁面温度对比

4　结语

在球罐内部燃烧对其进行整体热处理的过程

中,浮力对罐内流场燃烧动过程的影响不容忽视。通过对球罐内部燃烧整体热处理时浮力对流场影响的数值模拟,揭示了罐内流场因浮力影响的流动变化规律,以及由此而产生的对罐内壁面温度分布的影响,浮力使罐壁上下温差加大,其数值计算结果比没有考虑浮力影响时更接近实际情况。

参考文献:

[1]　申文求.氨球罐的整体热处理[J].大氮肥,1997,20(4):2282230.

图3　罐内温度等值分布线

[2]　李　友,王全山,王嘉麟,等.大型壳体结构的焊后整体热处理

[J].东北大学学报(自然科学版),1997,18(2):1522155.[3]　张建军,窦万波.07MnNiCrMoVDR钢制乙烯球罐整体热处理

[J].压力容器,1999,16(3):42246.

[4]　陈志华,涂善东,王正东.大型球罐整体热处理的数值模拟[J].

附近,在上人孔附近的等值线密度较大,从而温度梯

度较大。球罐在有、无浮力影响下内壁面温度分布见图4。因浮力影响,燃烧产物轴向扩散加快,使球罐内部温度及壁面温度在上人孔附近明显升高,而在下人孔附近则相应降低,由此可知考虑浮力影响的模型使罐内壁面最大温差的计算值变大,更接近现场燃烧时所测的实际温差情况。

　　收稿日期:2003212202

石油化工设备,2003,32

(6):20222.

[5]　周力行.湍流两相流动和燃烧的数值模拟[M].北京:清华大

学出版社,1991.

(张编)

作者简介:毕　宏(19712),女(汉族),山西榆次人,工程师,学士,从事压力容器及设备设计工作。

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设　备　　　　　　　　　　　　　　2004年　第33卷

　　外浮顶油罐是在石化企业中被广泛使用的1种

重要的油品储存容器,我厂现有外浮顶油罐将近20台,仅50000m3大型外浮顶原油罐就有10台。这些油罐大部分为我厂自行设计并制造,通过多年的使用,油罐设计中的结构问题逐渐暴露了出来。为此笔者采取了一系列的改进措施,从而使外浮顶油罐的设计得到了优化。1　优化设计1.1　大角焊缝[1]

大角焊缝即罐底圈壁板与底边缘板的T型内角焊缝,此部位为油罐罐体的高应力集中区,也是事故多发区。油罐进油后,罐壁在静液柱压力的作用下,产生很大的环向应力,使罐壁周向伸长沿半径方向向外扩张,,沿半径方向胀出,的升降,,,因此该焊缝不能是全焊透结构,而且节点刚性不能太大。通过对焊缝结构、焊接工艺和无损检测等方面的综合考虑,

采取了如图1所示的圆滑不等边角焊缝结构,从而降低了峰值应力,具有一定的柔韧性。

图2　柔性接头结构

加固作用的不锈钢侧板,能将负荷转移到软管周围,

消除对管子终端连接处的压力,从而减少管子端部。

,有效避免了密。各组成部件均耐芳烃腐蚀,并能承受高强度的压力,灵活的连接装置及连续坡性设计可使液体保持顺畅流动而无沉积物滞留。柔性排水系统安装方便、迅速,焊接量极少。1.3　密封结构

传统的一次密封结构形式主要有机械式密封、弹性材料密封和管式充液密封,这些密封结构的密封性能存在不同的缺点[2]。为降低油品的蒸发损耗,逐步将一次密封改为二次密封,即将原挡雨板结构改为密封结构,与外浮顶油罐原有的密封一起构成双重密封,从而封住从一次密封与罐壁之间溢出的油气

。二次密封主要由承压板、合成橡胶密封刮板和防蒸发隔膜组成,见图3。承压板沿圆周搭接,

图1　大角焊缝示图

排水管1.2　

浮顶中央排水管应具备升降自由、强度高、不破

损及密封性好等特点。但老式中央排水管靠直角旋头连接处的密封点会因浮盘升降受到不同的外力及磨损作用,加上密封垫老化等因素,发生泄漏的几率非常高[2]。一旦发生泄漏,就会产生排水管流油,导致雨天大量含油污水流入污水处理厂,进行清罐处理既浪费原油,又影响油罐的正常使用。为彻底解决中央排水管漏油问题,在设计中采用了1种由柔性接头联结的排水系统,见图2。

这种柔性接头主要由中间的软管以及两侧的不锈钢侧板组成。接头采用不锈钢轴套和垫圈,可确保其灵活性。中间的软管由多层极性与非极性的弹性材料制成,外层织状纤维能保护内层软管材料

,有效避免泄漏。软管内部有不锈钢钢丝缠绕,这样在内外施加压力时能保持软管的强度。软管两侧是起

1.导静电板　2.合成橡胶密封刮板　3.压板4.防蒸发隔膜　5.承压板　6.槽型压板　7.罐壁

图3　二次密封结构图

既保护了防蒸发隔膜,又可将合成橡胶密封刮板压

向罐壁,使其与罐壁紧密贴合。防蒸发隔膜整条环绕在浮盘与罐壁的环形空间上,与合成橡胶密封板一起阻隔从一次密封处泄漏的油气。合成橡胶密封刮板与罐壁的接触宽度为60～70mm,可防止油气泄漏,与挡雨板相比,能更有效地阻挡雨水向罐内渗

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入。密封刮板采用优质合成橡胶制成,具有良好的耐油、耐磨、耐老化、耐挠曲、防晒及不透水等性能。1.4　自动通气阀

自动通气阀的作用是当浮顶支柱降落到罐底时自动打开,使进、出油品时浮顶下面的气体得以排出或补充。当浮顶处于漂浮状态时,其自动关闭,防止蒸汽逸出。由于通气阀是依靠套管在阀杆上下滑动形成的自动调节装置,而套管与阀杆之间的间隙小,故套管与阀杆之间不可避免地产生了相互摩擦,从而使强度降低,影响使用寿命。同时,两者摩擦时还有可能产生静电火花,形成不安全因素。为此,采用塞焊方法在套管内侧衬了1层1.5mm的铜带。由于铜的耐磨性优于普通10钢,因此,通气阀的使用寿命得到了提高,同时避免了电火花的产生1.5　溢流口,溢流口。,或操作人员失误时,油品会通过管道不断输入油罐,最终液位超过罐壁,使油品从油罐的四周向下溢出而发生火灾。为此在设计中增加了溢流口,其高度在包边角钢下1100mm处,下部与污水处理装置相连。一旦事故发生,油品可经溢流口排入污水沟,减小事故发生的可能性。1.6　油面控制

采用雷达液位计与计算机相连自动检测、记录并且统计液位高度和容量,所测量的液面高度误差仅为±1mm。这对于大型油罐的计量尤为重要,也是对高低液位报警器的有效补充,同时也提高了油罐的安全性。1.7　加热器为了使储液保持最佳的储存或使用温度,油罐内需要设置加热器。但加热器焊接接头处焊缝泄漏是加热器运行中存在的主要问题。加热器泄漏不仅影响油品质量

,而且因油品含水而影响装置平稳操作。原加热器结构见图4a,其加热管与集合管的焊接接头及管端盲板处焊接接头均为角焊缝,前者还处于应力集中部位,这些焊缝焊后无法进行射线探伤检查。运行时加热器受到热胀、水击及振动作用,使焊缝处易产生泄漏。为此,采用拔制集合管和管封头取代原有结构,见图4b。用对接接头取代角焊缝,同时采用氩弧焊打底,焊后进行射线探伤,较好地解决了加热器的泄漏问题。1.8　防腐

油罐内壁应涂刷导静电防腐涂料,以防止油品

对罐体的腐蚀。原油储罐底部总沉积着一定厚度的含盐水,当储存重质或含硫量、含酸值较高的油品时,对防腐的要求更高。

图4　改进前后加热器结构

因腐蚀主要发生在底板及下层圈板,所以需对

底板和自下而上1.6m内的圈板实行加强级防腐,上层罐壁(自下而上1.6m)暴露于大气中,也是重点防腐部位。防腐涂料型号需慎重选择,目前常用的油罐导静电防腐涂料存在诸多不足,经过考察比较,选择了武汉材料保护研究所的WA929系列导静电防腐涂料,其导静电性能优良,涂料电阻率小于108Ω・m,无毒,防腐性能以及柔韧性好。该涂料中树脂部分约占成膜物质总量的70%左右,导电剂仅占5%,既达到了导静电要求,又有较优的涂层性能,且耐候性好。这种涂料从1995年在原油罐中使用至今,无腐蚀现象发生,

涂层完好,保证了罐体的安全使用。2　结语采取文中所述的各种措施设计的外浮顶油罐结构更趋于合理,再未发生油品泄漏问题,保证了油罐的安全使用,对外浮顶油罐的设计具有一定的借鉴意义。

参考文献:

[1]　高　威,隋明璋,黄开佳.大型原油储罐技术综述[J].石油化工

设备,2000,29(5):28231.

[2]　天津市化工设计院.化工设备设计全书———大型贮罐设计

[M].上海:上海科学技术出版社,1989.

(张编)