大型储罐的结构型式浅析

赵蕴彪

华东管道设计研究院有限公司，江苏徐州  221008

摘要：石油化工产业中，常用储罐存储油品和其他化工产品。 大型储罐一般指公称容积不低于 5万m3的浮顶储罐或公称容积不低于 1万m3的固定顶储罐。随着我国LNG终端产业的迅速发展，中小型储罐作为储存液化天然气的关键设备日益得到广泛的应用，储罐一般采用内容器与外壳组成的双层结构，外壳与内容器之间的夹层充填绝热材料并抽真空，由于储罐储存的液化天然气具有低温、易燃的特性，并以一定的压力存储，如果在储罐设计阶段，关键细节处理不当，留下安全隐患，设备运行时就有产生事故的危险，甚至会危及相关人员的生命安全。

关键词：大型储罐；结构型式

引言

储罐广泛用于油品和各种液体化学品等的存储，如石化装置的原料罐区、中间罐区、成品罐区等的储罐或大型商业罐区、大型石油储备库、LNG液化工程及大型LNG接收站等储存设备。大型储罐的建造需考虑两个基本的原则，即安全可靠性和经济合理性。国内外的储罐设计日趋大型化，充分了解储罐的种类以及结构型式，掌握储罐的设计基础理论对储罐建造的经济性和安全性有着至关重要的作用。

1按建造位置分类

(1)通常设计的储罐为地上罐。(2)地下罐主要指埋地罐(一般用于危险介质的储存，如LNG地下罐)，以及军事用途的隐蔽设备，如覆土罐:主要用于军用标准GJB5758的国家石油战略储备库，建造时分外罐和内罐，外罐为预应力混凝土保护层，内罐为钢制储罐，建设完成后在外罐覆盖土层及绿植，与周围环境协调一致，储罐安装位置为地下或半地下型式。(3)半地下罐即一半埋地下，一半露出地面的储罐，此类型储罐的应用相对较少。

2大型储罐的结构型式

2.1工艺人孔开孔补强的计算

由于夹层内需放置低温型吸附剂来延长真空维持时间，而低温型吸附剂特性要求其放置位置尽量靠近内容器以保持其活性，而上述所设置工艺人孔，一端封闭与介质接触，一端敞开与夹层相通，只需确定出合适的接管长度，在结构上就能满足放置所需吸低温附剂容量的要求，不需再另外设计专门的结构放置吸附剂。接管外伸的部分不承受内容器压力载荷的作用，而接管内伸的部分，承受与内容器压力载荷数值相等的外压载荷；接管外伸的部分以及接管的内表面处于高真空环境，且接管内伸的部分的外表面接触LNG，腐蚀裕量为0，故可认为接管内外表面均无腐蚀。由于GB150.3-2011及其他相关标准中的等面积开孔补强计算是基于接管与容器壳体承受的相同类型载荷，即同时承压内压或同时承受外压，而上述工艺人孔结构承受的载荷明显与标准所表述的不同，所以此种结构开孔补强计算就不能直接采用GB150.3-2011的开孔补强计算公式计算。

2.2橡胶隔震垫技术在储罐建设中的应用

在通常情况下，橡胶隔震垫由薄钢板以及橡胶片相互重叠堆置、再经过加温和硫化而形成，其中不仅包含天然橡胶，还包含适量的防老化剂、填充剂、补强剂等多种物质，有利于提升橡胶支座整体的阻尼比，使地震耗能能力大幅度提升，也就可以在地震作用的影响之下，对结构位移响应进行充分控制。在对橡胶隔震垫进行生产的过程中，需要首先进行的天然橡胶垫的生产，之后再将铅芯压入其中的预留孔。橡胶隔震垫的工作性能良好，因为钢板与橡胶层之间的连接十分紧密，所以橡胶垫需要对垂直荷载进行承受时，其横向的形变能够受到约束，也就能够促使橡胶垫的竖向承载能力以及竖向刚度均得到提升。并且，因为其中包含铅芯，所以橡胶隔震垫的弹塑性更加显著，在地震作用较小或是出现风荷载时，其能够体现出充分的水平抗力，也就有利于保障结构的安全性，若地震作用处于中强的状态，其中的延长结构则能够降低储罐的自振，也就可以避免共振情况出现，从而避免上部结构在地震作用下的反应过于剧烈，进而则有利于保障储罐持续处于较为稳定的状态。

2.3储罐内浮盘技术

国外从20世纪50年代开始建造内浮顶油罐，在国内浮盘发展起步较晚，20世纪80年代传统浅盘钢制浮盘开始制作进行安装，以钢制浅盘式、单盘式、双盘式（中凸）、浮舱式（中间为拱形）内浮顶为主。浮盘整体由钢板及钢梁拼装后全焊接形成，浮盘整体刚性高、强度大，但强度太高也存在刚度随之变差的不利后果。由于浅盘敞口大，上面没有遮盖，油气极易进入浮盘内，浮盘上积液不能及时排除，内浮顶储罐的罐内气相空间组分复杂、环境湿度较高，易造成钢制浮盘发生腐蚀，且内浮盘的日常检查和维护都较为困难，难以及时发现浮盘泄漏情况，只要一处泄漏，就会使浮盘沉没。新型复合材料玻璃钢浮盘是全浸液设计，浮盘底部全部进入介质中，无任何气象空间，有效防止介质挥发，鉴于国外玻璃钢浮盘有较多应用，国内也有部分企业引进了玻璃钢浮盘且应用情况良好，在相关规范标准中也允许采用耐火极限不低于2h的非金属内浮顶，其浮盘耐火试验达到浮顶在模拟储罐内部浮顶上方气相空间发生爆炸事故以及在模拟内浮顶密封圈和局部着火试验条件下，浮顶不沉没、不失效、整体结构保持完好且能连续覆盖液面。浮盘的设计范围取决于存储产品，化学抗性，抽运率以及其他附属设备等。为实现无缝结构，浮盘在罐内制作，所有制作材料通过标准的24英寸人孔进入。制作新型复合材料浮盘，只能使用优质乙烯酯，根据不同的介质，采用不同的化学配方模式。“三明治”玻璃钢浮盘由多层复合材料构成，包含一个蜂窝核心材料，夹在玻璃纤维层中间，该浮盘主要由玻璃钢和PP蜂巢式核心板组成，整体浮盘无拼接，无缝隙，可以保证浮盘的零泄漏，浮盘平贴在油面上，与液面形成全接触状态，没有油气挥发空间。

2.4结构安装

在结构安装中，最主要应用的安装方式为焊接，必须加强顶板、罐壁、边缘辅助板及底部的焊接工作。首先，焊接底部过程中，必须考量其承受压力较大的因素，以此保障整体受力稳定程度的提升，必须精准的对内部及外部进行测量，采取器具对其进行固定干预，焊接以后，拆卸器具。在边缘辅助板进行焊接操作的过程中，为促进焊接稳定程度的提升，必须精准性的测量内部及外部，采用器具对其开展固定干预，焊接以后，拆卸器具。在焊接边缘辅助板的过程张，必须由外缘部位5cm位置开展焊接干预，固定边缘板及罐体，焊接中幅板和边缘辅助板的过程中，必须综合分析焊缝情况，开展加固干预。顶板焊接中，必须对焊接速度进行严格控制，确保焊接位置受热均匀程度的提升，施工人员必须预算冷却温度，以降低温差所形成的形变问题发生，管壁焊接过程中，依据管壁焊接施工工艺，应用纵向直线型及环形的焊接方式，开展焊接干预，焊接过程中，必须保障焊接顺序具有顺延性质，降低焊接过程中裂缝问题的形成率。

结语

在储罐的结构设计中，常见的储罐结构及其部件可以通过标准规范进行设计计算，但对于拱架结构、网壳结构、大型低温储罐等，还应采取有限元应力分析进行结构的稳定性、非线性、热应力、动力响应等分析，确保储罐结构设计的本质安全性。

参考文献

[1]GB50341，立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范［S］．

[2]GB/T26978．1～5，现场组装立式圆筒平底钢质液化天然气储罐的设计与建造［S］．北京中国标准出版社2012．

[3]杨东东，柴庆有，李晓旭，等．基于API650和GB50341标准大型储罐设计比较［J］．当代化工，2020：175～179．

[4]葛阳，许学斌．立式圆筒形储罐环形边缘板的设计原理及应用分析J］．石油化工设备技术，2017，38（05）：17～19．