大型原油储罐技术综述.docx

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大型原油储罐技术综述

大型原油储罐技术综述

摘要

本文介绍了储罐基础知识，包括储罐类型、储罐工艺要求、储罐结构构造特征和储罐安装方法，以及储罐国内外现状，并分析了储液损失和罐区现场条件等问题，并对其发展方向作了展望。

关键词：

储罐；储罐基础；工艺要求

ABSTRACT

Thisarticledescribesthebasicsknowledgeofstoragetanks,includingthetanktype,thetankprocessrequirements,thetankconstructionandinstallationmethodsstructuralfeaturesofthetank,andthestatusofthetankathomeandabroad,andanalyzingthereservoirtanklossesandfieldconditionsandotherissues,anditsdevelopmentdirectionisprospected.

Keywords：

Tank;tankbase;technologicalrequirements

1.概述

为了储存水或油等液体，建造了各种大容量储罐，这些罐多数是立式圆筒形钢罐。

立式圆筒形管特点是其自重要比被储存物轻，而且是柔性结构。

一般其主体结构差不多都具有圆形平底板，其周边由能承受不同深度内压力（厚度）壁板组成。

在顶盖型式上，分为固定于壁板上部拱顶及和其随罐内液面变化而自由升降浮顶。

储罐高度和直径对于一定容量可以采取任意比例，但由于效率、占地、地基等条件限制，差不多都有一定范围。

罐基础特征是由于荷载面差不多是水平，所以是均布荷载，跟一般基础不同，具有较大任性，同时由于罐储存量经常变动，所以荷载压力是变化。

1.1储罐发展简介

20世纪70年代以来，内浮顶储油罐和大型浮顶油罐发展较快。

第一个发展油罐内部覆盖层是法国。

1955年美国也开始建造此种类型储罐。

1962年美国德士古公司就开始使用覆盖浮顶罐，并在纽瓦克建有世界上最大直径为61.6m带盖浮顶罐。

1972年美国已经建造了六百多个内浮顶油罐。

1978年美国API650附录H对内浮盘分类、选材、设计、安装、检验及标准载荷、浮力要求等均做了一系列修订和改进。

先进国家都有较齐全储罐设计专用软件，静态分析、动态分析、抗震分析等，如T形脚焊缝波带分析。

近20年也相继出现各种形式和结构内浮盘或覆盖物[1]。

1978年国内3000m3铝浮盘投人使用，通过测试蒸发损耗，收到显著效果。

1985年中国从日本引进第一台10×104m3，全部执行日本标准JISB8501，同时引进原材料，零部件及焊接设备。

目前国内对10×104m3油罐有比较成熟设计、施工和使用经验，国产大型储罐用高强度刚材已能够批量生产。

15×104m3目前国内正在建设。

1.2储罐建造发展趋势

最近七八十年来，储罐向大型化发展趋势已成定局。

1958年，在路易安美国芝加哥桥梁钢铁公司建造了第一座工业规模LNG储罐，容积为5550m3[2]，1962年美国首先建成了10万立方米浮顶储罐，1967年在委内瑞拉建成了15万立方米浮顶储罐。

1971年日本建成了16万立方米浮顶储罐，其直径达109m、高17.8m，沙特阿拉伯建成20万立方米巨型储罐，其直径达110m、高22.5m。

我国自1985年从日本引进10万立方米浮顶储罐设计和施工技术并在秦皇岛建造之后，在全国各地相继建成10万立方米大型储罐近30台；于2003年在茂名石化公司建成两座12.5万立方米浮顶储罐，目前在仪征已开始建设国内最大15万立方米原油储罐。

此外，储存石油液化气和天然气（液化）低温储罐也是储罐建造发展方向，在国外已较普遍应用，我国目前还是处于刚起步阶段。

到1992年为止，只有日本建造了129台LNG储罐[3].。

大型低温液体储罐领域，如液氧、液氮储罐国内已有日益成熟设计和建造技术[4]。

大型储罐建设经济性已经成为人们日益重视课题，根据有关资料分析：

储罐容积越大，单位容积钢材耗用量指标越低，建罐投资相应节省，同时罐区总占地面积也越小。

但最为经济是12.5万立方米浮顶储罐，15万立方米和10万立方米次之，容积5万立方米储罐经济性最差。

从目前我国现有储罐来看，绝大部分原油储罐容积不超过5万立方米，因此，我国储罐必须向大型化方向发展，应以12.5万立方米为首选对象，尽可能避免建造5万立方米及其以下小容积原油浮顶储罐。

建造大容积储罐，需用高强度钢板。

目前我国建造5万立方米及以上储罐所使用高强钢板，大多是日本产SPV490Q钢，极少部分是国产钢材。

国产钢材主要是16MnR，因其强度较低，使5万立方米浮顶储罐下部第一节壁板厚达34mm，给大型储罐建造带来了很大困难。

由武汉钢铁设计院、北京燕山石化公司、合肥通用机械厂、中国石化北京设计院组成攻关小组，对07MnCrMoVR钢进行研究开发，并用于北京燕山石化公司3台10万立方米浮顶储罐。

今后，为了满足我国大型储罐建设发展需要，应进一步研制高强度钢材，提高国产高强度钢材质量和产量。

2储罐类型

钢储罐在石油化学工业中，储存石油及其产品以及其他化学液体产品应用越来越广。

它与非金属储罐比较有以下优点：

结构简单、施工方便、速度快；运行、检修方便，劳动、卫生条件好；不易泄露；与混凝土储罐相比，加热温度一般不受限制；投资小；灭火条件较同容量混凝土罐好；占地面积小等。

缺点：

热损失较大，耗金属量较多。

由于储罐储存介质种类很多，对储存条件要求也多样化，因此到目前为止，就出现了很多种类储罐。

储罐形式是储罐设计必须首先考虑问题，它必须满足给定工艺要求，根据场地条件（环境温度、雪载荷、风载荷、地震载荷、地基条件等）、储存介质性质及容量大小，操作条件、设置位置、施工方便、造价、耗钢量等有关因素来决定。

通常按几何形状和结构形式可以分为拱顶罐和浮顶罐。

2.1拱顶罐

拱顶储罐是指罐顶为球冠状、罐体为圆柱形一种钢制容器。

拱顶储罐制造简单、造价低廉，所以在国内外许多行业应用最为广泛，最常用容积为1000-10000m3。

拱顶罐可分为自支承拱顶罐和支承式拱顶罐两种。

自支承拱顶罐灌顶是一种形状接近于球形表面灌顶。

它是由4mm~6mm薄钢板和加强筋（通常用扁钢）组成球形薄壳。

拱顶载荷靠拱顶板周边支承于罐壁上。

支承式拱顶是一种形状接近于球形表面灌顶，拱顶载荷主要靠柱或灌顶桁架支承于罐壁上。

拱顶罐是我国石油和化工各个部门广泛采用一种储罐结构形式。

拱顶罐与相同容积锥顶罐相比较耗钢量少，能承受较高剩余压力，有利于减少储液蒸发损耗，但灌顶制造施工较复杂。

目前，国内拱顶储罐最大容积已经达到30000m3。

2.2浮顶罐

浮顶罐可分为浮顶罐和内浮顶罐（带盖内浮顶罐）

浮顶罐：

浮顶是一个漂浮在液体表面浮动顶盖，随着液面上下浮动。

浮顶与罐壁之间有一个环形空间中有密封元件使得环形空间中储液与大气隔开。

采用浮顶罐储存油品时可比固定顶罐减少油品损失80%左右[5]。

浮顶形式种类很多，如单盘式、双盘式、浮子式等。

关于浮顶罐适用范围，在一般情况下，原有、汽油、溶剂油和重整原料油以及需控制蒸发损失和大气污染，控制放出不良气体，有着火危险产品都可采用浮顶罐。

内浮顶罐：

美国石油学会（API）定义内浮盘为钢盘浮顶罐称为“带盖浮顶罐”，而把内浮盘为铝或非金属盘称为“内浮顶罐”，我国均统称为“内浮顶罐”。

内浮顶罐是固定顶罐内部再加上一个浮动顶盖新型储罐，主要由罐体、内浮盘、迷内浮顶罐不是固定顶罐和浮顶罐结构简单叠加，它具有独特优点。

概况起来，内浮顶罐有以下优点：

大量减少蒸发损失，内浮盘漂浮于液面上，使液相无蒸发空间，可减少蒸发损失85%~90%。

由于液面上有内浮盘覆盖，是储液与空气隔开，故大大减少了空气污染，减少了着火爆炸危险，易于保证储液质量，特别适用于储存高级汽油和喷气燃料，亦适合存有毒石油化工产品。

由于液面上没有气体空间，故减轻了灌顶和罐壁腐蚀，从而延长了罐使用寿命，特别是对于储存腐蚀性较强储液，效果更为显著。

从结构上可取消呼吸阀、喷淋等设备并能节约大量冷却水。

易于将已建拱顶罐改造为内浮顶罐，投资少、见效快。

内浮顶罐也有确定，例如与拱顶罐相比耗钢量多一些，施工要求高一些，与浮顶罐相比密封结构检查维修不变，储罐不易大型化，目前容量一般不超过10000m3。

国内外用于内浮盘材料，出钢板外还有铝板、玻璃钢、硬泡沫塑料，以及各种复合材料等，采用铝板好处是可防止污染储液，采用合成材料好处是节约钢材，质量轻，内浮盘不会沉没，耐腐蚀性能好。

内浮顶罐应用也越来越广泛就，是一种很有发展前景储罐。

美国石油学会认为，设计完善内浮盘是迄今为止控制固定油罐蒸发损失所研究出来最好和投资最少方法。

美国环境机构（EPA）也建议炼油厂使用内浮顶油罐存易挥发烃类产品。

因此内浮顶罐，可用来储存原有、汽油、喷气燃料等挥发性油品，以及乙醛、丙酮、丁醇、乙醇、甲醇、丁酮等化工产品，选择合适密封材料后也可以用来存笨类产品。

3.储罐工艺要求

大型储罐基础主要功能是支持罐体[6]。

罐体对基础最基本要求，是在结构可靠度方面与它保持一致，或具更高水准，即基础必须具有足够安全性，适用性和耐久性。

大型储罐罐体柔性、易变形、易受基础地基沉降变形影响，所以基础必须具有足够整体稳定性、均匀性和足够平面抗弯刚度，以确保罐体确定形状和使用功能。

罐壁下基础地基不均匀沉降，将对罐壁圆度和垂直度、罐下部到T形焊接点复杂高应力状态造成恶劣影响，基础构造在此部位刚度和强度应予以将加强。

罐底板承受着较大面积、较大强度（250kPa）均布液压作用，深层地基亦将受到影响，为此，探明深层地址状况是非常必要，对地基变形做出较准确地计算也是必不可少。

地质资料和地基计算将决定地基必要性及其具体方法。

地基计算和地基处理措施，应作为大型储罐基础设计重要组成部分，必须予以足够重视。

罐底板焊接变形客观存在，为防止在液柱压力下造成变形集中或地板皱折，避免地板母材或焊缝产生有害应力，支持地板基础应富有柔性，以吸收焊接变形使地板在上部垂直液压作用下，紧密附着在基础上，为此，地板基础一般以砂石材料分层铺筑压实，其竖向抗力刚度系数（基床系数）一般控制在100N/cm3左右。

若采用筏片式基础（一般筏片混凝土板是支承与桩顶上），亦应在筏片混凝土板上面铺设柔性砂石垫层（厚30cm~50cm）。

储罐存在泄漏危险性，基础结构构造对此应该有所防范。

如采用不怕浸泡和冲刷结构，以在泄漏时，基础任能保持必要承载力，确保罐体不致倾倒；采用隔油防水层，以防止地板泄漏油或污水流入地层，浸泡地基并污染地下水资源；设置漏油信号管，使地板泄漏油液能从基础中流出，以便检查，发出泄漏可及时采取应急措施。

罐底板容易被腐蚀，基础设计应采取防护措施。

如设置沥青砂绝缘防腐层，基础材料不得具有腐蚀性、地下水位与基础顶面之间距离不得小于毛细水所恩能够达到高度（一般2m）等。

常压储罐底板腐蚀往往是均匀腐蚀加上局部点腐蚀[7]。

均匀腐蚀导致底板均匀减薄，点腐蚀导致局部减薄甚至穿孔，均匀腐蚀数据容易处理，点腐蚀具有随机性，腐蚀深度统计和数据处理在技术上还存在难题，需要给出腐蚀深度分布统计和最大蚀坑深度统计规律[8,9]，以便于对储罐底板腐蚀状态做出描述和评价。

4.储罐结构构造特征

大型储罐是一个储存万吨乃至100000t以上可燃油液薄壁容器，它是钢制立式圆筒形，浮置在基础顶面上。

它是由罐壁、地板和浮顶三部分构成。

罐壁底部以倒T形焊缝与地板环形板相焊接，罐壁上部以型钢做成抗风圈加强。

罐浮顶是用薄钢板焊成盘型箱式密闭结构。

4.1储罐选型

首先根据储液性质和储液需要，确定选用浮顶罐还是固定顶罐，若是常压储罐，主要为了减少蒸发损耗或防止污染环境，保证储液不受空气污染、要求干净等宜选用外浮顶储罐或内浮顶储罐。

若是常压或低压存储，蒸发损耗不是主要问题，环境污染也不大，可不必设置浮顶，且需要适当加热存储，宜选用固定顶储罐。

各类固定顶储罐选型见下表：

固定顶罐选型

类型

罐顶表面形状

受力分析

储罐特点及适用范围

备注

锥顶罐

自支撑式

接近于正圆锥体

载荷靠锥顶周边支撑于罐壁上

VN<1000m3

直径不宜过大，制造容易，不受地域条件限制

1/16≤坡度≤3/4

分有无加强肋和无加强肋两种锥顶板

支撑式

接近于正圆锥体

载荷主要由粱檩条或桁架和柱承担

VN≥1000m3

坡度较自支撑式小，顶部气体空间小，可减少“小呼吸”损耗

不适用地基有不均匀沉降，耗钢量较自支撑式多

拱顶罐（一般只有自支撑式）

接近于球形表面拱顶K=0.8～1.2D

载荷靠拱顶板周边支撑于罐壁

受力状况好，结构简单，刚性好能承受较高剩余压力，耗钢量小。

气体空间较锥顶大，制造需胎具，单台成本高分有无加强肋和无加强肋两种拱顶罐

伞形顶罐

（一般只有自支撑式）

一种修定拱顶，其任一截面都是规则多边形

载荷靠伞形板支撑在罐壁上，

强度接近于拱顶，安装较拱顶容易

国内很少使用

网壳

储罐

一种球面形状

载荷靠网格支撑在罐壁上

刚性好，受力好，可用于VN>20000m3以上固定顶

可制造成部件，在现场组装成整体结构

5.储罐安装方法[10]

大型立式储罐主体安装方法有正装法和倒装法两种。

正装法是指以罐底为基准平面，罐壁板从底层第一节开始，逐块逐节向上安装。

倒装法是指以罐底为基准平面，先安装顶圈壁板和罐顶，然后自上而下，逐圈壁板组装焊接与顶起，交替进行，依次直到底圈壁板安装完毕。

国外施工企业大都采用正装法；国内企业大都是拱顶储罐采用倒装法，浮顶储罐采用正装法。

拱顶储罐是最常见固定顶储罐，国内普遍采用倒装法安装。

5万立方米及以上大型浮顶储罐安装主要采用正装法。

6储液损失

石油类或液体化工品损耗不但使资源浪费、降低储液质量、造成经济损失，而且严重污染环境，危害生活质量和生存。

作为储运系统重要组成部分储罐技术发展标志就是有效控制和尽量减少储液损耗。

6.1损耗类型

石油类或液体化工品损耗可分为蒸发损耗和残漏损耗两种类型。

蒸发损耗和残漏损耗是指储液在生产、储存、运输、销售中由于受到工艺技术和设备限制，有一部分较轻液态组分气化而造成在数量上不可回收损失和在作业中未能避免滴洒、渗漏、储罐内壁黏附，车、船底部余液未能卸净等造成数量损失。

6.2储液损耗危害

储液数量减少，造成经济损失；储液品质降低由于储液蒸发都是储液中最轻部分，因此会降低储液质量。

如汽油等；环境污染。

6.3储液损耗原因

蒸发是储液损耗主要原因，引发蒸发外部原因主要有温度、储罐承压能力、储罐气相空间大小、储罐密封程度、储罐大小呼吸等。

温度：

对于同一种储液，大气温度和储液温度高低是决定蒸发速度主要原因，温度越高储液蒸发越剧烈。

同时温度升高，储罐气相空间压强越高，增大压强一旦超过储罐安全控制压力使呼吸阀打开，大量储液蒸汽就会排出罐外，造成损耗。

储罐承压能力：

储罐承压能力较低，储液蒸汽在较短时间内达到呼吸阀开启压力，储液蒸汽排入大气，使储罐内压力降低，这样呼吸阀开启频率增加，蒸发速度加快，蒸发损耗增加，储罐承压能力较高，导致蒸发速度减慢，蒸发损耗减少。

储罐气相空间：

储罐中储液上方气相空间越大，蒸发损耗量越大。

根据计算，在相同温度和密封条件下存储同一种牌号汽油，进油量为储罐容量积25%蒸发损耗比进油量为储罐容量积95%时大8倍。

储罐密封程度：

若储罐上部密封不严即有孔隙，随着储罐内部或外部气压波动，储液蒸气就会从孔隙排除或空气被吸入。

孔隙不止一个，就会因空气流动形成自然通风，会使储罐内储液蒸气浓度降低，又会使储液不断蒸发，形成恶性循环。

储罐大呼吸：

储罐大呼吸是指储罐收、发储液时呼吸。

储罐收液时，由于液面逐渐升高，气相空间逐渐减小，罐内气相压力增大，当压力超过储罐安全控制压力时呼吸阀打开，一定浓度储液蒸气从呼吸阀排出，直到储罐停止收液，所呼出储液蒸气造成储液蒸发损耗。

当储罐向外发液时，液面逐渐降低，罐内气相压力减小，当压力小于呼吸阀真空度时，储罐开始呼吸新鲜空气。

由于液面上方油气没有达到饱和，促使储液蒸发速度加快，使储液蒸气重新达到饱和，罐内气相压力再次上升，可能因压力过大，从呼吸阀排出。

影响大呼吸损耗因素主要有如下几点：

储液密度小，轻质组分越多，损耗越大，沸点越低，损耗越大，蒸气压越大，损耗越大；收、发储液速度，收、发储液速度越快，损耗越大；储罐承压能力对常压敞口或未采用呼吸阀储罐其呼吸损耗量最大，储罐承压能力越大，大呼吸损耗量越小。

储罐收、发周转次数储罐周转次数越多，大呼吸损耗量越大。

储罐小呼吸：

储罐内储液在没有收、发作业静止存储情况下，随着环境气温，压力在一天昼夜周期变化，罐内气相温度、储液蒸发速度、蒸气浓度和蒸气压力也随着变化，这种排出或通过呼吸阀储液蒸气和吸入空气过程所造成储液损耗称为小呼吸损耗，生产上也叫储罐静止储存损耗。

在蒸发损耗中，小呼吸损耗占10%。

影响小呼吸损耗因素主要有以下几点：

昼夜温差变化昼夜温差变化越大，小呼吸损耗越大；储罐所处地区日照系数日照系数越大，小呼吸损耗越大；储罐容量大小储罐容量越大，截面积越大，蒸发面也越大，小呼吸损耗越大；大气压大气压越低，小呼吸损耗越大；储罐储液装满程度储罐装液较满，气相空间容积小，小呼吸损耗变小；储液性质如组分组成、沸点、蒸气压及储运系统管理水平。

6.4降低储液损耗措施

储液蒸气密度由储液组成来决定，一般无法改变，因此设法减少储液浓度和排出蒸气混合物体积则可达到降耗目，减少蒸气损耗措施如下：

（1）建立健全规章制度，减少操作环节，合理使用储罐，储液在运输过程中大呼吸次数应减少到最低限度，因此尽量减少中间环节，加强对储罐管理，尽量减少不必要到换储罐，要减少储罐空容量，保持储罐有较高严满程度。

（2）合理安排储运作业，减少呼吸损耗，加强设备维护保养，严格执行操作规程，小呼吸每天都在进行，可以利用大呼吸吸气和排气来抵消小呼吸进气和排气，储罐发油可安排在温度升高或储罐要排气时来进行，用液（油）来减少罐内罐内温度升高压力，就可以不排气或少排气，以减少损耗量。

储罐定期检查重点是密封情况，如呼吸阀是否失灵，采用人工检尺时，除采用先进设备外，应尽量在储罐内外差最小清晨或傍晚吸气结束后量油，此时，吸气量最小，呼出油气浓度最低。

损耗量最小。

（3）消除储液面上气体空间现在采用外浮顶和内浮顶。

不仅可以消除储罐小呼吸损耗还可以消除储罐大呼吸损耗。

（4）降低储罐温度及变化幅度，减少蒸发损耗。

地面储罐采用强反光防腐涂料，淋水冷却等措施，可减少小呼吸损耗量。

7.罐区现场条件（包括自然条件）

7.1建罐地区温度

建罐地区温度高低与储液蒸发损失、能量损耗、储罐材料和检测仪表选用密切相关，或者说对储液储存成本产生直接影响。

对同一种介质气温越高和持续天数越长，储罐内储液温度也增高.相应其气压越大.燕发损失越多（建罐地区昼夜温差和大气压变化越大所引起储罐“小呼吸”也会使蒸发损失增加。

为降低其蒸发损失，在高温季节往往对储罐采用水喷淋装里以降低其罐体温度。

对一些液体需要在低于室温状态下储存（如液化气、液态氧、氨和氯乙烯等），除保冷措施外，还需要采用冷冻装置供给其冷以维持其较低温度。

在这里储存压力和储存温度是互相依赖，在储罐能承受一定压力情况下，要寻找一个适当储存温度.以尽可能减少冷冻装能量。

在寒冷季节，对储存黏性较大或凝固点较低介质，储罐除保温外还需加热，使其保持便于输送流动状态。

7.2风载荷

建罐地区风荷载，对储罐稳定性和经济性产生影响.在风荷载较大地区，往往把储罐设计成“矮胖”较为经济。

在强风季节要注意储罐位移和倾覆（空罐或储液很少时。

在计算风力时，必须考虑储罐绝热层厚度、梯子、平台、管线、顶盖形状等产生影晌。

在风沙较多较大地区，为了保证储液纯度和洁净必须十分注意储罐形式选择。

7.3雪荷载

建罐地区雪荷载，对储罐罐顶设计和运行都产生影响，特别是雪荷载较大地区，对直径较大大型储罐罐顶荷载增大了，对储液洁净度或纯度有要求介质更要注意储罐类型选择。

对储罐附加设施，如泵、呼吸阀、阻火器、检测仪表、绝热层等，要采取防冻、保温、防水措施或采用全天候结构产品。

7.4地震荷载

地震时，储罐是受地震损害最严重设备之一，因此在地震烈度为7度或7度以上地区建罐时（烈度为9度区是不适宜建罐地区）应采取抗震措施。

7.5地基地耐力和地价

建罐地区地耐力对一定容积储罐高径比选择和储罐基础费用起决定性作用。

地耐力较高地区，不但可大大降低处理地基费用.而且储罐高径比可取得大些.这样储堆本身占地面积少，且储罐间间距也相应缩小，对地价较高地区其面积更能得到充分利用。

因此，地耐较大且地价又适中地区，可大大节约罐区投资公用。

7.6外部环境腐蚀（包括大气和土坡腐蚀）

储罐外表面腐蚀往往比内表面腐蚀更不好处理。

特别在化工区大气中经常有酸雾、碱或盐尘，这些杂质与露水或蒸汽和大气中氧形成一个活泼腐蚀介质。

几乎每一种腐蚀（一般腐蚀、点腐蚀、局部漫出腐蚀、电化学腐蚀、缝隙晶间腐蚀和应力腐蚀），都可能在储罐中发生。

8.储罐发展趋势

纵观储罐发展历程可以看出来，储罐大型化是必然趋势[11]，储罐具备下列突出优点：

（1）储罐越大，越节省钢材、节省投资，布局紧凑，占地面积小；

（2）在总体容积相同情况下，几台大设备比一群小设备节省占地面积多；（3）便于操作管理，在检测、维修和管理等方面，大设备比小设备方便。

这些优点都是储罐大型化动力，储罐大型化将成为储罐发展趋势。

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