汽油組分罐罐體提升分析計(jì)算及建議

李家財(cái) 蔡聯(lián)猛

摘 要：低壓儲(chǔ)罐由于儲(chǔ)罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致儲(chǔ)罐底板外緣與罐基礎(chǔ)分離。通過(guò)對(duì)儲(chǔ)罐原設(shè)計(jì)文件調(diào)研、分析總結(jié)出事故原因，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的內(nèi)部和外部條件，重新對(duì)儲(chǔ)罐的內(nèi)壓、風(fēng)壓、傾覆力矩等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)試算的方式得出儲(chǔ)罐底板與基礎(chǔ)分離的臨界值，并給出解決方案和措施。

關(guān) 鍵 詞：低壓儲(chǔ)罐；彎矩；內(nèi)壓；開(kāi)啟壓力

中圖分類號(hào)：TE 972 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）07-1658-03

Cause Analysis and Solutions of Tank Body Rising of the Gasoline Tank

LI Jia-cai1，CAI Lian-meng2

（1. Dalian Design Branch of China Petroleum Engineering Construction Company， Liaoning Dalian 116085，China；

2. Shanghai Zhongyi Petrochemical Engineering Co.， Ltd. Guangxi Branch， Guangxi Beihai 536000，China）

Abstract： Due to improper design of the storage tank foundation， outer bottom plate of the low pressure storage tank separated with the tank foundation. In this article， through research and analysis of the original design documents of the storage tank， causes of the accident were summed up. According to the actual operation conditions， parameters of the storage tank were calculated， such as internal pressure， air pressure and overturning moment. The critical value of the bottom plate of the low pressure storage tank with the tank foundation was determined， and solutions and measures were put forward.

Key words： Low pressure storage； Bending moment； Internal pressure； Opening pressure

1 項(xiàng)目現(xiàn)狀

由于在進(jìn)行低壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)時(shí)未只考慮了內(nèi)壓對(duì)罐壁及頂板的提升情況，而沒(méi)有考慮低壓儲(chǔ)罐內(nèi)壓對(duì)罐體及基礎(chǔ)提升的情況，導(dǎo)致了儲(chǔ)罐底板外緣與基礎(chǔ)分離。汽油組分罐區(qū)低壓固定頂罐由于油罐基礎(chǔ)圈梁配重不夠，罐底板錨固措施不當(dāng)，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力過(guò)高時(shí)，會(huì)使罐底板周邊被罐壁向上拉起，致使罐底與罐基礎(chǔ)分離。儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

2 儲(chǔ)罐提升原因分析

對(duì)該儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)資料調(diào)研的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)執(zhí)行規(guī)范《石油化工鋼儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T 3068-2007）[1]，該規(guī)范不適用于低壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)，所以造成了基礎(chǔ)配重不夠，基礎(chǔ)有被提升罐頂?shù)臍鈮号c風(fēng)載荷或地震載荷（取兩者中大值）引起的傾覆力的組合引起的舉升力，不應(yīng)超過(guò)罐壁的質(zhì)量與無(wú)舉升力作用時(shí)罐頂質(zhì)量之和。如果超出，應(yīng)由平衡結(jié)構(gòu)予以平衡。平衡結(jié)構(gòu)（可以是基礎(chǔ)或者其他支撐系統(tǒng)）應(yīng)能承受1.25倍的設(shè)計(jì)內(nèi)壓加上作用在罐殼和罐頂垂直平面上的風(fēng)荷載引起的舉升力（API Std620—2008第5.11.2.2條）。如果規(guī)定采用地震荷載，則應(yīng)為設(shè)計(jì)內(nèi)壓加地震荷載引起的舉升力。風(fēng)荷載和地震荷載不必同時(shí)考慮。的風(fēng)險(xiǎn)。

低壓儲(chǔ)罐被抬升的原因有以下幾個(gè)方面：

（1）內(nèi)壓產(chǎn)生的舉升力大于罐頂、罐壁及其所支撐的構(gòu)件的總重時(shí)。

（2）風(fēng)彎矩、地震彎矩產(chǎn)生的傾覆升舉力。

《大型焊接低壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與建造》API Std620—2008[2]中規(guī)定，對(duì)于低壓儲(chǔ)罐，罐頂?shù)?/p>

氣壓與風(fēng)載荷或地震載荷（取兩者中大值）引起的傾覆力的組合引起的舉升力，不應(yīng)超過(guò)罐壁的質(zhì)量與

無(wú)舉升力作用時(shí)罐頂質(zhì)量之和。如果超出，應(yīng)由平衡結(jié)構(gòu)予以平衡。平衡結(jié)構(gòu)（可以是基礎(chǔ)或者其他支撐系統(tǒng)）應(yīng)能承受1.25倍的設(shè)計(jì)內(nèi)壓加上作用在罐殼和罐頂垂直平面上的風(fēng)荷載引起的舉升力（API Std620—2008第5.11.2.2條）。如果規(guī)定采用地震荷載，則應(yīng)為設(shè)計(jì)內(nèi)壓加地震荷載引起的舉升力。風(fēng)荷載和地震荷載不必同時(shí)考慮。

表1 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

Table 1 Design parameters for storage tanks

名 稱 數(shù) 值

最高工作壓力P0/MPa 0.06/0.076

設(shè)計(jì)壓力PG/MPa 0.095

工作溫度/℃ 55/40（最高/正常）

設(shè)計(jì)溫度/℃ 55

工作介質(zhì) 催化輕汽油

物料比重γ/（kg·m-3） 630

設(shè)計(jì)風(fēng)壓q0/MPa 0.000 75

地震設(shè)防烈度 6

場(chǎng)地類別 Ⅲ類

嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力/MPa 0.053（真空度）

主要材料 Q245R

儲(chǔ)罐公稱容積V/m3 3 000

儲(chǔ)罐內(nèi)徑D1/mm 15 200

儲(chǔ)罐總高H總/mm 19 255

儲(chǔ)罐壁高H/mm 16 500

最高液位高度h/mm 14 800

低報(bào)警液位高度h/mm 450

拱頂球面半徑SR/mm 12 160

罐體總質(zhì)量Q總/kg 約138 440

罐頂板質(zhì)量Q頂/kg 30 227

3 計(jì)算分析過(guò)程

3.1 機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)核算

根據(jù)原有圖紙：3 000 m3低壓儲(chǔ)罐罐基礎(chǔ)重約220 000 kg，罐體總質(zhì)量Q總約為138 440 kg，其中罐頂蓋質(zhì)量Q頂約為30 227 kg。

3.2 罐壁底部不被抬起的最大內(nèi)壓計(jì)算

根據(jù)《立式圓筒鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50341-2003）[3]：

其中：Pmax—罐壁底部不被抬起的最大內(nèi)壓，kPa）

mt— 罐壁和由罐壁及罐頂所支撐構(gòu)件（不包括罐頂板）的總質(zhì)量（kg），本項(xiàng)目取值mt=108 213 kg；

th—罐頂板有效厚度，m；本項(xiàng)目取值th=0.008 m。

計(jì)算的Pmax=5.74 kPa。

儲(chǔ)罐最大允許內(nèi)壓遠(yuǎn)小于最高工作壓力（60 kPa），所以在無(wú)錨栓結(jié)構(gòu)時(shí)，在工作壓力下有抬升和滑移的可能。

3.3 風(fēng)彎矩和地震彎矩的組合彎矩計(jì)算

風(fēng)彎矩和地震彎矩的組合彎矩計(jì)算公式：

M=Mmax（Mw，ME+0.25Mw）[4]

其中風(fēng)壓產(chǎn)生的彎矩Mw=q0AH0

式中：q0 —基本風(fēng)壓，Pa；

A—儲(chǔ)罐迎風(fēng)面面積，m2；

H0—儲(chǔ)罐（空罐）重心高度，m。

地震彎矩按照《立式圓筒鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50341-2003）[3]附錄D的條文說(shuō)明：對(duì)于油罐抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)，不必進(jìn)行地震作用計(jì)算。所以本次只計(jì)算風(fēng)彎矩即可。

3.3.1 風(fēng)彎矩計(jì)算

根據(jù)規(guī)范《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50341-2003[3]的計(jì)算見(jiàn)表2。

3.3.2 空罐時(shí)傾覆力矩的校核

儲(chǔ)罐盛裝物料后風(fēng)載荷不可能引起儲(chǔ)罐的傾覆和滑移，只需要校驗(yàn)空罐時(shí)風(fēng)載荷引起傾覆和滑移的可能性，即風(fēng)載荷使儲(chǔ)罐產(chǎn)生的傾覆力矩是否小于由儲(chǔ)罐重力和基礎(chǔ)重力產(chǎn)生的抵抗力矩。

空罐時(shí)的抵抗力矩MR：

式中： WR —儲(chǔ)罐自重（N）；

WL —物料重力（N），取WL =0；

WJ —基礎(chǔ)重力（N），取WJ =2 158 200 kg。

計(jì)算得：MR=26 723 853 N·m。

MR> Mf，故儲(chǔ)罐空罐在風(fēng)載荷的作用下不可能傾覆。

另外，在風(fēng)載荷的作用下儲(chǔ)罐底板產(chǎn)生的滑移剪力的計(jì)算及底板和基礎(chǔ)表面之間的摩擦力的計(jì)算見(jiàn)表3。

表2 風(fēng)彎矩計(jì)算

Table 2 The wind moment calculation

ωk = βzμsμzω0 1.297 5 kPa GB50341中公式6.4.7

ω0—基本風(fēng)壓值（<300時(shí)取300 Pa） 0.750 kPa

βz—高度Z處的風(fēng)振系數(shù)，油罐取 1.00

μs—風(fēng)荷載體型系數(shù)，取駐點(diǎn)值 1.00

μz—風(fēng)壓高度變化系數(shù) 1.73 按6.4.9的規(guī)定選用。

罐壁迎風(fēng)面投影面積A1： 250.8 m2 D1×H

球缺受風(fēng)力面積A2： 27.69 m2 RS2×2×asin（D/2/ RS）-D×sqrt（RS2- D2/4）/2

作用于圓柱體投影面上的風(fēng)壓P1： 1 297.50 Pa

作用于罐壁上的風(fēng)載荷：

F1 = 325 413 N P1×A1

作用于拱頂投影面上的風(fēng)壓P2： 1 297.50 Pa

作用于頂部上的風(fēng)載荷：

F2 = 35 923.25 N P2×A2

拱頂高度： 2.67 m

風(fēng)彎矩：

Mf= F1×H/2+F2×（H+h/2） 3325305.36 N·m

表3 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)滑移剪切力和摩擦力計(jì)算

Table 3 Calculation of the shear force and friction force of the storage tank foundation

風(fēng)載荷引起的滑移剪力FD：

FD= μ1×（F1 +F2） 242 095 N

μ1—儲(chǔ)罐的滑移系數(shù)， 0.67

底板和基礎(chǔ)表面之間的摩擦力FR：

FR=μ2×（WR+WL） 543 239 N

μ2—儲(chǔ)罐的滑移系數(shù)， 0.4

FR>FD，儲(chǔ)罐底板產(chǎn)生的滑移剪力小于底板和基礎(chǔ)表面之間的摩擦力，因此儲(chǔ)罐空罐在風(fēng)載荷的作用下不可能滑移。

3.3.3 儲(chǔ)罐在內(nèi)作用下的提升力

儲(chǔ)罐在內(nèi)壓作用下的提升力計(jì)算見(jiàn)下式：

計(jì)算的F內(nèi)1=1.72×107 N， F內(nèi)2=1.09×107 N。

3.3.4 內(nèi)壓作用下傾覆力矩的校核

在儲(chǔ)罐內(nèi)壓作用下，只需要校驗(yàn)罐低液位時(shí)內(nèi)壓提升力和風(fēng)載荷的組合彎矩引起傾覆的可能性，即內(nèi)壓提升力和風(fēng)載荷的組合彎矩使儲(chǔ)罐產(chǎn)生的傾覆力矩是否小于由儲(chǔ)罐重力、物料重力和基礎(chǔ)重力產(chǎn)生的抵抗力矩。

（1）內(nèi)壓提升力和風(fēng)載荷的組合彎矩MT：

（2）罐低液位時(shí)的抵抗力矩MR：

計(jì)算得：MT=10.67×107 N·m， MR=3.24 ×107 N·m。

MT>MR，故儲(chǔ)罐低液位時(shí)，在最大工作壓力及風(fēng)載荷的作用下可能被拔起傾覆。

4 解決方案

（1）降低呼吸閥起跳壓力，以降低儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力。

（2）提高儲(chǔ)罐低液位報(bào)警值，以增加儲(chǔ)罐物料自重。

為確保儲(chǔ)罐在基礎(chǔ)未整改前的安全運(yùn)行，通過(guò)試算法，將儲(chǔ)罐呼吸閥啟跳壓力調(diào)整至0.020 MPa，緊急泄壓人孔泄放定壓調(diào)整至0.021 MPa.排放火炬管網(wǎng)調(diào)節(jié)閥啟跳壓力設(shè)定為0.018 MPa。才能保證儲(chǔ)罐低液位時(shí)不被拔起。

同時(shí)為了提高儲(chǔ)罐安全系數(shù)及提升調(diào)節(jié)閥可調(diào)整的壓力空間，建議在不影響油品調(diào)合的情況下將低液位報(bào)警值提高至1.45 m。

5 結(jié)束語(yǔ)

本次計(jì)算分析主要調(diào)整呼吸閥啟跳壓力和儲(chǔ)罐最低液位，以保證儲(chǔ)罐連帶基礎(chǔ)不被拔起的安全性。但是由于催化組分汽油的飽和蒸汽壓（10 ℃的催化汽油飽和蒸氣壓0.028 MPa）高于火炬管網(wǎng)調(diào)節(jié)閥的壓力，因此該調(diào)節(jié)閥將一直處于打開(kāi)狀態(tài)，儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體將不斷排放至火炬系統(tǒng)。對(duì)資源造成嚴(yán)重浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。因此該解決方案僅是臨時(shí)方案，根據(jù)《大型焊接低壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與建造》API STD 620-2008[2]及《鋼制儲(chǔ)罐地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50473-2008[5]，建議業(yè)主方在合適的時(shí)候最好對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行配重平衡加固才是解決問(wèn)題的根本。

參考文獻(xiàn)：

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[4]徐英，楊一凡，朱萍，等.球罐和大型儲(chǔ)罐[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005

[5]GB 50473-2008鋼制儲(chǔ)罐地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

墨西哥塑料產(chǎn)品貿(mào)易逆差居全球第一

西哥《經(jīng)濟(jì)學(xué)家報(bào)》7月23日?qǐng)?bào)道，墨西哥塑料產(chǎn)品貿(mào)易逆差居全球第一，2014年逆差總額達(dá)136.88億美元，其中出口86.28億美元，進(jìn)口223.16億美元。墨主要進(jìn)口塑料產(chǎn)品是用于塑料制造業(yè)，如乙烯聚合物、塑料盒、塑料板、聚碳酸酯等產(chǎn)品。據(jù)墨經(jīng)濟(jì)部數(shù)據(jù)，墨塑料產(chǎn)品進(jìn)口主要來(lái)源國(guó)分別為美國(guó)（占進(jìn)口的70.1%），中國(guó)（7.4%），韓國(guó)（4.3%），德國(guó)（3.3%），加拿大（2.6%）。