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1、摘 要 用于储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐，钢制储罐工程是石油、化工、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业必不可少的、重要的基础设施，我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制储罐，钢制储罐在国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的。 钢制储罐是储存各种液体（或气体）原料及成品的专用设备，对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产，特别是国家战略物资储备均离不开各种容量和类型的储罐。我国的储油设施多以地上储罐为主，且以金属结构居多。储罐是指油品和各种化学品的储存设备，它是石油化工装置和储运系统设施的重要组成部分。按容积来说，一般立式圆筒形储罐的容积大于10000 m3以上，习惯称为大型储
2、罐。本毕业设计的题目来源于油罐地基基础设计设计工程，以储油罐地基基础设计及稳定性分析为研究背景，通过采用规范和理论对储油罐基础形式和稳定性进行分析，并确定设计参数，为选择合理施工方法提供理论指导。第一章 绪论1.1背景及意义 1.1.1储罐发展概况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。法国是最早采用油罐内部覆盖层的。1955年美国也开始建造此类储罐。1962年美国德上古公司开始使用带盖浮顶罐，并在纽约瓦克建有当时世界上最大直径为187ft(61.6m)的带盖浮顶罐。至1972年美国己建造了600多个内浮顶油罐。1978年国内3000 m3铝浮盘储罐投入使用。通过测试蒸发损耗
3、标定，收到显著效果。近20年来国内也相继出现各种形式和结构的内浮盘或覆盖物。为了更好地设计和发展内浮顶储罐，1978年美国API650对内浮盘的分类、选材、设计、安装、检验及标准荷载、浮力要求等均做了一系列的修订和改进。而且世界上技术先进的国家，都备有较齐全的储罐计算机专用程序，对储罐作静态和动态分析，同时对储罐的重要理论问题，如大型储罐大角焊缝(最下层罐壁板与罐底边缘板的焊缝)部位的强度分析、疲劳分析，大型储罐基础的静态和动态特性分析、抗震分析等，以试验分析为基础深入研究。通过试验取得大量数据，验证了理论的准确性，从而使研究具有很大使用价值。比较通用的储罐分析软件有：MARK、ABAQUS、
4、ANSYSD、ANSYS等。1.1.2 储罐大型化发展趋势近年来，随着我国石油工业的快速发展，我国大型油罐建设发展迅速，已建成大型油罐数十座，并且多采用钢筋混凝土环墙基础。针对独特的工程特性和复杂的地基基础设计，已引起了工程技术界的高度重视，并且开展了大量的研究工作。在实验研究的基础上，产生了许多大型油罐地基基础设计方法，并且在实践中不断创新。大型储罐在石油，化工是量大而广的设备，目前这类储罐应用范围非常广泛，如冶金，发电，煤气，轻工业，军工等工业中，储罐的应用也都很普遍，近年来，储罐不断向大型化快速发展，这是因为储罐单罐容积越大，单位容积的钢材耗用指标越低，而且具有节约钢材、节省投资、减少占
5、地、便于操作、节省配件和罐区管网等诸多优点。1978年，我国3000m3铝制浮盘投入使用；1985年，我国从日本引进第一台10万m3浮顶油罐(直径80m，罐高21m)，至今该类型储罐已建成几十台，其中北京燕山石化公司的4台采用国产高强度钢制造，其余各台采用日本SPV490Q高强度钢板制造。从2003年起，国家己经开始建设162个10万或15万m3大型原油储罐，其中江苏仪征输油站建设的百万立方米储罐已经投入使用。随着我国能源结构的逐步改变，我国原油的产量与需求矛盾进一步突出，解决这个矛盾应从鼓励参与开发国外石油资源、拓宽进口原油的渠道和尽快建设我国原油战略储备库三个方面入手。近年来，我国国民经济
6、持续高速发展，对油的需求也随之快速增长，而国内原油产量基本停滞不前。在世界范围内，对于比较依赖原油进口的国家，一旦供应不足甚至中断，将会给这些国家的经济、政治、军事带来极大的影响。对于原油进口依赖程度较大的国家，必须建立原油储备库。原油储备库的作用主要有两个方面，一是当供油地区发生政治动荡等事件导致无法正常供油，或运输通道出现事端无法通航时，国家储备库可作为应急之需以保持本国的政和经济形势稳定。因此，国家建设石油储备是刻不容缓的事情，但是随着储备量的增加和油罐体积的增大，一旦出现事故，特别是整个油库发生火灾，造成的危害也将十分可怕，因此需要对油罐的安全性进行研究。保障油罐的安全是目前最重要的问
7、题。但是目前的设计标准并不能绝对保证油罐的安全。现实的情况是大量油罐在风特别是地震的作用下发生破坏。一旦破坏，主要损失并不是储液容器与液体自身价值的损失，而是由于罐体遭到破坏后，由于储液的流失造成能源的供给中断，严重影响人们日常生活、工业发展及社会环境，造成巨大的经济损失，大型原油储罐因为容量很大，因此即便是较小的事故也会有上百万美元的损失，更为严重的是泄露的液体将对周边环境及人身健康产生较难恢复的次生灾害。原油储罐工程地基基础设计是确保大型储罐安全运营最根本的保证。根据石化行业标准规定，必须在工程选址过程中进行工程地质勘察，针对一般地基、软土地基、山区地基和特殊土地基，分别探明情况，提出相应
8、的地基处理方法，同时还应作场地和地基的地震效应评价，避免建在软硬不一的地基上或活动性地质断裂带的影响范围内。常见的罐基础形式有环墙（梁）式、外环墙（梁）式和护坡式。应根据地质条件进行选型。罐基础必须具有足够的整体稳定性、均匀性和足够的平面抗弯刚度，罐壁正下方基础构造的刚度应予加强，支持底板的基床应富于柔性以吸收焊接变形，宜设防水隔油层和漏油信号管，地下水位与基础顶面之间的距离不得小于毛细水所能达到的高度1.1.3 研究背景随着我国能源结构的逐步改变，我国原油的产量与需求矛盾进一步突出，解决这个矛盾应从鼓励参与开发国外石油资源、拓宽进口原油的渠道和尽快建设我国原油战略储备库三个方面入手。近年来，
9、我国国民经济持续高速发展，对石油的需求也随之快速增长，而国内原油产量基本停滞不前。在世界范围内，对于比较依赖原油进口的国家，一旦供应不足甚至中断，将会给这些国家的经济、政治、军事带来极大的影响。1973年秋爆发的中东战争，产生了第一次能源危机。这次能源危机使西方以及日本等原油进口国的经济发生了衰退，人民生活动荡不安。对于原油进口依赖程度较大的国家，必须建立原油储备库。原油储备库的作用主要有两个方面，一是当供油地区发生政治动荡等事件导致无法正常供油，或运输通道出现事端无法通航时，国家储备库可作为应急之需以保持本国的政治和经济形势稳定。目前，有些国家的原油储备量已达到160天所需的原油进口量，在这
10、一时间段内，紧张的形势可能会得到缓解，或寻找其它途径解决所需原油；二是世界油价上下波动极大，有储备库时，可低价买进，油价上涨时可暂时不买，甚至卖出。2005年，我国原油产量1.8665亿吨，原油进口1.968亿吨，对外依存率达到51.3%，这一比率以后还会慢慢增加：如此高的依存率，一旦发生战争，国家的石油安全将受到很大的威胁。因此，国家建设石油储备是刻不容缓的事情。但是随着储备量的增加和油罐体积的增大，一旦出现事故，特别是整个油库发生火灾，造成的危害也将十分可怕，因此需要对油罐的安全性进行研究。2004年，潘家华回顾了我国近年来能源结构的调整情况，预测了我国原油管道、天然气管道和成品油管道的建
11、设与发展前景，阐述了我国尽快建立石油战略储备的必要性和重要性。对于大型储罐的设计，我国还处于起步阶段，正在不断摸索，有许多方面需要研究。保障油罐的安全是目前最重要的问题。但是目前的设计标准并不能绝对保证油罐的安全。现实的情况是大量油罐在风特别是咫风和地震的作用下发生破坏。一旦破坏，主要损失并不是储液容器与液体自身价值的损失，而是由于罐体遭到破坏后，由于储液的流失造成能源的供给中断，严重影响人们日常生活、工业发展及社会环境，造成巨大的经济损失，大型原油储罐因为容量很大，因此即便是较小的事故也会有上百万美元的损失，更为严重的是泄露的液体将对周边环境及人身健康产生较难恢复的次生灾害。因此提高大型储罐
12、的安全性具有重要的实际意义。1.2大型原油储罐设计中主要安全问题及对策1.2.1大型原油储罐工程危险性分析1原油危险性分析原油为甲 B 类易燃液体，具有易燃性 ;爆炸极限范围较窄，但数值较低，具有一定的爆炸危险性，同时原油的易沸溢性，应在救火工作时引起特别重视。2火灾爆炸事故原因分析原油的特性决定了火灾爆炸危险性是大型原油储罐最主要也是最重要的危险因素。发生着火事故的三个必要条件为 :着火源、可燃物和空气。着火源的问题主要是通过加强管理来解决，可燃物泄漏问题则必须在储罐设计过程中加以预防和控制。泄漏的原油暴露在空气中，即构成可燃物。原油泄漏，在储运中发生较为频繁，主要有冒罐跑油，脱水跑油，设备
13、、管线、阀件损坏跑油，以及密封不良造成油气挥发，另外还存在着罐底开焊破裂、浮盘沉底等特大型泄漏事故的可能性。腐蚀是发生泄漏的重要因素之一。国内外曾发生多起因油罐底部腐蚀造成的漏油事故。对原油储罐内腐蚀情况初步调查的结果表明 1 ，罐底腐蚀情况严重，大多为溃疡状的坑点腐蚀 , 主要发生在焊接热影响区、凹陷及变形处，罐顶腐蚀次之，为伴有孔蚀的不均匀全面腐蚀，罐壁腐蚀较轻，为均匀点蚀，主要发生在油水界面，油与空气界面处。相对而言，储罐底部的外腐蚀更为严重，主要发生在边缘板与环梁基础接触的一面。浮盘沉底事故是浮顶油罐生产作业时非常忌讳的严重恶性设备事故之一。该类事故的发生，一方面反映了设计、施工、管理
14、等方面的严重缺陷，另一方面又将造成大量原油泄漏，严重影响生产、污染环境并构成火灾隐患。 1.2.2大型原油储罐设计中的主要安全问题及其对策1储罐地基和基础储罐工程地基勘察和罐基础设计是确保大型储罐安全运营最根本的保证。根据石化行业标准 2 规定，必须在工程选址过程中进行工程地质勘察，针对一般地基、软土地基、山区地基和特殊土地基，分别探明情况，提出相应的地基处理方法，同时还应作场地和地基的地震效应评价，避免建在软硬不一的地基上或活动性地质断裂带的影响范围内。常见的罐基础形式有环墙（梁）式、外环墙（梁）式和护坡式。应根据地质条件进行选型。罐基础必须具有足够的整体稳定性、均匀性和足够的平面抗弯刚度，
15、罐壁正下方基础构造的刚度应予加强，支持底板的基床应富于柔性以吸收焊接变形，宜设防水隔油层和漏油信号管，地下水位与基础顶面之间的距离不得小于毛细水所能达到的高度（一般为 2m ） 3 。2浮顶储罐密封装置浮顶储罐密封圈的火灾发生频率较高，原因主要是密封不严，引起油气浓度偏高。更进一步的原因主要有： a.大型储罐在施工中椭圆度、垂直度及局部凸凹度的偏差不可避免； b.在储罐的操作过程中介质、气候、温度以及储罐基础沉降等因素，会引起储罐和浮顶的几何形状和尺寸的变化； c.现有密封橡胶受阳光照射、风蚀、刮蜡机构可能带来的高温引起的变形； d.风力、介质进出储罐等因素使浮盘在罐内产生“漂移”。因此，密封
16、装置的可靠性和严密性如何，对减少储液蒸发，确保安全操作有重要作用。为了进一步改进目前普遍采用的封闭装置存在的不足，国内最新研制了“滚轮骨架密封” 4 ，它采用若干个圆弧线段密封骨架，通过转轴连接，使密封骨架象链条一样在弹簧力的作用下随着储罐改变形状。骨架端部装有滚轮，当浮顶上下移动时，滚轮就在罐壁上行走，并保持密封骨架与罐壁距离不变。该装置具有防雨、刮蜡、双重密封等多种功能。3信号报警、联锁系统大型原油储罐收付油速度很快，为避免储罐冒顶事故和浮盘搁底事故的发生，储罐应设置高、低液位报警装置，其报警高度应满足从报警开始 (10 15)min 内不超过液位极限，还应设液位极限联锁装置切断收（付）油阀门。在原油
