大型焊接低压储罐设计与建造

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1、1大型焊接低压储罐的设计与建造潘家祯华东理工大学机械与动力工程学院21、概述 大型油罐指的是容量为100m3以上、由罐壁、罐顶、 罐底及油罐附件组成的储存原油或其他石油产品的 容器。 英文名称: Large tank1.1 基本概念3 大型油罐定义一般容量为100m3以上。拱顶油罐的 基本尺寸指的是油罐直径和高度。一般油罐名义容 量确定后，即可选择油罐的基本直径和高度的组合， 其中，总有一种组合尺寸，可使油罐建议投资费用 最低或使油罐使用钢材最省。过去我国的油罐一般 按钢材耗量最少确定，大多为矮胖型，现已逐步过 渡到投资最省（即考虑占地的费用）选型，故现多 为瘦高型油罐。1.1 基本概念1、概

2、述4 油罐名义容量可按下式近似计算：式中：V 油罐名义容量，m3； D 油罐基本直径，m3； h 油罐罐壁高度，m3；42hDV=1、概述1.1 基本概念5 名义容量：它是油罐的理论容量，在设计油罐时，是以 名义容量来选择油罐的高度和直径的。我们平时称某 3000m3油罐或5000m3油罐，该容量即名义容量。 储存容量：即油罐的实际容量。一般油罐都有一个安全 容量，油罐上部留有一定的空间，其高度为A，一般是 根据油罐结构及罐壁上部的附件（如泡沫发生器，罐壁 通气孔等）决定的。 作业容量：油罐使用时，进出油管下部的一些油品不能 发出，这些油品通常称“死量”，其高度为B。该容量 通常是油库管理员、

3、司泵员等所必须掌握的，以便合理 调度和安全收发。1、概述1.1 基本概念6 基本结构： 由罐壁、罐顶、罐底及油罐附件组成。油罐的罐壁圈板 纵向焊缝一般为对接式，环向焊缝，中，小容量油罐一 般采用套筒式，大容量油罐一般为混合式。罐壁钢板必 须满足强度要求，还要满足稳定性的要求。一般分为立 式拱顶油罐，立式锥顶油罐，球形油罐。结构形式分为 对接、搭接两种。 拱顶油罐的底板的一般有两面三刀种结构形式，罐底板 的中间部分称中幅板，边缘的部分称边缘板。当油罐直 径D12.5m时，一般采用矩形中幅板和边缘组成的排 版形式，当D12.5时,采用周边为弓形边缘板组成的排 版形式。1、概述1.1 基本概念7 焊

4、接要求： （1）罐底与罐壁之间的连接。由于该部位的焊接质量 十分重要，一般采用“T”形焊缝。 （2）罐顶与罐壁之间连接。为防止油罐一旦发生事故 扩大受灾面积，一般在此处做成“弱顶结构”，即外侧 连续焊，焊脚高度为罐顶厚的3/4，内侧不予焊接。这 样一旦油罐发生事故可以将罐顶先揭掉。1、概述1.1 基本概念8 通用附件： 油罐的通用附件包括人孔、透光孔、量油孔、进出油短 管、放水管与放水阀、排污槽或齐平型清扫孔、胀油管 或泄压短管、梯子和拦杆等。 标准系列： 目前我国常见的拱顶油罐标准系列有：100m3、200m3、 300m3、500m3、700m3、1000m3、2000m3、3000m3、

5、 5000m3、10,000m3、20,000m3、30,000m3、50,000m3 、100,000m3、120,000m3。1、概述1.1 基本概念91、概述1.2 我国大型油罐发展情况20世纪70年代，第一次石油危机后，发达国家开始普遍 关注石油储备。迄今为止，世界上拥有战略石油储备的 国家是美国、英国、日本、德国等经济发达国家。目前 战略石油储备量排名靠前的国家为：日本：160多天美国：150多天德国：120多天中国是全世界石油进口大国中唯一没有战略石油储备的 国家。 目前中国石油需求量已达到2.9亿吨左右，但石油产量则 难以大幅度提高。特别是在国际原油大幅涨价的情况下， 2008年

6、进口1.79亿吨，2009年进口2.038亿吨。101、概述1.2 我国大型油罐发展情况 为了保证我国能源安全，国家从2003年上半年开始建 立国家石油战略储备，计划到2015年实现石油储备90 天的远期目标。实现该目标的前提条件是建设用于储 油的10万m315万m3(或容积更大)的大型原油储罐。 若建设10万m3原油储罐，需要建设1000台，需用钢 板约195万t，其中高强度钢板约78万t。 首批被选定的国家战略石油储备基地有四个：镇海、 岱山、黄岛、大连。第一期储量1000万t1200万t， 总计164台10万m3原油储罐，在2008年年底前完工。111、概述1.2 我国大型油罐发展情况

7、中国第二批战略石油储备基地的储备能力将达到2800 万t，第三期也为2800万t。以10万m3原油储罐建设为 例，二期石油储备罐用高强度钢板的需求量在30万t左 右，三期的高强度钢板的用钢量也为30万t左右。 目前，我国的石油储备建设将会有很大的发展空间， 我国将进入石油储备罐建设的高峰期。121、概述1.2 我国大型油罐发展情况随着我国石油化工工业的发展以及国家原油战略储备 库项目的实施，油罐的大型化将成为发展的必然趋势。目前世界上已建成大量的大型油罐：1962年美国首先建成10万立方米大型储罐1967年在委内瑞拉就建成了15万立方米的浮顶油罐1971年日本建成了16万立方米的浮顶油罐沙特阿

8、拉伯已成功建造了20万立方米的浮顶油罐131、概述1.2 我国大型油罐发展情况 国内大型油罐发展从70年代开始，1975年，国内 首台5万立方米浮顶油罐在上海陈山码头建成。继 后，在石化企业、港口、油田、管道系统建造了数 十台5万立方米浮顶油罐。 80年代中后期，国内开始建造10万立方米大型浮 顶油罐，迄今为止，已经先后在秦皇岛、大庆、仪 征、铁岭、黄岛、舟山、大连、山东、兰州、上海、 镇海、燕山、湛江等地建造了80余座10万立方米 浮顶油罐。1、概述1.2 我国大型油罐发展情况141、概述1.2 我国大型油罐发展情况15161、概述1.2 我国大型油罐发展情况 目前，国内建成的 大型浮顶油罐

9、最大 容量为10万立方米。 我国自己设计建造 的单台储油量为 12.5万立方米的浮 顶油罐，已于2003 年在茂名石化公司 北山岭油库建成。 石化集团公司已在 进行15万立方米油 罐的建设。171、概述1.2 我国大型油罐发展情况国内10万立方米浮顶油罐建造技术发展可分为三个 阶段。 第一阶段为整体技术引进，包括材料、设计技术及施 工技术，如20世纪80年代中期在大庆、秦皇岛建设的 10万立方米油罐； 第二阶段实现了设计技术及施工技术国产化，仅高强 度材料进口，如20世纪90年代在上海、镇海、兰州、 黄岛等地建设的10万立方米油罐； 第三阶段全面实现了国产化，从高强度材料、设计技 术及施工技术

10、，如在北京燕山石化公司建设的4台10 万立方米油罐。目前，国内已经掌握大型油罐的设计、 建造技术。1、概述1.2 我国大型油罐发展情况 通过大量大型油罐的设计、建造和使用发现，采用大容量油罐储油 具有节省钢材、减少占地面积、方便操作管理、减少油罐附件及管 线长度和节省投资等优点。经过测算和比较，在总库容相同的情况下，由大型油罐组成的罐组比小型油罐组成的罐组节省投资。18191、概述1.2 我国大型油罐发展情况以一个240万立方米的原油储库为例：节约投资近1亿元 占总投资的7%16座15万立方米的油罐 24座10万立方米的油罐16座15万立方米的油罐 48座5万立方米的油罐节约投资近2亿元 占总

11、投资的15% 经济效益非常明显，特别是位于土地资源日趋紧张的 地区，在节约基本建设投资、提高投资回报率方面， 有非常明显的优势。而从目前国内外的经济发展及国 家需要建设大量的大型储备库情况来看，我国油罐生 产的大型化，将成为发展的趋势。1、概述1.2 我国大型油罐发展情况 油罐大型化是国家石油储备基地建设的必然要求自1993年开始，我国已成为纯石油进口国。2000年进 口原油、成品油总量更是达7000万吨，占当年消费量的 30%。据有关部门预测2010年和2020年我国石油供需缺 口为1.2亿吨和2.1亿吨左右。因此扩大我国石油储运能力， 增加石油储备，一方面可确保国内油料供给，另一方面也 可

12、增大我国抗衡世界石油市场动荡的能力。20211、概述1.2 我国大型油罐发展情况 油罐大型化是国家石油储备基地建设的必然要求美国、日本等发达国家建立了完备的石油储备制 度，它们的经验对我们有很大的借鉴意义。它们的石 油储备均以原油为主。日本从1994年至今，其储备量 保持在150天的石油消费量。美国是世界上最大的石油 储备国，1992年其石油储备量达到20170万吨，达到 了93天的石油消费量。目前我国原油的储存，仅够十 几天的加工量，因此应大大增加原油的储备量。221、概述1.2 我国大型油罐发展情况 油罐大型化是国家石油储备基地建设的必然要求从石油主产地中东地区到我国沿海地区采用25万吨级

13、及 其以上的油轮进行运输经济效最好，这就要求接受原油的 储备基地的规模及其一次接卸原油的能力与之配套。 我国的土地资源十分紧张，建设用地价格连年攀升。大 库容要求大规格、超大规格油罐顺理成章。大型油罐具有 节省材料、占地面积小、方便操作管理、投资少等优点。 在技术条件允许的情况下，大规格油罐的优势显而易见。232、大型油罐用钢大型焊接低压储罐的设计与建造242、大型油罐用钢2.1 性能要求 我国的油罐设计规范采用： GB50341-2003，立式圆筒型钢制焊接油罐设计规范 钢板技术要求采用： GB19189-2003，压力容器用调质高强度钢板 美国为： API 650-2007 Welded

14、Steel Tanks for Oil Storage API 620-2002 Design and Construction of Large Welded, Low-Pressure Storage Tanks252、大型油罐用钢2.1 性能要求 我国建设的大型储油罐1-7层罐壁板和底板中的边缘板， 均采用屈服强度大于490MPa，抗拉强度610MPa 730MPa的钢板。 钢板要求良好的低温冲击性能，满足现场大线能量焊接 的要求(100kJ/cm)，焊接热影响区晶粒不过分长大，施 焊后焊接接头热影响区（HAZ）仍保持良好的强韧性。 力学性能不低于对母材要求。为了保证罐体材料具有良 好的

15、焊接性能，一般对材料的碳当量提出较严格的要求， 并对材料的焊接裂纹敏感性(Pcm)提出了较高的要求， 一般要求Pcm0.28，有些甚至要求Pcm0.20。 因此，如何克服大线能量焊接所造成的HAZ强度和韧性 的降低，是研制大线能量焊接用钢的关键。262、大型油罐用钢2.1 性能要求 10万m3石油储备罐罐壁板从底层至顶层钢板厚度依次递 减。按照不同的设计规范，610MPa级别的高强度板的 规格为：12mm34mm2450mm12000mm。 厚度在40mm50mm的钢板可用于15万m3储油罐的罐 壁板。27 大型油罐一般采用屈服强度490MPa级的钢材油罐的大型化而产生的主要问题之一就是对材料

16、的 要求更高。为了避免底层罐壁过厚带来的整体热处理问 题和解决焊接问题，对于大型油罐的设计，均采用高强 度钢。在日本，10万立方米、12万立方米、16万立方米 大型油罐普遍使用屈服强度490MPa级的调质钢，例如 SPV490Q、WEL-TEN62等。这类材料强度高、韧性好、 碳当量较低、焊接性能较好。事实上，这类材料的发展 和推广促进了油罐的大型化。2、大型油罐用钢2.1 性能要求28迄今为止，国内建造的10万立方米以上浮顶油罐 大都采用日本产490MPa级的高强度钢材。在设计和 建造方面，对使用日本的高强度钢板，我们已经积累 了相当丰富的经验。 大型油罐一般采用屈服强度490MPa级的钢材2、大型油罐用钢2.1 性能要求292、大型油罐用钢2.1 性能要求302、大型油罐用钢2.1 性能要求国家战略石油储备基地一期工程总计有164台10万m3原 油储罐，其中武钢生产了76台，带动国内钢厂生产了 10