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1、课程设计说明书1.前言油罐是石油化工企业储存原料和产品的重要设备。油罐能否安全运行直接会影响到与其有关装置的安全及稳定生产。油罐一旦发生腐蚀损坏,就会影响产品质量、降低企业的经济效益;甚至造成重大的经济损失和严重的环境污染及酿成火灾和人员丧亡事故。因此,油罐的防腐问题已引起人们的高度重视,国内一些老炼厂已对换顶后的油罐作了内防腐处理,以防止油罐再度腐蚀损坏。但从实用、有效、经济的原则出发,从设计开始就考虑油罐的内外防腐,将是最经济合理的举措。地面立式储油罐存储的物质大多为腐蚀性较强的液体，如原油、污水等化学介质。是石油、化工等行业必不可少的重要设备。且油罐与地面接触，土壤中的腐蚀介质会影响到油
2、罐底部。因其特殊的使用环境，在使用过程中存在着一定的使用年限（大多数储油罐使用年限不超过五年）。如果防腐措施好的话使用年限会适当的延长，而更换储油罐是一项较为复杂的工作，因此为了更好的提高储油罐的使用寿命，就需要通过加强防腐的措施来提高储油罐的使用年限。通过调查研究发现，储油罐的腐蚀情况通常发生在储油罐的底板内表面和壁板内的下半段。同时，储油罐产生腐蚀的主要原因为点腐蚀和细菌腐蚀两种，这两种腐蚀都是极具破坏力的，因此，储油罐的防腐措施也是一项相对困难的工作【1】。2 油罐结构及性能分析2.1设计参数1）结构尺寸参数：300m3地面立式油罐（直径18.6m，罐壁高11.8m，油罐总高度13.6m
3、）；2）工作寿命：8年；3）工作环境参数：土壤电阻率20m；4）保护电位：-0.85V 相对于Cu/CuSO4电极2.3 失效形式及失效原因1）外壁腐蚀一般而言，储油罐的外壁长时间受到阳光的照射，光照时间越长，腐蚀越为严重，一般储油罐外壁为保温棉覆盖，外部用铁皮包裹，外壁周围环境干燥，不易遭受腐蚀，罐顶外壁，由于长期受到阳光照射、大风、雨雪等侵蚀，造成罐顶防腐层老化脱落，暴漏出内部钢板，造成罐顶生锈腐蚀。【2】2）罐顶腐蚀在一般的储油罐中，油料不会太满，也就是说储油罐的顶部与油料的表面是不会直接接触到的，但油料产生的氧化与其他的变质气体均会对罐顶形成一定的腐蚀，它的严重程度非常高。3）罐壁下部
4、与底板内外腐蚀在储油罐的底部和油析水的接触面相对较大一些，所以会受到一些腐蚀。针对不同的油料，析水后形成的液体性质也会有所不同，不同的油析水会在化学性质上呈现出酸性或碱性，这些液体将会导致钢材受损严重，甚至出现一些大小不一的溃疡点，严重的情况时会造成穿孔的问题，从而导致储油罐失去储油的作用，造成油料泄漏。【3】4）储油罐中上部钢板腐蚀储油罐的中上部钢板腐蚀多是因为油面与钢板的作用而形成的。罐壁的腐蚀严重区域正是发生在油与空气接触面的上部，在这一界面的物质非常杂，有气体、水分、油分子等，而且这些物质对罐壁的作用随着油面的不断上升、降低而不断变化，储油罐内的油温与内部的大气温度间存在着一定的温差，
5、这另外在吸附一层水膜，容易形成电解液膜，与二氧化碳、二氧化硫以及盐分等作用，【4】加速了罐内金属的腐蚀。渗透在外的表现即为罐体外表面腐蚀严重。表2.1 储油罐不同位置的腐蚀状况表项目罐顶罐壁内侧罐壁外侧罐底内部 外部上部 中部 下部上中部底部内部外部罐外边缘接触介质油气 大气 油气 原油污水泥浆干燥潮湿污水石油沥青雨水腐蚀程度严重轻微严重轻微严重轻微严重严重较重较重腐蚀状态 不均匀孔蚀，全面腐蚀局部腐蚀不均匀孔蚀，全面腐蚀均匀点蚀不均匀孔蚀，全面腐蚀部分锈层均匀全面腐蚀不均匀孔蚀，全面腐蚀部分腐蚀不均匀全面腐蚀2.4 材料的性能要求从油罐的服役条件和失效形式可知：选用合理材料与防腐处理，对它的
6、使用寿命至关重要。因此，油罐所用材料应满足下列性能要求： 1）有足够高的强度和韧性：油罐工作特点是不做相对运动，承受长期静载荷（包括来自内部储油的压强和外部的碰撞等）。因此，所用材料需要有足够的强度和韧性，保证安全服役。 2）具有一定的耐蚀性：油罐与大气及土壤直接接触，在潮湿的环境中会产生电化学腐蚀而引起破坏，大大缩短了油罐使用寿命。因此，选用材料要求有较好的耐蚀能力。（钢中加入Gu、P、Ni、Cr等元素，可以提高钢的抗蚀性能。）3）具有低的冷脆转变温度：对于北方等地区，冬天气温较低，油罐在低温环境中要继续保持良好韧性，则要求有较低的冷脆转变温度，防止材料在低温环境中变脆。4) 具有良好的冷热
7、加工性和成形性5）焊接性、锻造工艺性能良好。3 材料选择3.1 油罐材料的初选根据油罐服役条件及性能要求，油罐材料属于工程构件用钢，常用的工程构件用钢有20、碳素工程结构钢Q235、低合金高强度结构钢Q245R和Q345R。1）20钢属于优质低碳碳素钢，塑性和韧性较高，切削性和焊接性很好。但是其强度低，容易疲劳失效和断裂失效。2）Q235普通碳素结构钢的屈服极限在235MPa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小（板厚/直径16mm，屈服强度为235MPa；16mm板厚/直径40mm，屈服强度为225MPa；40mm板厚/直径60mm，屈服强度为215MPa；60mm板厚/直径100m
8、m，屈服强度为205MPa；100mm板厚/直径150mm，屈服强度为195MPa；150mm16-36490-6203252131d=3a36-60470-6003052131d=3a60-100460-5902852031d=3a100-120450-5802752031d=3a4 焊接设计4.1储罐受力分析先分析储罐罐壁和罐底的受力情况。常压下操作的储罐装满储液后，罐壁所受的内压力只有液体静压力，该压力沿罐壁由上到下逐渐增大，该内压力使罐壁产生周向压力和周向变形。在罐壁底部，由于罐底板对罐壁的约束，使罐壁底部周向应力减少，但使罐壁底部产生弯曲应力（边缘应力）。由于罐壁的径向刚度小，该边缘
9、应力的作用范围小，且其值也远小于周向应力值。罐底板的中间部分相当于一个铺在弹性基础上的薄板，承受上方液体的压力和基础的支承力，一般在基础均匀沉降的情况下，罐底板中间部分所承受的力是很小的。但是边缘板的受力情况就比较复杂了。由于罐内充满储液后，弹性基础受压，边缘板外端翘起，罐壁的垂直刚度很大，对罐底板起到了支承作用，约束了边缘板外端的翘起变形，使边缘板受到约束弯矩。同时，由于罐壁周向变形受到罐底板的约束，罐壁对罐底边缘板的反作用，又使边缘板受到一个径向弯矩。可以看出，罐底边缘板受力复杂，且计算应力值较高。特别是在罐壁和罐底的角缝处，应力值达到最大，而且该应力值不是定值，它随着罐内储液的升降而变化
10、，虽然频率很低，但应力值很高，如果在这一区域存在裂纹，容易产生断裂事故。这就要求焊缝质量一方面是尽量避免产生各种缺陷，另一方面要有较高的冲击韧性。4.2焊缝焊接焊条的选用我们在设计中罐体选用Q245R钢板，焊缝结构按“设计规范”和“施工及验收规范”设计。对于边缘板与边缘板之间，边缘板与壁板之间，边缘板与中幅板之间的焊缝选用E4316焊条，罐壁板下侧两圈环向焊缝及纵向焊缝亦选用E4316焊条，其他焊缝选用E4303焊条。E4313焊条焊缝熔数金属其氢和氧的含量较低，减轻了产生裂纹的倾向，熔敷金属的冲击韧性有了较大的提高，并且罐壁板与边缘板之间的角焊缝要求焊接34遍成型，其它焊缝要求23遍成型，这
11、样施焊整个焊缝熔敷金属组织均为柱状晶组织，后一次焊接过程是对前一次焊接的退火，提高了焊缝的机械性能，而且焊缝顺序要避免形成大约束，可以避免产生焊接应力和裂纹。4.3开孔设计“设计规范”规定了在罐底开人孔的技术要求。但对于内浮顶罐特别是储存航煤的内浮顶罐，因需经常对浮盘顶面进行清理，需在浮盘工作下限时浮盘上侧开一带芯人孔。该孔的位置应保证浮盘支柱支承在罐底板上时，浮盘的调节范围在上、上两个人孔之间。在生产过程中，由于成品油中的水及杂质要在罐内沉降下来，积聚在罐底，要求定时排除污水。检修时还要清扫罐底。常用的排污排水结构有排水槽和带放水管的排污孔两种结构。带放水管的排污孔安装在边缘板上，穿过储罐基础圈梁，破坏基础圈粱的整体性，且安装质量难保证。排水槽式排水排污结构安装在罐底中幅板上，避免了对基础圈梁的破坏，易于安装，而且成品油罐底的污物主要是碱渣，污泥，铁锈等，一般不结块，清扫时可将污物悬浮在水中用泵排出罐外，排水槽同时也能满足排污要求。所以我们设计了罐底排水槽结构用于排水和排污。5 防腐工艺方法油罐的腐蚀问题给生产、经济、安全等各个方面带来严重的危害，国内外各油库都非常重视油罐防腐技术的开发和应用。现今为止，国内外的油罐防腐工艺主要有以下几种：喷淋除锈、涂敷工艺、有机防腐、电极保护以及对油罐进行定期清理维护。通常情况下，
