汽油组分罐罐体提升分析计算及建议

李家财 蔡联猛

摘 要：低压储罐由于储罐基础设计不当，导致储罐底板外缘与罐基础分离。通过对储罐原设计文件调研、分析总结出事故原因，根据实际运行的内部和外部条件，重新对储罐的内压、风压、倾覆力矩等参数进行计算。通过试算的方式得出储罐底板与基础分离的临界值，并给出解决方案和措施。

关 键 词：低压储罐；弯矩；内压；开启压力

中图分类号：TE 972 文献标识码： A 文章编号： 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 项目现状

由于在进行低压储罐设计时未只考虑了内压对罐壁及顶板的提升情况，而没有考虑低压储罐内压对罐体及基础提升的情况，导致了储罐底板外缘与基础分离。汽油组分罐区低压固定顶罐由于油罐基础圈梁配重不够，罐底板锚固措施不当，当储罐内压力过高时，会使罐底板周边被罐壁向上拉起，致使罐底与罐基础分离。储罐设计参数见表1。

2 储罐提升原因分析

对该储罐设计资料调研的过程中发现，该储罐基础的结构设计执行规范《石油化工钢储罐地基与基础设计规范》（SH/T 3068-2007）[1]，该规范不适用于低压储罐设计，所以造成了基础配重不够，基础有被提升罐顶的气压与风载荷或地震载荷（取两者中大值）引起的倾覆力的组合引起的举升力，不应超过罐壁的质量与无举升力作用时罐顶质量之和。如果超出，应由平衡结构予以平衡。平衡结构（可以是基础或者其他支撑系统）应能承受1.25倍的设计内压加上作用在罐壳和罐顶垂直平面上的风荷载引起的举升力（API Std620—2008第5.11.2.2条）。如果规定采用地震荷载，则应为设计内压加地震荷载引起的举升力。风荷载和地震荷载不必同时考虑。的风险。

低压储罐被抬升的原因有以下几个方面：

（1）内压产生的举升力大于罐顶、罐壁及其所支撑的构件的总重时。

（2）风弯矩、地震彎矩产生的倾覆升举力。

《大型焊接低压储罐设计与建造》API Std620—2008[2]中规定，对于低压储罐，罐顶的

气压与风载荷或地震载荷（取两者中大值）引起的倾覆力的组合引起的举升力，不应超过罐壁的质量与

无举升力作用时罐顶质量之和。如果超出，应由平衡结构予以平衡。平衡结构（可以是基础或者其他支撑系统）应能承受1.25倍的设计内压加上作用在罐壳和罐顶垂直平面上的风荷载引起的举升力（API Std620—2008第5.11.2.2条）。如果规定采用地震荷载，则应为设计内压加地震荷载引起的举升力。风荷载和地震荷载不必同时考虑。

表1 储罐设计参数一览表

Table 1 Design parameters for storage tanks

名 称 数 值

最高工作压力P0/MPa 0.06/0.076

设计压力PG/MPa 0.095

工作温度/℃ 55/40（最高/正常）

设计温度/℃ 55

工作介质 催化轻汽油

物料比重γ/（kg·m-3） 630

设计风压q0/MPa 0.000 75

地震设防烈度 6

场地类别 Ⅲ类

严密性试验压力/MPa 0.053（真空度）

主要材料 Q245R

储罐公称容积V/m3 3 000

储罐内径D1/mm 15 200

储罐总高H总/mm 19 255

储罐壁高H/mm 16 500

最高液位高度h/mm 14 800

低报警液位高度h/mm 450

拱顶球面半径SR/mm 12 160

罐体总质量Q总/kg 约138 440

罐顶板质量Q顶/kg 30 227

3 计算分析过程

3.1 机构基础核算

根据原有图纸：3 000 m3低压储罐罐基础重约220 000 kg，罐体总质量Q总约为138 440 kg，其中罐顶盖质量Q顶约为30 227 kg。

3.2 罐壁底部不被抬起的最大内压计算

根据《立式圆筒钢制焊接油罐设计规范》（GB50341-2003）[3]：

其中：Pmax—罐壁底部不被抬起的最大内压，kPa）

mt— 罐壁和由罐壁及罐顶所支撑构件（不包括罐顶板）的总质量（kg），本项目取值mt=108 213 kg；

th—罐顶板有效厚度，m；本项目取值th=0.008 m。

计算的Pmax=5.74 kPa。

储罐最大允许内压远小于最高工作压力（60 kPa），所以在无锚栓结构时，在工作压力下有抬升和滑移的可能。

3.3 风弯矩和地震弯矩的组合弯矩计算

风弯矩和地震弯矩的组合弯矩计算公式：

M=Mmax（Mw，ME+0.25Mw）[4]

其中风压产生的弯矩Mw=q0AH0

式中：q0 —基本风压，Pa；

A—储罐迎风面面积，m2；

H0—储罐（空罐）重心高度，m。

地震弯矩按照《立式圆筒钢制焊接油罐设计规范》（GB50341-2003）[3]附录D的条文说明：对于油罐抗震设防烈度为6度时，不必进行地震作用计算。所以本次只计算风弯矩即可。

3.3.1 风弯矩计算

根据规范《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》GB50341-2003[3]的计算见表2。

3.3.2 空罐时倾覆力矩的校核

储罐盛装物料后风载荷不可能引起储罐的倾覆和滑移，只需要校验空罐时风载荷引起倾覆和滑移的可能性，即风载荷使储罐产生的倾覆力矩是否小于由储罐重力和基础重力产生的抵抗力矩。

空罐时的抵抗力矩MR：

式中： WR —储罐自重（N）；

WL —物料重力（N），取WL =0；

WJ —基础重力（N），取WJ =2 158 200 kg。

计算得：MR=26 723 853 N·m。

MR> Mf，故储罐空罐在风载荷的作用下不可能倾覆。

另外，在风载荷的作用下储罐底板产生的滑移剪力的计算及底板和基础表面之间的摩擦力的计算见表3。

表2 风弯矩计算

Table 2 The wind moment calculation

ωk = βzμsμzω0 1.297 5 kPa GB50341中公式6.4.7

ω0—基本风压值（<300时取300 Pa） 0.750 kPa

βz—高度Z处的风振系数，油罐取 1.00

μs—风荷载体型系数，取驻点值 1.00

μz—风压高度变化系数 1.73 按6.4.9的规定选用。

罐壁迎风面投影面积A1： 250.8 m2 D1×H

球缺受风力面积A2： 27.69 m2 RS2×2×asin（D/2/ RS）-D×sqrt（RS2- D2/4）/2

作用于圆柱体投影面上的风压P1： 1 297.50 Pa

作用于罐壁上的风载荷：

F1 = 325 413 N P1×A1

作用于拱顶投影面上的风压P2： 1 297.50 Pa

作用于顶部上的风载荷：

F2 = 35 923.25 N P2×A2

拱顶高度： 2.67 m

风弯矩：

Mf= F1×H/2+F2×（H+h/2） 3325305.36 N·m

表3 储罐基础滑移剪切力和摩擦力计算

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

风载荷引起的滑移剪力FD：

FD= μ1×（F1 +F2） 242 095 N

μ1—储罐的滑移系数， 0.67

底板和基础表面之间的摩擦力FR：

FR=μ2×（WR+WL） 543 239 N

μ2—储罐的滑移系数， 0.4

FR>FD，储罐底板产生的滑移剪力小于底板和基础表面之间的摩擦力，因此储罐空罐在风载荷的作用下不可能滑移。

3.3.3 儲罐在内作用下的提升力

储罐在内压作用下的提升力计算见下式：

计算的F内1=1.72×107 N， F内2=1.09×107 N。

3.3.4 内压作用下倾覆力矩的校核

在储罐内压作用下，只需要校验罐低液位时内压提升力和风载荷的组合弯矩引起倾覆的可能性，即内压提升力和风载荷的组合弯矩使储罐产生的倾覆力矩是否小于由储罐重力、物料重力和基础重力产生的抵抗力矩。

（1）内压提升力和风载荷的组合弯矩MT：

（2）罐低液位时的抵抗力矩MR：

计算得：MT=10.67×107 N·m， MR=3.24 ×107 N·m。

MT>MR，故储罐低液位时，在最大工作压力及风载荷的作用下可能被拔起倾覆。

4 解决方案

（1）降低呼吸阀起跳压力，以降低储罐内部压力。

（2）提高储罐低液位报警值，以增加储罐物料自重。

为确保储罐在基础未整改前的安全运行，通过试算法，将储罐呼吸阀启跳压力调整至0.020 MPa，紧急泄压人孔泄放定压调整至0.021 MPa.排放火炬管网调节阀启跳压力设定为0.018 MPa。才能保证储罐低液位时不被拔起。

同时为了提高储罐安全系数及提升调节阀可调整的压力空间，建议在不影响油品调合的情况下将低液位报警值提高至1.45 m。

5 结束语

本次计算分析主要调整呼吸阀启跳压力和储罐最低液位，以保证储罐连带基础不被拔起的安全性。但是由于催化组分汽油的饱和蒸汽压（10 ℃的催化汽油饱和蒸气压0.028 MPa）高于火炬管网调节阀的压力，因此该调节阀将一直处于打开状态，储罐内的气体将不断排放至火炬系统。对资源造成严重浪费，而且对环境也造成污染。因此该解决方案仅是临时方案，根据《大型焊接低压储罐设计与建造》API STD 620-2008[2]及《钢制储罐地基基础设计规范》GB 50473-2008[5]，建议业主方在合适的时候最好对基础进行配重平衡加固才是解决问题的根本。

参考文献：

[1]SH/T 3068-2007石油化工钢储罐地基与基础设计规范[S].

[2]API Std620-2008大型焊接低压储罐设计与建造[S].

[3]GB50341-2003立式圆筒钢制焊接油罐设计规范【[S].

[4]徐英，杨一凡，朱萍，等.球罐和大型储罐[M].北京：化学工业出版社，2005

[5]GB 50473-2008钢制储罐地基基础设计规范[S].

墨西哥塑料产品贸易逆差居全球第一

西哥《经济学家报》7月23日报道，墨西哥塑料产品贸易逆差居全球第一，2014年逆差总额达136.88亿美元，其中出口86.28亿美元，进口223.16亿美元。墨主要进口塑料产品是用于塑料制造业，如乙烯聚合物、塑料盒、塑料板、聚碳酸酯等產品。据墨经济部数据，墨塑料产品进口主要来源国分别为美国（占进口的70.1%），中国（7.4%），韩国（4.3%），德国（3.3%），加拿大（2.6%）。