储油罐课程设计说明书.doc
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1、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罐底部。因其特
2、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);2)工作寿
3、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)罐壁下部与底板内外腐蚀
4、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,这另外在吸附一
5、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,对它的使用寿命至关重
6、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) 具有良好的冷热加工性和成形性
7、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100mm,屈服强度为
8、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,该边缘应力的作用范围
9、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,虽然频率很低
10、,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,这样施焊整个焊缝
11、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
12、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,我国储罐防腐工作主要采用两种技术,分别为阴极保护技术和防腐涂层技术。而所谓的防
13、腐涂层技术就是指储罐金属和腐蚀介质之间添加一层隔离物质,有效的防止这两者的直接接触,作为石油储罐防腐工作的第一道防线,防腐涂层技术的防腐效果也是较为理想的【6】。当然,防腐涂层也是存在着针孔等缺陷的,而在罐内壁和罐底板外侧等于强腐蚀性介质直接接触的部位,要想更加有效的做好其防腐工作,建议同时采取阴极保护和防腐涂层技术进行联合保护【7】。5.1 防腐涂层工艺因油罐内的液体具体很强的腐蚀性,所以油罐发生腐蚀的可能性很大,大多数的油罐因腐蚀严重使用的寿命都较短。储油罐腐蚀的主要部位是底板内表面和壁板内表面。同时在对腐蚀物和产物进行分析之后发现,油罐表面的腐蚀物为点化腐蚀和细菌腐蚀,二者具有十分强的腐
14、蚀性,必须尽快的对其进行最大限度的限制【8】。5.1.1储油罐防腐涂料的选用1)储油罐内壁防腐涂料的选用液体石油产品静电安全规程中明确的规定,原油罐内壁的防腐涂料需使用导静电涂料。导静电涂料按其导电的介质来划分,分为两种:一种金属导静电涂料,另外一种非金属导静电涂料。两种涂料的性能和特点是不同的。金属导静电涂料采用的是电极电位高于钢材的金属粉末来作为导电的介质,在于钢铁直接接触的时候,会形成电化学腐蚀,使钢铁作为阳极而加速的腐蚀。使用电位低于钢材的金属粉末来作为导电的介质,对于钢材有着极阴保护防锈的作用【9】。储油罐内防腐常用的防腐涂料是G41导静电涂料。G41导静电涂料南环氧树脂和导电颜等各
15、种助剂组合而成,在施工的过程中不会污染周同的环境,具有良好的附着力和耐化学腐蚀的性能.涂层的保护期较短,可以有效的缩短施工的周期,其性能完全达到了国家所规定的导电标准。2)储油罐外壁防腐涂料的选用储油罐外壁常用的涂料底漆有环氧富锌底漆、无机富锌底漆等,其性能的特点在于,漆膜中含有大量的新粉,具有良好的防锈性、良好的耐油性能,干燥的时间较短等众多优点。储油罐的面漆选用聚氨酯面漆,具有良好的保光保色的性能、抗粉化、不会泛黄、装饰的效果极好等诸多特点,同时具有良好的可覆涂型和覆涂的时间不受限制等优点。5.1.2储油罐内防腐和外防腐的主要工作内容【10】1)储油罐的内部防腐(1)对储油罐罐内的底板上表
16、面进行防腐施工。采用喷砂除锈来达到防腐。(2)对储油罐罐壁的内表面进行喷砂除锈、防腐。(3)对浮顶油罐的单盘下表面进行防腐的施工使用喷砂除锈达到防腐的目的。(4)对储油罐的中央排水管表面进行防腐施工时,可以采用喷砂除锈的方法。(5)对浮顶油罐的浮仓罐内部表面进行防腐施工时,可以采用喷砂除锈防腐。(6)对储油罐内的中央集水坑下表面进行防腐的施工时,可以采用喷砂除锈的方法。(7)在对储油罐中央的排水管支架和刮蜡板护托架等一些附件表面进行防腐施工的时候也可以采用喷砂除锈来达到防腐的目的。2)储油罐外部的防腐(1)储油罐浮顶单盘和外露管体的表面需进行喷砂除锈处理。同时浮舱内的表面也应进行除锈防腐处理。
17、(2)储油罐罐上的平台和踏板盘梯等都需进行除锈防腐处理。(3)在对储油罐的喷淋管线和消防管线进行防腐处理的时候,应采用人工除锈的方法。(4)储油罐的所有阀门都需要进行除锈防腐处理。(5)储油罐的外壁的防腐处理,可以喷砂除锈防腐。(6)储油罐的外部底板下表面可以采用喷砂除锈防腐。(7)储油罐的外保温架和附件表面都应进行防腐处理,可以采用喷砂除锈来达防腐的目的。5.1.3储油罐防腐涂料的维修与施工储油罐防腐涂料的具体施工内容有如下:对油罐的内部进行喷砂除锈防腐,要求达到S125级,对于不便于喷砂的部位使用动力工具来除锈达到Sa3级,使用压缩空气来吹去灰尘和沙粒,用溶剂来去除油污。对于油罐因喷砂处理
18、而引起的表面瑕疵应想办法磨平或者是天平,做适当的处理。在表面处理之后,在对施工留下的一些毛刺等进行打磨,不允许有焊渣、烟尘等留在表面。钢壁表面不应有油污和泥土以及潮气等,必须达到GB8932涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级中所规定的要求,再验收合格之后在进行下一道工序。油罐防腐所使用的G41材料在涂刷的时候,必需严格的按照厂家说明书来进行施工。同时,应经过针孔检测仪检测合格。对于大角焊缝相临地壁板和边缘板的300mm处必须加强防腐的处理,需在好天气来进行涂漆,潮湿的表面是不适合涂漆的。涂装环境的温度应在1030之间,空气的湿度不应大于70 。应对涂装现场进行适当的遮蔽。防止灰尘或雨水落在未干的
19、漆面上。在涂料的作业现场不能有明火,应保持良好的通风效果。进行涂漆的工人应代号防毒口罩和抗溶手套。根据施工的条件和面积以及涂料的性能来选择刷涂法进行施工,使用油漆刷来刷涂。在进行刷图的时候,应采用交错纵涂和横涂的方法,对于焊缝和铆钉头以及一些边角处需做好预涂。涂装的时候需遵循所规定的施工间隔,保证层间的附着力,将表面进行打毛处理之后进行涂漆,带涂料完全固化之后,才能够投入使用,在检测的过程中,如果发现问题应及时的进行修补,以保证后续工作的正常进行【11】。5.1.4储油罐喷砂除锈的质量控制工作储罐的施工由于具有环境大多在露天以及体积大等特点,而对储油罐的表面我们通常都会采用喷砂除锈的处理方法,
20、我们应重点做好喷砂除锈的质量控制工作:1)前期控制进行喷砂除锈的工作之前,我们应充分的参考涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级中的各项规定,从而综合的评定储罐金属结构基体表面的锈蚀等级,仔细的检查并且飞溅和焊渣等附着物清除干净,同时妥善的处理未发挥作用的联接物以及焊接体。2)工艺控制喷砂的施工过程中我们是要使用到压缩空气的,施工之前我们应先采用冷却装置和油水分离器对其进行处理,从而保证压缩空气是出于无油和干燥状态的,同时应定期的清理油水分离器。喷嘴到基体钢表面的距离应控制在 100-300mm的范围内,喷射的方向与基体钢材表面法线的夹角应在15-30度的范围内。之后在进行涂装的施工作业时,必须保证
21、环境是符合施工的条件的,同时用干燥过的压缩空气将表面的水分吹干,同时为降低其粗糙度,适当时还可以进行重新喷砂。进行喷砂作业时, 严禁零星作业,一次喷射面积不宜过大并且喷射的时间也不宜过长,同时涂装的工序与表面预处理工序之间的时间间隔要求也是我们要考虑到的,有些部位是喷枪无法喷射到的,那么我们可以采取动力工具除锈或是手工除锈的方法。3)质量控制喷砂的作业全部完成后,应详细的检查喷砂除锈的部位,同时还要认真的检查基体钢材表面的粗糙度和清洁度,对于那些需要动力工具除锈和手工除锈的重点部位, 则可以适当的降低要求。检查基体钢材表面的粗糙度和清洁度时,首先应保证现场的环境具备较好的明亮度,同时严禁用手触
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