大型原油储罐技术综述

大型原油储罐技术综述

摘要

本文介绍了储罐基础知识，包括储罐类型、储罐工艺要求、储罐结构构造特征和储罐的安装方法，以及储罐的国内外现状，并分析了储液损失和罐区的现场条件等问题，并对其发展方向作了展望。

关键词：储罐；储罐基础；工艺要求

ABSTRACT

This article describes the basics knowledge of storage tanks, including the tank type, the tank process requirements, the tank construction and installation methods structural features of the tank, and the status of the tank at home and abroad, and analyzing the reservoir tank losses and field conditions and other issues, and its development direction is prospected.

Keywords：Tank; tank base; technological requirements

1.概述

为了储存水或油等液体，建造了各种大容量的储罐，这些罐多数是立式圆筒形的钢罐。立式圆筒形管的特点是其自重要比被储存物轻，而且是柔性结构。一般其主体结构差不多都具有圆形平底板，其周边由能承受不同深度内压力的（厚度的）壁板组成。在顶盖型式上，分为固定于壁板上部的拱顶及和其随罐内液面变化而自由升降的浮顶。

储罐的高度和直径对于一定容量可以采取任意的比例，但由于效率、占地、地基等条件限制，差不多都有一定的范围。

罐基础的特征是由于荷载面差不多是水平的，所以是均布荷载，跟一般基础不同，具有较大的任性，同时由于罐储存量经常变动，所以荷载压力是变化的。

1.1储罐发展简介

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。第一个发展油罐内部覆盖层的是法国。

1955年美国也开始建造此种类型的储罐。

1962年美国德士古公司就开始使用覆盖浮顶罐，并在纽瓦克建有世界上最大直径为61.6m的带盖浮顶罐。

1972年美国已经建造了六百多个内浮顶油罐。

1978年美国API650附录H对内浮盘的分类、选材、设计、安装、检验及标准载荷、浮力要求等均做了一系列修订和改进。先进国家都有较齐全的储罐设计专用软件，静态分析、动态分析、抗震分析等，如T形脚焊缝波带分析。近20年也相继出现各种形式和结构的内浮盘或覆盖物[1]。

1978年国内3000m3铝浮盘投人使用，通过测试蒸发损耗，收到显著效果。

1985年中国从日本引进第一台10×104m3，全部执行日本标准JISB8501，同时引进原材料，零部件及焊接设备。

目前国内对10×104m3油罐有比较成熟的设计、施工和使用的经验，国产大型储罐用高强度刚材已能够批量生产。15×104m3目前国内正在建设。

1.2储罐建造的发展趋势

最近七八十年来，储罐向大型化发展的趋势已成定局。1958年，在路易安美国芝加哥桥梁钢铁公司建造了第一座工业规模的 LNG 储罐，容积为5550 m3 [2]，1962年美国首先建成了10万立方米浮顶储罐，1967年在委内瑞拉建成了15万立方米的浮顶储罐。1971年日本建成了16万立方米的浮顶储罐，其直径达109m、高17.8m，沙特阿拉伯建成20万立方米巨型储罐，其直径达110m、高22.5m。我国自1985年从日本引进10万立方米浮顶储罐的设计和施工技术并在秦皇岛建造之后，在全国各地相继建成10万立方米大型储罐近30台；于2003年在茂名石化公司建成两座12.5万立方米浮顶储罐，目前在仪征已开始建设国内最大的15万立方米原油储罐。此外，储存石油液化气和天然气（液化）的低温储罐也是储罐建造的发展方向，在国外已较普遍应用，我国目前还是处于刚起步阶段。到 1992 年为止，只有日本建造了 129 台 LNG储罐[3].。大型低温液体储罐领域，如液氧、液氮储罐国内已有日益成熟的设计和建造技术[4]。

大型储罐建设的经济性已经成为人们日益重视的课题，根据有关资料分析：储罐容积越大，单位容积的钢材耗用量指标越低，建罐投资相应节省，同时罐区总占地面积也越小。但

最为经济的是12.5万立方米浮顶储罐，15万立方米和10万立方米次之，容积5万立方米储罐的经济性最差。从目前我国现有储罐来看，绝大部分原油储罐的容积不超过5万立方米，因此，我国的储罐必须向大型化方向发展，应以12.5万立方米为首选对象，尽可能避免建造5万立方米及其以下的小容积原油浮顶储罐。

建造大容积储罐，需用高强度钢板。目前我国建造5万立方米及以上储罐所使用的高强钢板，大多是日本产SPV490Q钢，极少部分是国产钢材。国产钢材主要是16MnR，因其强度较低，使5万立方米浮顶储罐下部第一节壁板厚达34mm，给大型储罐的建造带来了很大困难。由武汉钢铁设计院、北京燕山石化公司、合肥通用机械厂、中国石化北京设计院组成的攻关小组，对07MnCrMoVR钢进行研究开发，并用于北京燕山石化公司3台10万立方米浮顶储罐。今后，为了满足我国大型储罐建设发展的需要，应进一步研制高强度钢材，提高国产高强度钢材的质量和产量。

2储罐的类型

钢储罐在石油化学工业中，储存石油及其产品以及其他化学液体产品的应用越来越广。它与非金属储罐比较有以下优点：结构简单、施工方便、速度快；运行、检修方便，劳动、卫生条件好；不易泄露；与混凝土储罐相比，加热温度一般不受限制；投资小；灭火条件较同容量的混凝土罐好；占地面积小等。

缺点：热损失较大，耗金属量较多。

由于储罐储存的介质种类很多，对储存条件的要求也多样化，因此到目前为止，就出现了很多种类的储罐。

储罐的形式是储罐设计必须首先考虑的问题，它必须满足给定的工艺要求，根据场地的条件（环境温度、雪载荷、风载荷、地震载荷、地基条件等）、储存介质的性质及容量大小，操作条件、设置位置、施工方便、造价、耗钢量等有关因素来决定。通常按几何形状和结构形式可以分为拱顶罐和浮顶罐。

2.1拱顶罐

拱顶储罐是指罐顶为球冠状、罐体为圆柱形的一种钢制容器。拱顶储罐制造简单、造价低廉，所以在国内外许多行业应用最为广泛，最常用的容积为 1000 -10000m3。拱顶罐可分为自支承拱顶罐和支承式拱顶罐两种。自支承拱顶罐的灌顶是一种形状接近于球形表面的灌

顶。它是由4mm~6mm的薄钢板和加强筋（通常用扁钢）组成的球形薄壳。拱顶载荷靠拱顶板周边支承于罐壁上。支承式拱顶是一种形状接近于球形表面的灌顶，拱顶载荷主要靠柱或灌顶桁架支承于罐壁上。拱顶罐是我国石油和化工各个部门广泛采用的一种储罐结构形式。拱顶罐与相同容积的锥顶罐相比较耗钢量少，能承受较高的剩余压力，有利于减少储液蒸发损耗，但灌顶的制造施工较复杂。目前，国内拱顶储罐的最大容积已经达到 30000m3。

2.2浮顶罐

浮顶罐可分为浮顶罐和内浮顶罐（带盖内浮顶罐）

浮顶罐：浮顶是一个漂浮在液体表面的浮动顶盖，随着液面上下浮动。浮顶与罐壁之间有一个环形空间中有密封元件使得环形空间中的储液与大气隔开。采用浮顶罐储存油品时可比固定顶罐减少油品损失80%左右[5]。浮顶的形式种类很多，如单盘式、双盘式、浮子式等。

关于浮顶罐的适用范围，在一般情况下，原有、汽油、溶剂油和重整原料油以及需控制蒸发损失和大气污染，控制放出不良气体，有着火危险的产品都可采用浮顶罐。

内浮顶罐：美国石油学会（API）定义内浮盘为钢盘的浮顶罐称为“带盖的浮顶罐”，而把内浮盘为铝或非金属盘称为“内浮顶罐”，我国均统称为“内浮顶罐”。

内浮顶罐是固定顶罐内部再加上一个浮动顶盖的新型储罐，主要由罐体、内浮盘、迷内浮顶罐不是固定顶罐和浮顶罐结构的简单叠加，它具有独特的优点。概况起来，内浮顶罐有以下优点：大量减少蒸发损失，内浮盘漂浮于液面上，使液相无蒸发空间，可减少蒸发损失85%~90%。

由于液面上有内浮盘的覆盖，是储液与空气隔开，故大大减少了空气污染，减少了着火爆炸的危险，易于保证储液的质量，特别适用于储存高级汽油和喷气燃料，亦适合存有毒的石油化工产品。由于液面上没有气体空间，故减轻了灌顶和罐壁的腐蚀，从而延长了罐的使用寿命，特别是对于储存腐蚀性较强的储液，效果更为显著。从结构上可取消呼吸阀、喷淋等设备并能节约大量冷却水。易于将已建拱顶罐改造为内浮顶罐，投资少、见效快。内浮顶罐也有确定，例如与拱顶罐相比耗钢量多一些，施工要求高一些，与浮顶罐相比密封结构检查维修不变，储罐不易大型化，目前容量一般不超过10000 m3。

国内外用于内浮盘的材料，出钢板外还有铝板、玻璃钢、硬泡沫塑料，以及各种复合材料等，采用铝板的好处是可防止污染储液，采用合成材料的好处是节约钢材，质量轻，内浮盘不会沉没，耐腐蚀性能好。

内浮顶罐的应用也越来越广泛就，是一种很有发展前景的储罐。美国石油学会认为，设

计完善的内浮盘是迄今为止控制固定油罐蒸发损失所研究出来的最好的和投资最少的方法。美国环境机构（EPA）也建议炼油厂使用内浮顶油罐存易挥发烃类产品。因此内浮顶罐，可用来储存原有、汽油、喷气燃料等挥发性油品，以及乙醛、丙酮、丁醇、乙醇、甲醇、丁酮等化工产品，选择合适密封材料后也可以用来存笨类产品。

3.储罐的工艺要求

大型储罐基础的主要功能是支持罐体[6]。罐体对基础最基本的要求，是在结构可靠度方面与它保持一致，或具更高水准，即基础必须具有足够的安全性，适用性和耐久性。

大型储罐罐体的柔性、易变形、易受基础地基沉降变形影响，所以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，以确保罐体的确定形状和使用功能。

罐壁下基础地基的不均匀沉降，将对罐壁的圆度和垂直度、罐下部到T形焊接点的复杂高应力状态造成恶劣影响，基础构造在此部位的刚度和强度应予以将加强。

罐底板承受着较大面积、较大强度（250kPa）的均布液压作用，深层地基亦将受到影响，为此，探明深层地址状况是非常必要的，对地基变形做出较准确地计算也是必不可少的。地质资料和地基计算将决定地基的必要性及其具体方法。地基计算和地基处理措施，应作为大型储罐基础设计的重要组成部分，必须予以足够重视。

罐底板焊接变形的客观存在，为防止在液柱压力下造成变形集中或地板皱折，避免地板母材或焊缝产生有害应力，支持地板的基础应富有柔性，以吸收焊接变形使地板在上部垂直液压作用下，紧密附着在基础上，为此，地板基础一般以砂石材料分层铺筑压实，其竖向抗力刚度系数（基床系数）一般控制在100N/cm3左右。若采用筏片式基础（一般筏片混凝土板是支承与桩顶上的），亦应在筏片混凝土板上面铺设柔性砂石垫层（厚30cm~50cm）。

储罐存在泄漏的危险性，基础的结构构造对此应该有所防范。如采用不怕浸泡和冲刷的结构，以在泄漏时，基础任能保持必要的承载力，确保罐体不致倾倒；采用隔油防水层，以防止地板泄漏的油或污水流入地层，浸泡地基并污染地下水资源；设置漏油信号管，使地板泄漏的油液能从基础中流出，以便检查，发出泄漏可及时采取应急措施。

罐底板容易被腐蚀，基础设计应采取防护措施。如设置沥青砂绝缘防腐层，基础材料不得具有腐蚀性、地下水位与基础顶面之间的距离不得小于毛细水所恩能够达到的高度（一般2m）等。常压储罐底板的腐蚀往往是均匀腐蚀加上局部点腐蚀[7]。均匀腐蚀导致底板均匀减薄，点腐蚀导致局部减薄甚至穿孔，均匀腐蚀数据容易处理，点腐蚀具有随机性，腐蚀深度

统计和数据处理在技术上还存在难题，需要给出腐蚀深度分布统计和最大蚀坑深度统计规律[8,9]，以便于对储罐底板腐蚀状态做出描述和评价。

4.储罐的结构构造特征

大型储罐是一个储存万吨乃至100000t以上可燃油液的薄壁容器，它是钢制立式圆筒形的，浮置在基础顶面上。它是由罐壁、地板和浮顶三部分构成。罐壁底部以倒T形焊缝与地板的环形板相焊接，罐壁上部以型钢做成的抗风圈加强。罐浮顶是用薄钢板焊成的盘型箱式密闭结构。

4.1储罐的选型

首先根据储液的性质和储液的需要，确定选用浮顶罐还是固定顶罐，若是常压储罐，主要为了减少蒸发损耗或防止污染环境，保证储液不受空气污染、要求干净等宜选用外浮顶储罐或内浮顶储罐。

若是常压或低压存储，蒸发损耗不是主要问题，环境污染也不大，可不必设置浮顶，且需要适当加热存储，宜选用固定顶储罐。各类固定顶储罐的选型见下表：