论文部分内容阅读
[摘 要]对于盛装液体化工品的立式圆筒形储罐，结构形式与常规石油类产品储罐不完全相同。化工品储罐常采用氮封形式、低压储罐、倒锥底及单面斜底结构、不锈钢储罐等。本文通过化工品储罐设计过程中储罐选型、材料选择、结构设计，总结了化工品储罐在设计中与石油产品储罐的不同。
[关键词]氮封；锈钢储罐；低压储罐；倒锥底
中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0020-01
1.前言
液体化工品的储存性质与石油类产品不完全相同，而且液体化工品种类繁多，且需求量不如石油类产品多，故液体化工品储罐的单罐容量也较小。由于液体化工品的性质的特殊性，在化工品储罐设计时，储罐的设计参数、材料、结构形式和储罐附件的设计选用也不同于石油类产品储罐。
2.储罐结构形式
对于石油类产品储罐，常用的储罐形式有拱顶储罐、内浮顶储罐、外浮顶储罐等。由于液体化工品储罐单罐容量一般较小，不采用外浮顶储罐，在储罐结构形式上，也有一定的特殊结构。
2.1 拱顶氮封结构
对于下列特性的化工品储罐，常设置储罐氮封保护系统。
（1）毒性较大，对环境污染较大的物料；
（2）吸水性较强，容易造成物料水分增加的物料；
（3）对氧气比较敏感，容易氧化的物料；
（4）闪点较低，危险性较大的物料。
氮封保护系统，是指在物料与罐顶之间的空间内充入氮气，储罐内维持一定的压力（正压）。当储罐内的介质被泵抽出或由于外界温度降低时，该系统可以自动补入氮气，防止外界空气进入。当向储罐内充液或由于外界温度升高使储罐内压力高于氮封压力时，可以通过呼吸阀自动排放。为安全考虑，一般在罐顶部设置有紧急泄放人孔。[4]
储罐设置氮封保护系统，可以有效的隔绝空气，从而使物料不接触空气中的水分和氧气，控制物料的含水率及气相空间的含氧量，防止物料吸水和燃烧或爆炸，还可以防止物料变质。同时，氮封保护系统可以维持罐内的正压，可以减少物料的小呼吸损耗。
2.2 内浮顶氮封储罐
部分化工品易燃易爆的同时，毒性程度也为极度或高度危害，如苯、丙烯腈、环氧氯丙烷等介质，此类化工品可采用内浮顶加氮封结构储罐。内浮顶加氮封保护系统可进一步减少有毒气体挥发至大气中。内浮顶加氮封结构是指在内浮盘至罐顶的空间内充入氮气，使之保持一定的氮封压力。与常规成品油内浮顶储罐相比，氮封结构的内浮顶储罐无罐顶或罐壁通气孔，而在罐顶部设置呼吸阀，阻火器等。内浮顶氮封储罐可采用废弃回收，将呼吸阀呼出气体进行回收处理，防止有毒气体进入大气，污染环境。
2.3 低压储罐
在许多情况下，为了减少低沸点储液在储存时的蒸发损耗，常需提高储罐的储存压力。
目前，国内立式圆筒形储罐设计标准主要有SH 3046-1992《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》、GB 50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》。这两个规范均规定设计压力不大于6KPa。当储罐设计压力大于2KPa而小于6KPa时，在罐壁计算时应考虑气压对罐壁厚度的影响。
对于储罐储存压力大于6KPa的储罐，需根据API620《大型焊接低压储罐设计与建造》进行设计计算。
对于低压储罐设计计算，主要是对抗压圈、罐壁计算、锚栓设计等方面内容。
抗压圈的设计主要是通过计算总环向力，确定所需的承压区域面积，选择推荐的承压圈结构，计算所选结构的承压区域面积，使其大于所需的面积。低压储罐罐壁厚度可通过罐体自由体分析计算罐壁经向、周向单位内力，进而通过公式计算确定罐壁厚度。锚固的设计，应根据外界载荷确定升举力，判断是否大于罐顶、罐壁及其所支撑的构件的总重，确定是否设置锚固装置。[2]
3.材料选择
3.1 罐体钢板
3.1.1 碳钢储罐
对于常规的石油产品储罐来说，常用的钢板为Q345R和Q235-B。对于储罐罐壁厚度较厚的钢板，才选用强度较高的Q345R，对于罐顶及罐底来说，则一般均选用Q235-B钢板。
在化工品储罐中，对于承装毒性程度为极度及高度危害介质的化工品储罐，由于Q235系列钢板S、P含量相对较高，一般材料不选用Q235系列钢板，多采用Q345R及其他性能更好钢板。
3.1.2 不锈钢储罐
由于部分化工品对碳钢的腐蚀较严重，如冰醋酸、丙烯酸等介质，部分化工品对纯度有较严格的要求，杂质的存在，不但影响质量也会影响化工品的销售价格。这类化工品储罐一般选用奥氏体不锈钢材料。奥氏体不锈钢是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢，此钢在常温氧化性环境中容易钝化，使表面产生一层以氧化铬为主、保护性很强的薄膜，使腐蚀率明显降低，也能减少铁离子对化工品的污染。
3.2 内浮盘
对于内浮顶储罐来说，常用浮盘材料有：铝合金内浮盘、不锈钢内浮盘、碳钢焊制内浮盘。其中，铝合金内浮盘及不锈钢内浮盘为浮筒式组装内浮盘，一般均有专业厂家生产安装，成本比碳钢焊制内浮盘低。
I级和II级毒性液体的内浮顶储罐，不采用用易熔材料制作的内浮顶，即不采用组装式铝合金内浮盘。
3.3 储罐密封
丁腈橡胶耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，且成本相对较低，广泛用在常规的石油类产品储罐中。但丁晴橡胶的缺点是不耐芳香族、卤代烃、酮及酯类腐蚀，在化工品储罐中应考虑其他耐腐蚀橡胶。
氟橡胶具有耐高温、耐油及耐多种化学药品侵蚀的特性，具有高度的化学稳定性，是目前所有弹性体中耐介质腐蚀性能最好的一种。故对储存芳香族、卤代烃、酮及酯类化工品的储罐浮盘密封材料可选用氟橡胶密封。
4.结构设计
4.1 罐底设计
目前，立式圆筒形储罐的罐底结构主要有正锥底结构、倒锥底结构及单面斜底结构。对于化工品储罐来说，一般采用倒锥底结构或单面斜底结构。相对传统正锥底储罐，倒锥底及单面斜底结构能够将介质中的水分、污泥和其他杂质快速而有效地集中到储罐最低点的集液槽中，并及时排出罐外，可以保证储存介质的品质，提高储存介质的纯度，因此特别适用于液体化学品介质的储存。
倒锥底及单面斜底储罐在罐底最低点均设置集液槽。对倒锥底储罐来说，集液槽在罐底中心。由于罐底中心处沉降变形最大，受力情况也较为恶劣，故一般集液槽采用整块钢板冲压成型[3]。
4.2 泡沫缓冲装置
由于部分化工品属于水溶性介质，在考虑进行泡沫灭火时，需设置泡沫缓冲装置，使抗溶泡沫平稳地布满整个液面，起灭火作用。
储罐可设置斜板溜槽式的泡沫缓冲装置。斜板与罐壁形成一个横截面为等边直角三角形的溜槽，沿罐壁盘旋而下，使泡沫顺槽而流，铺于液面，起灭火作用。
5.结论
（1）对于液体化工品储罐，根据介质特性、毒性程度要求来决定化工品储罐的结构形式。
（2）化工品储罐材料选择时，应根据介质的腐蚀性、毒性程度及洁净度要求来确定化工品储罐主要钢板、浮盘及浮盘密封的材料。
（3）化工品储罐常设计倒锥底及单面斜底结构，来提高储存质量。
参考文献
[1] SH 3046-1992石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范[S].中国石油化工总公司北京设计院，1992.
[2] API650-2007钢制焊接石油储罐[S].2007.
[3] 陈岗.倒锥底大型储罐的设计[J].化工设备设计，1996.
[4] 徐英，杨一凡，朱萍等编.球罐及大型储罐[M].北京：化学工业出版社，2005.
[关键词]氮封；锈钢储罐；低压储罐；倒锥底
中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0020-01
1.前言
液体化工品的储存性质与石油类产品不完全相同，而且液体化工品种类繁多，且需求量不如石油类产品多，故液体化工品储罐的单罐容量也较小。由于液体化工品的性质的特殊性，在化工品储罐设计时，储罐的设计参数、材料、结构形式和储罐附件的设计选用也不同于石油类产品储罐。
2.储罐结构形式
对于石油类产品储罐，常用的储罐形式有拱顶储罐、内浮顶储罐、外浮顶储罐等。由于液体化工品储罐单罐容量一般较小，不采用外浮顶储罐，在储罐结构形式上，也有一定的特殊结构。
2.1 拱顶氮封结构
对于下列特性的化工品储罐，常设置储罐氮封保护系统。
（1）毒性较大，对环境污染较大的物料；
（2）吸水性较强，容易造成物料水分增加的物料；
（3）对氧气比较敏感，容易氧化的物料；
（4）闪点较低，危险性较大的物料。
氮封保护系统，是指在物料与罐顶之间的空间内充入氮气，储罐内维持一定的压力（正压）。当储罐内的介质被泵抽出或由于外界温度降低时，该系统可以自动补入氮气，防止外界空气进入。当向储罐内充液或由于外界温度升高使储罐内压力高于氮封压力时，可以通过呼吸阀自动排放。为安全考虑，一般在罐顶部设置有紧急泄放人孔。[4]
储罐设置氮封保护系统，可以有效的隔绝空气，从而使物料不接触空气中的水分和氧气，控制物料的含水率及气相空间的含氧量，防止物料吸水和燃烧或爆炸，还可以防止物料变质。同时，氮封保护系统可以维持罐内的正压，可以减少物料的小呼吸损耗。
2.2 内浮顶氮封储罐
部分化工品易燃易爆的同时，毒性程度也为极度或高度危害，如苯、丙烯腈、环氧氯丙烷等介质，此类化工品可采用内浮顶加氮封结构储罐。内浮顶加氮封保护系统可进一步减少有毒气体挥发至大气中。内浮顶加氮封结构是指在内浮盘至罐顶的空间内充入氮气，使之保持一定的氮封压力。与常规成品油内浮顶储罐相比，氮封结构的内浮顶储罐无罐顶或罐壁通气孔，而在罐顶部设置呼吸阀，阻火器等。内浮顶氮封储罐可采用废弃回收，将呼吸阀呼出气体进行回收处理，防止有毒气体进入大气，污染环境。
2.3 低压储罐
在许多情况下，为了减少低沸点储液在储存时的蒸发损耗，常需提高储罐的储存压力。
目前，国内立式圆筒形储罐设计标准主要有SH 3046-1992《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》、GB 50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》。这两个规范均规定设计压力不大于6KPa。当储罐设计压力大于2KPa而小于6KPa时，在罐壁计算时应考虑气压对罐壁厚度的影响。
对于储罐储存压力大于6KPa的储罐，需根据API620《大型焊接低压储罐设计与建造》进行设计计算。
对于低压储罐设计计算，主要是对抗压圈、罐壁计算、锚栓设计等方面内容。
抗压圈的设计主要是通过计算总环向力，确定所需的承压区域面积，选择推荐的承压圈结构，计算所选结构的承压区域面积，使其大于所需的面积。低压储罐罐壁厚度可通过罐体自由体分析计算罐壁经向、周向单位内力，进而通过公式计算确定罐壁厚度。锚固的设计，应根据外界载荷确定升举力，判断是否大于罐顶、罐壁及其所支撑的构件的总重，确定是否设置锚固装置。[2]
3.材料选择
3.1 罐体钢板
3.1.1 碳钢储罐
对于常规的石油产品储罐来说，常用的钢板为Q345R和Q235-B。对于储罐罐壁厚度较厚的钢板，才选用强度较高的Q345R，对于罐顶及罐底来说，则一般均选用Q235-B钢板。
在化工品储罐中，对于承装毒性程度为极度及高度危害介质的化工品储罐，由于Q235系列钢板S、P含量相对较高，一般材料不选用Q235系列钢板，多采用Q345R及其他性能更好钢板。
3.1.2 不锈钢储罐
由于部分化工品对碳钢的腐蚀较严重，如冰醋酸、丙烯酸等介质，部分化工品对纯度有较严格的要求，杂质的存在，不但影响质量也会影响化工品的销售价格。这类化工品储罐一般选用奥氏体不锈钢材料。奥氏体不锈钢是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢，此钢在常温氧化性环境中容易钝化，使表面产生一层以氧化铬为主、保护性很强的薄膜，使腐蚀率明显降低，也能减少铁离子对化工品的污染。
3.2 内浮盘
对于内浮顶储罐来说，常用浮盘材料有：铝合金内浮盘、不锈钢内浮盘、碳钢焊制内浮盘。其中，铝合金内浮盘及不锈钢内浮盘为浮筒式组装内浮盘，一般均有专业厂家生产安装，成本比碳钢焊制内浮盘低。
I级和II级毒性液体的内浮顶储罐，不采用用易熔材料制作的内浮顶，即不采用组装式铝合金内浮盘。
3.3 储罐密封
丁腈橡胶耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，且成本相对较低，广泛用在常规的石油类产品储罐中。但丁晴橡胶的缺点是不耐芳香族、卤代烃、酮及酯类腐蚀，在化工品储罐中应考虑其他耐腐蚀橡胶。
氟橡胶具有耐高温、耐油及耐多种化学药品侵蚀的特性，具有高度的化学稳定性，是目前所有弹性体中耐介质腐蚀性能最好的一种。故对储存芳香族、卤代烃、酮及酯类化工品的储罐浮盘密封材料可选用氟橡胶密封。
4.结构设计
4.1 罐底设计
目前，立式圆筒形储罐的罐底结构主要有正锥底结构、倒锥底结构及单面斜底结构。对于化工品储罐来说，一般采用倒锥底结构或单面斜底结构。相对传统正锥底储罐，倒锥底及单面斜底结构能够将介质中的水分、污泥和其他杂质快速而有效地集中到储罐最低点的集液槽中，并及时排出罐外，可以保证储存介质的品质，提高储存介质的纯度，因此特别适用于液体化学品介质的储存。
倒锥底及单面斜底储罐在罐底最低点均设置集液槽。对倒锥底储罐来说，集液槽在罐底中心。由于罐底中心处沉降变形最大，受力情况也较为恶劣，故一般集液槽采用整块钢板冲压成型[3]。
4.2 泡沫缓冲装置
由于部分化工品属于水溶性介质，在考虑进行泡沫灭火时，需设置泡沫缓冲装置，使抗溶泡沫平稳地布满整个液面，起灭火作用。
储罐可设置斜板溜槽式的泡沫缓冲装置。斜板与罐壁形成一个横截面为等边直角三角形的溜槽，沿罐壁盘旋而下，使泡沫顺槽而流，铺于液面，起灭火作用。
5.结论
（1）对于液体化工品储罐，根据介质特性、毒性程度要求来决定化工品储罐的结构形式。
（2）化工品储罐材料选择时，应根据介质的腐蚀性、毒性程度及洁净度要求来确定化工品储罐主要钢板、浮盘及浮盘密封的材料。
（3）化工品储罐常设计倒锥底及单面斜底结构，来提高储存质量。
参考文献
[1] SH 3046-1992石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范[S].中国石油化工总公司北京设计院，1992.
[2] API650-2007钢制焊接石油储罐[S].2007.
[3] 陈岗.倒锥底大型储罐的设计[J].化工设备设计，1996.
[4] 徐英，杨一凡，朱萍等编.球罐及大型储罐[M].北京：化学工业出版社，2005.