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1500 儲(chǔ) 罐 設(shè) 計(jì)
1500儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)
1 綜述
1.1國內(nèi)外汽油儲(chǔ)罐的發(fā)展概況
長期以來，我國庫存輕質(zhì)油品，廣泛采用固定頂油罐和浮頂油罐。由于固定頂油罐在存貯和收發(fā)油品時(shí)存在“小呼吸” 和“大呼吸”，油品蒸發(fā)損耗較大，而且會(huì)因?yàn)橛蜌庖萆⒌娇諝庵性斐森h(huán)境污染，危害人們身體健康。因此油品及化學(xué)品的蒸發(fā)損耗一直是石油、化學(xué)工業(yè)關(guān)心的問題。人們最初關(guān)心的是經(jīng)濟(jì)損失和安全，近年來還關(guān)心生態(tài)、環(huán)境保護(hù)方面的問題。為了較經(jīng)濟(jì)有效地解決這個(gè)問題，世界上發(fā)達(dá)國家如美國、法國、前蘇聯(lián)早在五、六十年代相繼開始研制浮頂油罐。我國直到70年代末期才開始研制。由于浮頂罐能降低損耗，減少環(huán)境污染，主要用于儲(chǔ)存原油、汽油、柴油等介質(zhì)。隨著內(nèi)浮頂技術(shù)的發(fā)展，汽油和航空煤油大多數(shù)采用內(nèi)浮頂罐，新建的外浮頂罐幾乎都用于儲(chǔ)存原油。
1955年前后，第一次實(shí)際采用塑料泡沫浮頂這個(gè)充氣的救生筏形的構(gòu)件漂浮在液面上，能減少汽油罐的蒸發(fā)損失85%。法國還研制了由硬聚氯乙烯浮動(dòng)蓋板組成并以同樣材料作為浮子支撐的內(nèi)浮頂罐。前蘇聯(lián)從1961年起開始使用合成材料做內(nèi)浮蓋，到1970年末已有300622容量的儲(chǔ)罐裝配了合成材料做的內(nèi)蓋。1962年美國在組瓦克建有世界上最大直徑為187ft(61.6m)的帶蓋浮頂罐。到1972年美國已建造了600多個(gè)內(nèi)浮頂油罐。
由于塑料浮頂耐溫較差及使用壽命等問題, 從20世紀(jì)50年代開始，非鋼內(nèi)浮頂罐開始出現(xiàn)，其材料有鋁、環(huán)氧及聚酯玻璃鋼、聚氯乙烯塑料和聚氨酯泡沫塑料等。加拿大歐文煉廠在直徑為28.65m油罐中就采用了全鋁制的內(nèi)浮頂。
與鋼制內(nèi)浮頂相比,非鋼內(nèi)浮頂具有質(zhì)輕、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),但強(qiáng)度較差,有的價(jià)格較貴,使其應(yīng)用受到限制。20世紀(jì)80年代以前以鋼制內(nèi)浮頂?shù)膽?yīng)用為主，但此后,耐腐蝕能力和綜合力學(xué)性能較好的鋁合金在內(nèi)浮頂制造上得以應(yīng)用,用其制造的裝配式鋁制內(nèi)浮頂油罐的降耗率能夠達(dá)到96%,而且現(xiàn)場安裝時(shí)的動(dòng)火量比鋼盤式內(nèi)浮頂減少95%以上,因此得到廣泛的推廣應(yīng)用。為了更好的設(shè)計(jì)和發(fā)展內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，1978年美國API650附錄H對(duì)內(nèi)浮盤的分類、設(shè)計(jì)、安裝、檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)荷載、浮力要求等作了一系列的修訂和改進(jìn)。
國內(nèi)于20世紀(jì)70年代后期，開始使用淺盤式鋼制內(nèi)浮頂。由于淺盤式鋼制內(nèi)浮頂?shù)目钩列圆睿?0世紀(jì)80年代中后期開始使用鋁制內(nèi)浮頂，鋼制內(nèi)浮頂已使用得很少。1978年國內(nèi)3000鋁盤儲(chǔ)罐投入使用，通過測(cè)試蒸發(fā)損耗標(biāo)定，收到顯著效果，近20年也相繼出現(xiàn)了各種形式和結(jié)構(gòu)的內(nèi)浮盤或覆蓋物。
經(jīng)過長時(shí)期的使用及探索,近年來,內(nèi)浮頂?shù)目傮w結(jié)構(gòu)有了較大改進(jìn),相繼開發(fā)了多種新型的裝配式鋁浮頂,使內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐技術(shù)得到較快發(fā)展。目前新建的內(nèi)浮頂罐，絕大多數(shù)采用鋁制內(nèi)浮頂。在用的罐，當(dāng)需要改造成內(nèi)浮頂罐時(shí)，采用鋁制內(nèi)浮頂是最佳的選擇。
1.2儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)型式的選擇
油品儲(chǔ)罐的選型應(yīng)考慮的主要因素是盡量降低油品損耗，避免油品在儲(chǔ)存期間變質(zhì)，減輕大氣污染與火災(zāi)的危險(xiǎn)性，同時(shí)還要考慮經(jīng)濟(jì)合理。
控制和減少儲(chǔ)液的蒸發(fā)是儲(chǔ)罐技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方面。油品在儲(chǔ)存過程中的蒸發(fā)損失不僅可以造成儲(chǔ)液量的損失，還導(dǎo)致油品質(zhì)量的下降，使油品變質(zhì)。減少儲(chǔ)罐的蒸發(fā)損失有很多措施，如用水噴淋可基本消除固定頂罐的小呼吸損失，但這要浪費(fèi)大量的冷卻水，將罐體外表面涂成白色或使用熱絕緣材料可降低小呼吸損耗60％ ，還有提高儲(chǔ)罐承載能力等措施。但是，以上這些措施都不能從根本上減少儲(chǔ)罐的蒸發(fā)損失，采用內(nèi)浮頂罐是迄今為止控制油品蒸發(fā)損失所采用的技術(shù)中最有效的解決辦法之一。
儲(chǔ)存汽油，柴油的儲(chǔ)罐原則上既可以選擇固定頂油罐,也可選用內(nèi)浮頂油罐。但不同罐型的防火距離要求是不同的,一般而言(容量大于1000的油罐),固定頂油罐之間的距離為0.6D(D為罐直徑)，內(nèi)浮頂油罐之間的距離為0.4D。對(duì)固定頂與內(nèi)浮頂油罐的選型進(jìn)行分析比較,當(dāng)土地價(jià)格與地基處理費(fèi)用較高時(shí),從經(jīng)濟(jì)合理性上來講,選用內(nèi)浮頂油罐是恰當(dāng)?shù)摹?
考慮到本油罐所盛的介質(zhì)為汽油，而汽油為易揮發(fā)的輕質(zhì)油品，為降低汽油的蒸發(fā)損耗，減少環(huán)境污染，以及減少油庫的占地面積，選用內(nèi)浮頂罐最合適。
1.3內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐概述
1.3.1內(nèi)浮頂罐的構(gòu)成及特點(diǎn)
內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐主要由罐體、內(nèi)浮盤、密封裝置、導(dǎo)向和防轉(zhuǎn)裝置、靜電導(dǎo)出設(shè)施、通氣孔、高液位報(bào)警器等組成。為避免浮頂漏損沉沒，多采用帶有環(huán)形隔艙的內(nèi)浮頂，或采用雙盤式內(nèi)浮頂以增加浮盤的浮力及安全性（后者還起隔熱作用）。
鋼制的內(nèi)浮盤的浮頂儲(chǔ)罐在美國石油學(xué)會(huì)（API）稱為“帶蓋的浮頂罐”，而稱鋁制（或非金屬）浮盤為“內(nèi)浮頂罐”，而這兩種形式的的儲(chǔ)罐在國內(nèi)均稱為內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐。這種罐的頂部為拱頂與浮頂?shù)慕Y(jié)合，外部為拱頂，內(nèi)部為浮頂。內(nèi)部的浮頂可減少油品的蒸發(fā)損耗，而外部的拱頂又可避免雨水、塵土等異物從環(huán)形空間進(jìn)入罐內(nèi)。由于具有浮頂罐和拱頂罐的優(yōu)點(diǎn)，這種罐主要用于儲(chǔ)存航空煤油、汽油等要求高的油品。
內(nèi)浮頂油罐罐體外形結(jié)構(gòu)與拱頂油罐大體相同。與浮頂油罐相比，它多了一個(gè)固定頂，這對(duì)改善油品的儲(chǔ)存條件，特別是防止雨水雜質(zhì)進(jìn)入油罐和減緩密封圈的老化有利。同時(shí)內(nèi)浮頂也能有效的減少油品的損耗，所以內(nèi)浮頂油罐同時(shí)兼有固定頂油罐和浮頂油罐的特點(diǎn)。從耗鋼量比較，雖然內(nèi)浮頂油罐比浮頂油罐增加了一個(gè)拱頂，但也省去了罐壁和罐頂周圍的抗風(fēng)圈、加強(qiáng)環(huán)、滑動(dòng)扶梯和折水管等，因此總耗鋼量仍略少于浮頂油罐。內(nèi)浮頂罐的詳細(xì)特點(diǎn)如下：
1）、內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐不是固定頂罐和浮頂罐的簡單迭加，由于結(jié)構(gòu)上的特殊性，與固定頂儲(chǔ)罐相比有以下特點(diǎn)：
①、儲(chǔ)液的揮發(fā)損失少。由于內(nèi)浮盤直接與液面接觸，液相無揮發(fā)空間，從而減少發(fā)損失85%～90%。
②、由于液面沒有氣相空間，所以減輕了罐體（罐壁與罐頂）的腐蝕，延長了儲(chǔ)罐的壽命。
③、由于液面覆蓋內(nèi)浮盤，使儲(chǔ)液與空氣隔離，故大大地減少了空氣的污染，減少了著火爆炸的危險(xiǎn)，易于保證儲(chǔ)液的質(zhì)量。特別適用于儲(chǔ)存高級(jí)汽油和噴氣燃料，也適合儲(chǔ)存有害的石油化工產(chǎn)品。
④、在結(jié)構(gòu)上可取消呼吸閥及罐頂冷卻噴淋設(shè)施。
⑤、易于老罐改造成內(nèi)浮頂罐，并取消呼吸閥、阻火器等附件，投資少，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
2）、內(nèi)浮頂罐與外浮頂罐相比有如下特點(diǎn)：
①、內(nèi)浮頂罐又稱“全天候”儲(chǔ)罐，由于有頂蓋密封能有效地防止風(fēng)、沙、雨、
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雪灰塵污染儲(chǔ)液，在各種氣候條件下均能正常操作，不管寒冷多雪、風(fēng)沙頻繁或是炎熱多雨地區(qū)儲(chǔ)存高級(jí)油品或噴氣燃料等嚴(yán)禁污染的儲(chǔ)液特別適宜。
②、在相同密封的條件下，內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐可以進(jìn)一步降低蒸發(fā)損耗。這是因?yàn)楣潭數(shù)恼趽跻约肮潭斉c內(nèi)浮盤之間靜止的空氣層，有較好的隔熱效果，并使蒸發(fā)損失進(jìn)一步減少。
③、內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的內(nèi)浮盤沒有雨雪載荷，浮盤負(fù)荷小，結(jié)構(gòu)簡單、輕便。浮盤上可以省去中央排水罐、轉(zhuǎn)動(dòng)扶梯、擋雨板等，易于施工和維護(hù)。
④、由于有固定頂?shù)恼趽?，?nèi)浮盤周邊的密封裝置避免了日光直接照射而老化。
⑤、節(jié)省材料，易于施工和維護(hù)。
3）、內(nèi)浮頂罐的缺點(diǎn)：與拱頂罐相比耗鋼量多一些,施工要求高一些,與浮頂罐相比密封結(jié)構(gòu)檢查維修不便,儲(chǔ)罐不易大型化,目前容量一般不超過10000。
1.3.2浮盤的選擇
根據(jù)不同材料的性質(zhì)以13.5m浮盤為例，按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB50341-2003 ?立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范?的要求，在不考慮腐蝕余量的情況下，對(duì)其耗材和性能比較。
1)鋼浮頂。按照標(biāo)準(zhǔn)要求下盤、上盤及周邊鋼板選用4.5mm厚，中間隔板選用2.5mm厚，整體重量超過為35t。
2)不銹鋼浮頂。不銹鋼內(nèi)浮頂適用性好，耐腐蝕，適用于大多數(shù)介質(zhì)。浮頂蓋板選用0.5mm厚，骨架、浮筒用1.2mm厚，13.5m浮盤重量約在9t。
3)鋁浮頂。鋁浮頂耐腐蝕性較好，整體重量輕，制作方便。蓋板選用0.5mm厚鋁板，骨架選用2mm厚，浮筒選用1.7mm厚，13.5m浮盤重量約在2.1t。由于重量輕，浮盤運(yùn)行穩(wěn)定性好。
根據(jù)上面的比較，選用鋁浮頂?shù)男詢r(jià)比高，經(jīng)濟(jì)合理；如必須選用鋼浮頂，選用不銹鋼材料做內(nèi)浮頂無論從使用方面，還是價(jià)格方面都比選用碳鋼浮頂更為合理。
1.3.3鋁制內(nèi)浮盤儲(chǔ)罐
所謂鋁制內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，即是在鋼制的固定頂儲(chǔ)罐內(nèi)設(shè)置一個(gè)鋁制或鋁鎂合金材料裝配而成的內(nèi)浮盤。裝配式鋁制內(nèi)浮頂采用非焊接結(jié)構(gòu),主要由浮筒、構(gòu)架、鋪板及支腿等部件組成。構(gòu)架和鋪板位于油面以上,用卷制的鋁合金筒作浮力構(gòu)件,支撐整個(gè)構(gòu)架,鋪板與油面之間有一定的空間,除了鋁浮頂與罐壁之間的環(huán)形空間以外,所有油面由鋁浮頂覆蓋。鋁浮頂周邊與罐壁之間的環(huán)形間隙采用舌形密封裝置或填料式舌形密封裝置加以密封。鋁浮頂上設(shè)有量油孔、真空閥、人孔、防靜電裝置和防旋轉(zhuǎn)裝置等附件。鋁制內(nèi)浮頂按照提供浮力的元件區(qū)分有浮管式的和浮子式的。本設(shè)計(jì)選用浮管式，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：
圖1 裝配式鋁制內(nèi)浮頂油罐結(jié)構(gòu)示圖
與鋼制內(nèi)浮頂相比，鋁制內(nèi)浮頂有很多優(yōu)點(diǎn)：
1）、施工工期短，對(duì)罐壁要求低
鋼制內(nèi)浮頂是用鋼板焊接而成，往往是在生產(chǎn)罐區(qū)內(nèi)施工,長時(shí)間大量焊接與切割的動(dòng)火工作對(duì)生產(chǎn)罐區(qū)來說無疑是十分危險(xiǎn)的，裝配式鋁制內(nèi)浮頂實(shí)現(xiàn)了預(yù)制,全部零部件可以通過罐壁人孔送入罐內(nèi),用螺栓進(jìn)行安裝,安裝時(shí)的動(dòng)火工作量比鋼盤式內(nèi)浮頂減少95%以上，1臺(tái)1500油罐的裝配式鋁制內(nèi)浮頂,可以在一星期之內(nèi)完成全部安裝工作。
2）、質(zhì)量輕，成本低，安裝、搬運(yùn)方便
鋁制內(nèi)浮頂?shù)娜苛慵疾捎娩X合金制造，在搬運(yùn)過程中十分輕便。因此，在安裝過程中不需要起重設(shè)備，零件的組裝不用焊接，多采用螺栓緊固，個(gè)別部位采用鉚接。特別適合于舊拱頂鋼罐改造成內(nèi)浮頂罐。
3）、密封圈更耐腐蝕
鋼制內(nèi)浮頂采用“O”密封，而裝配式鋁制內(nèi)浮頂四周與罐壁之間的環(huán)形空間多數(shù)采用舌形密封裝置加以密封，一種是舌形橡膠密封帶，一般用在新罐上；另一種是填料式舌形密封膠帶,一般用在舊罐上。舌形密封屬于二次密封，它除了提高密封效果外，還可以保持一次密封免遭風(fēng)雨等的破壞，延長一次密封的壽命，但使用二次密封能減少油罐的有效使用容積。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：
圖2 舌形密封裝置
4）、浮盤升降更平穩(wěn)，不易卡盤
鋼制內(nèi)浮頂由于自身重量大、浮船容易腐蝕滲漏，造成傾斜升降，發(fā)生沉船現(xiàn)象，導(dǎo)致油罐不能正常工作。裝配式鋁制內(nèi)浮頂改變了傳統(tǒng)的利用大直徑(DN 200)不銹鋼管作支撐的硬式防轉(zhuǎn)裝置，采用了固定鋼絲繩支撐的軟式防轉(zhuǎn)裝置，使內(nèi)浮頂自由的漂浮在油面上，緩解了浮頂徑向壓力的不均衡狀態(tài)，防止了卡盤現(xiàn)象。
1.3.4鋁制內(nèi)浮頂工作原理
當(dāng)油品進(jìn)罐后，油品充滿在罐底、罐壁與內(nèi)浮頂之間，當(dāng)油品液位高度達(dá)到淹沒浮筒的1/2時(shí)，內(nèi)浮頂便在浮筒產(chǎn)生的浮力作用下漂浮在油面上，隨著油面升降而升降，有效地減小了油品上部的氣相空間，同時(shí)，始終將油品與空氣保持隔離狀態(tài)，從而大量減少了油品的蒸發(fā)損耗，節(jié)約了能源，減少了環(huán)境污染，提高了儲(chǔ)罐使用的安全性。內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐正常運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)是內(nèi)浮盤的安全平穩(wěn)升降。若處理不當(dāng)，引起沉盤，起不到內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的作用，則安全性要求就得不到保證。為確保內(nèi)浮盤安全平穩(wěn)升降的要求主要有兩方面：一是導(dǎo)向結(jié)構(gòu)；二是內(nèi)浮盤的平整度。導(dǎo)向管越垂直，內(nèi)浮盤的平整度越好，內(nèi)浮盤上下升降的平穩(wěn)性越好。
2 內(nèi)浮頂油罐的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 內(nèi)浮頂油罐的設(shè)計(jì)思想和參數(shù)的確定
內(nèi)浮頂油罐總的設(shè)計(jì)思想是在設(shè)計(jì)容積給定的情況下，如何使設(shè)計(jì)出的油罐達(dá)到最低的工程造價(jià)和材料消耗，同時(shí)又滿足罐壁強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求。
儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)參數(shù)主要有：設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、風(fēng)及地震載荷、油罐的直徑、高度、容量等。
根據(jù)儲(chǔ)罐所盛裝的介質(zhì)（汽油）及工作環(huán)境（湖北地區(qū)）確定設(shè)計(jì)溫度為0--60，設(shè)計(jì)壓力為常壓，即-0.49KPa—1.96Kpa。其他參數(shù)將在后文中介紹。
2.2 罐總體尺寸的確定
儲(chǔ)罐總體尺寸的確定主要堅(jiān)持兩個(gè)原則，即材料最省和費(fèi)用最省。
2.2.1 儲(chǔ)罐內(nèi)徑和高度的確定
根據(jù)儲(chǔ)罐總體尺寸確定的兩個(gè)原則，前人將計(jì)算儲(chǔ)罐內(nèi)徑的方法歸納為下表：
罐壁情況
儲(chǔ)罐形式
按材料最省的經(jīng)濟(jì)尺寸
按費(fèi)用最省的經(jīng)濟(jì)尺寸
等壁厚
小型敞口儲(chǔ)罐
H≈R
H≈R
小型封閉儲(chǔ)罐
H≈2R
H≈2R
不等壁厚
大型封閉儲(chǔ)罐
H≈
表1儲(chǔ)罐的經(jīng)濟(jì)尺寸
當(dāng)容積大于1000時(shí)采用不等壁厚的儲(chǔ)罐。若把罐壁和罐頂看作相同的費(fèi)用，并且分別為罐底費(fèi)用的兩倍時(shí)，其經(jīng)濟(jì)尺寸看來合理些。按此算得容積為1500的儲(chǔ)罐，高度為6.45m，直徑為17.20m，儲(chǔ)罐為“矮胖形”，取H=6.5m,D=17.3m。計(jì)算容積為:。
對(duì)于立式圓筒性形儲(chǔ)罐，可通過建立立式圓筒儲(chǔ)罐罐體質(zhì)量函數(shù)關(guān)系并求取極小值，同時(shí)引入質(zhì)量折算系數(shù)的概念，在遵循JB/T4735-1997?鋼制焊接常壓容器?原則的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出立式圓筒儲(chǔ)罐最經(jīng)濟(jì)內(nèi)徑的計(jì)算公式，最后應(yīng)用數(shù)值理論反復(fù)迭代的方法來確定儲(chǔ)罐的最經(jīng)濟(jì)內(nèi)徑值（計(jì)算過程可參考文獻(xiàn)16）。由此計(jì)算出
的儲(chǔ)罐的最經(jīng)濟(jì)內(nèi)徑值可歸納為下表：
V
（）
罐體材料
碳鋼/不銹鋼
（mm）
碳鋼/不銹鋼
V
（）
罐體材料
碳鋼/不銹鋼
（mm）
碳鋼/不銹鋼
20
Q235-A-F/不銹鋼
3050/2900
900
Q235-A/不銹鋼
11600/11600
30
Q235-A-F/不銹鋼
3500/3350
1000
Q235-A/不銹鋼
12150/12150
50
Q235-A-F/不銹鋼
4100/3950
1500
Q235-A/不銹鋼
14300/14400
80
Q235-A/不銹鋼
4800/4650
2000
Q235-A/不銹鋼
16250/16450
100
Q235-A/不銹鋼
5100/4950
2500
Q235-A/不銹鋼
17750/18150
150
Q235-A/不銹鋼
5800/5650
3000
Q235-A/不銹鋼
19250/19750
200
Q235-A/不銹鋼
6400/6250
3500
Q235-A/不銹鋼
20550/20850
250
Q235-A/不銹鋼
6900/6700
4000
Q235-A/不銹鋼
22100/22250
300
Q235-A/不銹鋼
7350/7100
5000
Q235-A/不銹鋼
24350/24900
400
Q235-A/不銹鋼
8100/7850
6000
Q235-A/不銹鋼
26600/27150
500
Q235-A/不銹鋼
8700/8450
7000
20R/不銹鋼
27550/29050
600
Q235-A/不銹鋼
9250/8950
8000
20R/不銹鋼
29250/31050
700
Q235-A/不銹鋼
9600/10500
9000
20R/不銹鋼
31100/無
800
Q235-A/不銹鋼
1100/11100
10000
16MnR/不銹鋼
31000/無
表2儲(chǔ)罐的最經(jīng)濟(jì)內(nèi)徑值
上述兩種理論確定的內(nèi)徑和高度與HG 21502.2-92（化工鋼制立式圓筒形內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐系列標(biāo)準(zhǔn)）提供的數(shù)據(jù)有些出入，這主要是考慮載荷、占地面積及許用容積等方面的因素。本文的設(shè)計(jì)以HG 21502.2-92給定的參數(shù)為準(zhǔn)。HG 21502.2-92提供的公稱容積為1500的儲(chǔ)罐的參數(shù)如下：
計(jì)算容積：1650；儲(chǔ)罐內(nèi)徑：13000mm罐壁高度：13500mm；拱頂高度：14050mm；總高:14905mm；罐壁底圈到第八圈的厚度（mm）分別為：8，7，6，6，6，6，6，6，儲(chǔ)罐總重：51425Kg。
2.2.2 內(nèi)浮頂所占容積和有效容積的估算
1、內(nèi)浮頂占罐體的有效高度
根據(jù)內(nèi)浮頂使用有關(guān)規(guī)定：放油時(shí)罐內(nèi)應(yīng)保持1.4m的高度，防止浮盤落架，卡盤，收放油時(shí)油罐本身的高度減少1.4m；進(jìn)油時(shí)頂部有1.2m的空間（不包括圓頂部分）。因此。
2、儲(chǔ)罐的有效容積
上面確定了1500儲(chǔ)罐的高度H=13.5m,所以內(nèi)浮頂所占儲(chǔ)罐的容積為：
式（2-1）
儲(chǔ)罐的有效容積為：。
2.3 材料的選擇
1、儲(chǔ)罐的用材按類別可分為：碳鋼（碳素鋼和低合金鋼）、不銹鋼、鋁及其合金。
2、儲(chǔ)罐主要用材的選擇
儲(chǔ)罐用材的選擇應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度（最低和最高設(shè)計(jì)溫度）、物料的特性（腐蝕性，毒性，易爆性等）鋼材的性能和使用限制，在保證各部位安全，可靠的基礎(chǔ)上節(jié)省投資的原則。在滿足其他條件的情況下優(yōu)先選用碳素鋼。
3、罐壁和罐底的邊板對(duì)選材來說是最重要地，也是最難于判斷的。由強(qiáng)度決定的罐壁部分、罐底的邊緣板(或簡稱邊板)、人孔接管、補(bǔ)強(qiáng)板在原則上應(yīng)選擇同一種材科。罐底的中幅板、罐頂及肋板、抗風(fēng)圈、加強(qiáng)圈等一般可選用Q235-A，Q235-B或Q235-A-F牌號(hào)鋼材。
由1000至10000的小型油罐由強(qiáng)度決定的罐壁部分的選材，根據(jù)用途及建罐地區(qū)最低日平均溫度分別采用Q235-A-F和Q235-A。
當(dāng)這些小型油罐鍺存汽油時(shí)，則根據(jù)建罐地區(qū)的最低日平均溫度選取不同材料。當(dāng)最低日平均溫度在—10以上時(shí)，取Q235-A，在-10— -20時(shí)取Q235-A-F。
油罐的其他部分，如罐底的中幅板、罐頂、抗風(fēng)圈、加強(qiáng)圈等一般可選用Q235-A或Q235-A-F，日本在這些部位多選用SS41。
4、罐壁材料三項(xiàng)基本要求
罐壁材料的三項(xiàng)基本要求是強(qiáng)度、可焊性和沖擊韌性，三者全都重要不個(gè)可偏廢。
根據(jù)以上原則，儲(chǔ)罐的主體材料選擇Q235-A。
2.4 罐壁設(shè)計(jì)
工程設(shè)計(jì)中罐壁厚度通常由三種方法確定，即：
1）、定點(diǎn)法：用于容積較小的儲(chǔ)罐（直徑小于60米）。
2）、變點(diǎn)法：此方法適用于L/H≤1000/6的儲(chǔ)罐。
3）、應(yīng)力分析法：此方法適用于L/H>1000/6的儲(chǔ)罐。
對(duì)于容積較小的儲(chǔ)罐，采用定點(diǎn)法設(shè)計(jì)罐壁厚度計(jì)算簡便，結(jié)果也足夠安全
2.4.1 壁厚的確定
罐壁的設(shè)計(jì)首先要確定壁厚。在罐壁中環(huán)向應(yīng)力是占控制地位的，因而壁厚是根據(jù)環(huán)向應(yīng)力確定的。壁厚一般可按下式計(jì)算：
式（2-2）
式中：t--罐壁按強(qiáng)度要求的最小壁厚，毫米；
D--油罐的直徑，米；
H--由所計(jì)算的那圈壁板的底邊至罐壁頂端的垂直距離，米；
--貯液的比重，當(dāng)貯液的實(shí)際比重小于1時(shí)，取=1；
--焊縫系數(shù)，根據(jù)我國目前的焊接水平和焊縫質(zhì)量檢查的具體情況，可取=0.90；
--許用應(yīng)力，可按進(jìn)行計(jì)算，為材料規(guī)定的最低屈服極限，；
式中0.3是由于下一圈板或罐底對(duì)所計(jì)算的那圈板的約束而使最大應(yīng)力減低的修正系數(shù)；
C--鋼板的允許負(fù)偏差及腐蝕裕量之和，毫米。
鋼板的允許負(fù)偏差，與鋼板的厚度和寬度有關(guān)。按(2-2)式計(jì)算出的t值，適當(dāng)向上圓整?？紤]到預(yù)制，運(yùn)輸、安裝以及保證建成后罐壁圓度等，按(2-2)式確定的壁厚在任何情況下不得小于按剛性要求所決定的。
2.4.2 罐壁的設(shè)計(jì)厚度
罐壁的設(shè)計(jì)厚度按下式計(jì)算，取其中的較大值。
式（2-3）
式（2-4）
式中：--儲(chǔ)存介質(zhì)時(shí)的設(shè)計(jì)厚度（mm）；
--儲(chǔ)存水時(shí)的設(shè)計(jì)厚度（mm）；
--儲(chǔ)液的密度()；
H--計(jì)算的壁板底邊至罐壁頂端的垂直距離(m)；
D--儲(chǔ)罐內(nèi)直徑(m)；
--設(shè)計(jì)溫度下罐壁鋼板的許用應(yīng)力(MPa)；
--常溫下罐壁鋼板的許用應(yīng)力(MPa)；
--焊縫系數(shù)，取0．9；
--鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差(mm), 取0.6mm；
--腐蝕裕量(mm),取2mm；
查得，常溫下Q235-A的許用應(yīng)力，設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為，將D=13m，H=13.5m代入上式，分別得：
在確定壁板的名義厚度時(shí),不能單純地按計(jì)算結(jié)果考慮,因?yàn)橛?jì)算公式只從滿足罐體強(qiáng)度方面考慮了作用在罐壁上的液柱靜壓力、材料的許用應(yīng)力以及焊接接頭系數(shù)。按照上述二式計(jì)算的罐壁厚度，最上一層或者幾層鋼板的厚度可能會(huì)較薄，以致于制造難度增大。確定罐體壁厚還要考慮以下幾個(gè)方面的問題:：(1)防腐蝕；(2)罐體受力；(3)罐體剛度。為此罐體壁厚，可用一些經(jīng)過實(shí)踐證明行之有效的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以限制：
當(dāng)油罐直徑
δmax, 因而浮梁抗彎強(qiáng)度足夠。
浮梁接頭最危險(xiǎn)截面強(qiáng)度校核（見圖7）。最危險(xiǎn)斷面a-a及b-b截面尺寸均為寬ｂ=3mm，高h(yuǎn)=38mm矩形截面。
最危險(xiǎn)截面與支點(diǎn)間距為25mm。
最危險(xiǎn)截面慣性矩
J=bh/12=（0.3×3.8）/12 =1.3718 cm4 式（2-30）
δmax=Mmax×(e/j)=(150/2)×(2.5)×(1.9/1.3718)=2.59kg/mm2 式（2-31）
[δ]=13.5 kg / mm2
δmax < [δ]，接頭強(qiáng)度足夠。
L max =350cm
L max /2
p/2
p/2
p
q
p
p/2
p/2
25
25
（2）浮頂?shù)母×π：?
圖6 強(qiáng)度校核計(jì)算模型 圖7 浮梁危險(xiǎn)截面計(jì)算模型
浮頂?shù)淖灾谿=1082 kg，浮梁總長度L=12.9 m,每米浮梁產(chǎn)生的浮力F（介質(zhì)的密度以汽油790kg/m3 計(jì)且按SH3046－92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，只計(jì)浮筒部分浮力）。
F=(0.165/2)2 × 3.14×1×790＝16.892 kg / m 式（2-32）
浮梁所提供的總浮力：
W=129×16.892=2179.068 kg 式（2-33）
浮梁浮力自重比：W/G=2179.068/1082= > 2,符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
4、浮船的抗沉計(jì)算
浮船的下沉深度不得大于浮船外邊緣板的高度b3，且至少留出5~10cm余量，即：
式（2-34）
式中：T——浮船底板傾角=0時(shí)下沉的最大深度，cm；
T0a——浮船底板傾角角引起的滲液深度的附加量，cm；
浮船最大的下沉深度T為：
式（2-35）
式中：
令
則：
2.6.4 罐頂?shù)娜丝缀蜋z查孔
油罐的固定頂和內(nèi)浮頂上應(yīng)至少各設(shè)1個(gè)DN600的人孔，固定頂上宜設(shè)置沿四周均布的目視檢查孔，且不得少于4個(gè)。
2.7 抗震設(shè)計(jì)
在地震時(shí)，儲(chǔ)罐是受地震損害最嚴(yán)重的設(shè)備之一，往往是由于儲(chǔ)罐內(nèi)物料受地震力而晃動(dòng)導(dǎo)致罐體變形、裂縫，物料大量外流而引起火災(zāi)、爆炸等事故發(fā)生。由于儲(chǔ)罐抗震性能不好且抗震措施未能完善的解決，所以在近年來國內(nèi)外地震中，儲(chǔ)罐的震害屢見不鮮，更為嚴(yán)重的是儲(chǔ)罐的損壞有時(shí)還伴隨著火災(zāi)，爆炸和環(huán)境污染等次生災(zāi)害。因此抗震設(shè)計(jì)是目前儲(chǔ)罐的研究的熱門。
2.7.1 傾覆力矩的計(jì)算
式（2-36）
式中： M ——水平地震載荷對(duì)罐底底面的彎矩，kgf-cm；
Q0——水平地震的載荷，kgf；
H——罐底底面至液面的高度，m；
Q0按下式計(jì)算：
式中： CZ——綜合影響系數(shù)，對(duì)常壓立式油罐，取CZ=0.40;
——地震影響系數(shù)最大值，與地震烈度有關(guān)；
W0——產(chǎn)生載荷的油罐總重量，W按下式計(jì)算。
式中： W′——罐內(nèi)儲(chǔ)液重量，kgf；
Ft——?jiǎng)右合禂?shù)，由H/R查表選??；
R——底層圈板的內(nèi)半徑，cm 。
2.7.2 罐壁壓應(yīng)力計(jì)算
底層壁板的最大壓應(yīng)力可按下式計(jì)算
式（2-37）
式中： ——底層壁板的最大壓應(yīng)力，kgf/cm2；
N——底層壁板底部的垂直載荷，包括罐體自重和保溫層重，kgf；
A——底層壁板的截面積，cm2；
W——底層壁板的截面系數(shù)，cm3；
D——油罐的直徑，cm；
t——油罐底層壁板的厚度，cm 。
2.7.3 罐壁臨界壓應(yīng)力及其校核
臨界許用壓應(yīng)力可按下式計(jì)算
式(2-38)
式中： ——臨界許用壓應(yīng)力，kgf/cm2 。
當(dāng)時(shí)，說明在設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)的地震情況下，油罐安全。
國家標(biāo)準(zhǔn)?建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范?GB50009-2001規(guī)定在地震烈度為七度或七度以上時(shí)（烈度為九度區(qū)為不適宜建罐區(qū)）必須采取抗震措施。為減少地震力，日本的經(jīng)驗(yàn)是在儲(chǔ)罐內(nèi)采取增設(shè)擋板的措施，好比農(nóng)民挑水時(shí)水桶內(nèi)往往放兩塊木板的道理。由于本設(shè)計(jì)中的儲(chǔ)罐，工作環(huán)境為湖北地區(qū)，而湖北地區(qū)的地震烈度為六度，故在抗震措施上不用過多的考慮。
2.8 儲(chǔ)罐的附屬設(shè)施
附屬設(shè)施主要包括：透光孔、通風(fēng)孔、清掃孔、量油孔、呼吸閥等已形成標(biāo)準(zhǔn)化，可根據(jù)油罐容量合理選用。對(duì)不同類型的儲(chǔ)罐還有物料管線，安全設(shè)施以及檢測(cè)儀表等附屬設(shè)施。
2.8.1 油罐附件
油罐附件是油罐自身的重要組成部分。它的設(shè)置按其作用可分成4種類型：
1、保證完成油料收發(fā)、儲(chǔ)存作業(yè)，便于生產(chǎn)、經(jīng)營管理。
2、保證油罐使用安全，防止和消除各類油罐事故。
3、有利油罐清洗和維修。
4、能降低油品蒸發(fā)損耗。
油罐除一些通用附件外，盛裝不同性質(zhì)油品，用于不同結(jié)構(gòu)類型的油罐，還應(yīng)配置具有專門性能的附件，以滿足安全與生產(chǎn)的特殊需要。
對(duì)內(nèi)浮頂油罐，其專用附件有：通氣孔、氣動(dòng)液位訊號(hào)器、量油導(dǎo)向管、導(dǎo)向防轉(zhuǎn)裝置、靜電導(dǎo)出裝置、帶芯人孔等。
1）、透光孔和量油孔：用于檢查罐內(nèi)情況及測(cè)量油位,根據(jù)需要設(shè)置。
2）、排污孔：排污孔設(shè)置在儲(chǔ)罐底部最低位置,放水管可兼作排污管。
3）、梯子和欄桿：高度大于5m的立式儲(chǔ)罐,應(yīng)采用盤梯或斜梯。梯子外側(cè)和罐頂操作區(qū)應(yīng)設(shè)欄桿。
4）、人孔：人孔的數(shù)量應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)罐大小及維修要求設(shè)置。通常在罐頂設(shè)1個(gè)人孔,在罐壁設(shè)1個(gè)或多個(gè)人孔。人孔應(yīng)設(shè)在方便操作的位置,并避開罐內(nèi)附件。對(duì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐,在其固定頂上應(yīng)設(shè)置不少于1個(gè)DN500mm或DN600mm的人孔；在內(nèi)浮頂上應(yīng)設(shè)置不少于1個(gè)DN600mm的人孔;在內(nèi)浮頂支撐高度以上及以下的罐壁上宜各設(shè)不少于1個(gè)DN600mm的人孔。
5）、導(dǎo)向防轉(zhuǎn)裝置：導(dǎo)向管可以兼作量液管，多用于鋼制內(nèi)浮頂罐，鋁制內(nèi)浮頂多采用鋼絲繩作為導(dǎo)向防轉(zhuǎn)裝置。
6）、防雷和防靜電接地：對(duì)于爆炸危險(xiǎn)場所,儲(chǔ)罐應(yīng)按規(guī)范要求做防雷和防靜電接地設(shè)計(jì)。鋼制儲(chǔ)罐的防雷接地裝置可兼作防靜電接地用。其主要作用是使浮頂和儲(chǔ)罐保持相等的電位，防止靜電的危害，保證儲(chǔ)罐安全運(yùn)轉(zhuǎn)。
浮管式鋁制內(nèi)浮頂罐的主要附件包括：浮頂支柱、密封裝置、導(dǎo)靜電裝置、真空閥、防旋轉(zhuǎn)裝置、量油孔、人孔、油品入口擴(kuò)散管、罐壁通氣孔、罐頂通氣孔等。
2.8.2 汽油罐的安全設(shè)施
對(duì)于輕油罐配備的專用附件有：呼吸閥擋氣板、防火器、機(jī)械呼吸閥、泡沫發(fā)生器、液壓安全閥。其作用分別如下：
1）、吸閥擋氣板：防止空氣進(jìn)入油罐時(shí)直沖油面，油面上的油品蒸汽氣體層就不會(huì)被沖散，因此可減少油品的蒸發(fā)損耗。
2）、防火器：防火器又稱油罐阻火器，是油罐的防火安全設(shè)施，它裝在機(jī)械呼吸閥或液壓安全閥下面，內(nèi)部裝有許多銅、鋁或其它高熱容金屬制成的絲網(wǎng)或皺紋板。當(dāng)外來火焰或火星萬一通過呼吸閥進(jìn)入防火器時(shí)，金屬網(wǎng)或皺紋板能迅速吸收燃燒物質(zhì)的熱量，使火焰或火星熄滅，從而防止油罐著火。它的作用有二，一是吸熱，使燃燒氣體的溫度降到閃點(diǎn)以下，將火焰熄滅。二是隔火，使火焰，火花不至于進(jìn)入油罐。
3）、機(jī)械呼吸閥：調(diào)整儲(chǔ)油罐的壓力。
4）、泡沫發(fā)生器：當(dāng)混合氣液沿管道流過泡沫發(fā)生器孔板時(shí)，突然節(jié)流，流速隨之增大，造成負(fù)壓，使大量空氣吸入泡沫發(fā)生器內(nèi)，形成空氣泡沫，將火熄滅。
5）、液壓安全閥：選用呼吸閥時(shí)應(yīng)同時(shí)選用直徑相同的液壓安全閥，液壓安全閥是為提高油罐更大安全使用性能的又一重要設(shè)備，它的工作壓力比機(jī)械呼閥要高出5~10%。正常情況下，它是不動(dòng)的，當(dāng)機(jī)械呼吸閥因閥盤銹蝕或卡住而發(fā)生故障或油罐收付作業(yè)異常而出現(xiàn)罐內(nèi)超壓或真空度過大時(shí)，它將起到油罐安全密封和防止油罐損壞作用。
2.8.3 物料的管線設(shè)計(jì)
1）、進(jìn)料管
儲(chǔ)罐進(jìn)料管應(yīng)從罐體下部接入, 以免物料流入時(shí)產(chǎn)生靜電,也可使罐內(nèi)液體按一定方向流動(dòng)。當(dāng)可燃液體進(jìn)料管需從儲(chǔ)罐上部接入時(shí),應(yīng)沿罐內(nèi)壁延伸到距儲(chǔ)罐底200處。
2) 、出料管
出料管應(yīng)設(shè)在罐體下部，管口高度可根據(jù)排出要求及儲(chǔ)存物料的清潔程度而定。對(duì)于有分水要求的油品儲(chǔ)罐或有雜質(zhì)沉積的物料儲(chǔ)罐,出料口的位置應(yīng)適當(dāng)高些。清凈物料的出料口可設(shè)置在罐壁的最低點(diǎn)。
3) 、排凈管
儲(chǔ)罐維修、清洗或變換儲(chǔ)存物料時(shí),需通過排凈管排凈。排凈管接口應(yīng)設(shè)在儲(chǔ)罐的最低處。排凈口也可與物料出口合并使用。當(dāng)排凈口設(shè)在罐底時(shí)，儲(chǔ)罐基礎(chǔ)要為排凈口留出安裝維修的空間。
4) 、放水管
當(dāng)儲(chǔ)存物料在靜置儲(chǔ)存中有水在罐底沉積時(shí),應(yīng)設(shè)放水管。放水管接口設(shè)在儲(chǔ)罐的底部。
2.8.4 檢測(cè)控制儀表
1) 、溫度計(jì)：應(yīng)在儲(chǔ)罐側(cè)壁安裝就地指示溫度計(jì)。低溫常壓液體儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)溫度指示儀。對(duì)罐內(nèi)設(shè)有蒸汽加熱器的儲(chǔ)罐,為防止物料加熱超溫,宜設(shè)溫度控制及報(bào)警系統(tǒng)。重要的溫度高低溫報(bào)警宜引至控制室監(jiān)控。
2) 、壓力計(jì)：低溫常壓液體儲(chǔ)罐和設(shè)有氮封系統(tǒng)的儲(chǔ)罐,應(yīng)設(shè)置就地壓力計(jì)和壓力控制系統(tǒng)。重要的壓力高、低報(bào)警宜引至控制室監(jiān)控。
3) 、流量計(jì)：因生產(chǎn)管理需要,要求記錄流入、流出物料量時(shí),應(yīng)在儲(chǔ)罐(或罐組)進(jìn)出界區(qū)的物料管線上設(shè)置流量計(jì),流量計(jì)應(yīng)具有指示(或記錄)累記功能。作為接納生產(chǎn)裝置界區(qū)外原料或向界區(qū)外輸出產(chǎn)品的儲(chǔ)罐,選用的流量計(jì)要具有足夠的精度。
4) 、液位計(jì)：各儲(chǔ)罐均應(yīng)設(shè)液位計(jì)。根據(jù)操作需要,液位計(jì)的功能有就地指示、液位控制和高低液位報(bào)警?？扇家后w的儲(chǔ)罐除設(shè)置液位計(jì)外,還應(yīng)設(shè)高低位報(bào)警器（防止過量充液造成災(zāi)害性事故）,必要時(shí)可設(shè)自動(dòng)聯(lián)鎖切斷進(jìn)液裝置或自動(dòng)聯(lián)鎖停出料泵。
2.9 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)
油罐基礎(chǔ)對(duì)保證油罐安全使用有重要的意義。對(duì)于內(nèi)浮頂罐來說，如果儲(chǔ)罐基礎(chǔ)出現(xiàn)過大的偏斜沉降，儲(chǔ)罐罐壁將隨之變形，使圓形的罐壁筒圈呈橢圓形，從而影響浮頂?shù)纳?。?chǔ)罐基礎(chǔ)受荷載作用后變形的控制，是儲(chǔ)罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題。為了滿足油罐的安裝精度，油罐基礎(chǔ)的承載能力及沉陷量必須符合使用要求。
2.9.1 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的選型
儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的選型，應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)罐的形式、容積、地質(zhì)條件、材料供應(yīng)情況、業(yè)主要求及施工技術(shù)條件、地基處理方法和經(jīng)濟(jì)合理性等條件綜合考慮。
根據(jù)油罐基礎(chǔ)破壞機(jī)理及其使用要求可將它分為3類：①護(hù)坡式基礎(chǔ);②環(huán)墻式基礎(chǔ);③外環(huán)墻式基礎(chǔ)。
當(dāng)儲(chǔ)罐直徑D＞8m時(shí)，基底壓力一般超過100，通?？刹捎铆h(huán)墻式基礎(chǔ),亦可采用護(hù)坡式基礎(chǔ)。其優(yōu)點(diǎn)是混凝土用量省，但必須進(jìn)行充水預(yù)壓，增加施工周期，基礎(chǔ)沉降量大。由于湖北地區(qū)的場地為二類場地，綜合以上因素選擇環(huán)墻式基礎(chǔ)，如圖8。這種基礎(chǔ)有如下優(yōu)點(diǎn)：
1) 、罐壁座落在環(huán)墻上，環(huán)墻為罐壁底端提供了一個(gè)平整支承面，利于罐壁安裝達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精度；
2) 、環(huán)墻平面抗彎剛度較大，能很好調(diào)整地基不均勻沉降，使罐壁避免了局部應(yīng)力集中現(xiàn)象；
圖8 環(huán)墻式基礎(chǔ)
3) 、基礎(chǔ)本身穩(wěn)定性好，抗震能力強(qiáng)。
2.9.2 汽油儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的處理
1、常溫儲(chǔ)罐基礎(chǔ)必須在砂墊層上面鋪設(shè)厚度為100mm的瀝青砂層，亦稱絕緣層，其功能是隔潮以保護(hù)儲(chǔ)罐底板，瀝青砂層鋪設(shè)時(shí)要分格，呈放射形，瀝青砂層的配比及施工要點(diǎn)見防腐蝕施工驗(yàn)收規(guī)范。
2、儲(chǔ)罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一般可不考慮地震力，因儲(chǔ)罐與基礎(chǔ)通常不用錨栓連結(jié)。除非當(dāng)儲(chǔ)罐直徑大，又是大風(fēng)地區(qū)，為避免大風(fēng)時(shí)將空罐吹動(dòng)，才設(shè)置錨栓。儲(chǔ)罐底板的錨栓孔，建議開大孔，地震時(shí)能使罐體產(chǎn)生水平移動(dòng)，消除地震能量。