用于甲醇储存的内浮顶罐的结构的设计
摘 要：介绍了内浮顶罐用于甲醇储存的原理与特点。根据甲醇的性质，对内浮顶罐进行结构设计，对内浮顶罐的风载荷和地震载荷进行计算。结果表明，所设计的内浮顶罐既能保证甲醇的安全和质量，又能在0.35kpa的风压和7级地震裂度的作用下有较高的强度与稳定性。
关键词：内浮顶罐； 甲醇； 结构设计
Constraltion dissign of inner floating roof tank for the storage of methyl alcohol
Abstract： In this paper, introduced the principle and characteristic of the storge of methyl alcohol stored with the inner floating roof tank. The structure of the tank was designed and calculated the wind load and the earthquake load of the tank .The resuct showed , the designed tank colud guaranteed the security and the quality of the methyl alcohol stored in it.At the same time, the designed tank had the comparatively intensity and the stable underThe coind pressure of 0.35Kpa and the earthquake of grade 7.
Key words: inner floating roof tank； methyl alcohol； structurd design
1.1 概述
内浮顶罐是在固定顶罐内部再加上一个浮动顶盖，主要由固定顶罐体、内浮盘、密封
装置、通气孔、高低液位报警器等组成。这种罐的浮动顶漂浮在储液面上,浮顶与罐壁之间有一环形空间,环形空间中有密封元件。浮顶与密封元件一起构成了储液面上的覆盖层，随着储液上下浮动,使得罐内的储液与大气完全隔开,不受风雨等外界因素的影响，减少了储液储存过程中的蒸发损耗,减少了大气污染，易于保证贮液的质量和安全。因此，内浮顶罐是降低固定顶贮罐物料蒸发损失最安全、最经济、最简便的结构形式，现已广泛用于储存汽油、 醛类 、醇类、酮类、苯类等易燃易爆易挥发的液体化学品。
甲醇是重要的化工原料，无论是生产还是使用企业，其甲醇储罐都是非常重要的设备。而甲醇是易挥发、易流动的液体，也是易燃易爆的危险性物质，并且有毒性。其沸点.65℃,爆炸范围(在空气中的体积分数)为6.72%–36.5%.。因此,甲醇贮罐作为甲醇的贮存体,安全性不言而喻。用内浮顶罐储存甲醇，内浮顶浮在甲醇液面上，随液面升降而升降。由于甲醇液面被内浮顶紧密贴住，不存在蒸发空间，所以内浮顶罐几乎没有甲醇的呼吸损失，这样可有效地防止因甲醇挥发、浓度堆积而造成的爆炸危险。当然，由于浮顶四周密封圈不可能绝对密封，甲醇会在此处有一点呼吸损失，但与固定顶罐的呼吸损失相比，几乎可以忽略。由于内浮顶罐的泄漏量极少，因而也更安全。所以本次选用内浮顶罐为甲醇储罐为内浮顶罐，并对其进行结构设计，以供甲醇生产或使用企业加工制造使用。
1.2 文献综述 1.2.1前言
甲醇别名木醇、木精,分子式为CH4O。是无色透明、易燃、易爆、易挥发的液体。相对密度(d204)0.7914。沸点.7OC,爆炸极限6.0%-36.5%(体积分数) [1]。甲醇气味刺鼻难闻,有毒,钦用能致目盲,对于视神经具有显著的危害。甲醇主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多处有机产品,也是农药、医药的重要原料,是合成对苯二甲酸二甲酯,甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯的原料之一,还是重要的溶剂,亦可掺入汽油作替代燃料用。20世纪80年代以来,甲醇开始用于生产甲基叔丁基醚、甲醇汽油、甲醇燃料以及甲醇
蛋
白等产品,大大促进了甲醇的发展[2]。
甲醇以及甲醇下游产品的大力发展,使得甲醇储存变得越来越重要。由于甲醇易燃易爆、易挥发、有毒,所以,甲醇在储存中如何保证安全与质量，如何减少污染与损失一直是个难题。目前，大多采用内浮顶罐储存，较好地解决了这个难题[3]。
1.2.2内浮顶储罐的发展
在上个世纪80年代以前,我国储存甲醇基本上都采用固定顶罐,既影响了质量,又带来严重的损耗,同时给环境也造成了污染。有关资料表明,一座1×104 m3地上金属甲醇储罐,一年损失可达680T,损失率为10%,其经济损失相当严重[4]。当时,人们最关心的是经济损失和安全,后来还关心生态环境保护方面的问题目,这就导致人们采用各种措施以满足各方面的要求。如利用成胶剂在液面上形成一层隔绝大气的凝胶状浮盖,利用聚酰胺小圆盘内浮顶储罐设计
覆盖液体自由表面,利用隋性气体覆盖层和采用浮顶结构等措施,以减少储液蒸发损耗及储液气对环境的污染[5]。其中,尤以内浮顶储罐使用最广。
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带盖浮顶罐并在纽瓦克建有世界上最大直径为61.6米的带盖浮顶罐,至1972年,美国己建造了600多个内浮顶油罐[6]。
1978年国内3000立方米铝浮盘投入使用,通过测试蒸发损耗标定,收到显著效果。近20年也相继出现各种形式和结构的内浮盘或覆盖物。
密封装置是内浮顶罐和大型浮顶油罐建造的一个重要部件,目前己有机械密封、弹性材料密封和管式密封等多种形式.
为了更好的设计和发展内浮顶储罐,1978年美国API650附录H对内浮盘的分类、选材、设计、安装、检验及标准荷载、浮力要求等均作了一系列的修订和改进。
世界上技术先进国家都备有较齐全的储罐计算机专用程序,对储罐作静态和动态分析,同进对储罐的重要理论问题,如大型储罐T形角焊缝部的疲劳分析,大型储罐基础的静态和动态特性分析,抗震分析等,以及试验分析为基础深入研究,通过试验取得了大量数据,验证了理论的准确性,从而使研究具有使用价值。
1.2.3内浮顶储罐的结构,性能与应用
内浮顶罐是固定顶罐内部再加上一个浮动顶盖，主要由罐体内浮盘、密封装置、通气孔、高低液位报警器等组成（见图1），这种罐的浮动顶漂浮在储液面上,浮顶与罐壁之间有一环形空间,环形空间中有密封元件[7]。浮顶与密封元件一起构成了储液面上的覆盖层。随着储液上下浮动,使得罐内的储液与大气完全隔开,减少储液储存过程中的蒸发损耗,保证安全,减少大气污染。
内浮顶罐与固定顶罐比较有以下优点: (1)大量减少蒸发损耗。
(2)由于液面上有浮动顶覆盖,储液与空气隔绝,减少空气污染和着火爆炸危险,易于保证
储液质量,特别适用于储存高级汽油和喷气燃料以及有毒污染的液体化学品。
(3)易于将己建成固定顶罐改选为内浮顶罐,并取消呼吸阀,阻火器等附件,投资少,经济效益明显。
(4)因有固定顶能有效防止风砂、雨雪或灰尘污染储液,在各种气候条件下保证储液的质量,有“全天候车储罐” 之称。
(5)在密封效果相同的情况下,与浮顶罐相比,能进一步降低蒸发损耗,这是由于固定顶盖的遮挡以及固定顶与内浮盘之间的气相层甚至比双盘式浮顶具有更显著的隔热效果。
(6)内浮顶罐的内浮顶与浮顶罐上部敞开的浮盘不同,不可能有雨,雪荷载,内浮盘上载荷少,结构简单,轻便,可以省去浮盘上的排水管,转动浮梯等附件,易于施工和维护,密封材料可避免日光照射而老化。内浮顶储罐设计
内浮顶罐具有许多优点,应用范围越来越广,是一种很有发展前途的储罐。美国石油学会认为:设计完善的内浮顶是迄今为止为控制固定顶蒸发损耗所研究出来的最好的和投资最少的方法。因此,内浮顶储罐可用来储存汽油﹑喷气燃料以及醛类﹑醇类﹑酮类﹑苯类等易燃易爆易挥发的液体化学品。
1.2.4内浮顶储罐对甲醇的储存
鉴于内浮顶罐最大的优势是外界的风砂﹑雨雪对储液质量的影响降低到最少,并且减少储液的蒸发损耗及储液蒸气对环境的污染，国内上世纪70年代后期开始用其储存甲醇。最先使用浅盘或钢制内浮盘,20世纪80年代后期开始,使用铝制内浮盘,再后来就使使用不
锈钢内浮盘,由于浅盘式钢制内浮顶的抗沉性差,20世纪90年代后己经不再使用。目前,就建的内浮顶罐绝大多数采用铝制内浮顶或者不锈钢内浮盘,在用的固定顶罐,当需要改造为内浮顶罐时,也多采用铝制内浮顶或不锈钢内浮顶。
用内浮顶罐储存甲醇，内浮顶浮在甲醇液面上，随液面升降而升降。由于甲醇液面被浮顶紧密贴住，不存在蒸发空间，所以浮顶罐几乎没有甲醇的呼吸损失。当然，由于浮顶四周密封圈不可能绝对密封，甲醇会在此处有一点呼吸损失，但与固定顶罐的呼吸损失相比，几乎可以忽略。由于内浮顶罐的泄漏量极少，因而也更安全。
1.2.5总结
甲醇是重要的化工原料，其储运系统运行的好坏，直接关系到相关生产装置能否正常生产。因此，对甲醇储运系统的研究日益受到人们的重视.因损耗不但使资源浪费,降低了储液的质量,造成了经济损失,而且严重污染环境,危害人们的生活质量和生存,因此作为储运系统重要组成部分的储罐技术发展的标志之一,就是有效的控制和尽量减少储液的损耗。而内浮顶储罐是迄今为止控制甲醇蒸发损耗最安全、最简便、最经济的结构形式。
参 考 文 献
[1].化学工业出版社编．化学品手册.化工工艺设计手册(第三版).化学工业出1998
[2].化学工业出版社编．无机化学产品. 北京：化学工业出版社，1981
[3].张树民编译.日本大型浮顶油罐设计要点.油气储运，1996，（6）
[4]. 徐至均.大型贮罐的设计选型及国产化条件.石油工程建设，1997，（4）
[5].何丽鹃.外浮顶油罐边缘密封型式的选用与油气损耗，石油化工设备技，2002
[6].SH 3046—1992
[7].中国石化北京设计院编.石油炼厂设备.第五篇.油品储罐，2001
[8] 徐英，杨凡，朱萍等．球罐和大型储罐．北京：化学工业出版社， 2004， 148-1
[9]湛卢炳．大型贮罐设计．上海：上海科学技术出版社，1986
[10].化学工业部化工机械研究院．腐蚀与防护手册．北京：化学工业出版社，1980
[11].潘家华．圆柱形金属油罐设计．北京:轻工业出版，1984
[12].中国石化集团上海工程有限工司.化工工艺设计手册(第三版、上册).北京:化学工业出版社，2003
1.3 设计方案
1.3.1设计内容与要求
内浮顶储罐结构设计包括：储罐结构参数的确定、罐壁设计、罐顶设计、罐底设计、内浮盘与罐壁间密封设计以及荷载计算。其中罐顶按自支承式拱顶的弱顶结构设计,内浮顶选用湖南石化设备制造有限公司的装配式不锈钢内浮盘,罐底由中幅板和边缘板塔接,罐壁的纵、环焊缝采用对接焊。所设计的内浮顶储罐不但要保证甲醇液的质量和安全，还要保
证在0.35kpa风压和7级地震裂度作用下的强度与稳定性。
1.3.2设计流程
罐顶设计
罐壁设计
储罐结构参数确定
罐底设计
密封设计 载荷计算
1.4 设计参数与材料确定 1.4.1内浮顶罐设计参数
表1 内浮顶罐设计参数
工作压力 常压 操作容积 1000m3设计压力 压力 甲醇密度 792.8Kg.m-3工作温度 50℃ 腐蚀裕量 2mm 焊接接头系数 0.85 设计地震烈度 7级 设计风压
0.35KPa
设计容积
1050m3
1.4.2材料确定
甲醇在碳钢中的腐蚀速度为0.01-0.05mm/a，固定顶罐体采用Q235-A钢制造。内浮顶由专业厂家生产制造，一般采用18-8不锈钢和铝及铝合金材料制成，对比甲醇在两种材料中的腐蚀情况，采用18-8不锈钢[1]。
表2 甲醇在两种材料中的腐蚀情况
介质 材料 浓度 ％ 25 50 80 100 100 优 优 优 优
100 优 优 ＞1.0） 优 优 优 优 注：优—每年腐蚀速度＜0.05.
良—每年腐蚀速度为0.05-0.5mm.。
温度
优 优 干 醇 18-8不锈钢 ＜铝及铝合金 湿（水良 良
甲
