储罐设计概述(基础课件)PPT课件下载推荐.ppt
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1980年,中国11个主要油田的测试结果表明,从井口开始到井场原油库,井场油品损耗量约占采油量的2%,其中发生于井场库的蒸发损耗约占总损耗的32%。
据1995年第四届国际石油会议报道,在美国油品从井场经炼制加工到成品销售的全过程中,品损耗数量约占原油产量的3%。
若以总损耗为3%估算,全世界每年的油品损耗约有1X108t,几乎相当于中国一年的原油产量。
储液损耗的危害1.液(油品)数量减少,经济损失严重据估算全世界从油田井场到销售的全过程中,每年原油和油品的总耗达3%。
每年散失到大气中的量约1X108t,其经济损失相当严重。
2.储液(油品)质量降低由于油品的蒸发都是油料中的最轻组成,因此会严重降低油品质量,甚至使本来合格油品变为不合格。
例如,汽油随着轻组分的蒸发,蒸气压下降,启动性变差;
辛烷值降低,汽油在发动机内燃烧时抗爆性变差。
当航空汽油的蒸发损耗率达到1.2%时,其初馏点升高30C,蒸气压下降20,辛烷值减少0.5个单位。
3.环境污染,危及人的生活质量和生存大多数的油库、油码头、石油与化工联合装置和加油站分布在人口稠密的城市或周边地区,散发到大气中的油气含有苯和有机活性化合物,苯对人有致癌作用,而有机活性化合物与氮氧化物在紫外线的作用下会发生一系列的光化学反应,生成臭氧、一氧乙酞硝酸醋、醛类、酮类和有机酸类等二次污染物;
大气中的SO2还会生成硫酸盐气溶胶,这种一次和二次污染物的混合物称为光化学烟雾。
这种烟雾强烈刺激人的眼睛、喉咙导致头痛以及使呼吸道患者病情恶化,严重时甚至造成死亡。
因此寻找降低油品和液体化学品损耗的措施,是十分重要的课题。
储液损耗的原因油品与液体化学品损耗两种类型中,蒸发是储液损耗的主要原因。
为此在这里主要阐述储罐蒸发损耗的各种原因。
任何储液的蒸发损耗都是在储罐内部传质过程中发生的。
这种传质过程包括发生在气、液接触面的相际传质,即储液的蒸发(液体表面的汽化过程)。
发生在储罐内气相空间蒸气分子的扩散.上述过程的进行,使储罐内气相空间原有的空气变为趋于均匀分布的储液蒸气和空气的混合气体.当外界条件变化引起混合气体状态参数改变时,混合气体从储罐排入大气,就造成了储液的蒸发损耗。
引起蒸发的内部因素是储液本身的固有性质。
对油类来说是多种碳氢化合物的馏分组成,馏分组成越轻,沸点越低,蒸气压越大,蒸发损耗越大。
因此在储罐内溶剂汽油、航空汽油、车用汽油和原油,容易造成蒸发损耗,而煤油、燃料油的蒸发损耗稍小,润滑油的蒸发损失更小。
对液体化学品来说其组成较单一纯度较高,其蒸发损耗主要取决于沸点、蒸汽压的大小,沸点越低、蒸气压越大就越容易蒸发。
因此在储罐内的醚类、醇类容易蒸发,苯类、酚类稍小,酸类和碱类更小。
引起蒸发的外部因素主要有温度、储罐的承压能力、储罐气相空间大小、储罐的密封程度、储罐的大小呼吸等。
1.温度对同一种储液,大气温度和储液温度的高低是决定蒸发速度的重要因素。
温度越高储液蒸发越剧烈。
同时,随着温度的升高,储罐气相空间的压强也升高,增大的压强一旦超过储罐的安全控制压力使呼吸阀打开时,大量的储液蒸气就会排出罐外,造成损耗。
2.储罐的承压能力储罐的承压能力较低,储液蒸气(油气)在较短时间内达到呼吸阀的开启压力,油气排入大气,使罐内压力降低,这样呼吸阀开启频率增加.蒸发速度加快蒸发损耗增加。
储罐的承压能力较高,导致蒸发速度减慢,蒸发损耗减少。
3.储罐气相空间储罐中储液上方气相空间越大,蒸发损耗越大。
据计算,在相同温度和密封条件下储存同一种牌号汽油,进油量为储罐容量积20%时的蒸发损耗比进油量为储罐容积95%时大8倍。
4.储罐的密封程度若进油储罐上部密封不严即有孔隙,随着储罐内部或外部气压的波动,油气就会从孔隙被排出或空气被吸入。
孔隙不止一个,就会因空气流动形成自然通风。
空气从一个孔隙进入而油气从另一个孔隙排出。
当孔隙在不同高度分布时,还会因高差而产生的气压压差使油气从低处孔隙排出,空气从高处孔隙吸人。
油气排出和空气吸入,会使储罐内的油蒸气浓度降低,又会使油品不断地蒸发,形成恶性循环。
这种因储罐不同高度的孔隙引起的蒸发扭耗又称为自然通风损耗。
储罐上孔隙的产生原因为焊缝处的锈蚀、透光孔、法兰密封垫缺损、呼吸阀阀盘失灵、操作时盆油口未盖严等。
5.储罐的大呼吸储罐顶大呼吸是指储罐收、发储液(油)时的呼吸。
储液收油时,由于油面逐渐升高,气相空间逐渐减小,罐内气相压力增大,当压力超过储罐安全控制压力时使呼吸阀打开。
一定浓度的油蒸气从呼吸阀排出,直到储罐停止收油,所呼出的油蒸气造成了油品的蒸发损耗。
当储罐向外发油时,因油面不断降低,罐内气相压力减小,当压力小于呼吸阀控制的真空度时,储罐开始吸人新鲜空气。
由于油面上方油气没有饱和,促使油品蒸发速度加快,使油气重新达到饱和,罐内气相压力再次上升,可能有部分油气因压力过大,从呼吸阀逸出,大部分饱和蒸气将在下一次收油时被呼出。
6.储罐的小呼吸罐内储液(油品)在没有收、发作业静止储存情况下,随着环境气温、压力在一天内昼夜周期变化,罐内气相温度、储液(油品)的蒸发速度、蒸气(油气)浓度和蒸气压力也随着变化,这种排出或通过呼吸阀储液蒸气(油气)和吸人空气的过程所造成的储液(油品)损耗称作储罐小呼吸损耗,在生产上也叫储罐静止储存损耗中,小呼吸损耗约占10%。
有关资料表明:
一座1x104m3地上金属汽油罐,一年小呼吸损失可达117t,损失率为1.7%。
1.2.8储罐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。
若是常压储存,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、要求干净等宜选用浮顶罐或内浮顶罐。
若是常压或低压储存,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储存,宜选用固定顶罐。
浮顶选型时20m以下小直径罐,常用双盘式;
油品蒸汽压高于103.4kPa时,也用双盘式;
单盘式浮顶的建造费用是双盘式的1/3;
双盘式浮顶强度高,积雪深度2m以上时,用双盘式;
双盘式浮顶绝热保温效果好1.3储罐用材和选用1.3.1储罐用材概述储罐用材按类别可分为碳钢(碳素钢和低合金钢)、不锈钢、铝及其合金等。
按储罐各部位又可分为钢板(厚、薄钢板)、结构用型钢、管子、锻件、法兰、螺柱(螺栓)、螺母、焊接用材(焊条、焊丝、焊剂或保护气体)。
储罐容量的大型化,促进高强度钢的应用和开发储罐用钢材近30多年来,由于储罐大型化的发展,高强度钢的应用越来越多,等级也越来越高。
1962荷兰10104m3壁厚34.5mm罐壁用德国材料st52,抗拉强度500600MPa;
日本14104m3壁厚49mm材料SM570抗拉强度570720MPa;
1985中国引进日本10104m3材料SPV490Q抗拉强度610740MPa;
1997中国生产10104m3国产材料WH610D2(12MnNiVR)抗拉强度610740MPa储罐壁板最大厚度的限制储罐壁板最大厚度的限制是由下面两个因素引起的。
其一是对一定强度的钢板,由于储罐容量(尺寸)的增大,壁板厚度需相应增加;
其二是随着壁板厚度的增加,为消除壁板在制造和焊接时产生的应力,必须进行现场消除应力的热处理措施。
目前对储罐大型化还没能解决热处理的问题,为此只有限制壁板的厚度以确保储罐的安全运行。
目前储罐壁板最大厚度限制在45mm范围以内。
储罐用材(主要是钢板)的多样性储罐容量从100m3到10104m3甚至20104m3,要求钢板的品种从普通碳素结构钢到焊接结构高强普通碳素结构钢到焊接结构高强度钢。
度钢。
其强度等级范围广,以满足储罐不同容量满足储罐不同容量的需求。
的需求。
满足液体腐蚀性的要求的不锈钢材质满足液体腐蚀性的要求的不锈钢材质的应用越来越多,主要牌号有主要牌号有0Cr18Ni9,00Cr19Ni10,0Cr17Ni12Mo2,00Cr17Ni14Mo20。
对某些液体化学品小容量储罐也有采用铝及其合液体化学品小容量储罐也有采用铝及其合金材质的。
金材质的。
1.3.2储罐壁板用材的基本要求储罐壁板用材的基本要求是强度,可焊性和夏比(V形缺口)冲击功。
1.强度强度包括抗拉强度和屈服强度。
由于储罐的操作温度在250以下,且大部分储罐处在90以下,因此其强度大多是常温下的强度。
强度是决定罐壁厚度大小的力学性能指标。
强度与材料的使用状态(热处理状态)有关。
高强度钢常用的有正火钢和调质钢。
正火:
热处理方法简单,材质均匀.调质:
热处理工艺复杂,强度及冲击韧性比正火高2.可焊性钢板的可焊性一般用两个指标来控制,一是碳含量或碳当量,二是热影响区的硬度。
第一个指标取决于钢材的化学成分。
一般碳钢以碳含量,低合金钢以碳含量或碳当量Ce把钢的化学成分对钢淬硬性的影响折算成碳的影响来估价可焊性。
可焊性的另一个指标是热影响区的硬度。
热影响区的硬度与Ce值及焊接时冷却速度有关。
Ce值越高,冷却速度越快,热影响区的硬度越高。
碳含量或碳当量含量越高,热影响区硬化与脆化倾向越大,焊接应力下,产生裂纹倾向越大碳钢碳含量0.25%,低合金钢碳含量0.25%,应限定Ce0.45%,可焊性良好.碳钢碳含量0.40%,低合金钢碳含量0.38%,粹裂倾向性大,可焊性不好.3.钢板的韧性冲击功Akv防止储罐(油罐)脆性破坏的一个重要数据指标。
钢板的V形缺口冲击试验得到钢板的韧性冲击功(吸收能量)Akv值来预测钢板的韧性。
影响罐壁钢板冲击韧性的因素很多,有储罐的最低设计温度;
钢板的强度;
钢板的厚度;
钢板的时效性、晶粒度和使用状态等。
(所谓储罐的最低设计温度。
是指储罐最低金属温度。
它是指设计最低使用温度与充水试验时的水温两者中的较低值。
设计最低使用温度是取建罐地区的最低日平均温度加13。
设计温度低于-20的特殊情况,必须考虑低温对材料性能、结构形式等方面的影响。
设计温度等于低于-20的储罐,应当按照低温储罐设计,设计温度的下限由特定的工况确定)。
1.储罐最低设计温度温度越低,钢板的韧性越差,设计温度较低的罐壁板应有较高的冲击韧性。
对不同的材料,其最低使用温度应有所限制,对同一种材料在不同的低温度下使用,其韧性的要求应有不同。
2.钢板的强度钢板的强度等级越高,越容易产生脆性破坏,且产生裂纹的敏感性也越大。
因此对强度等级较高的壁板,相应要有较高冲击韧性要求。
3.钢板的时效性、晶粒度和使用状态钢板的时效性是随着时间的延长,塑性和韧性下降,冷脆温度转变点升高。
沸腾钢的时效性和晶粒度比镇静钢大,因此沸腾钢的冲击韧性比镇静钢的差。
同一种钢材调质处理使用状态比正火处理使用状态的冲击韧性高。
4.钢板的厚度钢板越厚越
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