储罐基础知识全面解析

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储罐，作为储存原油、汽油、煤油、石脑油以及各类不具挥发性化学品的关键设备，是储运系统、炼油工艺及化工生产中不可或缺的组成部分。其不仅承载着存储功能，更在保障生产安全、提升效率方面发挥着至关重要的作用。接下来，我们将深入探讨储罐的基础知识，包括其发展历程、详细分类、设计要点、本体结构，以及拱顶罐与内浮顶罐的简介。同时，还会介绍爆炸危险区域的划分方法，并解答一些常见的技术问题。

一、储罐发展概述

自20世纪70年代以来，内浮顶储油罐和大型浮顶油罐得到了迅速的发展。法国率先在储罐内部引入了覆盖层技术，而美国则在1955年开始建造此类储罐。到1962年，美国德士古公司已开始使用带覆盖的浮顶罐，并在纽瓦克建立了直径达187英尺（约61.6米）的世界上最大的此类储罐。随后，美国在1972年已建造了超过600个内浮顶油罐，显示出其广泛的应用。

1978年，美国API650附录H对内浮盘的分类、选材、设计、安装、检验等方面进行了全面的修订和改进，进一步推动了储罐技术的发展。同时，先进国家都已建立了完善的储罐设计专用软件，包括静态分析、动态分析、抗震分析等，为储罐的安全和性能提供了有力保障。

在国内，1978年3000立方米铝浮盘的成功投入使用，通过减少蒸发损耗的测试，取得了显著的效果。而在1985年，中国从日本引进了第一台10万立方米的储罐，并执行日本标准JISB8501，同时引进了相关的原材料、零部件及焊接设备。目前，国内对10万立方米油罐的设计、施工和使用已积累了丰富的经验，国产大型储罐所使用的高强度钢材已实现批量生产。目前，15万立方米的大型储罐也正在国内紧张建设中。

二、储罐的分类及特点

a. 按制造材料分：储罐可分为非金属储罐，如塑料防震储罐和软体储罐，以及金属储罐，包括钢壳衬里、铝及合金等材质的储罐。

b. 按压力分：储罐可分为常压储罐和低压储罐。常压储罐的气相侧压力与大气压相同或小于1/3大气压，而低压储罐的压力范围在大于1/3大气压且小于0.1MPa之间。

c. 按所处环境分：储罐可分为地上储罐，其罐底位于设计标高±00.00及其以上；半地下储罐，其埋入地下深度超过其高度的一半，但油罐液位最大高度不超过设计标高±0.00以上0.2m；以及地下储罐，其罐内液位处于设计标高±0.00以下0.2m的位置。此外，还有洞中储罐和海中储罐等特殊类型的储罐。

d. 按几何形状分：储罐可分为立式圆柱形储罐，其罐顶结构包括固定顶和活动顶两种类型；卧式圆柱形储罐，适用于储存容量较小且需高压的液体；以及球形储罐，适用于储存容量大且有一定压力的液体，如液氨、液化石油气等。

接下来，我们将逐一探讨各种储罐的结构及特点。

• 锥顶储罐可分为自支撑锥顶和支撑锥顶两大类。自支撑锥顶的荷载由锥顶板周边支撑于罐壁承担，其结构可分为无加强肋锥顶和加强肋锥顶。此类储罐容量通常小于1000m3。而支承式锥顶则通过梁、镶条(架)或柱来承担荷载。柱子可由钢管或型钢制成，钢管柱可设计为封闭式，并设有放空孔和排气孔。柱子下端应插入导座内，且与导座之间不得焊接，导座则应焊于罐底板上。此类储罐容量可超过1000m3。

• 锥顶罐制造简便，但钢材消耗量较大，顶部气体空间相对较小，有助于减少“小呼吸”损耗。其自支撑特性不受地基条件限制。然而，支撑式锥顶在地基不均匀沉陷或荷载较大的地区可能不太适用。除小型罐外，锥顶罐在国内应用较少，但在国外如新加坡、英国、意大利等地震罕发地区，其使用较为普遍。

接下来，我们将探讨另一种重要的储罐类型——拱顶储罐，以及其变种伞形顶储罐和网壳顶储罐。

钢网壳结构在大型体育馆屋顶设计中已积累了丰富的经验，其优越的刚性和可靠性使得这种结构形式的罐顶在实际应用中具有广阔的推广价值。

接下来，我们将介绍另一种重要的储罐类型——浮顶储罐。这种罐的浮动顶板能够随储液面上下浮动，与罐壁之间的环形空间通过密封元件进行密封，从而有效地减少了储液在储存过程中的蒸发损耗，确保了储存的安全性和环保性。浮顶的形式多样，包括双盘式、单盘式和浮子式等，适用于原油、汽油、溶剂油等液体化学品以及需控制蒸发损耗和大气污染的场合。此外，浮顶罐还可根据需求采用二次密封技术，进一步提高其密封性能。

最后，我们还将简要提及双曲率储罐，这种储罐通常呈滴形，其设计特点在于罐壁和罐顶的曲线形状，旨在优化储罐的性能。

罐壁受力较小的设计可以显著节省钢材，然而，由于这种设计结构相对复杂，施工难度较高，且造价昂贵，因此在国内外都较少见，实际上已被淘汰。接下来，我们将介绍另一种储罐类型——悬链式储罐。

在国内，这种储罐被称为无力矩储罐，其设计理念源于悬链线理论，采用薄钢板精心制造。其独特的顶板纵断面设计呈悬链曲线状，正因如此，顶板仅承受拉力而无弯矩，故得名无力矩顶油罐。这种结构曾在20世纪50至60年代的中国得到应用，但因顶板过于薄弱，容易积水并导致锈蚀损坏，现已基本被淘汰。

然而，这种储罐也有其独特优点：顶板能随罐内压力的变化而灵活起伏，从而在一定程度上减少了蒸发损耗。但同时，它也存在一个显著的缺点——悬链最低点容易积水腐蚀。
2、顶板薄弱易受腐蚀
3、量油操作时行走不便
4、罐顶部分易发生疲劳破坏
5、整体结构抗震性能不佳
接下来，我们探讨储罐的设计方面。

• 储罐设计的基本原则：
  a. 确保安全可靠：采用高强度、高韧性的材料，保证材料与介质相互兼容；结构设计需具备足够的刚度和抗失稳能力，同时确保良好的密封性能。
  b. 满足工艺需求：明确储罐的功能和寿命要求，确保设计能够满足这些过程需求。
  c. 追求综合经济性：提高生产效率，降低消耗系数；优化结构设计，简化制造过程；便于运输和安装，降低总体成本。
  d. 便于操作、维护与控制：设计应简单易懂，易于操作；具备良好的可维护性和可修理性，方便日常维护和故障处理；同时，应便于控制系统进行实时监控和调整。
  e. 优秀的环境适应性：储罐设计应考虑其对环境的影响，并采取相应措施减少对环境的污染。
• 储罐容积
  a. 计算容积（几何容积）：这是指根据罐壁高度和内径计算得出的圆筒形几何容积。
  b. 名义容积（公称容积）：在圆筒几何容积的基础上进行圆整，以整数形式表示的容积。通常所说的10000m3储罐即指此公称容积。
  c. 实际容积（储存容积）：这是储罐在实际操作中能够储存的最大容积。通过从计算容积中减去A部分的容积来得出，其中A部分通常取决于油罐的结构和罐壁上部的附件，如泡沫发生器和通气孔等。A的取值范围可根据储罐类型和大小在300～1100之间确定。
  d. 操作容积（工作容积）：这指的是在储罐操作过程中，液面上下波动范围内的容积，即能满足质量要求的最大输出容积。由于进出油管下部的部分油品无法取出，这部分通常被称为“死量”，其高度为B。操作容积的掌握对于油库计量员和司泵员来说至关重要，以便进行合理的调度和安全收发。实际容积减去B部分容积后，即为操作容积。B值与储罐的出料口结构密切相关。
  
• 设计条件与考量因素
  在确定储罐的容积及相关参数时，必须综合考虑多种设计条件与考量因素。这些因素包括但不限于储罐的尺寸、形状、使用场景、安全要求以及经济性考量等。通过全面分析和权衡这些因素，可以确保储罐设计既符合实际需求，又具备安全性和经济性。
  1）建罐地区的温度
  

建罐地区的温度对储液蒸发损失、能量损耗以及储罐材料和检测仪表的选用均有显著影响，进而直接影响储液的储存成本。在高温环境下，储罐内储液温度会升高，相应地，其气压也会增大，导致蒸发损失增加。此外，建罐地区昼夜温差和大气压的变化也会引起储罐的“小呼吸”，进一步加剧蒸发损失。为了降低蒸发损失，在高温季节，通常会采用水喷淋装置来降低储罐体温度。而对于需要在低于室温状态下储存的液体，如液化气、液态氧、氨和氯乙烯等，除了采取保冷措施外，还需要配备冷冻装置以维持其低温状态。同时，储存压力和储存温度是相互关联的，在储罐能承受的范围内，应寻求适当的储存温度，以最大限度地减少冷冻装置的能耗。在寒冷季节，对于那些黏性较大或凝固点较低的介质，储罐除了需要保温措施外，还需要加热设备以确保其保持适宜的流动状态。
2）风载荷的影响

建罐地区的风荷载是影响储罐稳定性和经济性的重要因素。在风荷载较大的地区，为了降低建造成本，储罐通常被设计成“矮胖”的形状，以增加稳定性。然而，在强风季节，特别是对于空罐或储液量较少的储罐，需要注意可能发生的位移和倾覆风险。

在计算风力时，必须综合考虑储罐的绝热层厚度、梯子、平台、管线以及顶盖的形状等因素，它们都会对风力产生影响。此外，在风沙较多的地区，选择合适的储罐形式至关重要，以确保储液的纯度和洁净度。
3）雪荷载的影响

建罐地区的雪荷载是储罐设计时必须考虑的因素，它不仅影响罐顶的设计，还可能对储罐的运行造成困扰。在雪荷载较大的地区，大型储罐的罐顶所承受的荷载会显著增加，这需要特别关注。同时，对于那些对储液洁净度或纯度有特殊要求的介质，在选择储罐类型时更要谨慎。此外，对于储罐的附加设施，如泵、呼吸阀、阻火器、检测仪表以及绝热层等，应采取适当的防冻、保温和防水措施，或选用全天候结构的产品以确保其正常运行。
4）地震荷载的影响

在地震频繁或烈度较高的地区，储罐往往会遭受严重的损害。因此，当建罐地区的地震烈度达到7度或以上时，必须采取相应的抗震措施来确保储罐的安全。特别是在烈度为9度的地区，由于地震活动较为剧烈，一般不适宜建造储罐。
5）地基的承载力与地价因素

在选址建罐时，当地地基的承载力是一个至关重要的考量因素。它不仅会影响到储罐的高径比选择，还会对储罐基础的费用产生直接影响。通常，地耐力较高的地区能够显著降低地基处理的成本，同时允许储罐采用更高的高径比设计。这不仅减少了储罐本身的占地面积，还能相应缩小储罐间的间距，实现土地的高效利用。特别是在地价高昂的地区，这种优势更为明显，能够有效地节约罐区的整体投资。
6）外部环境腐蚀（包含大气与土壤腐蚀）

储罐外表面腐蚀问题往往比内表面更为棘手。特别是在化工区，大气中常混杂着酸雾、碱或盐尘，这些杂质与露水、蒸汽及大气中的氧共同作用，形成极具腐蚀性的介质。储罐可能面临多种腐蚀问题，如一般腐蚀、点腐蚀、局部漫出腐蚀、电化学腐蚀、缝隙晶间腐蚀以及应力腐蚀等。

常见的外部环境腐蚀情况包括：储罐底板因安置在基础上而遭受的腐蚀；不锈钢储罐因空中夹杂的氯化物引发的应力腐蚀；绝热层下冷凝的水蒸气导致的腐蚀；以及焊接、加强板、螺栓等部位因缝隙产生的腐蚀。这些腐蚀现象不仅缩短了储罐的维护检修周期，严重时甚至可能导致储罐提前报废，从而严重影响储运的正常运行。
4、储存液体的性质

储存液体的性质对于选择合适的储罐形式以及设计储罐工艺系统至关重要。这些液体的主要化学和物理性质包括闪点、沸点、蒸气压、毒性、腐蚀性、化学反应活性以及密度等。了解这些性质有助于确保储罐能够安全、有效地用于储存和运输各种液体。
1）闪点、沸点与蒸气压

液体的闪点、沸点和蒸气压是其可燃性和挥发性的关键指标，直接影响着储罐类型的选择以及安全附件的配置。这些参数为确保储罐的安全运行提供了重要依据。
2）毒性考量
对于储存有毒介质的储罐，必须考虑一系列特殊问题，包括环境保护和操作人员安全。因此，呼出气体不得直接在罐区排放，而需经过特殊处理以去除有害成分。同时，检测仪表和附件的设计都需尽可能减少操作人员中毒的风险。罐内搭接焊缝应采用密封焊，确保有毒介质无法进入缝隙存留。此外，为确保储罐能彻底清洗，储液管口结构应设计得能够完全排尽。
3）化学反应活性

储液的化学反应活性是一个关键考量因素，特别是在涉及聚合反应、分解反应以及与空气的化学反应时。为应对这些反应，通常采取搅拌、添加阻聚剂、喷水降温等措施。同时，为防止空气污染或与空气的反应，会采用充填气体进行保护，常用的是氮气。储罐的氮封压力维持在0.5～2.0kPa之间，氮气的纯度则根据被保护液体的需求来确定。此外，还需特别小心避免高温储罐中加入低沸点液体，例如将水加入盛有油的储罐，以防止发生爆炸性汽化并导致储罐破裂。
4）腐蚀性
储液的腐蚀性是选择储罐材料的重要依据。在储罐的设计过程中，不仅需要考虑到腐蚀裕量，以应对储液对罐体材料的侵蚀，还要关注罐体材料本身是否会对储液造成污染。例如，使用碳素钢材料时，需要防范其Fe离子可能对液体化学品造成的污染，进而影响产品的纯度。而不锈钢材料的选择，则需根据不同牌号的不锈钢对储液的晶间腐蚀和应力腐蚀的抵抗力来进行综合考虑。
5. 密度

储液的密度对罐壁和罐基础的设计均产生影响。罐壁的厚度与储液密度成正比，即密度越大，罐壁所需厚度也相应增加。特别对于一些密度较大的液体化学品，如硫酸、液碱等，其储罐对基础的附加外压力往往超过200kN/m2。在地质条件较差或地基较弱的区域，防止因不均匀沉降或基础沉降量过大而导致的安全问题，是储罐基础设计过程中的重要考量因素。

三、储罐本体

罐底：立式圆柱形油罐的底部并不直接受力，其重量和油品的重量都通过底板直接作用在基础之上。然而，底板的外表面容易受潮，而内表面则经常与油料中沉积的水分和杂质接触，因此容易受到腐蚀。此外，由于底板难以检查和维修，尽管它不受力，但通常也会采用厚度超过5毫米的钢板来制作。

为防止油品计量时量油尺尺砣对地板造成损蚀，新建油罐通常会在量油孔正下方铺设一块5毫米乘以500毫米乘以500毫米的钢板，它不仅起到保护地板的作用，还可作为计量基准板。

罐壁：作为油罐的主要受力构件，罐壁由多层圈板组装而成。每层圈板上的竖直焊缝都采用对接方式，而圈板与圈板之间的环向焊缝则可以根据使用需求采用对接或搭接方式。在液体压力作用下，罐壁承受环向拉应力，且液体的压力随液面高度增加而增大，导致壁板下部的环向拉力大于上部。因此，在等应力原则下，由计算决定的罐壁厚度呈现出上部小、下部大的特点。

罐顶：储罐的罐顶设计因类型不同而有所差异，常见的有固定顶储罐和活动顶储罐两大类。固定顶储罐包括锥顶储罐、拱顶储罐、伞形顶储罐、网壳顶储罐（球面网壳）以及双曲率储罐（滴形储罐）。而活动顶储罐则分为悬链式储罐（无力矩储罐）和浮顶储罐，其中浮顶储罐又包括外浮顶罐和内浮顶罐（带盖浮顶）。

四、拱顶罐简介

拱顶罐，作为储罐的一种，其特点是具有向上凸起的拱形顶部。这种设计在一定程度上增强了罐体的稳定性，并有助于减轻顶部受到的压力。同时，其独特的结构也使得拱顶罐在石油、化工等领域得到了广泛的应用。
1、拱顶罐的结构特点
拱顶储罐的顶部设计为接近球形，通常采用自支撑拱顶结构。这种结构进一步细分为无加强肋拱顶和有加强肋拱顶，其中无加强肋拱顶适用于容量小于1000m3的情况，而有加强肋拱顶则适用于容量大于1000～20000m3的情况。

有加强肋拱顶由4～6mm厚的薄钢板和加强肋（通常由扁钢构成）组成，同时配合拱形架（由型钢组成）和薄钢板形成拱顶结构。这种设计的拱顶R值介于0.8至1.2D之间，能够承受较高的剩余压力，减少蒸发损耗。与锥顶罐相比，它不仅耗钢量更少，还提供了更大的罐顶气体空间。制作过程中需使用胎具，因此在国内外的应用非常广泛。

此外，罐顶与罐壁顶部圈板的连接部位不仅受到铅垂压力的作用，还需承受环向压力或环向拉力。为了增强罐体上部的刚度，罐顶圈板的端部会进行特别加强。但同时，罐壁与罐顶结合处的强度会相对减弱。这种设计的目的在于，一旦油罐发生爆炸，该处能够先于其他部位炸开，从而保护罐底和罐壁不受损害，确保油品不会外泄，进而减小火灾的范围。因此，“弱顶”结构设计被广泛采用。
2、拱顶罐的附件配置

除了罐顶、罐壁和罐底，拱顶储罐还配备了一系列其他附件，以确保其安全、高效地运行。这些附件包括但不限于进料管、出料管、呼吸阀、液位计等，它们各自发挥着关键的作用，共同构成了储罐的完整系统。
1）、梯子、栏杆与平台的设计
沿着罐壁，逆时针方向盘旋的盘梯自上而下延伸，便于工作人员右手扶持栏杆上行。梯子的坡度控制在30-40º之间，踏步高度不超过625px，踏板宽度为500px，梯宽则通常设定为0.65m。梯子外侧则配备了1m高的栏杆作为扶手，提供额外的支撑。同时，在罐顶周围，栏杆的高度设定在0.8-1m之间，确保安全，特别是在量油孔和透光孔周围，栏杆的设置更是必不可少。

2）、人孔设计：

人孔被精心安置在罐壁最下圈钢板上，其直径为600mm，而人孔中心距离底板的距离则控制在750mm。对于容量小于3000m3的油罐，我们设计了一个人孔；而对于3000至5000m3的油罐，则设置了1至2个人孔；对于容量超过5000m3的油罐，更是配备了两个人孔，以确保安全与便捷。