海洋平台立式圆形薄壁储罐的吊装设计

2020-03-04王传磊

化工设计通讯 2020年1期

王传磊，杨勃，田炜

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

海洋平台立式原油储罐作为原油储存及转运的一种方式，在国内外部分油田得到应用，尤其适用于边际油田[1]。与陆地储罐直接建造不同，海上储罐需在陆地建造完成后，整体吊装至海上进行安装，储罐薄壁、大体积特点使储罐在吊装过程中易产生变形，因此吊耳的设计及罐体的加强尤为重要，储罐整体吊装时的重心校核研究对保证罐体顺利就位也十分必要。本文以渤海某平台2000m3储罐的吊装设计为例，简述海上储罐吊装设计的主要内容。

1 吊耳设计

根据HGT 21574—2008《化工设备吊耳及工程技术要求》设计规范，规范中对于立式容器结构，一般建议使用尾部式吊耳[3]。但本项目由于储罐壁板薄、体积大、无吊装生根点、吊耳数量不宜过多、罐体易变形等特点，侧壁式吊耳与尾部式吊耳对比如表1所示，根据储罐特点，确定选用侧壁式吊耳方案。

表1 侧壁式吊耳与尾部式吊耳优缺点对比

根据储罐罐壁结构特点及吊装操作需求，将吊耳设置于罐壁顶部，吊耳的设计还需考虑配套吊装框架的简便性，因此吊耳可布置数量有限，超过4个将大大增加吊装框架工作量。利用有限元分析对不同吊耳设计及布置方案结果进行校核，确定使用4个吊耳的设计方案，通过增大吊耳垫板尺寸，用以减少对罐壁的影响，避免了制作复杂吊装框架的工作量。

2 罐体加强

由于海洋环境的特殊性，海上储罐承受风力普遍大于陆地储罐，因此海上储罐设计过程中风载的选择要根据海上环境特点，确定合理的设计参数，抗风圈设计[2]如下：

风载荷标准值：

ω0——基本风压值（＜300时取300），取1.533kPa

βz——高度Z处的风振系数，油罐为1.00

μs——风荷载体型系数，取驻点值1.00

μz——风压高度变化系数，为 1.67

中间抗风圈计算：

罐壁筒体的临界压力：

Hei——管壁各段当量高度，m

罐壁设计外压：

q——设计真空负压，为0.6kPa

[pcr]≤/2，需设置2个中间抗风圈，两个抗风圈分别设置于He/3及2He/3处。

该原油储罐储罐底板为PL16钢板，罐底自重25t，底板上面有58块阳极和大量加热盘管构件重4.4t。由于罐底跨度大，吊装时未经加强的底板高度方向弹性变形可以达到1m，无法满足储罐的吊装。根据分析，整个罐体吊起后主要受力及变形位置为罐底，需要以较轻的重量对其进行加强以减少变形。

根据海上储罐安装特点及施工工作量，对比设计了四种加强方式，分别是：十字钢板式、牵引绳式、桁架结构式、T型十字梁式，基于施工难易程度、可靠性及海上施工工作量对比，最终优选出工艺简单、工作量小、加强效果明显的T型十字梁方案，如图1所示。

图1 T型十字梁设计图

两道T型梁在罐底内表面十字交叉，增加罐底板竖直方向的刚度。垂直加热盘管方向的T型梁腹板开38个Φ100圆孔，便于加热盘管穿过，2个T型梁底端各开6个弧形过水孔，保证罐内液体流动，同时减轻结构重量。通过限制梁高，避免造成清罐时人员通行障碍。底部弧形过水孔，便于清罐时清理残余液体及罐底泥沙，使得加强结构得以保留，完全避免了海上加强结构拆除的工作量、防腐漆破坏。储罐加强后在考虑2倍动力系数的工况下，罐底应力小于20MPa，弹性变形最大为12.172mm，满足罐体设计要求。