1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述
1.1拱顶罐概述
拱顶罐是指罐顶为球冠状，罐体为圆柱形的钢制容器。其罐顶是由厚度为4到6mm的压制薄钢板和加强钢组成，或者由桁架和薄钢板组成。拱顶载荷通过拱顶周边传递于罐壁上，这种罐顶可承受较高的剩余压力，有利于减少罐内液体介质的挥发消耗。立式拱顶罐由基础、底板、壁板、顶板及油罐附件构成[1]。拱顶罐除了罐顶板的制作较复杂以外，其他部位的制作简单，造价较低，故在国内外的石油化工部门应用较为广泛。最常用的容积为 从1000到10000msup3;，目前，国内拱顶储罐的最大容积已经达到 30000msup3;。
最开始发现石油时，储油设备极其简单，利用土坑、陶器、石臼等容器储油。后来曾用过内涂石膏的皮囊，也使用过石头或者砖砌筑的坑穴。一直到19世纪70年代才采用钢材作为储油设备的材料，但最初的容量也只有几升，几十升，通过慢慢的发展，由几立方米到几百立方米。进入20世纪，由于工业飞速的发展，石油的产量也越来越大，各国都发展了大型油罐。油罐的材料由非金属到金属再到非金属的循环发展，油罐的容量经历了由小到大再到特大的历程[2]。
油罐的分类尚无统一的规定，常用的分类方法有按安装位置、护体结构、建筑材料、几何形状四种分类方法，其中几何形状使用较多。按几何形状分；立式圆筒形油罐、卧式圆筒形油罐、球形油罐、滴状油罐等。其中立式圆筒形油罐最常见的是以下三种储罐：
（1）拱顶罐
拱顶罐是指罐顶为球冠状、罐体为圆柱形的一种钢制容器，拱顶罐的罐顶与罐壁是焊接固定的，所以也称之为固定顶拱顶罐。随着气温的变化，罐内液面的升降，常有空气吸进罐内，油气呼出罐外，这不仅增加油品的损耗，也增加了火灾危险性。固定拱顶储罐制造简单、造价低廉，所以在国内外许多行业应用最为广泛，最常用的容积为1000～10000m3。
（2）内浮顶罐
储油罐的内浮顶储罐是在固定拱顶储罐内部增设浮顶而成，罐内增设随油面上下升降的浮顶可减少介质的挥发损耗，而且由于内浮顶把介质即罐内储料和空气有效隔绝从一定程度上也降低了发生火灾爆炸的危险等级，外部的拱顶又可以防止雨水、积雪及灰尘等进入罐内，保证罐内介质清洁。这种储罐主要用于储存轻质油，例如汽油、航空煤油等。 内浮顶罐和固定拱顶罐的最大区别是在拱顶内有一个的浮盘，它综合了外浮顶罐和固定拱顶罐的优点。
（3）外浮顶罐
外浮顶储罐是由漂浮在介质表面上的浮顶和立式圆柱形罐壁所构成。浮顶随罐内介质储量的增加或减少而升降，浮顶外缘与罐壁之间有环形密封装置，罐内介质始终被内浮顶直接覆盖，减少介质挥发。 浮顶油罐的特点是，罐顶可以上下浮动，四周用耐油橡胶密封圈以弹簧压紧在罐壁上。罐顶紧贴着油面，油面升高，罐顶跟着上升；油面降低，罐顶跟着下降。这种油罐呼吸器是装在浮盘上的，比起拱顶油罐来能大大减少油品的损耗，也比较安全。 外浮顶罐和内浮顶罐的最大区别是浮顶上方没有固定的拱顶，外浮顶罐常见于大型（至少在10000msup3;以上）原油、燃料油、重油储罐。
储罐在国民经济中起到的作用无可替代，特别是在石油化工企业，没有储罐就无法生产。石油的开采、炼制、运输、消费都离不开油库。油库的主体设备就是油罐。其中应用最为广泛的就是拱顶油罐和浮顶油罐。
1.2拱顶罐的发展方向
在原油储库建设中，对同等储量来说，单个容积越大，建罐的成本越少，投资也就越少，同时也易于管理。因此国内外的储罐越建越大[3]。据了解，目前国际上最大的内浮顶罐容积达10万msup3;，外浮顶罐容积达20万msup3;。国内最大的内浮顶罐是5万msup3;，最大外浮顶罐是15万msup3;。
采用大型油罐主要有以下几个优点。
（1）节约钢材
大型化油罐有利于节约钢材，就单台油罐来说，油罐容积越大，表面积相对越小，单位容积的用钢量也就越少。
减少占地面积。
油罐的占地面积对炼油厂的大型化具有十分重要的意义。罐区的占地面积不仅要满足防火堤有效容积的要求，而且罐与罐之间还必须满足防火间距的要求，在油库储备能力不变的前提下，几台大型储罐比多台小型的储罐占地面积要小很多。
（2）节约投资
少量的大型储罐比多台小型储罐在操作管理和检查维护以及消防管理都相对比较方便。在储备容积不变的情况下，采用大型储罐可减少管道仪表和阀门等配件的数量。同时还减少了可能的泄漏点。
1.3近年来国内外关于储罐的研究现状
于春育[4]对储罐设计若干问题进行探讨，研究储罐设计的合理与生产安全的关系，针对一万立方米以下的储罐结构对gb50341-2003标准的适用经行阐述。针对罐顶，管壁，罐底，在设计压力，设计温度下的设计规范进行叙述。研究表明：设计人员要以安全第一为重要原则。在遵守国家标准和运用专业知识相结合的基础上，在设计中综合考虑，达到结构设计和强度计算的合理性。
刘单明[5]对大型储罐设计的现状与方向就行研究，通过分析大型的储罐设计的特点、现状和发展，分析现在大 型储罐在设计过程中存在的缺陷，从而能够设计出更好的大型储罐，有利于我国石油和液体化工原料的储存。
陈国民等[6]对立式圆柱形金属油罐的设计进行研究，分析了现行立式圆柱形金属油罐结构上的缺陷，提出了一种由双重罐底及附属结构构成二次密闭系统，具有新型结构的立式钢油罐。介绍了该结构的主要特点；可有效地缓解油罐底板的腐蚀，使油罐使用的全可靠性和油罐的整体寿命得到较大的提高；可方便地配置检测系统，利用简单的设备、设施就可以一次性地检查出所有的渗漏点，还可保证万一罐底出现渗漏时，油料不直接渗入基础，而是被密封在指定的结构中，以实现对渗漏油料的全部回收。文章还对该结构进行了力学分 析和数学建模、编程。计算机运行结果表明：该结构可与现行设计定型的立式油罐系 列配套，既适用于对旧油罐的翻新改造，也可用于新建油罐。
张艳博等[7]对大型化工储罐设计进行探讨，文章简要介绍了化工行业大型储罐设计的特点同时就设计中这几个问题：罐体的设计与调试，安全系统的设计对策，储罐液位仪表的设计原理，储罐防腐设计进行阐述。
李敏燕等[8]大型原油储罐设计中主要安全问题及对策进行研究，因为大型原油储罐储量很大，潜在危险性高，一旦发生事故，报失将十分惨重.为此，重点论述了大型原油储罐设计中的主要安全问题及其对策，包括储罐地基和基浮顶储罐密封装置、信号报警联锁系统、排水设计，防腐蚀措施等。特别针对大型原油储罐的特点，详细讨论了浮盘沉底事故原因并介绍了预防浮盘沉底的设计要求，为工程设计提供了有价值的参考依据。
张琦[9]对大型原油储罐设计中主要安全问题及对策进行研究。主要针对大型原油储罐工程的危险性进行分析，并在此基础上探讨设计中 的主要安全问题以及相应的解决对策，以此来为今后原油储罐的安全设计提供一定的参考依据。
安汝文[10]对内浮顶罐安全性分析，研究内浮顶式储罐基本结构，包括内浮盘、导向和防 转装置、静电导出装置、密封装置及液位报警装置等。虽然内浮顶式储罐较固定顶罐有许多优点，但由于其结构复杂，因此在安装改造过程中，要考虑其结构特点，加强安全管理。
刘育峰[11]对拱顶原油储罐的设计进行研究，主要针对浮顶原油储罐，因为其钢材耗量大、投资高，设计方案对比性强，必须优化设计方案，才能降低总的工程造价和材料消耗，达到最大的经济效益。通过对浮顶原油储罐罐壁的选材；浮顶的设计；密封装置、浮顶排水系统及刮腊装置的选择；液位显示和加热装置的设计7个方面进行分析论述，提出了浮顶原油储罐的设计应注意的关键技术问题。
付国理[12]对拱顶罐改造为内浮顶罐的项目进行研究，对设计中要考虑的基础沉降、储罐罐壁垂直度和罐壁变形量等因素进行分析，选择合理的结构形式;并就改造设计、安装、使用、检修维护等过程中遇到的问题进行总结，提出相应的解决措施。
g. h. booth[13]对钢制原油储罐罐底的腐蚀进行研究，因为原油储罐的罐底腐蚀最为严重。腐蚀的部位主要是罐底及罐壁底部与油析水接触的部位。大量的氯化物、硫化 物、酸类物质与罐底板直接接触，易发生电化学腐蚀。另外，罐底油析水中含有有机物、硫酸盐、h2s 和c02，同时罐底整体处于缺氧状态，适于作为厌 氧性细菌的硫酸盐还原菌(srb)的生存。硫酸盐还原菌腐蚀使腐蚀现象表现为孔蚀。
栾媛等[14]对钢制原油储罐的腐蚀检测与防护进行研究，因为钢制原油储罐的腐蚀在石化企业中比较普遍，依据国内外文献中对储罐腐蚀的研究与常年腐蚀防护工作经验，分析了储罐各部位发生腐蚀的原因，总结了目前针对储罐不同部位采取的防腐措施，综述了目前使用的监测、检测手段及国标对储罐腐蚀防护的要求，总结了国内外研究的现状并指出了目前国内储罐腐蚀防护存在的某些问题。
姜虹等[15]对拱顶罐改为浮顶罐的安全性进行研究，因为内浮顶罐具有降低产品的蒸发损耗、减少环境污染及保证安全等优点，根据一些公司将原固定拱顶罐改造为内浮顶罐的现象，通过对某公司将原固定拱顶式储油罐改为内浮顶式化工品储罐的安全性进行分析，提出了改造中应注意的问题。
冉华等[16]对立式金属罐的事故进行分析，针对大型储油罐的防雷提出了许多措施，并对雷电常识进行介绍和防雷设施的管理进行阐述。
杨充等[17]为解决油田、炼厂等大型钢制拱顶罐压力检测问题，在从事多年油气田开发工作中，结合本单位实际情况，研制出一种有效的微压检测仪表。解决了钢制拱顶罐微压检测中存在的问题，消除安全隐患，达到安全生产的目的。
黄琼等[18]以实际工况的一万立方米原油储罐为对象，使用模型分析了储罐在原油静压、自重、风栽、温差分别 作用和联合作用下的应力强度并核算了原油静压下的储罐应力强度，探索了几种载荷对储罐失效的影响程度。通过有限元分析，在材料一定时最大应力降低约5%，保证了储罐的安全。
许泽虎[19]针对拱顶罐在生产使用过程中发生的凹瘪问题，通过一万立方米的渣油罐罐顶凹瘪实例，分析了拱顶罐凹瘪的原因。并从设计、安装、操作使用及维护管理等方面提出了预防和改进措施。
王玲等[20]对原油储罐的防腐进行研究，根据不同的腐蚀环境和腐蚀机理，设计相应的防腐覆盖层。针对大型钢制储罐不同部位受到的介质腐蚀推荐了相应的覆盖层设计方案，还介绍了钢制油罐腐蚀控制技术的发展趋势。
宋楠[21]对五万立方米的原油储罐的设计和优化，在储罐在工艺、设备、消防、结构等方面均进行了优化设计。针对特定条件下，提出了多条建议，在其设计中，采用天然地基充水预压方法进行处理，该处理方法造价最低，且可缩短施工周期。该扩建工程一次投产成功证明其工艺设计质量较好，节省了工程投资及运行的费用。
宋龙进等[22]对拱顶罐的机械清理进行研究，阐述了机械清洗技术在拱顶储油罐中的应用现状，基于拱顶罐与浮顶罐机械清洗技术的差异， 分析了两者在喷嘴安装方式上的区别。此外，介绍了罐顶开孔前的技术准备、储罐清洗喷嘴固定支座的制作方法、罐顶开孔短接管的预制及其与罐顶板的粘接技术要领、开孔机的安装和开孔作业安全措施等拱顶罐罐顶开孔作业技术，总结了拱顶罐机械清洗作业程序及清洗施工中的安全注意事项。
黄伟金等[23]对拱顶罐内浮顶改造的效果分析进行研究，研究表明：拱顶罐的罐内气相空间相对较大，用它作为混合芳烃这类易挥发液化品的储存罐时，易液化品”大呼吸”问题造成物料蒸发损失。对拱顶罐进行内浮顶改造后，可人大降低混合芳烃的蒸发损耗。
孟甜等[24]对大型浮顶原油储罐消防系统的设计与运行管理进行分析阐述，根据原油易燃的特点，阐述了其消防系统的构成、设备特点和运行管理等方面的知识。
谈宗伟等[25]对一万立方米拱顶罐罐顶下陷原因分析及整修方案进行阐述。针对1994年长庆输油公司的一个失效油罐进行研究，对今后的油罐设计，维护等方面起到了参考的作用。
马铁伦等[26]从浮顶油罐的施工质量和运行管理两个方面，分析了沉盘的6种原因。提出了4项预防措施：禁止将扫线风吹入罐内，定期启动油罐搅拌器；定期检查浮顶单盘板密封装置，确定其渗漏及破损情况；经常检查油罐排水管，防止油品泄漏；浮顶设外浮标，便于操作员随时掌握浮盘运行情况和液位高度。
黄文霞[27]对某一拱顶罐失稳原因进行分析，研究表明：由于工作压力较低，罐壁、罐顶、罐底较薄，中间无支撑，设备稳定性较差。在实际使用中，常由于罐内产生较大负压而失稳。并对拱顶罐的设计和使用提出建议。
张毅等[28]在研究大型浮顶原油罐罐壁保温结构设计中阐述了大型浮顶原油罐罐壁保温结构材料选择和结构设计的要点，介绍了保温结构彩钢压型板在罐壁关键部位施工的原则和方法。
ty hagen[29]通过研究和生产实践中发现，双层罐底结构底板泄漏的主动检测可采用真空泄漏检测系统，即通过在两底板间形成负压并保压，不间断地监测两底板之间的压力变化，快速发现罐底泄漏。

罗丽华等[30]对大型立式储油罐采用双层罐底结构设计进行研究，结合国外规范及工程经验，对几种常见双层罐底板结构型式进行比较分析，并对罐壁和罐底连接处设计和双层罐底泄漏检测技术进行探讨。
masoud[31]对沸溢现象进行研究，表明在水上发生火灾和大面积蔓延火灾事件是一个非常可怕的事件。原油和石化产品的巨大储罐一直是炼油厂和石化企业的巨大威胁。由于它们的巨大能力和火灾发生的可能性，他们被全世界的科学家进行了广泛的研究。防止扬沸火灾迅速蔓延，减少火灾损失在一定程度上。作者阐述了扬沸火灾的严重危害，其发生的理论，介绍最优化的可用的方法来预测它和最好的方法，如果发生意外可以减轻损失。
sivabalan[32]对大型原油储罐防腐问题进行研究。针对原油储罐底部腐蚀问题的腐蚀原因，检测方法，腐蚀机理，产生的后果，解决方案等多方面为石油上游行业面临的技术问题提供了帮助。
h. c. cotton[33]对大型石油储罐用钢的结构设计，施工和运营维护进行研究。由于其容量大，温度变化不定等因素，对石油储罐用钢条件苛刻。提出使用断裂力学技术来作为选择石油用钢的标准，可以大大方便了选材的工作和加强运行的安全。
k.v. manua[34]对原油储罐进行数值模拟，研究了熔盐跃层存储单元的稳定性特征。观察到了穿透过程发生的很多现象，为今后原油储罐的防腐设计作出了理论基础。

参考文献
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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1 本课题研究的内容和意义
本课题以石油化工工业中典型储罐为研究对象，对一台大型原油拱顶储罐进行设计，包括罐顶及其呼吸阀等进行设计研究。

了解和熟悉储油拱顶罐的基本结构、工作原理、基本理论、设计标准和设计方法以及材料确定等。

2.2 本课题的主要研究内容
（1）了解和熟悉大型原油储罐的基本结构、工作原理、基本理论和设计方法、使用损伤等；
（2） 熟悉和掌握pro/e软件及其应用，并应用该软件对储罐进行模拟仿真，并基于pro/ e等软件设计一台储罐；
（3） cad绘图：对一台大型油储拱顶罐的零部件进行设计及cad绘图，完成cad绘图（折合1号图）不少于6张；
（4） 完成毕业设计说明书；
2.3 研究过程中用到的相关软件
2.3.1 ansys
ansys软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。