大型儲罐罐壁用tmcp高強鋼板及其制造方法和罐壁結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種大型儲罐罐壁用TMCP高強鋼板及其制造方法和罐壁結構。
【背景技術】
[0002] 石油儲罐的建設，對保障國家能源安全、應對成品油供應短缺可W發揮極其重要 的作用。我國大型石油儲罐的大規模建設始于2005年，首期4個國家戰略石油儲備基地已 于2008年投用，共建成164個十萬立方米石油儲罐，儲備總量達1640萬立方米，約合1400 萬噸。2011年，涉及到8個石油儲備基地、200多個10~15萬立方大型石油儲罐的二期工 程全面開建，根據計劃，我國原油國儲、商儲工程也將陸續開工建設。預計從2013年到2020 年，我國至少還要建造600多個10~15萬立方的大型石油儲罐。其中，10萬立米的石油儲 罐已成為目前最常見、最主流的罐體設計。除此之外，在工業生產和日常生活中，還有一些 容量在10~15萬立方米的大型儲罐，如大型淡水儲罐等。上述大型儲罐，其罐壁都是由上 百張不同厚度的、W 60公斤級低合金高強調質鋼為主的罐壁鋼板焊接而成的圓柱形鋼結 構。
[0003] 盡管儲罐儲存的介質不同，容積不同，儲罐的罐壁鋼板選用的材質也可能不同，所 用鋼板的規格尺寸（厚度、寬度和長度等）設計也各不相同，甚至同是10萬立方米的石油 儲罐，因建造地的地質條件等因素，設計選用鋼板的規格尺寸也會有某些差別，但總的來 說，送些儲罐的罐壁鋼板都有如下共同特點：
[0004] 1)罐壁結構均為圓柱形鋼結構，罐壁用鋼板自上而下分若干層。同一層內，鋼板都 是W板寬作為該層的層高、W板長作為罐壁的一段弧長，且鋼板的厚度都是相同的。而在不 同層間，鋼板厚度則由上而下呈階梯狀增加，即；下層鋼板的厚度總是大于或等于上一層的 厚度，W此來抵抗由上而下遞增的罐內儲存液體所產生的靜壓力。
[0005] 2)在同一層內，鋼板的材質都是相同的。根據行業規范，此類儲罐的最頂層鋼板的 厚度通常為12mm，鋼種通常都選用50公斤級普通碳儘鋼，采用正火工藝生產；其它各層的 厚度則取決于各層所處的高度（相當于存儲介質的液位深度），鋼種通常為60公斤級強度 級別的低合金高強度調質鋼，按熱處理工藝區分可分為"渾火+回火"型和"TMCP"型兩種， 牌號如 SPV490、12MnNiVR、08MnNiVR 等；
[0006] 3)罐壁鋼板都需要進行卷曲成型加工，使其彎曲的曲率半徑等于或非常接近于罐 壁圓周的半徑。罐壁鋼板的卷曲成型加工是傳統罐壁板的必須要有的預制加工工序之一。
[0007] W目前某經典的10萬立方米石油儲罐設計為例，其罐壁周長為252米，罐壁鋼板 材質均為60公斤級高強鋼12MnNiVR，按熱處理工藝區分可分為"渾火+回火"型和"TMCP" 型兩種；總高21. 96米的罐壁由9層鋼板焊接而成，每層罐壁鋼板的長度和寬度都是相同 的，即都是由20張2. 44米寬X 12. 6米長的鋼板焊接而成，但鋼板厚度則自上而下呈階梯 狀增加，即下層鋼板的厚度總是大于或等于上一層的厚度，W此來抵抗由上而下遞增的罐 內儲存液體所產生的靜壓力。該10萬立方米石油儲罐用罐壁鋼板的具體設計如表1所示：
[0008] 表1 ;10萬立方米石油儲罐用罐壁鋼板清單
[0009]
[0010] 據此，不難推算出：
[0011] 1)該10萬立方米石油儲罐需7X20 = 140張 60公斤級高強鋼12MnNiVR鋼板，計 (3化28巧4+20+16+14+12) X 2. 44X12. 6X20X7. 85 W 704 噸；需 2X20 = 40 張 50 公斤級 正火鋼 Q：M5R 鋼板，計（3化28巧4+20+16+14+12) X 2. 44X12. 6X20X7. 85 W 116 噸。
[0012] 2)該10萬立方米石油儲罐共需焊接總計8X252 = 2016米長的壁板間的環形焊 縫和9X20X2. 44 = 439. 2米長的壁板間的縱向焊縫。
[0013] 目前，上述10~15萬立方大型的傳統儲罐已成為石油儲罐的主流設計，僅在我 國，隨著石油儲備基地的大規模建設，每年新建的此類儲罐已達百個W上，對于此類容量在 10~15萬立方米的大型儲罐罐壁結構及其罐壁用鋼板，現有技術設計已日趨成熟，且已納 入相關標準和規范，如美國的API 650、日本的JIS B8501、英國的BS 2654及我國的甜3046 等。
[0014] 中國專利申請號CN201110094079. 5提出了一種固定式液壓平衡超大型儲罐罐壁 結構，包括用于儲存物料的內罐和包裹在內罐外的外罐，內、外罐之間間隔一定距離W構成 盛裝平衡壓力的液體的環形空間，并在內、外罐之間設置了多塊型鋼連接件W便提高內罐 側壁的承壓能力。該發明主要是針對諸如40萬立方米之類超大容量儲罐的罐壁用鋼板板 厚過大、鋼板難W制造的問題，試圖通過設置內罐、外罐兩層，利用液壓平衡原理使外罐鋼 板能夠分擔一部分原先完全由內罐所承受的靜壓力，從而達到使內罐、外罐鋼板的設計厚 度都在一個適當的范圍之內的目的。
[0015] 對比該發明，本發明的發明目的不同，所針對的儲罐容量、罐壁結構也完全不同， 本發明所涉及的罐壁用鋼板厚度完全在國內寬厚板生產廠家的可供范圍之內，完全不需要 通過分內罐、外罐兩層的方式解決。顯而易見，若采用該發明，內罐、外罐的總焊縫量將比傳 統罐壁結構情況下的總焊縫量大幅增加。
[0016] 中國專利申請號CN200810013605. 9公開了 "一種大型石油儲罐用高度厚鋼板及 其低成本制造方法"W及中國專利申請號CN201110181602. 8公開了"采用直接渾火工藝生 產石油儲罐鋼板的方法"，其都針對傳統的10~30萬立方米石油儲罐罐壁用鋼板的制造方 法。
[0017] 對比上述兩項發明，本發明的雖然也涉及罐壁用鋼板及其制造方法，但本發明為 罐壁結構而特別設計的鋼板是差厚板，即其厚度是沿長度方向分段線性變化的，送與上述 兩項發明中的傳統的、等厚的罐壁用鋼板有著實質性的區別，進而使得兩者在制造方法上 也有著實質性的區別。
[0018] 仍然W 10萬立方米石油儲罐為例，分析現有技術，儲罐罐壁的結構設計存在著W 下不足：
[0019] ①儲罐裝滿液體介質后，罐壁上某一點的鋼板所承受的靜壓力反比于它的高度， 因此，每層鋼板上沿位置的承壓總是小于鋼板下沿位置的承壓。而且，每層的高度越高，即 鋼板越寬，鋼板的上沿和下沿所承受的靜壓力差就越大。顯然，單純從受力計算角度上看， 鋼板上沿的厚度完全可W小于下沿的厚度。然而事實上，現有的儲罐結構設計時，罐壁鋼板 的厚度都是根據其下沿位置所承受的靜壓力來計算的，也就是說，對于鋼板的上沿，總有部 分厚度是屬于"多余"的。而且，罐壁層高越高，即鋼板越寬，"多余"的厚度也越多，產生的 鋼材"浪費"就越嚴重。從節約鋼板使用量角度來講，罐壁的層高（也即鋼板寬度）越小越 好。由此，與為減少焊接工作量角度出發，希望鋼板越寬越好形成了一對矛盾。
[0020] 綜合考慮后，目前常見的10萬立方米石油儲罐的壁板寬度被設計為2440mm左右。
[0021] ②然而，2440mm送一板寬并非國內主流寬厚板廠家的理想板寬。因為，目前主流寬 厚板社機都為5米厚板社機，實際最大成品寬度為4600~4800mm。因此對于2440mm的鋼 板寬度，上述5米厚板社機的生產效率并不理想，只有4700mm寬度鋼板生產效率的70%左 右。
[0022] ⑨2440mm送一板寬同樣不利于焊接施工。如上所述，送樣一種10萬立方米石油 儲罐的設計，共有2012米長的罐壁鋼板間的環形焊縫和439. 2米長的罐壁鋼板間的縱向焊 縫，環形焊縫的長度數倍于縱向焊縫的長度。壁板間的環形焊縫通常采用埋弧橫焊，縱向焊 縫通常采用氣電立焊，而相比之下，埋弧橫焊的焊接效率很低，僅為氣電立焊的十分之一至 五分之一。顯然，成倍地減少壁板間環形焊縫的長度就意味著成倍地提高儲罐罐壁的焊接 效率。
[0023] ④鋼板都是W板寬作為罐壁的層高、W板長作為罐壁圓周上的一段弧長，因此，傳 統罐壁壁板都需要進行卷曲成型加工，其彎曲的曲率半徑就是罐壁圓周的半徑。壁板的卷 曲成型加工作為傳統儲罐罐壁板的預制加工工序之一，既增加了儲罐制造成本，也延長了 制造周期。
【發明內容】
[0024] 本發明的的目的在于提供一種大型儲罐罐壁用TMCP高強鋼板及其制造方法和罐 壁結構，在不影響儲罐容量及安全性的前提下，顯著減少罐壁鋼板的材料使用量，減少壁板 的預制加工工序，提高罐壁的焊接施工效率；該罐壁鋼板具有大寬幅、厚度呈梯形漸變的特