Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｓｔｏｒａｇｅ ｌ大型储罐建设专栏 设计 一赵勇赖华宴汪奎中国石油工程建设公司重工制造分公司设计研究院河南洛阳４７１０２３ 摘要以天津ＬＧ渤海项目ＶＣＭ／ＥＤｃ储罐工程为例，从厚度的计算、连接结构的选择等几个角度出发，介绍了运用ＡＰＩ Ｓｔｄ ６５０标准进行低压储罐设计的一点心得。 关键词低压储罐厚度设计结构 中图分类号ＴＵ７４１ 文献标识码Ｂ 文章编号１６７２—９３２３（２０１０）０卜００６０—０２ ２００５年，我所接到天津ＬＧ渤海ＶＣＭ／ＥＤＣ工程一批低压 拱顶储罐的设计任务，其中一部分储罐的设计压力为 表１壁厚计算 ｜ｌ薯｜ 罐公醛霭强 谚 ｊ｜一 ｜ ｜｜ ＜１ ５ 壁榱公称露囊 ５ 强秘一 Ｉ。 。 ６００／５６００Ｐａ。目前我国的国内储罐设计标准不能涵盖其设计 压力的范围，因此应采用与之相适应的国外标准进行设计，这里 我们选用了美国石油学会标准ＡＰＩ Ｓｔｄ ６５０。 誊 ～＜镐 ｊ ≯ ｌ｜ ｚ ｜ ３６～６Ｏ ｜ｊ ｜黾 叠 ８ １罐壁的设计 １．１壁厚计算 储罐在低压条件下储存液体时，罐壁沿高度所承受的内压 力主要是内装介质的静压，呈三角形分布，自上而下逐渐增大。 为了制造时备料方便，现在多采用从上到下逐渐增加每圈钢板 厚度的方法来与之适应，即根据实际情况，把储罐分成若干圈， ｌ ＞ ｜ ｌ｜薯 ｌ｜ 薯 ｜ Ｑ｜。 ｜ｌ ｜爱嚣馥 以减少焊缝的数量和长度，减少现场焊接与检验的工作量，而且 还可以避免最大应力在焊缝区，使储罐安全可靠性提高。根据 ＡＰＩ Ｓｔｄ ６５０标准的规定，当业主无特殊要求时，一般罐壁板的 宽度应不小于１ ８００ｒａｍ。 再通过计算来确定各圈板的厚度。 工程设计中罐壁厚度通常由三种方法确定，即定点法、变点 法和应力分析法。对于容积较小（直径不超过６０ｍ）的储罐，通常 １．３结构 （１）罐壁板组对时，ＡＰＩ Ｓｔｄ ６５０标准推荐中径对齐，但根 据我国国内的安装经验，内壁平齐更便于施工，且更能保证焊接 质量，所以我们选用内壁平齐的组对结构； （２）罐壁纵向接头应采用全焊透的对接形式；除顶部包边 采用简便的定点法。所谓定点法（ＡＰＩ Ｓｔｄ ６５０中称为“一英尺 法”），就是以０．３ ｍ（１ｆｔ）的修正高度，修正以薄膜应力为基础的 计算公式的方法，即以高出每圈罐壁板底面０．３ｍ（１ｆｔ）处的液 体静压力来确定每圈板的厚度。 角钢与最上一圈罐壁板之间可采用搭接接头外，其余的环向接 头均应采用全焊透的对接形式。 按定点法公式计算出来的罐壁厚度应圆整至钢板的规格厚 度，即为当层罐壁板的名义厚度。但对于储罐上部的罐壁，按常 规方法计算出来的壁厚往往很薄，不能满足整个储罐的刚性要 求，因此，还需要用一些经验数据加以。ＡＰＩ Ｓｔｄ ６５０规定 ２罐顶设计 ２．１罐顶结构选择 大型立式圆筒型储罐一般采用固定式罐顶，它是罐壁以上 的结构部件，为储存介质提供了一个密封的封闭式顶，以保证介 质具有良好的储存环境，而不受外部环境（如雨、雪、尘埃等）的 影响。目前使用的较多的罐顶形式有锥顶、拱顶、网架顶、柱支撑 了罐壁板的名义厚度不应小于表１中的规定值（不包括腐蚀裕 量）。 １．２钢板宽度选择 罐壁使用宽度大的钢板虽然钢材重量上略有增加，但是可 锥顶等。在固定顶结构中，拱顶优势明显，目前国内使用最多的 也是拱顶，它具有制造方便，使用可靠的优点，不仅结构合理，还 ６０ ｌ石油化工建设１０．０１ 可节约材料３０％以上，并且，由于锥顶起始角和锥顶厚度的限 制，当容积＞１０００ｍ。时，都应选用拱顶结构，本次天津ＬＧ渤海 ＼。 表２环形罐底板的厚度 毫 ｜曩 蕾蔓薯叠≯＿｜｜ 章 彀０－Ｉ 。｜｜ Ｉ鬻曩｜ 曩薯薯鬟 项目ＥＤＣ储罐工程采用的主要是自支撑拱顶结构。 ２．２罐顶厚度设计 自支撑拱顶罐顶板的厚度的确定应满足ＡＰＩ Ｓｔｄ ６５０－１９９８（（钢制焊接石油储罐 ３．１０．６．１条：最小厚度＝ ｝ ．第一层罐 壁的公称 厚度 （ｍｍ） 静水压试验时第一层罐壁上的应力（ＭＰａ） ≤１９０ ≤２１０ ≤２３０ ≤２５０ ＼ ｔ 色 ｜ ｉ萎§ Ｂ《薯 ｜ Ｂｉ ｉ 。 １ １９＜ｔ≤２５ ６ ７ １０ ｊ 萎皂 斗 ＋ｃＡ≥５ｒａｍ的要求，其中ｒ 为罐顶的曲率半径，一般取罐壁公 称直径０．８～１．２倍。因此随着储罐容积和直径的增大，罐顶板 的设计厚度随之增加，从而使罐顶的钢材用量增大，投资费用增 《ｍ｜ 。 ６ ｜｜ 色｜ｊ｜｜ ｜｜ 、２｜｜｜ ３２＜ｔ≤３８ ８ １１ １４ １７ ｜祷 ≤瞒 ｜ ｌ色 ： ｜ 、３｜｜ ｌ ｊ｜、Ｂ＿ ｊ 坞｜ ３．４．１条的规定，不包括买方规定的罐底板腐蚀裕量，底板的最 高。为了减轻罐顶的重量，节省建设投资，采用加肋条的球壳是 极为有效的途径，因此ＡＰＩ Ｓｔｄ ６５０—１９９８标准３．１０．６条规 定：采用带肋条的自支撑罐顶，可不必遵循最小厚度的要求，但 顶板厚度应不小于５ｍｍ加腐蚀裕蹙。 在确定了罐顶板的厚度之后，需要对带肋条的罐顶做折算 厚度、许用外压的计算，同时还应对带肋罐顶板的稳定性进行校 核。这部分的计算由于ＡＰＩ Ｓｔｄ ６５０—１９９８标准没有明确的规 定，目前一般遵照ＳＨ３０４６—９２《石油化工立式圆筒形钢制焊接 储罐设计规 附录四的规定，其中罐顶的设计外压力应小于带 肋球壳的许用外压。 ２．３罐顶与罐壁的连接结构 罐顶与罐壁的连接结构型式很多，主要的连接型式如图１， 其中又以包边角钢将罐顶与罐壁相连的自支撑拱顶为最常用型 式。具体在设计过程中应考虑储罐是否应设置锚栓，如果罐内压 产生的升力大于罐顶、罐壁以及由其支撑的附件的重力，则储罐 需要设置锚栓，就应根据ＡＰＩ Ｓｔｄ ６５０—１９９８中的附录Ｆ考虑 罐顶与罐壁连接处所需面积和有效抗压面积。详细计算时考虑 到锚固罐的设计压力不大于１８ＫＰａ，对于拱顶罐连接处所需面 积和有效抗压面积，还应按照ＡＰＩ Ｓｔｄ ６２０～２００２标准中的 ５．１２．４条确定。 ３罐底设计 ３．１罐底的排板形式 罐底的排板形式根据储罐的大小、控制焊接变形等制造工 艺因素决定。对于设置环形边缘板的规定，ＡＰＩ Ｓｔｄ ６５０是以 底圈罐壁的材质和应力的大小来确定的。考虑到此次设计的储 罐所用材料均为国内材质１６ＭｎＲ，同时ＬＧ对排板形式附加规 定：所有内径大于或 等于１２．５ｍ的储罐 应采用环形边缘板。 ３．２罐底板厚度 环形罐底板的厚 度与第一层罐壁板厚 度及其静水压试验时 的应力有关，如表２ （ｄ） （ｅ） ｆｆ１ 所示。同时应满足 图１连接结构形式 ＡＰｌ Ｓｔｄ ６５０第 小公称厚度应为６ｍｍ。 ３．３罐底板连接结构 罐底中幅板与边缘板采用搭接型式，且中幅板应搭接在环 形边缘板的上面，中幅板之间采用搭接型式，环形边缘板之间采 用对接焊，并应全焊透和全熔合，垫板应与环形边缘板焊接在一 起。 ３．４罐壁与罐底的Ｔ形焊缝 底圈壁板与边缘板问的Ｔ形内角焊缝（大角焊缝）承受着储 液静压力、地震等载荷的作用，焊接接头周围应力水平较高，产 生较大的角变形，在储罐操作过程中，随着储液高度的变化，该 区域的应力也随之变化，如果焊接接头有缺陷存在，缺陷扩展易 造成低周循环疲劳破坏。国内外很多油罐事故都发生在这一部 位，所以获得高质量的大角焊缝就显得非常重要。大角焊缝的 焊角尺寸直接影响该区域的应力水平及抗疲劳能力，焊角尺寸 过小焊缝强度不够，尺寸过大则造成接头刚性过大，接头处所受 的应力也会增大。为了降低大角焊缝应力集中水平，提高抗疲 劳能力及安全性，采取了下列对策：①选用韧性及可焊性良好的 材料，并控制所用材料的屈强比。②采用合理的焊接工艺，减少 焊接变形，严格控制咬边、裂纹等缺陷。③采用合理的结构形 式，具有良好的圆弧过渡。 ４结语 运用ＡＰＩ ６５０标准进行低压储罐设计，实际指的是进行罐 壁的强度计算，而对于在国内建设的储罐，由于动载荷的选取及 地质条件和国外不尽相同，抗风、抗震按ＡＰＩ ６５０标准计算是不 太合理的。在本工程设计中，抗风计算按国内标准ＳＨ ３０４６—９２进行，其计算方法是由中国科学院力学研究所根据“风 洞试验”和理论推导出来的，比较符合国情；抗震计算按国内标 准ＳＨ ３０４８—１９９９进行，此标准借鉴了ＡＰＩ ６５０的验算方法，结 合国内的实际情况编制的。 在最底层罐壁上开清扫口时，对罐壁强度有一定削弱，应对 开孔结构、热处理等提出明确要求。 ＡＰＩ ６５０标准中没有提到钢板厚度负偏差，那是针对本标 准规定的材料而言的，天津ＬＧ渤海ＶＣＭ／ＥＤＣ工程中用的是 国内材料，所以应考虑钢板厚度负偏差。 （收稿日期：２０１０—０１—１５） 石油化工建设１ｏ．Ｏ１
