立式圓筒形儲罐設計中需注意的幾個問題

李娟娟

（東華工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）

近年來，港口倉儲項目增多且規模日漸增大，儲存石油及化工產品的常壓和接近常壓立式圓筒形焊接儲罐的設計和使用隨之增多。筆者根據大型儲罐的設計體會，對立式圓筒形鋼制焊接儲罐在設計中需要注意的幾個問題進行說明。

1 標準規范的選擇

目前，大型儲罐設計常用的國內標準有國家標準GB 50341-2014《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》[1]和石油化工行業標準SH/T 3167-2012《鋼制焊接低壓儲罐》[2]兩個標準。

SH/T 3167 標準的編制參考了GB 50341。GB 50341標準中規定“適用于儲存石油、石化產品及其他類似液體的常壓和接近常壓立式圓筒形鋼制焊接油罐的設計，不適用于埋地、儲存毒性程度為極度和高度危害介質、人工制冷液體儲罐的設計”。SH/T 3167 標準中說明“對介質毒性為極度和高度危害的儲罐，不推薦使用本標準；若確有需求，需在本標準的基礎上提出更嚴格的相關設計、組焊及檢測要求”。因此，儲存非極度和非高度危害介質的鋼制焊接圓筒形儲罐可以根據需要選擇兩標準之一。而對于儲存極度和高度危害介質的儲罐，可參考上述標準之一，但須在標準的基礎上，對儲罐提出更加嚴格的設計、組焊及檢測要求[3]，比如：罐體材質選用更優質的鋼材；提高法蘭鍛件級別；底板采用全焊透對接接頭；增加無損檢測比例和提高無損檢測合格等級等（見表1）。

2 設計中需注意的幾個問題

2.1 錨固設計

GB 50341-2014 標準中，大型儲罐的錨固設計是一項比較重要的內容，而且相對于2003 版標準有較大變化。儲罐是否設置錨固，由內壓、風載荷、地震載荷三個因素決定，只要其中有一項不滿足相應的要求，就應該設置錨固。

表1 GB 50341 與SH/T 3167 標準對照

2.1.1 微內壓錨固設計

當儲罐設計內壓產生的舉升力大于罐壁、罐頂及其所支撐構件的總重量時，應設置錨固。而抵抗舉升力的重量不應小于下面三項中的最大值：

（1）1.5 倍設計壓力產生的舉升力與設計風速在罐頂部位產生的舉升力之和。此時，抵抗舉升力的重量為空罐狀態按有效厚度計算的重量。

（2）1.25 倍試驗壓力產生的舉升力。此時，抵抗舉升力的重量為空罐狀態按名義厚度計算的重量。

（3）液位為設計液位時1.5 倍破壞壓力產生的舉升力。此時，抵抗舉升力的重量為罐壁罐頂重量、配重、環梁內壁到罐內壁之間的儲液重量以及環梁與土壤之間的摩擦力。

2.1.2 抗風穩定錨固設計

抗風穩定計算主要通過水平和垂直風壓對罐壁罐底接合點的傾倒力矩Mw、設計內壓對罐壁罐底接合點的傾倒力矩Mpi、罐壁重量和罐頂支撐件重量（不包含罐頂板）對罐壁罐底接合點的傾倒力矩MDL、罐頂板及其上面附件重量對罐壁罐底接合點的傾倒力矩MDLR、儲液重量對罐壁罐底接合點的傾倒力矩MF這五個力矩組成的公式關系，來判斷儲罐抗風穩定計算時是否需要設置錨固。

當上述兩公式不能同時滿足時，儲罐需設置錨固。

2.1.3 抗震錨固設計

大型儲罐的抗震計算參照API 650 標準引入錨固系數J。當J＞1.54 時，在設計載荷下儲罐不穩定，應設置錨固。

儲罐設計時，建議將錨固儲罐設計成罐頂與罐壁弱連接結構。罐頂與罐壁連接處抗壓環的有效面積滿足計算所需面積即可，不宜過大。這樣，既能保證罐頂與罐壁連接處的承壓環能承受一定的破壞力，也能保證在發生事故時，罐頂與罐壁脫離，從而保證罐底及罐壁不會因拉裂變形而發生泄漏危險。

圖1 錨栓座示意圖

錨栓座建議選用分塊蓋板帶補強板的結構，如圖1所示。這種組合件結構形式與罐壁相連接，避免罐壁產生過大的局部應力和變形。

2.2 抗風圈處導流板的設置

通常情況下，中型和大型儲罐經過計算如果需要設置抗風圈，且罐內為防爆等級較高的介質，那么從安全角度考慮需要在每個抗風圈處設置導流板，導流板形式參照圖2 所示。事故發生時，儲罐頂部的消防冷卻水以膜狀形式沿著罐壁向下流，當其遇到抗風圈時水的流向就會發生改變，若水流沿抗風圈改為向外側下流時，那么消防冷卻水根本起不到冷卻著火罐壁的作用。而設置導流結構后，水的流向雖然會在抗風圈處發生短暫改變，但整體流向是沿罐壁膜狀下流。

圖2 導流板形式示意圖

2.3 帶肋球殼拱頂設計

大型儲罐的拱頂一般設計為帶肋球殼拱頂。因為拱頂的壁厚不宜太大，需要在罐頂板底端或頂端設置加強肋條。此時有兩點需要特別注意：一是肋條間距應≤1.5 m；二是肋條高厚比H / δ≤12。圖3 扇形板中，中間經向肋條把L2～L5所在的緯向肋條斷開，肋條間距要求≤1.5 m，則要求L1～L6的弧長均應≤1.5 m。

圖3 拱頂扇形板展開圖

2.4 盤梯平臺的設計注意點

GB 50341-2014 標準中規定，盤梯外側必須設置欄桿，當盤梯內側與罐壁的距離大于150 mm 時，內側也必須設置欄桿。此條要求必須嚴格執行。筆者認為，盤梯內側與罐壁的距離實際指盤梯內側與罐體保溫后的外壁之間的距離。

盤梯的凈寬度應≥650 mm，此條需要注意與老標準的區別。

圖4 護欄示意圖

GB 50341-2014 標準中規定，平臺鋪板與擋腳板（踢腳板）之間的間隙應≤6 mm。擋腳板（踢腳板）的寬度應≥75 mm，同時GB 4053.3-2009《固定式鋼梯及平臺安全要求第3 部分：工業防護欄桿及鋼平臺》標準要求踢腳板寬度應≥100 mm。所以，踢腳板寬度一般按100 mm 進行設計，見圖4。

3 結束語

大型儲罐廣泛應用于石油化工及儲運行業，是石油化工設備和儲運裝置的重要組成部分。貯存易燃易爆介質的儲罐，如果發生事故，后果極其嚴重。因此，大型儲罐在設計過程中就應引起足夠的重視。