GB50341和API650的罐壁設(shè)計比較

秦靜 葉亮

摘 要：本文主要對國內(nèi)油罐設(shè)計規(guī)范GB50341和美國石油協(xié)會設(shè)計規(guī)范API650罐壁的設(shè)計進(jìn)行比較，得出結(jié)論普通材料GB50341的罐壁計算較API650保守，低密度低腐蝕材料GB50341的水壓試驗厚度是壁厚的決定值，對于高強(qiáng)鋼，API650對材料的安全控制更嚴(yán)，安全預(yù)留量更大。

關(guān)鍵詞：罐壁;許用應(yīng)力;“一英尺”法;焊接接頭系數(shù);屈強(qiáng)比

1 前言

大型儲罐是存儲石化產(chǎn)品的重要設(shè)備，由于其儲存容量較大和存儲介質(zhì)大都易燃易爆且罐體耗材較多的特點(diǎn)，選擇正確合理全面的設(shè)計方法不僅是安全可靠的保證，也更經(jīng)濟(jì)節(jié)約。本文主要就GB50341和API650罐壁板的設(shè)計進(jìn)行比較和分析。

API650對于直徑小于61m、GB50341對于直徑小于60m的罐壁計算均可采用定點(diǎn)法計算，即“一英尺”法。“一英尺”法是以高出每圈壁板下端0.3m（約為一英尺）處作為一個固定的設(shè)計點(diǎn)進(jìn)行計算。該方法也是也是石油化工行業(yè)中儲罐類設(shè)計使用最多的計算方法。

以下是兩個標(biāo)準(zhǔn)定點(diǎn)法壁厚計算公式：

AP650罐壁設(shè)計壁厚公式：

AP650罐壁水壓試驗壁厚公式：

GB50341罐壁設(shè)計壁厚公式：

GB50341罐壁水壓試驗壁厚公式：

式中：

D-儲罐內(nèi)徑;

H-計算液位高度;

G-儲液相對水密度之比（API650）;

ρ-儲液相對水密度之比（GB50341）;

CA-厚度附加量（包括腐蝕余量和鋼板負(fù)偏差）;

Sd-儲存產(chǎn)品時鋼板的許用應(yīng)力;

St-水壓試驗時鋼板的許用應(yīng)力;

[σ]d-設(shè)計溫度下鋼板的許用應(yīng)力;

[σ]t-常溫下鋼板的許用應(yīng)力;

Φ-焊接接頭系數(shù);

σs-屈服強(qiáng)度;

σb-抗拉強(qiáng)度。

從以上公式可看出，兩個公式的分子取值一樣，不同的是分母。API650中Sd許用應(yīng)力是2/3σs和2/5σb中的小值，GB50341[σ]d許用應(yīng)力是2/3σs，API650對許用應(yīng)力的取值較GB50341多了一項考慮，即2/5σb。因現(xiàn)在儲罐越來走向大型化，在選材方面也將趨向于強(qiáng)度更高的材料，爭對一些高強(qiáng)鋼，屈強(qiáng)比較大，如果還是采用2/3σs的許用應(yīng)力，那么相當(dāng)于降低了材料使用當(dāng)中的安全性儲備，API650中Sd許用應(yīng)力取2/3σs和2/5σb中的小值，也是基于對這種材料安全性的一種修正。針對高強(qiáng)鋼，GB50341對于最低屈服限大于390MPa時，采用了0.6σs的許用應(yīng)力。如GB50341中列入的調(diào)質(zhì)鋼12MnNiVR，σb為610MPa，σs為490MPa，按GB50341 20℃許用應(yīng)力取值為294MPa，按API650 20℃許用應(yīng)力取值為244MPa;GB50341的常用材料Q345R，σb為510MPa，σs為345MPa，按GB50341

20℃許用應(yīng)力取值為230MPa，按API650 20℃許用應(yīng)力取值為204;GB50341的常用材料Q235-B，σb為370MPa，

σs為225MPa，按GB50341 20℃許用應(yīng)力取值為150MPa，按API650 20℃許用應(yīng)力取值為148MPa。通過以上三種材料比較，API650的許用應(yīng)力值比GB50341低，對于屈強(qiáng)比越大的材料，API650的許用應(yīng)力與GB50341相差越大。GB50341引入了焊接頭系系數(shù)，GB50341中Φ第一圈壁板取0.85，其余壁板取0.9。API650的罐壁計算公式?jīng)]有焊接接頭系數(shù)（除附錄A），也可以理解為焊接接頭系數(shù)為1。API650的許用應(yīng)力值低于GB50341，GB50341引用了焊縫系數(shù)，兩個標(biāo)準(zhǔn)雖然焊縫系數(shù)和材料許用值不一樣，但通過公式的組合計算可以判斷，對于低強(qiáng)度、低屈強(qiáng)比材料如Q235-B API650較GB50341設(shè)計更先進(jìn)，設(shè)計壁厚更薄，對于中等強(qiáng)度鋼如Q345R API650和設(shè)計壁厚相差不大，對于高強(qiáng)鋼、高屈強(qiáng)比材料如12MnNiVR API650更偏保守一些，設(shè)計壁厚更厚。越是高強(qiáng)鋼，API650對材料的安全控制更嚴(yán)，安全預(yù)留量更大。API650相較GB50341考慮更為合理和全面。

API650設(shè)計和水壓試驗時對材料許用應(yīng)力Sd和St的取值是不同的，St是取3/4σs和3/7σb中的小值。GB50341

[σ]d和[σ]t均為2/3σs，只是對操作溫度和常溫上的區(qū)別，但大型儲罐的設(shè)計溫度一般均在90度以下，對于這一溫度下GB50341的操作和水壓試驗的材料許用應(yīng)力相差不大，這就基本等同于在水壓試驗和常期操作工況對罐體的安全性要求一致，沒有明顯的區(qū)分短期載荷和長期載荷的安全系數(shù)，這一點(diǎn)和我們很多較成熟標(biāo)準(zhǔn)（如GB150，JB4710）的設(shè)計理念是不一致的。如對于一些密度較小、腐蝕裕度也較?。ㄈ鐑?nèi)防腐）的一些介質(zhì)，水壓試驗將是決定取材厚度的工況。在這種工況下，GB50341較API650保守，API650的設(shè)計更為合理。

下面對以下設(shè)計參數(shù)的儲罐分別用GB50341和API650進(jìn)行計算比較：

設(shè)計壓力：5.5kPa設(shè)計溫度：40℃;罐壁內(nèi)徑：20m;

罐壁高度：20m;設(shè)計液位高度：20m;液體密度：800kg/m3;焊縫系數(shù)：0.9，0.85（GB50341），1（API650）;腐蝕

裕量：C1mm。

GB50341各段壁厚計算結(jié)果如表格。

由上面的計算結(jié)果比較得出，在上述設(shè)定參數(shù)的工況下，GB50341的水壓試驗厚度和設(shè)計計算厚度均大于API650，且GB50341的水試驗厚度大于設(shè)計計算厚度（因介質(zhì)密度較水?。敲x厚度取值的決定值。GB50341按名義厚度算出的總重為100678，API650按名義厚度算出的總重為91788，GB50341多出API650重量9.7%。

2 結(jié)束語

綜合上面的分析可以得出結(jié)論，對于普通材料GB50341的罐壁計算較API650保守，對于低密度低腐蝕材料GB50341

的水壓試驗計算較API650更偏保守，水壓試驗工況是罐壁厚度的決定值，所以對于普通材料和低密度低腐蝕材料GB50341的最終名義厚度均高于API650。但對于高強(qiáng)鋼，API650對材料的安全控制更嚴(yán)，安全預(yù)留量更大，計算壁厚高于GB50341。在儲罐罐壁設(shè)計方面API650相較GB50341考慮更為合理和全面。但隨著GB50341的升版，GB50341在計算理論和計算的全面性方面均與AI650保持同步，在地震、負(fù)壓、載荷方面的取值和計算與API650也基本保持一致，在罐頂形式和罐底邊緣板方面的運(yùn)用范圍更廣，GB50341是我國編制的標(biāo)準(zhǔn)，與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系相吻合，在實際運(yùn)用和計算中更為方便簡潔。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB50341-2014.立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范[S].中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2015.

[2] API650-2013.TWELFTH EDITION.Welded Steel Tanks for Oil Storage[S].API.2013.

作者簡介：

秦靜（1976- ），女，籍貫：四川，學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：高級工程師，研究方向：化工裝備。