大型儲罐設計標準體系的對比

蒲弦

（中國成達工程有限公司，四川成都 610041）

大型立式圓筒形平底儲罐（下文簡稱“大型儲罐”）廣泛用于油品和各種液體化學品等的存儲，如石化裝置的原料罐區(qū)、中間罐區(qū)、成品罐區(qū)等過程設備或大型商業(yè)罐區(qū)、大型石油儲備庫等儲存設備。儲罐的建造需考慮2個基本的原則，即安全可靠性和經濟合理性。國內外的儲罐設計日趨大型化，目前國內最大的單一儲罐罐容已達到27萬m2，其建造的經濟性和安全性愈加重要。充分了解儲罐的標準體系，掌握儲罐的設計基礎理論對儲罐建造的經濟性和安全性有著至關重要的作用。

大型儲罐的建造包含儲罐的設計、選材、現場制作安裝、檢驗、試驗及驗收等全過程。本文主要就大型儲罐的建造標準體系進行分析與對比，對常見種類的大型儲罐的建造提供設計理論基礎，主要包括：國內外主要大型儲罐建造標準體系介紹，并針對相關儲罐建造標準的適用范圍、強度計算方法、材料許用應力安全系數取值、最小厚度要求等方面進行了對比，對國內大型儲罐建造標準的體系的建設提出建議，并對儲罐設計標準的選用提供參考[1]。

大型儲罐按其存儲介質的壓力劃分為常壓儲罐、低壓或微內壓儲罐；按溫度劃分為低溫儲罐（≤-40℃）、常溫儲罐（≤90℃）以及高溫儲罐（90℃～250℃）；按建造材質劃分金屬儲罐和非金屬儲罐。目前國內的大型儲罐標準體系基本已經涵蓋了上述各種類型儲罐的建造。本文主要就金屬儲罐的標準體系進行對比分析。

1.國內標準

常壓儲罐標準：GB 50341立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規(guī)范以設計為主體，GB50128立式圓筒形焊接油罐施工及驗收規(guī)范以施工為主體，構成目前國內大型儲罐的主流建造標準。SH3046石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設計規(guī)范、SH/T3530石油化工立式圓筒形鋼制儲罐施工工藝標準等建造標準形成對國標體系的補充，如不銹鋼儲罐的設計補充以及施工技術規(guī)定的補充等。

低壓儲罐標準：SH/T3167鋼制焊接低壓儲罐和SY/T0608大型焊接低壓儲罐的設計與建造為國內的低壓儲罐設計標準。SY/T0608完全參照API620大型低壓焊接儲罐設計與建造進行編制，并加入了國內的部分金屬材料的參數，在無損檢測標準方面采用了國內的標準。SH/T3167同時參照了API620和GB50341進行編制，設計許用應力較API620有所提高[2]。

低溫儲罐標準：SY/T0608包含了低溫儲罐部分的設計及施工技術要求。SH/T3537立式圓筒形低溫儲罐施工技術規(guī)程以低溫儲罐施工為主體的標準。

LNG儲罐標準：GB/T 26978.1～GB/T 26978.5現場組裝立式圓筒形平底鋼制液化天然氣儲罐的設計與建造為國內液化天然氣儲罐的建造規(guī)范，是國內LNG 儲罐的系列標準，本標準主要參照EN14620，并結合國內LNG儲罐的建造實際情況編制而成。

大型儲罐的防腐技術標準：GB50393鋼質石油儲罐防腐蝕工程技術標準規(guī)定了儲罐的詳細的防腐技術要求及施工要求。

大型儲罐的安全技術標準：AQ3053立式圓筒形鋼制焊接儲罐安全技術規(guī)范為應急管理部安監(jiān)部門對化工設備中立式圓筒形焊接儲罐提出的最新建造要求。主要對大型儲罐提出了按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類進行分級管理的規(guī)定。

同時國內軍用標準體系中也有關于大型儲罐建造的技術規(guī)定，如GJB5758后方油料倉庫設計規(guī)范對大型覆土罐提出了具體建造規(guī)定。其中覆土罐的鋼制儲罐部分按GB50341標準規(guī)范進行設計、制作、檢驗及驗收。

2.國外標準

國外大型儲罐標準體系主要是歐美日標準體系，均包含了儲罐的整個建造過程，如材料、設計、焊接、檢驗、試驗、驗收、運行及后期維護、改造、維修等過程。國內的儲罐標準大都參照美國API標準體系和EN標準體系編制[3]。

國外的常壓儲罐標準主要有美國 API650鋼制焊接油罐、俄羅斯npaBHJIa儲罐技術運行準則、歐盟EN14015在室溫及高于室溫下液體儲存用平底、立式、圓柱形、現場建造的地面上可焊鋼罐的設計和制造規(guī)范，英國的BS2654石油工業(yè)立式鋼制焊接油罐及日本的 JIS8501鋼制焊接油罐結構等。

國外的低壓或低溫儲罐標準主要有API620大型低壓焊接儲罐設計與建造、EN14620現場組裝立式圓筒形平底鋼制操作溫度介于0℃～-165℃冷凍液化氣儲罐的設計與建造等，廣泛應用于國內外大型LNG等低溫儲罐的建造。EN14620的使用范圍更為廣泛，主要應用于大型低溫儲罐，如單金屬壁單容罐、雙金屬壁單容罐或全容罐、預應力混凝土全容罐的建造。

API651、API652及API653標準也是API儲罐標準的重要組成部分，既涵蓋了儲罐建造過程中的特殊考慮，也為用戶在儲罐的使用過程中的操作及維護提供幫助。并對儲罐運行過程中的檢驗，維修及重建提供指導性措施。

EN14015是歐盟標準化委員會在結合BS和DIN標準中的大型儲罐基礎上編制而成，在石油、石化、食品和通用液體儲存等工業(yè)中廣泛應用。EN14015具有國際標準的通用性，其理論是基于設計許用應力強度。

與儲罐相關的俄羅斯標準為PД企業(yè)標準，PД企業(yè)標準借鑒和吸收了獨聯(lián)體跨國標準GOST、獨聯(lián)體跨國規(guī)則PMΓ與ΠMΓ和俄羅斯聯(lián)邦國家標準GOST R等文件內容，具有較強的權威性和先進性。俄羅斯儲罐標準最具代表性的為РД153-39.4-078干線石油管道和油庫的儲罐的技術運營準則和Правила儲罐技術運營規(guī)則等。

3.大型儲罐標準的適用范圍

國內外主要大型儲罐標準適用范圍見表1。目前GB50341將壓力適用范圍擴展與API650一致，溫度范圍略有區(qū)別。GB50341及API650的正文部分適用負壓為-0.25kPa，按附錄設計時負壓可達-6.9kPa，在各國標準中負壓范圍最大。

表1 國內外大型儲罐的溫度、壓力適用范圍

環(huán)境溫度所影響的最低設計溫度，各國標準不盡相同，其中國內標準取值為最低日平均溫度加上13℃考慮，API及JIS按加8℃考慮，EN14015標準則按不同環(huán)境溫度范圍增加不同的數值，考慮更為細化。從材料類別看：GB50341標準仍未將不銹鋼材料列入標準，而API 650及API620基本涵蓋常用的儲罐用材料，如碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁及鋁合金，同時列入了其他標準材料如ISO標準，EN標準以及加拿大CSA標準。國內SH3046和低壓儲罐 SH/T3167中列入了不銹鋼材料，設計時可作為補充和參考。

從適用的結構形式看：常溫常壓儲罐標準的結構形式基本一致，而在EN14015標準中增加雙層平底的結構。低溫或低壓儲罐標準則結構形式基本一樣。液化冷凍介質儲罐標準如 EN14620和GB/T26978則增加了混泥土構件部分的技術要求，而API620標準中無此部分建造要求，故在大型低溫儲罐的設計時，各國標準可互為參考使用，以確保大型儲罐設計的各種工況得到充分的考慮，保證儲罐建造的本質安全性。國內外主要的大型儲罐結構形式見表2。

表2 國內外主要的大型儲罐結構形式

4.主要標準的強度計算方法對比

由于儲罐的強度計算方法、焊接接頭系數以及材料的許用應力都對大型儲罐的罐壁厚度計算影響較大，直接關系到儲罐設計的經濟合理性。下述為國內外儲罐罐壁的計算方法和接頭系數的比較，見下表3。

表3 大型儲罐罐壁強度計算方法

我國和歐盟、日本常壓大型儲罐罐壁的計算都采用定點法，即“一英尺”法，盡管公式有些不同，但都是基于薄膜理論中環(huán)向應力公式而得，其本質是一樣的。美國的API650，提出3種方法，其中定點法與我國及歐盟的本質一致；變點法對于直徑大于60m的大型儲罐有較好的經濟性；同時，當H/L大于1000/6時的儲罐，應采用彈性應力分析方法確定罐壁壁厚。API620、SH/T3167、SY/T0608均采用“自由體”法，自由體分析法是一種確定作用在儲罐壁上力的大小和方向的設計程序。在選擇的分析高度上，儲罐保持靜平衡，高于或低于選擇部分作為自由體考慮。

5.主要標準的材料許用應力安全系數對比

確定材料的安全系數，也是影響大型儲罐安全和經濟性的主要因數。下述表4為國內外大型儲罐確定材料許用應力安全系數的對比。

表4 大型儲罐材料確定許用應力的安全系數取值

表5 GB50341、SH/T3167儲罐邊緣板最小厚度

對于高溫儲罐的材料，同時應考慮材料力學性能的折減系數。

表6 API620、SY/T0608底板最小公稱厚度

表7 API 650底板邊緣板最小厚度

表8 EN14015: 底板最小公稱厚度

6.主要標準對最小厚度要求對比

大型儲罐的各部件最小厚度要求，體現了各個體系對大型儲罐研究的發(fā)展歷程以及經驗積累，是保證儲罐安全性的重要因數。表5～表9為各國標準中關于最小厚度要求的對比。下表中均為碳鋼或低合金鋼材質的數據。

表9 儲罐壁板最小厚度

我國大型儲罐標準體系已經形成一套相對完整的建造標準體系，但與國外的相應標準比較仍有需要進一步完善的地方，主要體現在標準的適用范圍上，介質特性以及結構形式上，除個別行業(yè)標準外，目前我國國標體系中還不能完全包含下述內容，如高度極度危害性介質、雙壁罐或雙層底板儲罐；我國儲罐標準在結合理論和實際建造中，將設計公式經驗化，使用起來較為方便。

通過國內外大型儲罐建造標準體系的對比分析，大型儲罐的設計應選擇合適的標準體系，是保證大型儲罐建造經濟性和安全性的前提。通常，對于常溫常壓儲罐可采用GB50341、API650、EN14015等標準，但對于儲罐直徑大于60m時，建議采用變點法進行設計，以保證儲罐建造的經濟性；對于常溫低壓或低溫低壓儲罐可采用SH/T3167、SY/0608、API620、EN14620等標準；對于不銹鋼儲罐可以采用SH3046、SH/3167并可參考GB50341標準；對于低溫鋁制儲罐可采用API650附錄部分；對于大型LNG儲罐的建造可采用GB/T26978、EN14620、API620標準；采用上述標準進行高度危害介質儲罐設計的同時，還應對儲罐材料、結構設計、焊接、熱處理、無損檢測、試驗等方面提出附加的技術要求，以確保儲罐的運行本質安全性。