钢制拱顶储罐设计-课件

钢制拱顶储罐设计1储罐的种类和特点2储罐的容量及经济尺寸选择3储罐设计参数（载荷）4国内外储罐标准 5储罐用材料6罐底设计7罐壁的设计8罐顶设计 9储罐附件及其选用 一、储罐的种类和特点一、储罐的种类和特点胜利勘察设计研究院有限公司一、储罐的种类和特点一、储罐的种类和特点 立式圆筒形储罐一般按其顶部结构的不同，可分为以下几种：立式圆筒形储罐一般按其顶部结构的不同，可分为以下几种：1 1拱顶储罐拱顶储罐胜利勘察设计研究院有限公司一、储罐的种类和特点一、储罐的种类和特点1 1拱顶储罐拱顶储罐 拱顶罐的罐顶为球面的一部分，它由构成球面的钢板拱顶罐的罐顶为球面的一部分，它由构成球面的钢板和加强筋或加强梁组成，直接支撑在罐壁上。和加强筋或加强梁组成，直接支撑在罐壁上。种类：种类：按加强构件的不同，可细分为：光壳拱顶、按加强构件的不同，可细分为：光壳拱顶、带肋壳拱顶、网壳拱顶。带肋壳拱顶、网壳拱顶。特点：结构简单、施工方便、造价低廉，能够承受较特点：结构简单、施工方便、造价低廉，能够承受较大的大的 内压，是最为经济的一种储罐，在石油化工及相关内压，是最为经济的一种储罐，在石油化工及相关领域得到最为广泛的使用领域得到最为广泛的使用。胜利勘察设计研究院有限公司一、储罐的种类和特点一、储罐的种类和特点2 2锥顶储罐锥顶储罐 锥顶储罐的罐顶为圆锥形。锥顶储罐的罐顶为圆锥形。大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点胜利勘察设计研究院有限公司一、储罐的种类和特点一、储罐的种类和特点2 2锥顶储罐锥顶储罐种类：按支撑条件的不同，可分为自支撑、柱支撑、桁架支撑种类：按支撑条件的不同，可分为自支撑、柱支撑、桁架支撑等几种。等几种。特点：特点：自支撑锥顶：适用于直径较小的储罐，结构简单、施工方便自支撑锥顶：适用于直径较小的储罐，结构简单、施工方便 等特点；等特点；桁架式锥顶：结构复杂，材料消耗高，施工比较困难；桁架式锥顶：结构复杂，材料消耗高，施工比较困难；柱支撑锥顶：结构复杂、材料消耗高、施工困难，对基础柱支撑锥顶：结构复杂、材料消耗高、施工困难，对基础的的 要求也较高。要求也较高。桁架式锥顶和柱支撑锥顶在国内很少使用，但国外普桁架式锥顶和柱支撑锥顶在国内很少使用，但国外普遍使用柱支撑锥顶而较少使用拱顶。遍使用柱支撑锥顶而较少使用拱顶。胜利勘察设计研究院有限公司一、储罐的种类和特点一、储罐的种类和特点3 3无力矩顶储罐无力矩顶储罐 无力矩顶由薄钢板和中心柱组成，薄钢板无力矩顶由薄钢板和中心柱组成，薄钢板悬挂在罐壁和中心柱之间，罐顶钢板只受拉力，不悬挂在罐壁和中心柱之间，罐顶钢板只受拉力，不受弯矩作用。由于使用很薄的钢板，所以材料消耗受弯矩作用。由于使用很薄的钢板，所以材料消耗很少。由于顶板过薄，容易损坏，且易遭受雨水腐很少。由于顶板过薄，容易损坏，且易遭受雨水腐蚀，安全性差，蚀，安全性差，目前已基本不使用目前已基本不使用。胜利勘察设计研究院有限公司一、储罐的种类和特点一、储罐的种类和特点4 4外浮顶储罐外浮顶储罐 浮顶储罐的罐顶是直接漂浮在液面上的浮顶，随液面的高低上下浮浮顶储罐的罐顶是直接漂浮在液面上的浮顶，随液面的高低上下浮动。浮顶与罐壁之间有密封装置，从而最大限度地降低了油品的蒸发损耗。动。浮顶与罐壁之间有密封装置，从而最大限度地降低了油品的蒸发损耗。胜利勘察设计研究院有限公司一、储罐的种类和特点一、储罐的种类和特点4 4外浮顶储罐外浮顶储罐种类：浮顶按其结构分为单盘式浮顶和双盘式浮顶。种类：浮顶按其结构分为单盘式浮顶和双盘式浮顶。特点：特点：单盘式浮顶：结构简单，材料消耗少，但易遭受雨水腐蚀，整单盘式浮顶：结构简单，材料消耗少，但易遭受雨水腐蚀，整 体稳定性较差；体稳定性较差；双盘式浮顶：结构比较复杂，材料用量大，但整体稳定性好，双盘式浮顶：结构比较复杂，材料用量大，但整体稳定性好，安全性较高。浮顶储罐浮顶上部安全性较高。浮顶储罐浮顶上部直接暴露在大气直接暴露在大气 中，不易积存油气，所以安全性中，不易积存油气，所以安全性最好。最好。大型浮顶在结构上比拱顶更容易处理，且材料消耗较少，大型浮顶在结构上比拱顶更容易处理，且材料消耗较少，故大型储罐几乎全部采用浮顶储罐。由于雨水及尘土能够通过故大型储罐几乎全部采用浮顶储罐。由于雨水及尘土能够通过浮顶边缘密封与罐壁的间隙进入储罐内，浮顶储罐通常用于储浮顶边缘密封与罐壁的间隙进入储罐内，浮顶储罐通常用于储存雨水等杂质对品质影响不大的油品，例如原油等。存雨水等杂质对品质影响不大的油品，例如原油等。胜利勘察设计研究院有限公司一、储罐的种类和特点一、储罐的种类和特点5 5内浮顶储罐内浮顶储罐 内浮顶储罐的罐顶为拱顶与浮顶的组合，外部为拱顶，内浮顶储罐的罐顶为拱顶与浮顶的组合，外部为拱顶，内部为浮顶。内部为浮顶。胜利勘察设计研究院有限公司一、储罐的种类和特点一、储罐的种类和特点5 5内浮顶储罐内浮顶储罐种类：按其浮顶的结构与材质不同，可分为钢制、铝制、不锈种类：按其浮顶的结构与材质不同，可分为钢制、铝制、不锈钢制内浮顶等。钢制内浮顶等。特点：内浮顶储罐的内部浮顶可以减少油品的蒸发损失，外部特点：内浮顶储罐的内部浮顶可以减少油品的蒸发损失，外部的拱顶又可以避免雨水、尘土等杂物进入罐内污染油品，所以的拱顶又可以避免雨水、尘土等杂物进入罐内污染油品，所以用来储存易挥发的成品油，例如航煤、汽油等。用来储存易挥发的成品油，例如航煤、汽油等。二、储罐的容量及经济尺寸选择二、储罐的容量及经济尺寸选择 胜利勘察设计研究院有限公司二、储罐的容量及经济尺寸选择二、储罐的容量及经济尺寸选择 1 1容量容量 在储罐的容量概念里，有如下几种说法：计算容量、公在储罐的容量概念里，有如下几种说法：计算容量、公称容量、储存容量、有效容量称容量、储存容量、有效容量1 1）计算容量）计算容量 计算容量是指按照储罐的几何尺寸计算所得的容量。计算计算容量是指按照储罐的几何尺寸计算所得的容量。计算容量的公式为：容量的公式为：计算容量计算容量RR2 2H H 式中式中 RR储罐内半径；储罐内半径；HH罐壁高度。罐壁高度。胜利勘察设计研究院有限公司二、储罐的容量及经济尺寸选择二、储罐的容量及经济尺寸选择 2 2）公称容量）公称容量 公称容量是指按照储罐的几何尺寸计算所得，经圆整公称容量是指按照储罐的几何尺寸计算所得，经圆整后，以整数表示的容量。一般情况下，公称容量均小于计算容后，以整数表示的容量。一般情况下，公称容量均小于计算容量。量。胜利勘察设计研究院有限公司二、储罐的容量及经济尺寸选择二、储罐的容量及经济尺寸选择 3 3）储存容量（实际容积）储存容量（实际容积）储存容量是指储罐实际上可储存的最大容量。计算容量储存容量是指储罐实际上可储存的最大容量。计算容量减去储罐上部不可用容量，便是储存容量。储存容量的公式为：减去储罐上部不可用容量，便是储存容量。储存容量的公式为：储存容量储存容量RR2 2H1H1 式中式中 RR储罐内半径；储罐内半径；H1H1最高液位高度。最高液位高度。胜利勘察设计研究院有限公司二、储罐的容量及经济尺寸选择二、储罐的容量及经济尺寸选择 4 4）有效容量（工作容量）有效容量（工作容量）有效容量亦称工作容量，是指储罐内允许最高工作液位与允有效容量亦称工作容量，是指储罐内允许最高工作液位与允许最低工作液位之间的容量，是确定储罐公称容量的重要参数。计算有许最低工作液位之间的容量，是确定储罐公称容量的重要参数。计算有效容量的公式为：效容量的公式为：有效容量有效容量RR2 2（H1H2H1H2）式中式中 RR储罐内半径；储罐内半径；H1H1允许最高工作液位高度；允许最高工作液位高度；H2H2允许最低工作液位高度。允许最低工作液位高度。胜利勘察设计研究院有限公司二、储罐的容量及经济尺寸选择二、储罐的容量及经济尺寸选择 2 2经济尺寸经济尺寸 对罐体本身来讲，在容量一定的条件下，选择合适的直径与高度可以使对罐体本身来讲，在容量一定的条件下，选择合适的直径与高度可以使得罐体本身的造价最低。对于等壁厚拱顶罐，直径与高度相等时，罐体材得罐体本身的造价最低。对于等壁厚拱顶罐，直径与高度相等时，罐体材料最省。料最省。储罐经济尺寸确定三要素：储罐经济尺寸确定三要素：罐体造价罐体造价、基础处理造价基础处理造价及及征地费用征地费用。3 3项费用合计起来的总费用最省的储罐尺寸才应该是最经济的储罐尺寸！项费用合计起来的总费用最省的储罐尺寸才应该是最经济的储罐尺寸！一般来说，地基处理费用是确定储罐经济尺寸的关键因素，在地质条件一般来说，地基处理费用是确定储罐经济尺寸的关键因素，在地质条件非常好的前提下，按罐体本身最省的原则确定的罐体尺寸总费用也是最省非常好的前提下，按罐体本身最省的原则确定的罐体尺寸总费用也是最省的；在地质条件不良的前提下，按地基处理的费用最省原则确定的罐体尺的；在地质条件不良的前提下，按地基处理的费用最省原则确定的罐体尺寸总费用也是最省的。寸总费用也是最省的。对于大型储罐区，结合地质条件确定储罐直径和高度是非常必要对于大型储罐区，结合地质条件确定储罐直径和高度是非常必要的。只有这样，才能达到总工程造价最低，才是真正的储罐经济尺寸。的。只有这样，才能达到总工程造价最低，才是真正的储罐经济尺寸。三、储罐设计参数（载荷）三、储罐设计参数（载荷）胜利勘察设计研究院有限公司三、储罐设计参数（载荷）三、储罐设计参数（载荷）作用在储罐上的载荷，主要分为静载荷、操作载荷和动作用在储罐上的载荷，主要分为静载荷、操作载荷和动载荷载荷3 3大类。大类。1 1储罐的静载荷储罐的静载荷 储罐静载荷包括储罐自重（包括附件，如：平台梯子、储罐静载荷包括储罐自重（包括附件，如：平台梯子、接管、安全阀、呼吸阀等）、隔热层重量、储存液体的静液压接管、安全阀、呼吸阀等）、隔热层重量、储存液体的静液压力、附加载荷、雪载荷。附加载荷是指储罐顶部检修人员及工力、附加载荷、雪载荷。附加载荷是指储罐顶部检修人员及工具重量的外载荷。具重量的外载荷。2 2储罐的操作载荷储罐的操作载荷 储罐的操作载荷是储罐在正常操作时，储罐内气相空储罐的操作载荷是储罐在正常操作时，储罐内气相空间的正压或负压造成的载荷，储罐气相空间的压力由储罐的操间的正压或负压造成的载荷，储罐气相空间的压力由储罐的操作条件决定。作条件决定。胜利勘察设计研究院有限公司三、储罐设计参数（载荷）三、储罐设计参数（载荷）一般来说，固定顶储罐的设计压力取安全阀的最大开一般来说，固定顶储罐的设计压力取安全阀的最大开启压力，即：正压启压力，即：正压1960Pa1960Pa（200mmH2O200mmH2O）负压负压490Pa490Pa（50mmH2O50mmH2O）。）。对于试验压力，试验正压取对于试验压力，试验正压取1.11.1倍的设计正压。倍的设计正压。即：试验正压即：试验正压1.1x19602160 Pa1.1x19602160 Pa。试验负压取罐顶附件载荷试验负压取罐顶附件载荷1200Pa1200Pa（1.11.11.21.2）设计负）设计负压。压。即：试验负压即：试验负压120012001.15x4901770Pa1.15x4901770Pa。胜利勘察设计研究院有限公司三、储罐设计参数（载荷）三、储罐设计参数（载荷）3 3储罐的动载荷储罐的动载荷1 1）风载荷）风载荷 在风载荷作用下，储罐可能会倾倒或滑移，风载荷的在风载荷作用下，储罐可能会倾倒或滑移，风载荷的作用也会导致罐壁局部被吹瘪。作用也会导致罐壁局部被吹瘪。2 2）地震载荷）地震载荷 地震载荷作用下可能会使储罐发生以下几种主要破坏形地震载荷作用下可能会使储罐发生以下几种主要破坏形式：式：a a）底圈壁板局部外凸。地震时在水平加速度的作用）底圈壁板局部外凸。地震时在水平加速度的作用下，由于倾倒力矩使得罐壁一侧压应力材料超过临界压应力值，下，由于倾倒力矩使得罐壁一侧压应力材料超过临界压应力值，罐壁失稳造成的；罐壁失稳造成的；胜利勘察设计研究院有限公司三、储罐设计参数（载荷）三、储罐设计参数（载荷）b b）罐壁与罐底间的角焊缝撕裂。这是由于水平加速度）罐壁与罐底间的角焊缝撕裂。这是由于水平加速度作用下水平惯性力使角焊缝的剪应力过大造成的；作用下水平惯性力使角焊缝的剪应力过大造成的；c c）底圈壁板沿圆周形成圆环状突出，这种现象又称为）底圈壁板沿圆周形成圆环状突出，这种现象又称为“象腿象腿”。罐壁下部屈服罐壁下部屈服四、国内外储罐标准四、国内外储罐标准 胜利勘察设计研究院有限公司四、国内外储罐标准四、国内外储罐标准 1 1国内储罐设计与施工的主要标准国内储罐设计与施工的主要标准 SH3046-92 SH3046-92石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范 GB50341-2003 GB50341-2003立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范 GB50128-2005 GB50128-2005立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范2 2国外储罐标准国外储罐标准 美国石油协会标准美国石油协会标准 API650API650钢制焊接油罐钢制焊接油罐 日本工业标准日本工业标准JIS B 8501JIS B 8501钢制焊接油罐的结构钢制焊接油罐的结构 英国国家标准英国国家标准BS2654BS2654石油工业钢制焊接油罐石油工业钢制焊接油罐五、储罐用材料五、储罐用材料胜利勘察设计研究院有限公司五、储罐用材料五、储罐用材料1 1储罐选材基本原则储罐选材基本原则 选择储罐用材料应根据安全可靠、经济合理的原则，选择储罐用材料应根据安全可靠、经济合理的原则，考虑使用温度（气温条件、操作温度等）、储存介质及其特性、考虑使用温度（气温条件、操作温度等）、储存介质及其特性、使用部位、材料机械性能、化学成分、焊接性能、工艺性能和使用部位、材料机械性能、化学成分、焊接性能、工艺性能和抗腐蚀性能等因素，在安全可靠的前提下，尽可能地节省材料，抗腐蚀性能等因素，在安全可靠的前提下，尽可能地节省材料，降低工程造价。另外，国内外对用于罐壁的各种材料的最大使降低工程造价。另外，国内外对用于罐壁的各种材料的最大使用厚度都有限制，因此，在选材时，应考虑最大厚度的限制。用厚度都有限制，因此，在选材时，应考虑最大厚度的限制。储罐的不同部位，受力状况不同，对材料性能要求也储罐的不同部位，受力状况不同，对材料性能要求也有不同。罐壁、罐底边缘板要求较高，罐顶、罐底中幅板次之。有不同。罐壁、罐底边缘板要求较高，罐顶、罐底中幅板次之。胜利勘察设计研究院有限公司五、储罐用材料五、储罐用材料2 2罐壁用材料的要求罐壁用材料的要求 罐壁用材料的三项基本要求：强度、可焊性、冲击韧罐壁用材料的三项基本要求：强度、可焊性、冲击韧性。性。1 1）强度要求）强度要求 材料强度是保证储罐安全、可靠使用的基本条件之一。材料强度是保证储罐安全、可靠使用的基本条件之一。储罐大型化发展的趋势对罐壁用材料强度的要求越来越高。其储罐大型化发展的趋势对罐壁用材料强度的要求越来越高。其原因有两个方面，首先采用强度较高的材料在经济上比较合算，原因有两个方面，首先采用强度较高的材料在经济上比较合算，以以Q235AQ235A和和16MnR16MnR为例，为例，16MnR16MnR比比Q235AQ235A大约贵大约贵15%15%，但强度却提高，但强度却提高了约了约30%30%，故采用高强度钢比较合算。其次，由于罐壁最大使用，故采用高强度钢比较合算。其次，由于罐壁最大使用厚度的限制，如果建造大型储罐，必须使用高强度材料。厚度的限制，如果建造大型储罐，必须使用高强度材料。胜利勘察设计研究院有限公司五、储罐用材料五、储罐用材料2 2）可焊性要求）可焊性要求 储罐的结构特点决定了其罐体是由许多块钢板焊接而储罐的结构特点决定了其罐体是由许多块钢板焊接而成，因此，作为储罐用材料，其焊接性能尤为重要。成，因此，作为储罐用材料，其焊接性能尤为重要。材料焊接性能一般用代表材料的化学成分组成的碳当材料焊接性能一般用代表材料的化学成分组成的碳当量或焊接裂纹敏感性系数衡量。碳当量和焊接裂纹敏感性系数量或焊接裂纹敏感性系数衡量。碳当量和焊接裂纹敏感性系数的计算方法各个国家、各个公司不一致，因此，在限定时，应的计算方法各个国家、各个公司不一致，因此，在限定时，应明确计算方法。明确计算方法。碳当量（碳当量（CeqCeq）和焊接裂纹敏感性系数（）和焊接裂纹敏感性系数（PcmPcm）通常按）通常按下式计算：下式计算：Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(%)Ceq=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(%)Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B(%)Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B(%)胜利勘察设计研究院有限公司五、储罐用材料五、储罐用材料 英国英国BS2654BS2654标准中，对碳当量（标准中，对碳当量（CeqCeq）有明确的限定，）有明确的限定，碳当量（碳当量（CeqCeq）的计算方法和具体指标如下：）的计算方法和具体指标如下：Ceq=C+Mn/6+Ceq=C+Mn/6+（Ni+CuNi+Cu）/15+/15+（Cr+Mo+VCr+Mo+V）/5 (%)/5 (%)当当20 t 2520 t 25时，时，Ceq0.43%Ceq0.43%；当当t 25t 25时，时，Ceq0.42%Ceq0.42%；对于中低强度的碳素钢和低合金钢，由于碳含量和其对于中低强度的碳素钢和低合金钢，由于碳含量和其他合金元素含量都较低，所以其焊接性能优良。一般不用限定他合金元素含量都较低，所以其焊接性能优良。一般不用限定碳当量（碳当量（CeqCeq）和焊接裂纹敏感性系数（）和焊接裂纹敏感性系数（PcmPcm）。）。胜利勘察设计研究院有限公司五、储罐用材料五、储罐用材料 对于高强度钢，为了提高强度，有时必须提高碳含量，对于高强度钢，为了提高强度，有时必须提高碳含量，添加其他合金元素。所以，限定其碳当量（添加其他合金元素。所以，限定其碳当量（CeqCeq）和焊接裂纹）和焊接裂纹敏感性系数（敏感性系数（PcmPcm）就尤为重要。另外，由于储罐焊缝长，在）就尤为重要。另外，由于储罐焊缝长，在考虑焊接性的时候，必须考虑高效焊接方法的可实施性。考虑焊接性的时候，必须考虑高效焊接方法的可实施性。近来，高强钢发展非常快，尤其是用调质处理来获得近来，高强钢发展非常快，尤其是用调质处理来获得优良的综合性能的高强钢，碳含量优良的综合性能的高强钢，碳含量C C、碳当量（、碳当量（CeqCeq）和焊接裂）和焊接裂纹敏感性系数（纹敏感性系数（PcmPcm）都比较低，焊接性能非常优异。但在适）都比较低，焊接性能非常优异。但在适应高效自动焊接（如气电立焊等大线能量焊接方法）方面，有应高效自动焊接（如气电立焊等大线能量焊接方法）方面，有时存在焊接接头性能恶化的现象，在设计选材时必须高度重视。时存在焊接接头性能恶化的现象，在设计选材时必须高度重视。胜利勘察设计研究院有限公司五、储罐用材料五、储罐用材料3 3）冲击韧性要求）冲击韧性要求 材料良好的冲击韧性是防止储罐脆性破坏的一个重要方面。材料良好的冲击韧性是防止储罐脆性破坏的一个重要方面。钢板的厚度、材料的强度、化学成分中杂质含量、设计温度等对冲钢板的厚度、材料的强度、化学成分中杂质含量、设计温度等对冲击韧性要求的指标都有影响。因此，在选择材料时应根据不同的情击韧性要求的指标都有影响。因此，在选择材料时应根据不同的情况，对材料提出不同的韧性指标要求。况，对材料提出不同的韧性指标要求。一般来说，钢板厚度越大，越容易发生脆性断裂，需要的一般来说，钢板厚度越大，越容易发生脆性断裂，需要的冲击韧性值越高；材料的强度等级越高，冲击功中和断裂无关的成冲击韧性值越高；材料的强度等级越高，冲击功中和断裂无关的成分（例如消耗于弹性变形的功值）越多，因而，需要的冲击韧性值分（例如消耗于弹性变形的功值）越多，因而，需要的冲击韧性值越高；而温度越低，材料能够提供的韧性指标越低，温度越低越容越高；而温度越低，材料能够提供的韧性指标越低，温度越低越容易产生脆性破坏，所以对设计温度较低的罐壁，应有较高的冲击韧易产生脆性破坏，所以对设计温度较低的罐壁，应有较高的冲击韧性。对于特定的材料，钢板中杂质的含量对冲击韧性影响很大，因性。对于特定的材料，钢板中杂质的含量对冲击韧性影响很大，因此，应限定杂质的含量，以确保较高的冲击韧性。此，应限定杂质的含量，以确保较高的冲击韧性。胜利勘察设计研究院有限公司五、储罐用材料五、储罐用材料 在设计选材时，必须同时考虑强度、可焊性、冲击在设计选材时，必须同时考虑强度、可焊性、冲击韧性三个因素。材料强度的增加往往会影响到可焊性，并且更韧性三个因素。材料强度的增加往往会影响到可焊性，并且更容易产生脆性破坏。因此通常限定用于储罐的材料抗拉强度等容易产生脆性破坏。因此通常限定用于储罐的材料抗拉强度等级不宜超过级不宜超过610MPa610MPa。胜利勘察设计研究院有限公司五、储罐用材料五、储罐用材料3 3国内储罐用材料及要求国内储罐用材料及要求 储罐常用钢材采用碳素钢、低合金钢和高强度钢。储罐常用钢材采用碳素钢、低合金钢和高强度钢。（GB50341GB50341第第4 4章）章）表表1 1 储罐用钢材储罐用钢材钢号钢号使用范围使用范围用用 途途许用温度许用温度（）最大板厚最大板厚（mm）Q235A020用于罐顶、罐底中幅板及用于罐顶、罐底中幅板及梯子平台等金属结构。梯子平台等金属结构。-2012Q235B024用于罐壁、罐顶及罐底及用于罐壁、罐顶及罐底及梯子平台等金属结构。梯子平台等金属结构。-201220R-2034用于罐壁及罐底边缘板用于罐壁及罐底边缘板16MnR-2034用于罐壁及罐底边缘板用于罐壁及罐底边缘板12MnNiVR-2034用于罐壁及罐底边缘板用于罐壁及罐底边缘板六、罐底设计六、罐底设计胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计1 1罐底厚度罐底厚度 对于大型储罐，罐底一般由两部分组成，即罐底边对于大型储罐，罐底一般由两部分组成，即罐底边缘板和罐底中幅板。缘板和罐底中幅板。中幅板：相当于铺设在弹性基础上的薄板，除非基中幅板：相当于铺设在弹性基础上的薄板，除非基础局部有较大的沉陷，其所受应力是很小的，其厚度通常按结础局部有较大的沉陷，其所受应力是很小的，其厚度通常按结构厚度、寿命及腐蚀确定；对于软弱地基，同时应考虑局部沉构厚度、寿命及腐蚀确定；对于软弱地基，同时应考虑局部沉陷的影响。国内主要标准对罐底中幅板最小厚度的要求见表陷的影响。国内主要标准对罐底中幅板最小厚度的要求见表2 2。胜利勘察设计研究院有限公司表表2 2 罐底中幅板最小厚度（罐底中幅板最小厚度（mmmm）标准标准中幅板最小厚度（中幅板最小厚度（mm）最小厚度最小厚度备注备注SH3046D10m6不包括腐蚀裕量不包括腐蚀裕量六、罐底设计六、罐底设计胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计 罐底边缘板：由于与罐壁板采用罐底边缘板：由于与罐壁板采用T T形接头（大角缝）形接头（大角缝）连接，在连接，在T T形接头处产生很大的边缘应力。储罐充液后，罐壁形接头处产生很大的边缘应力。储罐充液后，罐壁在静液压力作用下，产生很大的环向应力，且罐壁的厚度就是在静液压力作用下，产生很大的环向应力，且罐壁的厚度就是根据环向应力确定的，此环向应力使罐壁周向伸长，并沿半径根据环向应力确定的，此环向应力使罐壁周向伸长，并沿半径方向向外扩张。储罐的径向变形量可用下式计算：方向向外扩张。储罐的径向变形量可用下式计算：R=R R=R/E /E （1 1）式中：式中：RR储罐径向变形量，储罐径向变形量，mmmm；R R储罐半径，储罐半径，mmmm；罐壁所受的环向应力，罐壁所受的环向应力，MPaMPa；E E罐壁材料弹性摸量，罐壁材料弹性摸量，MPaMPa。胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计罐底变形罐底变形胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计 罐壁下端与罐底焊接，罐底板在静液压力作用下的径罐壁下端与罐底焊接，罐底板在静液压力作用下的径向变形几乎为零，在此处，由于受到罐底的牵制与约束，罐壁向变形几乎为零，在此处，由于受到罐底的牵制与约束，罐壁无法沿半径方向自由向外扩张，因而产生边缘应力。此边缘应无法沿半径方向自由向外扩张，因而产生边缘应力。此边缘应力的大小与罐壁的径向自由变形量大小有关。从式（力的大小与罐壁的径向自由变形量大小有关。从式（1 1）可以）可以看出，储罐径向变形量与储罐半径成正比，与罐壁所受的环向看出，储罐径向变形量与储罐半径成正比，与罐壁所受的环向应力成正比。对于采用高强度材料的大型储罐，其边缘应力问应力成正比。对于采用高强度材料的大型储罐，其边缘应力问题更加突出。题更加突出。胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计 罐底边缘板与罐壁板的罐底边缘板与罐壁板的T T形接头处的边缘应力分析方法形接头处的边缘应力分析方法有：解析法、有限元法和实测法等。有：解析法、有限元法和实测法等。对于大型储罐，一般同时采用以上方法中的两种进行对对于大型储罐，一般同时采用以上方法中的两种进行对比分析。无论采取那一种方法进行分析，边界条件的确定非常比分析。无论采取那一种方法进行分析，边界条件的确定非常重要，边界条件与实际情况的接近程度是影响分析结果的决定重要，边界条件与实际情况的接近程度是影响分析结果的决定性因素。性因素。胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计 国内外对大型储罐罐底边缘板与罐壁板的国内外对大型储罐罐底边缘板与罐壁板的T T形接头处的边缘应力形接头处的边缘应力进行了大量的分析研究与测试，其结论基本上是一致的，即：进行了大量的分析研究与测试，其结论基本上是一致的，即：对于罐壁来说，对于罐壁来说，T T形接头处的环向应力、轴向弯曲应力相对来形接头处的环向应力、轴向弯曲应力相对来说都说都 比较小（罐壁最大环向应力约出现在高度比较小（罐壁最大环向应力约出现在高度2 2（R tR t）0.50.5处）；处）；对于罐底边缘板来说，径向弯曲应力是主要的，其值靠近罐壁对于罐底边缘板来说，径向弯曲应力是主要的，其值靠近罐壁处最大（有时超过材料屈服强度），以后迅速衰减，其影响范围一般小于处最大（有时超过材料屈服强度），以后迅速衰减，其影响范围一般小于600mm600mm，远离罐壁的中幅板受力很小；，远离罐壁的中幅板受力很小；罐底边缘板的径向弯曲应力属于二次应力，可以用不大于罐底边缘板的径向弯曲应力属于二次应力，可以用不大于2 2倍倍屈服应力来校核；屈服应力来校核；合理确定底层罐壁板厚度和罐底边缘板厚度比例，可以有效地合理确定底层罐壁板厚度和罐底边缘板厚度比例，可以有效地降低罐底边缘板的径向弯曲应力；降低罐底边缘板的径向弯曲应力；基础边缘的沉降和形状偏差会带来边缘应力增大，对于软弱地基础边缘的沉降和形状偏差会带来边缘应力增大，对于软弱地基，加大边缘板的宽度能够缓减边缘应力增大；基，加大边缘板的宽度能够缓减边缘应力增大；T T形接头处的焊接变形、角焊缝形状及焊接缺陷对储罐安全影响形接头处的焊接变形、角焊缝形状及焊接缺陷对储罐安全影响很大。很大。胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计 罐底边缘板与罐壁板的罐底边缘板与罐壁板的T T形接头处边缘应力的大量分析形接头处边缘应力的大量分析研究与测试成果现在都体现在各国储罐标准中。各国标准中对罐研究与测试成果现在都体现在各国储罐标准中。各国标准中对罐底边缘板的最小厚度、最小宽度要求就是在研究的基础上为方便底边缘板的最小厚度、最小宽度要求就是在研究的基础上为方便工程应用而归纳、总结、简化后得出的。工程应用而归纳、总结、简化后得出的。表表3 GB503413 GB50341环形边缘板最小厚度（不含腐蚀裕量）环形边缘板最小厚度（不含腐蚀裕量）底圈罐壁板厚度（底圈罐壁板厚度（mm）边缘板最小厚度（边缘板最小厚度（mm）667107112092125112630123014胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计 罐底边缘板的径向宽度，罐底边缘板的径向宽度，API650API650和和GB50341GB50341规定按下式规定按下式计算，且不得小于计算，且不得小于600mm600mm。L=215t/(HG)L=215t/(HG)0.50.5 式中：式中：LL罐壁内侧边缘板的径向宽度，罐壁内侧边缘板的径向宽度，mmmm；t t罐底边缘板的厚度，罐底边缘板的厚度，mmmm；H H最大设计液位高度，最大设计液位高度，m m；G G储存介质密度，储存介质密度，kg/mkg/m3 3。胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计2 2结构设计结构设计1 1）排板）排板 罐底的排板形式根据储罐大小、控制焊接变形等制造工罐底的排板形式根据储罐大小、控制焊接变形等制造工艺因素而定。一般储罐直径小于艺因素而定。一般储罐直径小于12.5m12.5m时，因罐底板受力较小，时，因罐底板受力较小，宜采用条形排板，可不设边缘板，图（宜采用条形排板，可不设边缘板，图（a a）。）。罐底排板（罐底排板（a a）胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计2 2结构设计结构设计1 1）排板）排板 储罐直径大于储罐直径大于12.5m12.5m时，罐底外缘受力较大，应采用弓形边时，罐底外缘受力较大，应采用弓形边缘板，边缘板一般比中幅板为厚，图（缘板，边缘板一般比中幅板为厚，图（b b）。）。罐底排板（罐底排板（b b）胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计2 2结构设计结构设计1 1）排板）排板 对于直径较大的储罐，罐对于直径较大的储罐，罐底中幅板可以采用带状条形排板，底中幅板可以采用带状条形排板，图（图（c c），这种排板方式具有错缝），这种排板方式具有错缝容易、外形美观，便于控制焊接变容易、外形美观，便于控制焊接变形等特点。形等特点。对于软弱地基，边缘板的对于软弱地基，边缘板的径向宽度应适当加大。径向宽度应适当加大。罐底排板（罐底排板（c c）胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计2）排板图）排板图罐底排板图罐底排板图胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计 绘制排板图时，每块底板的尺寸及焊缝间距应符合标准绘制排板图时，每块底板的尺寸及焊缝间距应符合标准规定。规定。GB50128GB50128规定：规定：胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计3 3）焊接）焊接 罐底板自身的拼接接头可采用搭接，也可以采用对接。当罐底采用罐底板自身的拼接接头可采用搭接，也可以采用对接。当罐底采用条形排板时，一般采用搭接，但罐壁下部的底板搭接应改为对接，以便为罐条形排板时，一般采用搭接，但罐壁下部的底板搭接应改为对接，以便为罐壁提供平滑支撑面。当采用弓形边缘板时，边缘板的拼接应采用对接。壁提供平滑支撑面。当采用弓形边缘板时，边缘板的拼接应采用对接。罐底板对接罐底板对接罐底板搭接罐底板搭接胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计 搭接罐底结构简单，施工方便，造价较低，但抵抗不均匀沉降的能搭接罐底结构简单，施工方便，造价较低，但抵抗不均匀沉降的能力较差，间隙腐蚀问题突出，寿命较短，一般用于基础沉降小、容量较小、力较差，间隙腐蚀问题突出，寿命较短，一般用于基础沉降小、容量较小、罐底板厚度不大于罐底板厚度不大于8mm8mm的储罐。的储罐。罐底板采用搭接时，采用单面满角焊，焊脚高度等于相焊件中较薄罐底板采用搭接时，采用单面满角焊，焊脚高度等于相焊件中较薄件的厚度，搭接宽度不小于件的厚度，搭接宽度不小于5 5倍板厚；当中幅板与边缘板的连接采用搭接时，倍板厚；当中幅板与边缘板的连接采用搭接时，搭接宽度不小于搭接宽度不小于60mm60mm。在。在3 3块钢板重叠处，上层钢板做切角处理，以方便施工，块钢板重叠处，上层钢板做切角处理，以方便施工，保证焊接质量。保证焊接质量。三块底板重叠处切角三块底板重叠处切角胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计 对接罐底是近年来出现的一种先进结构，由于采用全焊透对接罐底是近年来出现的一种先进结构，由于采用全焊透的对接接头，抵抗不均匀沉降的能力较高，寿命较长，在大型储的对接接头，抵抗不均匀沉降的能力较高，寿命较长，在大型储罐上得到了广泛应用。对接罐底施工难度较大，底板需要切割下罐上得到了广泛应用。对接罐底施工难度较大，底板需要切割下料预制，对预制精度要求也比较高。罐底板采用对接时，应采用料预制，对预制精度要求也比较高。罐底板采用对接时，应采用带垫板的单面对接焊。焊接坡口的选择应保证对接接头全焊透，带垫板的单面对接焊。焊接坡口的选择应保证对接接头全焊透，一般底板厚度不大于一般底板厚度不大于6 mm6 mm时，不开坡口，大于时，不开坡口，大于6mm6mm时，开设时，开设V V形坡形坡口。坡口的间隙与角度根据焊接条件、控制焊接变形的因素确定。口。坡口的间隙与角度根据焊接条件、控制焊接变形的因素确定。胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计罐底板焊接顺序：罐底板焊接顺序：中幅板焊接：先焊短焊缝，后焊长焊缝。中幅板焊接：先焊短焊缝，后焊长焊缝。边缘板焊接：先由外向内对外侧边缘板焊接：先由外向内对外侧300mm 300mm 长的径向焊缝进长的径向焊缝进行焊接，待底层壁板与边缘板的大角焊缝焊接后再由外向内焊内行焊接，待底层壁板与边缘板的大角焊缝焊接后再由外向内焊内侧剩下部份。外侧先焊为满足工序需要，以免大角焊缝底下的边侧剩下部份。外侧先焊为满足工序需要，以免大角焊缝底下的边缘板对接后而无法进行焊接，内侧部分后焊是给大角焊缝和边缘缘板对接后而无法进行焊接，内侧部分后焊是给大角焊缝和边缘板的外侧焊缝所引起的变形留一定自由空间，防止内侧板受到约板的外侧焊缝所引起的变形留一定自由空间，防止内侧板受到约束翘起，产生变形，消除应力。束翘起，产生变形，消除应力。胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计4 4）罐底边缘板外缘防水）罐底边缘板外缘防水 方案方案1 1：采用涂料、胶泥、玻璃布复：采用涂料、胶泥、玻璃布复合结构封闭防水措施，要求防水层耐合结构封闭防水措施，要求防水层耐紫外线、耐化工大气（或海洋大气）、紫外线、耐化工大气（或海洋大气）、耐侯、耐水，并具有良好的弹性。耐侯、耐水，并具有良好的弹性。CTPUCTPU弹性防水聚氨酯的综合性能比较弹性防水聚氨酯的综合性能比较好，是防水材料的选择之一。好，是防水材料的选择之一。方案方案2 2：橡胶带结构封闭防水措施，：橡胶带结构封闭防水措施，要求橡胶带耐紫外线、耐侯。要求橡胶带耐紫外线、耐侯。胜利勘察设计研究院有限公司六、罐底设计六、罐底设计罐底边缘板防水结构罐底边缘板防水结构七、罐壁的设计七、罐壁的设计胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计 储罐的罐壁厚度与其半径相比非常小，因此，罐壁储罐的罐壁厚度与其半径相比非常小，因此，罐壁是典型的薄壁圆柱形壳体。罐壁主要承受储存介质的侧向静是典型的薄壁圆柱形壳体。罐壁主要承受储存介质的侧向静液压力，在设计中主要考虑液压力，在设计中主要考虑环向薄膜应力环向薄膜应力的作用，按强度条的作用，按强度条件确定罐壁的厚度。在地震设防区的储罐，还必须核算在件确定罐壁的厚度。在地震设防区的储罐，还必须核算在地地震载荷作用下罐壁的厚度震载荷作用下罐壁的厚度。另外，也必须考虑。另外，也必须考虑操作负压操作负压的影的影响和响和风载荷风载荷作用下罐壁的稳定性。作用下罐壁的稳定性。胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计1 1罐壁的强度计算罐壁的强度计算 圆柱形罐壁主要承受储存介质的侧向静液压力，静液压力从上至下圆柱形罐壁主要承受储存介质的侧向静液压力，静液压力从上至下逐渐增大呈三角形分布，根据理论分析和实测，在静液压力作用下，罐壁环逐渐增大呈三角形分布，根据理论分析和实测，在静液压力作用下，罐壁环向薄膜应力起主要控制作用。因罐壁所受环向薄膜力从上至下也逐渐增大。向薄膜应力起主要控制作用。因罐壁所受环向薄膜力从上至下也逐渐增大。为了满足强度要求，罐壁厚度也应从上至下逐渐增厚呈三角形分布。但是，为了满足强度要求，罐壁厚度也应从上至下逐渐增厚呈三角形分布。但是，实际工程中不可能采用连续变化截面厚度的钢板来制造储罐，故在设计中只实际工程中不可能采用连续变化截面厚度的钢板来制造储罐，故在设计中只能根据钢板宽度，采用逐级增厚的阶梯形变截面罐壁。由于相邻罐壁厚度不能根据钢板宽度，采用逐级增厚的阶梯形变截面罐壁。由于相邻罐壁厚度不同，在连接处产生边缘应力和弯矩，使得最大环向应力不是在每圈罐壁的最同，在连接处产生边缘应力和弯矩，使得最大环向应力不是在每圈罐壁的最底部，而是向上移动了一定距离。各国标准都是按照上述原则，确定罐壁的底部，而是向上移动了一定距离。各国标准都是按照上述原则，确定罐壁的强度计算公式，所不同的是在确定最大受力点位置上，稍有不同，分为定点强度计算公式，所不同的是在确定最大受力点位置上，稍有不同，分为定点设计法（固定点设计法，也称一英尺法）和变点设计法。除设计法（固定点设计法，也称一英尺法）和变点设计法。除API650API650对于直径对于直径大于大于6060米的油罐采用变点设计法外，其他国家的油罐标准都采用定点设计法。米的油罐采用变点设计法外，其他国家的油罐标准都采用定点设计法。胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计罐壁板结构图罐壁板结构图 胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计1 1）确定罐壁厚度的固定点设计法）确定罐壁厚度的固定点设计法 对于每圈罐壁，以该层罐壁板下端以上对于每圈罐壁，以该层罐壁板下端以上0.3m0.3m处的静液处的静液压力为基准，作为该层罐壁板的设计压力，计算罐壁板的厚度，压力为基准，作为该层罐壁板的设计压力，计算罐壁板的厚度，就称之为定点设计方法。就称之为定点设计方法。“罐壁板下端以上罐壁板下端以上0.3m0.3m处处”是考虑到下圈较厚的罐壁是考虑到下圈较厚的罐壁,使相邻的上圈罐壁板上的最大环向应力向上偏移而进行的修正。使相邻的上圈罐壁板上的最大环向应力向上偏移而进行的修正。胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计计算罐壁的厚度按照以下三个公式确定。计算罐壁的厚度按照以下三个公式确定。t td d=0.0049=0.0049（Hi-0.3Hi-0.3）D/D/（t t）+C1+C2+C1+C2 t tt t=4.9=4.9（Hi-0.3Hi-0.3）D/D/（）+C1+C1 t ti i=max(t=max(td d,t,tt t)式中式中 t td d 按照储液条件确定的设计厚度，按照储液条件确定的设计厚度，mmmm；t tt t 按充水试验条件确定的设计厚度，按充水试验条件确定的设计厚度，mmmm；t ti i 第第i i圈罐壁钢板的设计厚度，圈罐壁钢板的设计厚度，mmmm；储液密度，储液密度，kg/mkg/m3 3；Hi Hi 设计液面至第设计液面至第i i层钢板下端的高度，层钢板下端的高度，m;m;D D 储罐内直径，储罐内直径，m m；t t 设计温度下设计温度下,罐壁钢材的许用应力罐壁钢材的许用应力,MPa;,MPa;常温下常温下,罐壁钢材的许用应力，罐壁钢材的许用应力，MPa;MPa;焊缝系数，焊缝系数，1.01.0；C1 C1钢板的厚度负偏差，钢板的厚度负偏差，mmmm；C2 C2腐蚀裕量，腐蚀裕量，mmmm。胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计一般说来，储罐下部多圈壁板的厚度是按照强度计算确定的，一般说来，储罐下部多圈壁板的厚度是按照强度计算确定的，上部少数几圈壁板按公式计算得出的厚度很小，上部少数几圈壁板按公式计算得出的厚度很小，GB50341GB50341标准标准中表中表6.3.36.3.3中规定了储罐壁板最小厚度，是为了满足刚度要求中规定了储罐壁板最小厚度，是为了满足刚度要求确定的。确定的。按上面三式设计的储罐已在国内大量使用，具有广泛的工程实按上面三式设计的储罐已在国内大量使用，具有广泛的工程实践经验。践经验。由于定点设计法简单实用而又安全可靠，在国际上得到广泛的由于定点设计法简单实用而又安全可靠，在国际上得到广泛的使用。如中国、美国、英国、日本、俄国等国，在储罐的设计使用。如中国、美国、英国、日本、俄国等国，在储罐的设计标准中都广泛采用定点设计法。标准中都广泛采用定点设计法。胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计2 2）确定罐壁厚度的变点设计法）确定罐壁厚度的变点设计法 由于每圈罐壁的厚度是不相同的，较厚的下圈罐壁会使上圈由于每圈罐壁的厚度是不相同的，较厚的下圈罐壁会使上圈的罐壁板中的最大应力点的位置向上移动，使得每一圈罐壁中，最大的罐壁板中的最大应力点的位置向上移动，使得每一圈罐壁中，最大应力点距下端的距离各不相同。对于每一圈罐壁，通过分析计算找出应力点距下端的距离各不相同。对于每一圈罐壁，通过分析计算找出该圈壁板最大应力点的位置，然后再以该点的静液压作为强度计算的该圈壁板最大应力点的位置，然后再以该点的静液压作为强度计算的基准，确定该圈罐壁厚度的方法，即为变点设计法。用变点设计法确基准，确定该圈罐壁厚度的方法，即为变点设计法。用变点设计法确定的罐壁厚度比定点法更为经济合理，但比较繁琐。定的罐壁厚度比定点法更为经济合理，但比较繁琐。美国石油学会标准美国石油学会标准API 650API 650钢制焊接油罐钢制焊接油罐中，既规定了定中，既规定了定点设计方法，也规定了变点设计方法。变点设计方法适用于直径大于点设计方法，也规定了变点设计方法。变点设计方法适用于直径大于200200英尺（英尺（60m60m）的大容量储罐。）的大容量储罐。变点设计法是一个试算过程，在变点设计法是一个试算过程，在API 650API 650钢制焊接油罐钢制焊接油罐的的正文和附录中有详细的计算方法可以参考。正文和附录中有详细的计算方法可以参考。胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计2 2罐壁的风力稳定计算罐壁的风力稳定计算 储罐在风载荷作用下，当储罐内无储液时储罐在风载荷作用下，当储罐内无储液时,储罐可能会储罐可能会产生倾覆和滑动，罐壁可能会发生失稳破坏。在理论分析中，忽产生倾覆和滑动，罐壁可能会发生失稳破坏。在理论分析中，忽略罐壁板的厚度对应力分布的影响，把罐壁视为薄壁圆筒。当罐略罐壁板的厚度对应力分布的影响，把罐壁视为薄壁圆筒。当罐外壁承受风载荷的作用时，罐内的操作负压与风载荷的共同作用外壁承受风载荷的作用时，罐内的操作负压与风载荷的共同作用会使罐壁发生稳定失效而破坏。为保证储罐的安全、正常操作，会使罐壁发生稳定失效而破坏。为保证储罐的安全、正常操作，罐壁除应满足强度条件外，还必须有足够的稳定性。罐壁除应满足强度条件外，还必须有足够的稳定性。胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计1 1）圆筒形罐壁上的风力分布）圆筒形罐壁上的风力分布 罐壁在风载荷作用下的风压分布是不均匀的。罐壁在风载荷作用下的风压分布是不均匀的。罐外壁的风压分布，罐外壁的风压分布，在迎风面约在迎风面约6060中心角范围内是受压区，其余部分是受拉区。最大风压区域中心角范围内是受压区，其余部分是受拉区。最大风压区域是在中心角是在中心角2020所对应的弧长上，并且风压值近似等于常数，最大风压值在所对应的弧长上，并且风压值近似等于常数，最大风压值在驻点驻点A A（驻点（驻点风压曲线的法向与风向重合处曲线上的点），其值为风压曲线的法向与风向重合处曲线上的点），其值为1.01.0倍的倍的风压风压W W0 0。罐壁外部风压分布图罐壁外部风压分布图胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计2 2）罐壁的设计外压）罐壁的设计外压 罐壁的设计外压仅取决于储罐的操作条件、建罐地区的罐壁的设计外压仅取决于储罐的操作条件、建罐地区的设计风压和储罐的型式。设计风压和储罐的型式。对于固定顶储罐，罐壁的设计外压按下式计算。对于固定顶储罐，罐壁的设计外压按下式计算。Po=2.25sz Wo+q Po=2.25sz Wo+q 式中式中 Po Po 罐壁的设计外压，罐壁的设计外压，PaPa；s s 风荷载体形系数，取风荷载体形系数，取s=1.0s=1.0（对固定（对固定顶）；顶）；z z 风压高度变化系数；风压高度变化系数；Wo Wo 基本风压（基本风压（PaPa）；）；q q 设计负压（设计负压（PaPa）。）。胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计 公式中，系数公式中，系数2.252.25是瞬时风压与基本风压之间的换算系是瞬时风压与基本风压之间的换算系数。国内数。国内GB50009-2001GB50009-2001建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范规定：基本风压是规定：基本风压是以当地比较空旷平坦地面上离地以当地比较空旷平坦地面上离地10m10m高处，统计所得的高处，统计所得的5050年一遇年一遇10 min10 min平均最大风速平均最大风速。(m/s)(m/s)为标准，按为标准，按W W0 0=0 02 2/1.6/1.6确定。确定。储罐在实际使用时，有可能在某一瞬间当风压达到临界储罐在实际使用时，有可能在某一瞬间当风压达到临界值时就被吹瘪，因此储罐设计时不是以平均最大风速作为设计依值时就被吹瘪，因此储罐设计时不是以平均最大风速作为设计依据的，而是据的，而是以瞬时风速作为设计依据以瞬时风速作为设计依据的。由于瞬时风速比的。由于瞬时风速比10min10min平均风速约大平均风速约大1.31.3倍至倍至1.71.7倍，取平均值为倍，取平均值为1.51.5倍，而风压与风速倍，而风压与风速的平方成正比，故转换系数为的平方成正比，故转换系数为2.252.25。胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计3 3）罐壁的临界压力）罐壁的临界压力 罐壁的临界压力，仅取决于罐壁本身的材料和结构，如罐壁的临界压力，仅取决于罐壁本身的材料和结构，如储罐的直径、高度和罐壁的厚度等。罐壁的临界压力按下式计算：储罐的直径、高度和罐壁的厚度等。罐壁的临界压力按下式计算：Pcr=16000 Pcr=16000（D/HD/HE E)(t)(tminmin/D/D）2.52.5 式中式中 Pcr Pcr 罐壁的临界压力，罐壁的临界压力，PaPa；D D 罐的内直径，罐的内直径，m m；t tminmin 罐壁最小厚度，罐壁最小厚度，mmmm；H HE E 罐壁的当量高度，罐壁的当量高度，m m；H HE E=hi=hi（t tminmin/t/ti i）2.52.5 i=1 i=1，n n 式中式中 hihi第层壁板的宽度，第层壁板的宽度，m m；t ti i 第层壁板的厚度，第层壁板的厚度，mmmm；n n 罐壁板的圈数。罐壁板的圈数。胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计 研究表明，储罐的风压失稳虽然是由于不均匀分布的风研究表明，储罐的风压失稳虽然是由于不均匀分布的风压造成的，外压只限于罐壁上驻点附近的局部区域，但是失稳现压造成的，外压只限于罐壁上驻点附近的局部区域，但是失稳现象与受均匀外压的储罐现象相似，因此可以将风压稳定问题简化象与受均匀外压的储罐现象相似，因此可以将风压稳定问题简化为均匀外压问题来处理。为均匀外压问题来处理。胜利勘察设计研究院有限公司七、罐壁的设计七、罐壁的设计 等壁厚圆柱形壳体均匀外压稳定问题早已解决，但储罐等壁厚圆柱形壳体均匀外压稳定问题早已解决，但储罐是阶梯形的变截面圆筒，为解决此问题，引入一个是阶梯形的变截面圆筒，为解决此问题，引入一个当量高度当量高度的概的