大型立式圆筒油罐设计中问题探讨.doc

大型立式圆筒油罐设计中问题探讨【摘要】大型油罐应用越來越广泛，结合其发展状况，分别从罐壁、 罐底板、罐顶设计及其设计标准的使用作了详细介绍关键词】油罐;罐底板;罐顶;罐壁设计大型立式圆筒型油罐是储存液体原料的主要设备，在食用油行业，近 几年来，各地建设的食用油储罐容量不断加大，最大单罐容量达到1.25 万立方米，大型化是发展趋势大型立式圆筒储罐大型化其优点是:%1 从材料用量上，大型化储罐较同容积几个储罐钢材耗量越小1 从占地面积上，由于相关设计规范对于储罐之间的距离要求表严 格，但是同储量的油罐，大型储罐较小储罐的占地而积要小，从而减少用 地，节约土地资源1 同容量的储罐区，采用大型储罐，与其配套的工艺设施、监控设施 也相应的减少，节省投资，操作也相比来说简便在食用油行业，大型储 罐主要是常压罐（设计压力-0. 49kpa~6kpa）,结构形式为立式圆筒形固 定顶钢制焊接油罐，设计主要依据的规范有：GB50341-2003《立式圆筒形 钢制焊接油罐设计规范》储罐大型化有其优点，但是给设计、制造和使 用带了一些问题，比如，对地基要求更高，设计中材料选择更加复杂等 所以在设计中应引起足够的重视。

1、罐壁设计（1）罐壁厚度计算通常有三种方法：定点法，变点法及应力分析法 我国设计标准采用定点法GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计 规范》就釆用此方法，壁厚计算公式td —储存介质条件下管壁板的计算厚度(mm);tt —储存介质条件下管壁板的计算厚度(mm)；D—油罐内径(m);II —计算液位高度(m);P—储液相对密度(取储液与水密度之比)；[0]d —设计温度下钢板的许用应力(MPa);[0]t —常温下钢板的许用应力；e—焊接接头系数(0.9)从设计过程来看，按此标准计算考虑比较全面，各圈壁板计算步骤清 晰，较容易掌握2) 罐壁设计另一个关键是壁板Z间焊缝形式的确定罐壁板中环 向应力决定罐壁厚度在罐漿板纵焊缝和环焊缝中，纵焊缝的质量起很人 的作用合适的焊缝形式及焊接工艺是保证焊缝质量的前提，所以对罐壁 的纵焊缝一定采用全焊透结构壁板较厚时(>6inin)采用开坡口，坡口形 式宙单面Y形、单面U形、双面Y形、单面U形3) 罐壁刚度也是决定罐壁质量重要条件2—，大型油罐是一种薄 壳板柔性结构，如何确保在风载荷或负压或者两者同时作用下储罐的稳定 性，是储罐设计中需要考虑的另一个重要问题。

油罐一般会发生整体倾覆 或滑移、壁板轴向失稳、凹憋所以在设计过程中需要考虑各种因索，合理选取外加载荷进行验算，设置抗风圈以减少罐樂的变形2、 罐顶设计食用油储罐罐顶结构选择口支撑式拱顶结构，口支撑式拱顶的刚性较 好，耗钢材较其他形式（锥顶）少，且能够承受较高压力同时与罐壁顶 边角钢连接采用弱连接结构避免在进出油操作中罐内超压，减少对储罐 的破坏，降低损失冃前自支撑式拱顶储罐的罐顶有两种形式，光面拱顶 和加肋拱顶根据设计经验，加肋拱顶主要用于直径＞12. 5m直径储罐以上3、 罐底设计大型储罐罐底受力非常复杂，罐底除了承受储罐自身的重力外，还受 到储液的静压力和基础沉降所产生的弯矩等，尤其罐底板边缘部位受力尤 为复杂目前GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》罐底板型式 主要两种，见下图油罐直径小于12. 5m时，罐底板可不设环形边缘板， 大于等于12. 5m时，罐底板宜设环形边缘板罐底板的坡度选择目前在食用油行业中，主耍考虑到储罐的清洗和 容量大小主要要以下两种罐底型式见下图a）正圆锥型：这种罐底及其基础呈止圆锥形，中间高，四周低其 罐底坡度按1.5%设置这种结构特点如下：%1 罐底板受力较好。

1 罐底液体放净口处于罐内周边较低位置，可以基木满足杂质、存液 的排净1 储罐经长期使用，止圆锥形罐底逐渐变平，但由于基础沉降不均匀以及罐底钢板的弯曲和压缩变形，使基础及罐底局部变得凹凸不平此时 油脂放净口不一定处于罐底最低处，造成油脂不易排净，与其他批次或品 种的油脂混合1 所造成的凹凸变形，易造成积水和朵志的沉淀，从而加剧了罐底的 腐蚀加之罐底板尤其中幅板厚度较薄，易使罐底腐蚀穿孔造成泄漏正 圆锥形罐底是传统的罐底形式，是冃前使用最为广泛的形式，尤其适用在 大型立式储罐罐底形式b）倒圆锥型：这种罐底及基础呈倒圆锥形，中间低，四周高罐底 坡度一般设置2%〜5%在罐底设置集油槽，沉降的朵质和存液集中于 此，有出油口引出排放这中罐底结构形式的特点如下：%1 油脂放净口处于罐底中央，不管日后罐底如何变形，集油槽总是处 于罐底的最低点，这对排净沉降的杂质、水分和存油，提高储存油脂的质 量十分有利1 因易于清洗，所以可以不再设置清扫孔1 倒圆锥形罐底可以增加储罐容量，直径越人，罐底板坡度越陡，所 增加的容量越多1 较少形成凹凸变形和较少沉积，大大改善罐底腐蚀状况1 罐底受力比较复杂，对于油罐基础设计、施工要求比正圆锥形罐底 更加严格。

因为倒圆锥形油罐的罐壁与边缘板成大于90?斜交，在动、静 液压的作用下，受力变得复杂罐底板除受轴向压应力外，还受径行拉力 和切向拉应力，底板焊缝受力条件较差，因此应针对罐底和不同的地质情 况，选择合适的油罐基础和施工规程1 倒圆锥形底板焊接变形使得与沥青砂层之间易产生孔隙，在使用过 程中罐底坡度会越来越大，特别是垫层密度控制不好或者地基处理不好， 将使孔隙加大，从而使底板承受较大的循环交变应力或出现应力集中倒 圆锥形罐底也是应用比较广泛形式之一，主要应用在容量较小，储备油品 变换频繁一些中转罐4、油罐地震的计算抗震设计是大型油罐设计的重要环节地震对油罐破坏主要有以下几 个方面：%1 焊缝破裂罐壁和罐壁边缘板Z间焊缝发生破裂是由于水平地震 载荷，罐内业主压力和基础不均匀沉降等因素共同作用的结果因为水平 地震载荷会使角焊缝产生弯矩，就可能造成角焊缝的破裂1 罐壁下部的屈曲这种破坏的典型形状是罐壁外鼓，形成如管道上 波形膨胀节这种破坏是由于水平地震载荷对罐壁产生弯矩，此弯矩应力 达到了临界应力值而引起罐壁屈服，再加上液柱压力把罐壁挤向外，从而 使下部壁板向外臘曲1 罐壁上壁屈曲这是由于下部破裂时，油品迅速外泄造成局部真空, 这是外压失稳现象。

所以大型油罐设计必须按照GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐 设计规范》附录D中的步骤，合理选取参数进行抗震验算从而保证大型 油罐使用中的安全综上所述，大型立式圆筒型储罐应用越来越广，掌握其设计中主要问 题十分必要参考文献[1] 湛卢炳等编•大型储罐设计M•上海：上海科学技术出版社，1986.[2] 徐英等编•球罐和大型储罐[M]・北京：化学工业出版社，2004.[3JGB50341-2003立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范.。