馬宗萌（山東海成石化工程設(shè)計(jì)有限公司天津分公司，天津 300384）邵振華（中國石化齊魯分公司氯堿廠，山東 淄博 255000）

1 儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)規(guī)范和依據(jù)

AQ3053-2015規(guī)定了立式常壓儲(chǔ)罐的材料、設(shè)計(jì)、預(yù)制、施工和驗(yàn)收等方面的基本安全要求。其中一個(gè)重點(diǎn)為儲(chǔ)罐的類別劃分。儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)正壓可分為常壓（設(shè)計(jì)壓力0～18kPaG）和低壓（設(shè)計(jì)壓力18kPaG～100kPaG）兩個(gè)等級(jí)。儲(chǔ)罐的劃類以儲(chǔ)罐的壓力等級(jí)和公稱容積V 為依據(jù)分為第Ⅲ類（V≥50000m3的常壓儲(chǔ)罐和V≥2000m3的低壓儲(chǔ)罐）、第Ⅱ類（10000m3≤V＜50000m3的常壓儲(chǔ)罐和500m3≤V＜2000m3的低壓儲(chǔ)罐）、第Ⅰ類（其他的）。

大型儲(chǔ)罐的一般設(shè)計(jì)流程：根據(jù)工藝包或工藝計(jì)算后的設(shè)備條件圖及儲(chǔ)存介質(zhì)的火災(zāi)危險(xiǎn)分類進(jìn)行選型；接著考慮儲(chǔ)存介質(zhì)的特性，包括腐蝕性以及氧化性和毒性；確定設(shè)備材質(zhì)，確認(rèn)項(xiàng)目所在地的風(fēng)載荷、雪載荷、地震荷載、歷年來月平均最低氣溫的最低值等資料。當(dāng)這些都明確了就可以按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來進(jìn)行儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)。

儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)最常應(yīng)用的有SH3046—1992《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50341—2014《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》、API620《大型焊接低壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與建造》、API650《焊接石油儲(chǔ)罐》、SY/T0608—2006《大型焊接低壓儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)與建造》、GB50128—2014《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐施工規(guī)范》以及SH/T3530—2011《石油化工立式圓筒形鋼制儲(chǔ)罐施工技術(shù)規(guī)程》等。

2 儲(chǔ)罐的選材

立式圓筒形常壓儲(chǔ)罐的類型主要是罐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式不同，分為固定頂（柱支撐錐頂、自支撐錐頂、拱頂）、浮頂和內(nèi)浮頂。錐頂優(yōu)點(diǎn)是制造簡單，但耗鋼量大，一般只用于200立以下的儲(chǔ)罐。外浮頂儲(chǔ)罐因需要考慮風(fēng)砂、雨雪、灰塵污染等，需設(shè)置排水管等附件，近年更多的選用內(nèi)浮頂型式。石化行業(yè)儲(chǔ)存的中間產(chǎn)品和成品大都是汽油等易燃易揮發(fā)性油品和醛類、醇類、酮類、苯類等有毒液體化學(xué)品。若儲(chǔ)存介質(zhì)蒸發(fā)損耗很大或環(huán)?？紤]不允許泄漏需選用浮頂結(jié)構(gòu)，其他選用固定頂更合理。

立式圓筒形儲(chǔ)罐的選材罐主要由罐內(nèi)介質(zhì)決定。一般原油及成品油通常選擇碳鋼或低合金鋼，大于5萬立的儲(chǔ)罐底圈罐壁應(yīng)力很大，考慮造價(jià)和制造合理性多采用高強(qiáng)度鋼板。

石油化工行業(yè)的有機(jī)化合物、無機(jī)化合物材質(zhì)選取要充分考慮材料的造價(jià)和設(shè)計(jì)壽命。儲(chǔ)罐常見的材料有碳鋼、低合金鋼及不銹鋼。碳鋼有Q235B、Q245R，低合金鋼有Q345R，不銹鋼常用的有S32168、S30403、S31608、S30403、S31608 等。材質(zhì)采用碳鋼時(shí)，Q345R 鋼板許用應(yīng)力較高，可以比Q235B、Q245R更少的用鋼量，Q235B造價(jià)更低；故大型儲(chǔ)罐多采用Q235B。不銹鋼造價(jià)較高，一般只在儲(chǔ)存介質(zhì)對(duì)碳鋼和低合金鋼腐蝕嚴(yán)重或裝置對(duì)介質(zhì)純凈度要求很高時(shí)采用。Q245R 鋼板一般只在H2S應(yīng)力腐蝕環(huán)境時(shí)使用，如硫磺回收裝置中的含硫污水儲(chǔ)罐。碳鋼罐對(duì)不同的介質(zhì)，所選取的腐蝕裕量也不同，但最大腐蝕裕量不應(yīng)大于6mm，否則應(yīng)采取防腐措施或更換材質(zhì)。一般儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壽命為15年，用介質(zhì)的年腐蝕率乘以設(shè)計(jì)壽命，可得到它所需的最小腐蝕裕量。

大型油罐對(duì)材料要求很高。合理選材是防止鋼板脆性斷裂的必要條件。油罐的選材原則是保證安全的同時(shí)投資最少，由強(qiáng)度決定的底圈罐壁、罐底邊緣板、罐壁開孔補(bǔ)強(qiáng)板在原則上應(yīng)選擇同一種材料。油罐的大型化會(huì)帶來鋼板過厚、整體熱處理難度大造價(jià)高和焊接難度大等問題，為避免這些問題均應(yīng)采用高強(qiáng)度鋼，如SPV490Q、12MnNiVR 等。貯存閃點(diǎn)≤60℃的介質(zhì)，宜設(shè)置呼吸閥。當(dāng)進(jìn)料或罐內(nèi)物料受熱膨脹，罐內(nèi)氣相空間氣體的壓力增大而超過呼吸閥設(shè)定正壓(如1900 Pa)時(shí)，呼吸閥出氣閥蓋自動(dòng)打開，將罐內(nèi)氣體排出；當(dāng)放料或罐內(nèi)物料冷縮，罐內(nèi)氣體壓力減小，超過呼吸閥設(shè)定負(fù)壓(一般為300Pa)時(shí)，進(jìn)氣閥打開將空氣呼人。若進(jìn)氣閥蓋過重或因失修造成呼吸閥失靈，會(huì)造成罐體爆裂或癟罐事故；進(jìn)氣閥蓋過輕，控制壓力降低，則會(huì)增大油氣損耗。

3 錨固的設(shè)計(jì)

對(duì)立式圓筒形鋼制焊接低壓儲(chǔ)罐，設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)是罐底需要錨固與否。

常壓儲(chǔ)罐通常是指設(shè)計(jì)負(fù)壓不大于0.25KPa，正壓產(chǎn)生的舉升力不超過罐頂板及其所支撐附件的總重量的儲(chǔ)罐。低壓儲(chǔ)罐同理。對(duì)于立式圓筒形鋼制常壓、低壓儲(chǔ)罐，由內(nèi)壓和風(fēng)載或者地震載荷組合作用產(chǎn)生的升力不應(yīng)大于儲(chǔ)罐罐壁和罐頂(不包括腐蝕裕量)以及由其支撐的構(gòu)件的重力之和。否則，應(yīng)設(shè)置錨固或采取其他平衡升力的措施。判斷儲(chǔ)罐是否需要設(shè)置錨固，由設(shè)計(jì)內(nèi)壓產(chǎn)生的升力、風(fēng)彎矩地震彎矩產(chǎn)生的傾覆力、儲(chǔ)液對(duì)罐頂?shù)撵o壓產(chǎn)生的升舉力三個(gè)因素來決定。應(yīng)通過加強(qiáng)筋組合件，加強(qiáng)錨栓與罐壁的連接件或使錨環(huán)有足夠的面積和高度。錨固結(jié)構(gòu)一般參考美標(biāo)AISI 鋼板工程數(shù)據(jù)手冊(cè)“錨支座”的設(shè)計(jì)。

3.1 錨固的判定條件

儲(chǔ)罐的錨固分為兩種情況：

進(jìn)行抗風(fēng)穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，應(yīng)按照GB50341-2014 第11.1 節(jié)進(jìn)行校核計(jì)算，

若不符合，即抗風(fēng)計(jì)算未通過，需要錨固；

若符合上述11.1 節(jié)規(guī)定，但設(shè)計(jì)壓力產(chǎn)生的舉升力大于儲(chǔ)罐罐壁、罐頂及由其支撐的構(gòu)件的重力之和，且小于或者18KPa 時(shí)，需要錨固；

進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)，若錨固系數(shù)J＞1.54，需要錨固。

3.2 錨固設(shè)計(jì)

錨固設(shè)計(jì)主要參照GB50341-2014 和API650 進(jìn)行計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

單個(gè)地腳螺栓所承受的載荷應(yīng)小于許用拉伸應(yīng)力，即

σ=U/NAb≤[σ1]

注：U—各種工況下所產(chǎn)生的舉升力，N；Ab—每個(gè)錨栓的承壓面積，即Ab=πd2/4；N—錨栓的個(gè)數(shù)；

由上式可以得出N 的最少個(gè)數(shù)，為便于排布施工，錨栓數(shù)量一般為4 的倍數(shù)。

另需要注意的是，儲(chǔ)罐直徑小于15m 時(shí)，錨固螺栓間距不應(yīng)大于2m；儲(chǔ)罐直徑大于或等于15m 時(shí)，錨固螺栓間距不應(yīng)大于3m。

4 AQ3053施行后，加強(qiáng)了儲(chǔ)罐管理

大型儲(chǔ)罐雖然設(shè)計(jì)壓力大多小于18kPa，SY/T0608 和API620 也僅適用于設(shè)計(jì)壓力小于0.1MPa 的儲(chǔ)罐，在TSG21-2016固容規(guī)管轄范圍之外，但化工企業(yè)的油品罐區(qū)和液體化學(xué)品罐區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性依然不容忽視。近幾十年國內(nèi)外儲(chǔ)罐區(qū)大型火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，造成巨大的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失以及環(huán)境污染。故此國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局提出，中國石化工程建設(shè)有限公司、中國石化集團(tuán)公司安全環(huán)保局起草編制AQ3053-2015《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐安全技術(shù)規(guī)范》，并于2015年9月1日實(shí)施。從此安監(jiān)局有法可依，有效監(jiān)督設(shè)計(jì)方、施工方嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)建造和化工企業(yè)的使用管理及對(duì)儲(chǔ)罐的改造、維修、報(bào)廢。

5 結(jié)語

近年儲(chǔ)罐大型化發(fā)展提高了經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)增大了儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)、制造難度；頻發(fā)的事故給從業(yè)人員敲響了警鐘，作為設(shè)計(jì)方在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中要以安全為第一準(zhǔn)則，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性、結(jié)構(gòu)合理性、制造難度。