储罐罐顶外压计算比较

2020-05-15屈饶

化工设计通讯 2020年3期

屈饶

（湖南化工设计院有限公司，湖南长沙 410021）

储罐是石油化工生产中广泛使用的储存设备，在炼油行业中用来储存各种原料油、半成品油、成品油、芳烃产品及液化气等。储罐一般由下至上由罐底、罐壁、包边角钢和罐顶组成。储罐常用罐顶有自支承锥顶和自支承拱顶两种型式（如图1、图2）。储罐罐顶在工程中除保护物料纯净免受环境污染外，还需要承受雪载荷、罐顶隔热层及其附件等外载荷作用外压失稳变形，故设计者在罐顶设计时，除了微内压工况外需要综合考虑罐顶受负压工况，对罐顶强度进行校核。

图1 自支承锥顶简图

图2 自支承拱顶简图

今年，我院接到某工程项目，罐体直径为DN6000×8000的储罐设计。初始设计时，罐顶按常规设计采用自支承拱顶型式，随后甲方因为考虑拱顶制作麻烦，要求罐顶改为自支承锥顶型式。由于工艺需要，本设备存在负压工况，负压工况的工作压力为-0.5kPa。固定顶常压油罐的设计负压不大于0.25kPa 时，可使用GB50341—2014 的第7 节进行罐顶设计；但当固定顶常压油罐的设计负压大于0.25kPa 且小于等于6.9kPa 时，需按GB50341—2014的附录A 进行罐顶设计。本文使用附录A，对储罐自撑式锥顶、自撑式拱顶进行强度计算。

1 设计参数

设计参数见表1。

表1 储罐的设计条件

由于本项目为保密项目，物料名称以工艺流体替代。

2 强度计算比较

2.1 自支承拱顶

自支承拱顶与罐壁连接图见图3。

图3 自支承拱顶与罐壁连接详图

2.1.1 自支承拱顶设计数据

自支承拱顶设计数据见表2。

表2 自支承拱顶设计参数

2.1.2 储罐罐顶总外压的确定

按GB50341储罐罐顶的设计总外压按下式计算：

而ApI650储罐罐顶的设计总外压按下式计算：

式中：DL为固定顶固定载荷（kPa）；Lr为固定顶活载荷（kPa）；S为指定的雪载荷

作用在罐顶的设计外载荷包括：罐顶板自重、操作负压、罐顶保温、雪载荷和罐体检修时罐顶承受人的载荷。由于GB50009—2012《建筑结构荷载规范》的表E.5中列出的50a一遇最大雪压均未超过1.0kPa，且除及个别地区外，均远小于1kPa，因此GB50341取消了S 载荷，将式（2）改为式（1）。由此可以看出，式（1）只考虑了人检修罐顶时罐顶承受载荷的工况，式（2）分两种工况分别计算了人检修罐顶时罐顶承受载荷的工况和罐顶单独承受雪载荷时的工况，并未将两者结合考虑。由于本项目的特殊性，将两种工况结合考虑取Lr=1.4 kPa；本设备设计温度为常温，不考虑罐顶保温所产生的载荷。

固定顶固定载荷故pr=2.48kPa。

2.1.3 自支承拱顶板计算厚度的确定

2.1.4 抗拉环有效面积校核

包边角钢是连接罐顶和罐壁的结构构件，除了支撑罐顶外对罐壁也起着加强作用，故不仅需要作为抗拉环校核其有效面积是否满足要求，也需要作为顶部加强圈计算其面积是否满足顶部加强所需的最小截面积，此处计算过程略。