大型储罐设计标准体系的对比

蒲弦

（中国成达工程有限公司，四川成都 610041）

大型立式圆筒形平底储罐（下文简称“大型储罐”）广泛用于油品和各种液体化学品等的存储，如石化装置的原料罐区、中间罐区、成品罐区等过程设备或大型商业罐区、大型石油储备库等储存设备。储罐的建造需考虑2个基本的原则，即安全可靠性和经济合理性。国内外的储罐设计日趋大型化，目前国内最大的单一储罐罐容已达到27万m2，其建造的经济性和安全性愈加重要。充分了解储罐的标准体系，掌握储罐的设计基础理论对储罐建造的经济性和安全性有着至关重要的作用。

大型储罐的建造包含储罐的设计、选材、现场制作安装、检验、试验及验收等全过程。本文主要就大型储罐的建造标准体系进行分析与对比，对常见种类的大型储罐的建造提供设计理论基础，主要包括：国内外主要大型储罐建造标准体系介绍，并针对相关储罐建造标准的适用范围、强度计算方法、材料许用应力安全系数取值、最小厚度要求等方面进行了对比，对国内大型储罐建造标准的体系的建设提出建议，并对储罐设计标准的选用提供参考[1]。

大型储罐按其存储介质的压力划分为常压储罐、低压或微内压储罐；按温度划分为低温储罐（≤-40℃）、常温储罐（≤90℃）以及高温储罐（90℃～250℃）；按建造材质划分金属储罐和非金属储罐。目前国内的大型储罐标准体系基本已经涵盖了上述各种类型储罐的建造。本文主要就金属储罐的标准体系进行对比分析。

1.国内标准

常压储罐标准：GB 50341立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范以设计为主体，GB50128立式圆筒形焊接油罐施工及验收规范以施工为主体，构成目前国内大型储罐的主流建造标准。SH3046石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范、SH/T3530石油化工立式圆筒形钢制储罐施工工艺标准等建造标准形成对国标体系的补充，如不锈钢储罐的设计补充以及施工技术规定的补充等。

低压储罐标准：SH/T3167钢制焊接低压储罐和SY/T0608大型焊接低压储罐的设计与建造为国内的低压储罐设计标准。SY/T0608完全参照API620大型低压焊接储罐设计与建造进行编制，并加入了国内的部分金属材料的参数，在无损检测标准方面采用了国内的标准。SH/T3167同时参照了API620和GB50341进行编制，设计许用应力较API620有所提高[2]。

低温储罐标准：SY/T0608包含了低温储罐部分的设计及施工技术要求。SH/T3537立式圆筒形低温储罐施工技术规程以低温储罐施工为主体的标准。

LNG储罐标准：GB/T 26978.1～GB/T 26978.5现场组装立式圆筒形平底钢制液化天然气储罐的设计与建造为国内液化天然气储罐的建造规范，是国内LNG 储罐的系列标准，本标准主要参照EN14620，并结合国内LNG储罐的建造实际情况编制而成。

大型储罐的防腐技术标准：GB50393钢质石油储罐防腐蚀工程技术标准规定了储罐的详细的防腐技术要求及施工要求。

大型储罐的安全技术标准：AQ3053立式圆筒形钢制焊接储罐安全技术规范为应急管理部安监部门对化工设备中立式圆筒形焊接储罐提出的最新建造要求。主要对大型储罐提出了按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类进行分级管理的规定。

同时国内军用标准体系中也有关于大型储罐建造的技术规定，如GJB5758后方油料仓库设计规范对大型覆土罐提出了具体建造规定。其中覆土罐的钢制储罐部分按GB50341标准规范进行设计、制作、检验及验收。

2.国外标准

国外大型储罐标准体系主要是欧美日标准体系，均包含了储罐的整个建造过程，如材料、设计、焊接、检验、试验、验收、运行及后期维护、改造、维修等过程。国内的储罐标准大都参照美国API标准体系和EN标准体系编制[3]。

国外的常压储罐标准主要有美国 API650钢制焊接油罐、俄罗斯npaBHJIa储罐技术运行准则、欧盟EN14015在室温及高于室温下液体储存用平底、立式、圆柱形、现场建造的地面上可焊钢罐的设计和制造规范，英国的BS2654石油工业立式钢制焊接油罐及日本的 JIS8501钢制焊接油罐结构等。

国外的低压或低温储罐标准主要有API620大型低压焊接储罐设计与建造、EN14620现场组装立式圆筒形平底钢制操作温度介于0℃～-165℃冷冻液化气储罐的设计与建造等，广泛应用于国内外大型LNG等低温储罐的建造。EN14620的使用范围更为广泛，主要应用于大型低温储罐，如单金属壁单容罐、双金属壁单容罐或全容罐、预应力混凝土全容罐的建造。

API651、API652及API653标准也是API储罐标准的重要组成部分，既涵盖了储罐建造过程中的特殊考虑，也为用户在储罐的使用过程中的操作及维护提供帮助。并对储罐运行过程中的检验，维修及重建提供指导性措施。

EN14015是欧盟标准化委员会在结合BS和DIN标准中的大型储罐基础上编制而成，在石油、石化、食品和通用液体储存等工业中广泛应用。EN14015具有国际标准的通用性，其理论是基于设计许用应力强度。

与储罐相关的俄罗斯标准为PД企业标准，PД企业标准借鉴和吸收了独联体跨国标准GOST、独联体跨国规则PMΓ与ΠMΓ和俄罗斯联邦国家标准GOST R等文件内容，具有较强的权威性和先进性。俄罗斯储罐标准最具代表性的为РД153-39.4-078干线石油管道和油库的储罐的技术运营准则和Правила储罐技术运营规则等。

3.大型储罐标准的适用范围

国内外主要大型储罐标准适用范围见表1。目前GB50341将压力适用范围扩展与API650一致，温度范围略有区别。GB50341及API650的正文部分适用负压为-0.25kPa，按附录设计时负压可达-6.9kPa，在各国标准中负压范围最大。

表1 国内外大型储罐的温度、压力适用范围

环境温度所影响的最低设计温度，各国标准不尽相同，其中国内标准取值为最低日平均温度加上13℃考虑，API及JIS按加8℃考虑，EN14015标准则按不同环境温度范围增加不同的数值，考虑更为细化。从材料类别看：GB50341标准仍未将不锈钢材料列入标准，而API 650及API620基本涵盖常用的储罐用材料，如碳钢、低合金钢、不锈钢、铝及铝合金，同时列入了其他标准材料如ISO标准，EN标准以及加拿大CSA标准。国内SH3046和低压储罐 SH/T3167中列入了不锈钢材料，设计时可作为补充和参考。

从适用的结构形式看：常温常压储罐标准的结构形式基本一致，而在EN14015标准中增加双层平底的结构。低温或低压储罐标准则结构形式基本一样。液化冷冻介质储罐标准如 EN14620和GB/T26978则增加了混泥土构件部分的技术要求，而API620标准中无此部分建造要求，故在大型低温储罐的设计时，各国标准可互为参考使用，以确保大型储罐设计的各种工况得到充分的考虑，保证储罐建造的本质安全性。国内外主要的大型储罐结构形式见表2。

表2 国内外主要的大型储罐结构形式

4.主要标准的强度计算方法对比

由于储罐的强度计算方法、焊接接头系数以及材料的许用应力都对大型储罐的罐壁厚度计算影响较大，直接关系到储罐设计的经济合理性。下述为国内外储罐罐壁的计算方法和接头系数的比较，见下表3。

表3 大型储罐罐壁强度计算方法

我国和欧盟、日本常压大型储罐罐壁的计算都采用定点法，即“一英尺”法，尽管公式有些不同，但都是基于薄膜理论中环向应力公式而得，其本质是一样的。美国的API650，提出3种方法，其中定点法与我国及欧盟的本质一致；变点法对于直径大于60m的大型储罐有较好的经济性；同时，当H/L大于1000/6时的储罐，应采用弹性应力分析方法确定罐壁壁厚。API620、SH/T3167、SY/T0608均采用“自由体”法，自由体分析法是一种确定作用在储罐壁上力的大小和方向的设计程序。在选择的分析高度上，储罐保持静平衡，高于或低于选择部分作为自由体考虑。

5.主要标准的材料许用应力安全系数对比

确定材料的安全系数，也是影响大型储罐安全和经济性的主要因数。下述表4为国内外大型储罐确定材料许用应力安全系数的对比。

表4 大型储罐材料确定许用应力的安全系数取值

表5 GB50341、SH/T3167储罐边缘板最小厚度

对于高温储罐的材料，同时应考虑材料力学性能的折减系数。

表6 API620、SY/T0608底板最小公称厚度

表7 API 650底板边缘板最小厚度

表8 EN14015: 底板最小公称厚度

6.主要标准对最小厚度要求对比

大型储罐的各部件最小厚度要求，体现了各个体系对大型储罐研究的发展历程以及经验积累，是保证储罐安全性的重要因数。表5～表9为各国标准中关于最小厚度要求的对比。下表中均为碳钢或低合金钢材质的数据。

表9 储罐壁板最小厚度

我国大型储罐标准体系已经形成一套相对完整的建造标准体系，但与国外的相应标准比较仍有需要进一步完善的地方，主要体现在标准的适用范围上，介质特性以及结构形式上，除个别行业标准外，目前我国国标体系中还不能完全包含下述内容，如高度极度危害性介质、双壁罐或双层底板储罐；我国储罐标准在结合理论和实际建造中，将设计公式经验化，使用起来较为方便。

通过国内外大型储罐建造标准体系的对比分析，大型储罐的设计应选择合适的标准体系，是保证大型储罐建造经济性和安全性的前提。通常，对于常温常压储罐可采用GB50341、API650、EN14015等标准，但对于储罐直径大于60m时，建议采用变点法进行设计，以保证储罐建造的经济性；对于常温低压或低温低压储罐可采用SH/T3167、SY/0608、API620、EN14620等标准；对于不锈钢储罐可以采用SH3046、SH/3167并可参考GB50341标准；对于低温铝制储罐可采用API650附录部分；对于大型LNG储罐的建造可采用GB/T26978、EN14620、API620标准；采用上述标准进行高度危害介质储罐设计的同时，还应对储罐材料、结构设计、焊接、热处理、无损检测、试验等方面提出附加的技术要求，以确保储罐的运行本质安全性。