【干货】储罐设计漫谈

本帖是海川yuun老师在储罐设计方面多年工作的技术总结。本帖附有大量yuun老师自己编制的计算软件，如需参考可访问原文。

此帖子的目的主要是为了针对储罐设计，对标准中的一些公式和一些计算软件TANK或者绘图软件做一个详细的解读。通过解读公式，制定合适的计算流程，自己编制计算软件进行计算，达到熟悉储罐设计的目的。计算规范主要是API650，GB50341，API620等。

第一篇：储罐罐壁

对于罐壁来说，一般的计算方法主要有两种：一英尺法和变节点法。

一英尺法的意思是：在于变厚度的地方，由于下一节厚度对上一节有加强作用，其最大应力不发生在变厚度的地方，而是发生变厚度以上一英尺的地方（300mm）。这就是一英尺法的由来。

储罐是薄壁容器，其周向薄膜应力为：S=PD/2t；储罐在一英尺（0.3m）处压力为：P=ρg（h-0.3）；将两式结合，可得：t=ρg（h-0.3）D/2S=9.8ρ（h-0.3）D/2S=4.9D（h-0.3）ρ/S；这也就是API650和GB50341的筒体壁厚公式的由来。

具体使用的时候需要按照设计和静水压工况分别考虑。这时有人可能会问了，为什么公式中与压力无关呢？难道1KPa的内压和10KPa的内压的厚度是一样的？这样不是不合情理吗？的确，为了解决这个问题，API附录F.7.1建议了一种方法，将内压折算成液柱静压进行计算。H应乘以P/(9.8ρ)得到折算后的H进行计算。

对于最高设计温度大于93度的储罐，由于屈服强度随着温度升高而降低，API650 表5-2的屈服强度需要按照API650附录M3.2进行修改正。最终每节按照设计厚度和静水压厚度取大值。附件中的PDF文件对于罐壁计算考虑的比较全面可以作为参考。

变节点法是一英尺法的加强版，一英尺法假设最大应力在变厚度以上一英尺处，而变节点法可以精确地计算靠近底部以及不同厚度连接处的最高应力位置。

靠近底板的一段与底板连接处铰接，根据变形协调原理，连接处内压产生的变形等于剪力所产生的变形。经过高度修正，得到API650 5.6.4.4的公式。

变节点法需要不断试算，迭代，最终得到结果，计算而言是比较繁琐，一般得到的结果比一英尺法更薄更经济。变节点法不适合于可变的腐蚀余量，参考 650-I-02/02. 另外由于罐壁的绘图比较简单，也就不复多说。

第二篇：罐底设计

储罐的底板一般分为搭接或者对接，对于小罐（小于12.5米），可以不需要边缘板，对于大罐，一般来说都需要边缘板。API650和GB50341对于边缘板都有其最小宽度和厚度要求。边缘板的宽度在GB50341中取计算公式5.1.3和600中的小值。

API650和GB50341都有对边缘板最小长度的计算公式Lm=215tb/sqrt（HG）。此公式的模型假设为：边缘环板的宽度（厚度）必须在基础沉陷的情况下能够支持边缘板上部的液柱静压。边缘板受均布载荷，并用塑性分析（弹性的1.5倍），取安全系数为2得到所需的最小长度。其公式由来，可以参考下图：

有同学可能问了，当钢板的屈服强度与227.5MPa相差很大时，还采用这个公式，不是就和假设相差很远吗？是的，如果出现这种情况，就需要使用实际的屈服强度来计算边缘板的最小宽度，具体可以参考API650附录AL5.2.1中的计算公式。

对于API650在计算锚固时还需要确定边缘板的内伸长度，E.6.2.1.1.2-1a, L1=0.01723t*sqrt[Fy/(HG)]，其计算模型和Lm一样。

储罐边缘板的计算流程可以按照下图计算：

罐底板的厚度在API650中根据第一层罐壁的应力值大小查表求得，值得注意的是，API650-2009的计算公式是错误的，最新版的API650-2011已经将错误修正。详情请参考帖子：http://bbs.hcbbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=951712,非常感谢网友半瓶醋先生。

GB50341也是查表5.1.2而得到边缘板的最小厚度。

当温度高于93度，还需要根据附录M对板的应力进行修正，并且求罐底的温度循环次数N，如果大于1300次，则罐壁与罐底板的循环次数不是控制因素。

当底板有型钢支撑时，需要按照附录I设计，为了控制两个型钢之间底板的挠度小于1/2的底板厚度，需要确定型钢的间距，如果间距不够时，需要增大底板（中幅板）的厚度，这时底板的厚度可能会大大提高。

储罐底板的绘图其难点主要在于搭接时的搭接方法，其节点比较固定找图纸看看，琢磨一下应该就没有问题了。

第三篇：罐顶计算

储罐罐顶分为锥顶，拱顶或者自支撑和有支撑。

罐顶的活载荷一般为1.2KPa（相当于700Pa的人和500Pa的雪）， 固定载荷为最大顶板壁厚0.5in（12.7mm）时的顶板重量。两者最大外载荷为

P=1.2+12.7*7.85*0.01=2.2KPa

自支撑的锥壳厚度计算公式是由锥壳外压失稳方程，经过简化，令弹性模量为E=29e6psi~1.99e5MPa， 许用的外压为2.2KPa，角度在9.5~37度之间，并取安全系数为4，得到t=D/（4.8sinθ）,这个公式GB50341和API650是一样的。由于计算厚度是因为外压失稳，所以和储罐所承受的内压无关，而和储罐的外压有关。当储罐的所受外压大于2.2KPa时，需要将厚度和sqrt(T/2.2)按照比例增加。当小于2.2Kpa时，就直接取2.2KPa。

1. 拱顶实际上也和锥壳一样的推导过程，也是受外压，同样在外载超过2.2KPa时，需要按比例增加罐顶的厚度。

2. 由于假定的是200F，90°，当设计温度大于90°时，应用实际的弹性模量，故API650附录M.5中，要求厚度应该按照实际弹性模量比来相应增加。

罐顶与罐壁连接处由于结构的不连续，会产生附加的力和力矩。当罐顶受正压时该处受压，当罐顶受负压时，该处受拉。标准中并没有要求进行详细的计算，但是要求设置加强圈，并保证有效范围内（边缘应力作用范围）的加强面积。其加强面积的推导如下图：

1.由于假定的外载荷P=2.2KPa，所以当外载荷超过2.2KPa时，面积需要相应的成比例（T/2.2）增加。

2. 由于假定的是200F，90°，当设计温度大于90°时，面积应当相应的增加，故在API650附录M.5中，要求面积应当除以屈服强度降低系数。

如果罐顶使用自支撑结构，厚度超过了12.7怎么办呢？为了减少造价，一般采用GB50341附录C的带肋球壳，可以根据其思路编制计算表格，作为一种辅助的计算。下图仅供参考：

本帖附有大量yuun老师自己编制的计算软件，详情可访问原文：

http://bbs.hcbbs.com/thread-960724-1-1.html

本文由机械大区负责人2887848及巡回组O.K.编制推送，如果觉得有用不妨“点赞+分享”。