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标题

基于API650和GB50341标准大型储罐设计比较

范文

杨东东柴庆有李晓旭顾思阳铉烨

摘 ?????要：我国GB50341-2014是根据多年工程实践经验并吸取国外同类先进标准的有关内容编制而成的，较上一版本涵盖的内容和技术内容有了较大的扩充和修订。API650-2013是国际上公认的先进的石油储罐设计规范，是我国编制储罐设计规范的重要参照，对世界其他各国储罐设计有着重要影响。依据上述两标准从适用范围、基本规定、罐底、罐壁、罐顶等几方面进行大型储罐设计比较，以促进储罐设计人员对标准更好地理解和运用。

关 ?键 ?词：?GB50341;API650;罐底;罐壁;罐顶

中图分类号：TQ 052???????文献标识码：?A ??????文章编号： 1671-0460（2020）01-0175-05

Comparison Between API650?and GB50341?Standards

for Design of Large-scale?Storage Tanks

YANG?Dong-dong， CHAI?Qing-you， LI?Xiao-xu， GU?Si-yang， XUAN?Ye

（CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co.，?Ltd.，?Shenyang Company，?Liaoning Shenyang?110167， China）

Abstract：?GB50341-2014 standard?was compiled according to many years of engineering practical experience?and absorbing the relevant contents of similar advanced foreign standards，?and it was expanded and revised comparing with the scope and technical contents of previous version. API650-2013 standard?is internationally recognized advanced?standard of oil storage tank design and important compilation basis?for Chinese standards， which has important influence on?design of storage tanks in other countries. In this article， the application?scope， basic?regulation?and other aspects of above two standards for design of large-scale storage tank were compared， which could promote designers to understand and use?the standards better.

Key words： GB50341;?API650;?Bottom; Hell; Roof

近年來正处于大型储罐建设的高峰期，国内各大工程公司不仅在国内建造了大量的储罐并且国外大型储罐的设计建造任务也是不断地增加。其中国内大型储罐一般以《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》GB50341-2014（以下简称GB50341）[1]为标准进行设计，而国外建造的大型储罐业主往往要求按《Welded Tanks for Oil Storage》API650-2013（以下简称API650）[2]进行设计。我国GB50341根据多年工程实践经验并吸取国外同类先进标准的有关内容编制而成，较上一版本涵盖的内容和技术内容有了较大的扩充和修订。API650是国际上公认的先进的石油储罐设计规范，是我国编制储罐设计规范的重要参照，对世界其他各国储罐设计有着重要影响。本文依据上述两标准进行大型储罐设计比较，通过设计比较以促进储罐设计人员对标准更好的理解和运用。

适用范围

API650标准适用于常压或接近常压的立式、圆筒形、地上封闭式和敞开式罐顶焊接储罐和非冷冻条件下的储罐。GB50341标准适用于常压或接近常压的立式圆筒形钢制焊接油罐，不适用于埋地、储存毒性程度为极度高度危害介质、人工制冷液体储罐。

GB50341与API650相比不同点在于不适用储存毒性程度为极度高度危害介质和不锈钢及有色金属制作的储罐。GB50341在储存介质和储罐材料上加以限制主要考虑我国多年来的储罐使用经验以及其他材质储罐和储存危害介质储罐更严格的要求。

2 ?基本规定

2.1 ?设计温度、最低设计温度

API650规定储罐最高设计温度为93?℃，最低设计温度为建罐地区最低日平均温度加8?℃。GB50341规定最高设计温度为90?℃，最低设计温度为建罐地区最低日平均温度加13?℃。

GB50341与API650相比最高设计温度基本相同，最低设计温度计算方法均等于最低日平均气温加上一个调整值。不同之处在于GB50341最低设计温度计算中调整值取13 ℃与API650 相比有所提高。GB50341中调整值提高到13 ℃主要考虑国内已有多年的使用经验证明是安全的，而且可以避免国内许多地区使用低温钢板引起建罐费用的增加。

2.2 ?设计厚度、名义厚度

API650中设计厚度需满足标准中的拉伸和压缩强度要求或在没有此类规定情况下，在指定的设计条件下有可接受的良好的工程实例，可不考虑结构限制或腐蚀裕量。名义厚度为材料的规定厚度（包括任何腐蚀裕量），且用于检测焊后热处理要求，焊接间距，最小和最大厚度限制等，最终储罐板材厚度为名义厚度加上或减去标准允许的任何公差。GB50341中设计厚度规定为按标准中厚度计算公式得到的厚度与腐蚀裕量之和。名义厚度为最终储罐板材厚度，即设计厚度加上材料厚度负偏差后向上圆整至材料标准规格的厚度。

GB50341设计厚度和名义厚度定义与API650有所不同，基本与我国《压力容器》GB150定义保持一致，主要考虑国内设计者使用习惯，以避免概念混乱。

3 ?罐底设计

3.1??罐底尺寸

（1）罐底板厚度

API650规定罐底板名义厚度减去腐蚀裕量应不小于6?mm，罐底板最小宽度为1?800?mm。GB50341规定罐底板厚度（不包括腐蚀裕量）不应小于表1的规定。

GB50341罐底板的最小厚度规定与API650不同，与油罐直径有关，且在油罐直径≤10?m时略小于API650规定厚度。GB50341罐底板宽度没有提出限制条件与API650不同，可以看出API650罐底板宽度要求更加严格。

（2）环形边缘板厚度

API650环形边缘板厚度要求，当有效产品高度HG≤23 m（G=储液设计比重，H=最高设计液位）时不应小于表2的规定，否则应进行弹性分析。

GB50341环形边缘板厚度（不包括腐蚀裕量）应不小于表3的规定。

GB50341与API650相比环形边缘板最小厚度确定依据不同，GB50341根据底圈罐壁名义厚度和底圈壁板标准屈服强度下限值共同确定而API650由最底层罐壁板厚度和最底层罐壁板厚度的应力来决定。按GB50341确定的环形边缘板最小厚度一般比API650厚，主要考虑适当增加边缘板厚度可以减小边缘板大角焊缝处的峰值应力并有助于增强储罐的抗震能力，且该部位腐蚀较严重，厚度增加能提高油罐的寿命和安全性。

（3）环形边缘板径向尺寸

API650规定环形边缘板径向宽度应确保罐壁内侧至边缘板与罐底板之间的连接焊缝最小径向距离不小于
（td=边缘板厚度）且至少为600?mm，底圈罐壁外表面沿径向至边缘板外缘的距离至少50?mm。GB50341环形边缘板径向宽度要求与API650基本相同，不同之处在于底圈罐壁外表面沿径向至边缘板外缘的距离最大值加以限制要求不應小于50?mm前提下且不宜大于100?mm。

3.2 ?罐底结构

（1）环形边缘板选取

API650依据底圈罐壁板的材料及其许用应力来选择是否使用环形边缘板。GB50341规定当油罐内径小于12.5 m时，可不设置环形罐底板，当油罐内径不小于12.5 m时，宜设置环形罐底板。

GB50341与API650环形边缘板的设置依据完全不同，GB50341以储罐内径为依据确定是否设环形罐底板而API650取决于底圈罐壁板的材质及其许用应力。显然API的环形边缘板选择依据更加科学。

（2）罐底排版及连接结构

API650没有具体给出罐底排版结构。GB50341给出不设环形边缘板罐底和设置环形边缘板罐底两种罐底结构（如图1所示）。

API650中底圈罐壁板与边缘板之间的焊缝，当边缘板名义厚度小于等于13?mm时，焊缝尺寸不应大于13?mm，且不小于两相连接钢板中较薄钢板厚度。当边缘板名义厚度大于13?mm时，焊缝尺寸应是角焊缝的焊脚长度或坡口深度加上罐底板侧的焊脚长度，但不能超过罐壁板厚度。GB50341要求罐壁外侧及内侧竖向焊脚尺寸应为底圈罐壁板与边缘板两者较薄件的厚度，且应小于等于13?mm，罐壁内侧的径向焊脚尺寸宜取1.0～1.35倍环形罐底板厚度。

从以上规定可以看出，API650底圈罐壁板内外侧竖向和径向焊脚长度相同并且规定边缘板厚度大于和小于等于13?mm时焊脚尺寸要求不同。GB50341与API650不同，其底圈罐壁板内外侧的竖向和径向焊脚长度不同且没有按边缘板厚度不同进行区分。可以看出GB50341罐壁内侧的径向焊脚尺寸一般较API650大，主要考虑罐壁与罐底连接处内侧应力较大，适当加大焊脚尺寸可以有效地降低内侧的应力。

4 ?罐壁设计

4.1 ?罐壁厚度计算

API650储罐壁板厚度计算一般采用定点法、变点法和应力分析法。定点法适用于储罐直径小于等于61 m的储罐。变点法适用于较大直径储罐的设计且应符合L/H≤1?000/6（L=（500Dt）0.5，t=名义厚度减去腐蚀裕量，H=最高设计液位）。当L/H>1?000/6时储罐壁板厚度计算应选择应力分析法确定罐壁板厚度。GB50341储罐壁板厚度计算一般采用定点法、变点法，并规定当储罐直径≤60?m时，宜采用定点法，当储罐直径>60?m时，宜采用变点法[3]。

GB50341与API650相比，定点法适用范围基本相同。不同方面在于直径大于60?m时GB50341均采用变点法，而API650通过L与H比值加以限制，当L/H大于1 000/6需采用应力分析方法。显然API650根据直径、底圈罐壁厚度、最高设计液位之间的关系来选择合理的罐壁设计方法更先进。

对于定点法API650罐壁计算公式为（1）（2）：

（1）

（2）

GB50341罐壁计算公式为（3）（4）：

（3）

（4）

（1）API650中td、tt分别为罐壁板设计壁厚和静水压试验壁厚。GB50341中td、tt分别为设计条件和静水压条件下罐壁板的计算厚度。相比之下两标准厚度计算公式定义截然不同，API650两公式计算结果中的较大值为罐壁板设计厚度而GB50341两公式计算结果中的较大值为罐壁板设计厚度减去腐蚀裕量。

（2）API650中D为底圈罐壁板中心线直径。GB50341中D為罐壁板内径。对比可以看出API650罐壁厚度计算为一个试算过程，罐壁强度计算更科学更严谨。

（3）API650中规定焊接接头系数取1，仅在附录A小型储罐罐壁计算中取0.85或0.7。GB50341规定底圈罐壁板焊接接头系数φ取0.85，其余各圈取0.9。GB50341与API650相比焊接接头系数取值区别较大，主要考虑到焊接接头系数与焊缝类型、焊接工艺及焊缝无损检测的严格程度相关，而且最底层罐壁板受力相对复杂。由于GB50341焊接接头系数小于API650，故计算结果一般大于API650。

（4）API650中Sd产品最大许用应力规定为2/3屈服强度或2/5拉伸强度中较小者，St水压试验最大许用应力规定为3/4屈服强度或3/7拉伸强度中较小者。GB50341规定许用应力为设计温度下2/3屈服强度下限值。GB50341与API650相比许用应力的取值不同，可以看出API650根据不同工况选用不同许用应力计算方法更合理。

4.2 ?罐壁结构

API650标准要求罐壁板应中径对齐，且相邻两层壁板纵向焊接接头应相互错开，距离不得小于5倍的较厚板的厚度。GB50341中规定罐壁板内表面对齐，并要求纵焊缝错开距离不得小于300?mm。

GB50341与API650相比，GB50341规定内壁齐平，内壁上的应力没有突变，而外壁厚度差相对较大，外壁应力变化较大，而API650上下两壁板厚度差由内外壁均匀分担，显然罐壁应力分布更均匀，但中徑对齐也有一定的不足，不便于内浮顶的升降和密封。

5 ?罐顶设计

5.1 ?罐顶结构形式

API650定义了四种形式的罐顶设计包括支撑锥形罐顶、自支撑锥形罐顶、自支撑圆拱形罐顶和自支撑伞形罐顶，其中锥形罐顶结构使用较多。GB50341定义了前三种罐顶的设计，其中自支撑拱顶结构使用较多。

与国外按照API650设计的固定顶罐锥顶结构相比，国内按照GB50341设计的固定顶罐中自支撑拱顶应用范围较广，主要考虑此结构在我国应用时间长，有较成熟的使用经验，并且具有结构简单、刚性好、承受较高的剩余压力、耗材量少等优点[4]。

5.2 ?自支撑拱顶

（1）罐顶板厚度

API650规定自支撑拱顶罐顶厚度应不小于
，
，（rr=罐顶曲率半径，T=平衡雪载荷时载荷组合，U=不平衡雪载荷的载荷组合，CA=腐蚀裕量）和5的最大值且不超过13 mm（不包括腐蚀裕量）。GB50341规定自支撑拱顶罐顶计算厚度为
（RS=罐顶曲率半径，T=载荷组合）和5?mm的最大值，且名义厚度不超过12?mm。GB50341与API650自支撑罐顶板厚度计算基本相同，但在载荷组合的确定上有所不同，API650按ASCE确定雪载荷，而我国GB50341载荷组合中基本雪压按GB50009查取。罐顶板最大允许厚度相比，API650略>GB50341。

（2）带肋球壳拱顶

API650规定当罐顶板厚度超过标准允许最大厚度时，推荐采用带肋球壳拱顶，不必按照最小厚度规定，但罐顶板厚度应大于等于4.8?mm。GB50341也规定罐顶板厚度较厚时可使用带肋球壳顶，但球壳曲率半径不宜大于40?m，油罐直径不宜大于40?m，且要符合罐顶板最小厚度要求。

GB50341与API650相比，限制了带肋球壳顶的使用条件且要求满足罐顶板的最小厚度要求的规定，并给出了带肋拱顶的详细计算方法，而API650对带肋拱顶计算部分没有明确的规定。

6 ?抗风稳定性和锚固设计

API650抗风稳定性计算中规定未锚固储罐不发生倾倒应满足设计风压产生的倾覆力矩，设计内压产生的倾倒力矩，罐壁、罐顶支撑件（不包括罐顶板）的总重产生的力矩，罐内储液产生的倾倒力矩，罐顶板加上罐顶支撑件的总重产生的力矩以及水平风压产生的倾覆力矩所组成的三个公式。在锚固设计中，API650规定锚栓间隔不得超过3?m，最小锚栓直径为M24（包括任何指定腐蚀裕量）。GB50341抗风稳定性计算中判断是否需要增加锚栓的公式参照API650以上内容编制，在锚固设计中，GB50341规定油罐直径小于15?m，锚栓间隔不应大于2?m，油罐直径大于等于15?m，锚栓间隔不应大于3?m，最小锚栓直径为M24（腐蚀裕量不应小于3?mm）。

在锚固设计中锚栓间距方面两标准要求不同，GB50341根据储罐直径不同规定不同锚栓间距，而API650没有按储罐规格区分，规定所有规格储罐锚栓间距均不得超过3?m，GB50341对锚栓腐蚀裕量与API650相比要求更加严格不小于3?mm，而API650没有腐蚀裕量最小值限制要求。

7 ?抗震设计

API650规定按规范要求所界定的地面运动加速度大于0.05?g时必须进行抗震设计，抗震设计目标是为了保护生命财产安全，同时防止储罐灾难性的瘫痪。

GB50341中规定抗震烈度为6度（0.05 g?）及以上地区建罐时必须进行抗震设计，抗震设计目标是防止罐壁发生轴向失稳。

GB50341与API650相比抗震设防目标完全不同，API650以地震所致人员伤亡大部分是建筑物倒塌造成来确定设防目标，而GB50341设防目标主要考虑油罐破坏形态主要表现为罐壁下部出现象足（轴向压稳），即罐壁下部进入非弹性状态，显然API650抗震设防目标采用新的设计理念。GB50341与API650抗震设防基础也不同，API650标准中所界定的地面运动要求来自ASCE7，基于最大地震时的地面运动即由50?a内发生概率超过2%（复发间隔约为2?500?a）而引起的运动。而GB50341根据GB50191[5]的相关规定，抗震设防烈度为一个地区抗震设防依据的地震烈度（即在50?a内可能遭遇的超越概率10%）。

API650在储罐抗震设计中考虑了由液体造成的内部压力的影响，并使罐体自身和罐内储液的质量对抵抗罐体翘离发挥的作用，其中标准中锚固率
的提出使储罐的抗震稳定性计算更加明确[6]。GB50341标准中锚固率
与API650确定方法基本相同，只是在公式表达形式上进行修改[5]。在是否需要设置锚栓来平衡地震弯矩作用的判别上API650标准采用表5的锚固率标准规定。锚固判别方面GB50341与API650相同，借鉴表5锚固标准经验。

8 ?结束语

本文对依据API650与GB50341储罐设计中罐底设计、罐壁设计、罐顶设计等方面的异同点进行了讨论，API650与GB50341相比还有很多地方进行了详细的论述，虽然有些方面的论述不完全符合国内设计环境，但都可以作为我国储罐设计借鉴的方法。随着我国科学技术快速发展，制造水平的不断提高，从事大型储罐设计和研究的人员不断积极总结设计、施工等经验，加大技术研讨和交流，我国储罐设计标准和设计水平将会进入国际先进行列。

参考文献：

[1]API-650-2013，Welded Tanks for Oil Storage[S].

[2]GB50341-2014，立式圓筒形钢制焊接油罐设计规范[S].

[3]吴龙平，明斐卿，等.国内外大型储罐设计标准对比[J].油气储运，2010，29（12）：933-936.

[4]徐英，杨一凡，朱平，等.球罐和大型储罐[M].北京：化学工业出版社，2005：174-178.

[5]GB50191-2012，构筑物抗震设计规范[S].2010，29（12）：933-936

[6]刘佳，袁玲，等.中美大型储罐设计标准抗震计算对比[J].油气储运，2013，32（4）：421-425.

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