GB50341和API650的罐壁設計比較

秦靜 葉亮

摘 要：本文主要對國內油罐設計規范GB50341和美國石油協會設計規范API650罐壁的設計進行比較，得出結論普通材料GB50341的罐壁計算較API650保守，低密度低腐蝕材料GB50341的水壓試驗厚度是壁厚的決定值，對于高強鋼，API650對材料的安全控制更嚴，安全預留量更大。

關鍵詞：罐壁;許用應力;“一英尺”法;焊接接頭系數;屈強比

1 前言

大型儲罐是存儲石化產品的重要設備，由于其儲存容量較大和存儲介質大都易燃易爆且罐體耗材較多的特點，選擇正確合理全面的設計方法不僅是安全可靠的保證，也更經濟節約。本文主要就GB50341和API650罐壁板的設計進行比較和分析。

API650對于直徑小于61m、GB50341對于直徑小于60m的罐壁計算均可采用定點法計算，即“一英尺”法?！耙挥⒊摺狈ㄊ且愿叱雒咳Ρ诎逑露?.3m（約為一英尺）處作為一個固定的設計點進行計算。該方法也是也是石油化工行業中儲罐類設計使用最多的計算方法。

以下是兩個標準定點法壁厚計算公式：

AP650罐壁設計壁厚公式：

AP650罐壁水壓試驗壁厚公式：

GB50341罐壁設計壁厚公式：

GB50341罐壁水壓試驗壁厚公式：

式中：

D-儲罐內徑;

H-計算液位高度;

G-儲液相對水密度之比（API650）;

ρ-儲液相對水密度之比（GB50341）;

CA-厚度附加量（包括腐蝕余量和鋼板負偏差）;

Sd-儲存產品時鋼板的許用應力;

St-水壓試驗時鋼板的許用應力;

[σ]d-設計溫度下鋼板的許用應力;

[σ]t-常溫下鋼板的許用應力;

Φ-焊接接頭系數;

σs-屈服強度;

σb-抗拉強度。

從以上公式可看出，兩個公式的分子取值一樣，不同的是分母。API650中Sd許用應力是2/3σs和2/5σb中的小值，GB50341[σ]d許用應力是2/3σs，API650對許用應力的取值較GB50341多了一項考慮，即2/5σb。因現在儲罐越來走向大型化，在選材方面也將趨向于強度更高的材料，爭對一些高強鋼，屈強比較大，如果還是采用2/3σs的許用應力，那么相當于降低了材料使用當中的安全性儲備，API650中Sd許用應力取2/3σs和2/5σb中的小值，也是基于對這種材料安全性的一種修正。針對高強鋼，GB50341對于最低屈服限大于390MPa時，采用了0.6σs的許用應力。如GB50341中列入的調質鋼12MnNiVR，σb為610MPa，σs為490MPa，按GB50341 20℃許用應力取值為294MPa，按API650 20℃許用應力取值為244MPa;GB50341的常用材料Q345R，σb為510MPa，σs為345MPa，按GB50341

20℃許用應力取值為230MPa，按API650 20℃許用應力取值為204;GB50341的常用材料Q235-B，σb為370MPa，

σs為225MPa，按GB50341 20℃許用應力取值為150MPa，按API650 20℃許用應力取值為148MPa。通過以上三種材料比較，API650的許用應力值比GB50341低，對于屈強比越大的材料，API650的許用應力與GB50341相差越大。GB50341引入了焊接頭系系數，GB50341中Φ第一圈壁板取0.85，其余壁板取0.9。API650的罐壁計算公式沒有焊接接頭系數（除附錄A），也可以理解為焊接接頭系數為1。API650的許用應力值低于GB50341，GB50341引用了焊縫系數，兩個標準雖然焊縫系數和材料許用值不一樣，但通過公式的組合計算可以判斷，對于低強度、低屈強比材料如Q235-B API650較GB50341設計更先進，設計壁厚更薄，對于中等強度鋼如Q345R API650和設計壁厚相差不大，對于高強鋼、高屈強比材料如12MnNiVR API650更偏保守一些，設計壁厚更厚。越是高強鋼，API650對材料的安全控制更嚴，安全預留量更大。API650相較GB50341考慮更為合理和全面。

API650設計和水壓試驗時對材料許用應力Sd和St的取值是不同的，St是取3/4σs和3/7σb中的小值。GB50341

[σ]d和[σ]t均為2/3σs，只是對操作溫度和常溫上的區別，但大型儲罐的設計溫度一般均在90度以下，對于這一溫度下GB50341的操作和水壓試驗的材料許用應力相差不大，這就基本等同于在水壓試驗和常期操作工況對罐體的安全性要求一致，沒有明顯的區分短期載荷和長期載荷的安全系數，這一點和我們很多較成熟標準（如GB150，JB4710）的設計理念是不一致的。如對于一些密度較小、腐蝕裕度也較?。ㄈ鐑确栏┑囊恍┙橘|，水壓試驗將是決定取材厚度的工況。在這種工況下，GB50341較API650保守，API650的設計更為合理。

下面對以下設計參數的儲罐分別用GB50341和API650進行計算比較：

設計壓力：5.5kPa設計溫度：40℃;罐壁內徑：20m;

罐壁高度：20m;設計液位高度：20m;液體密度：800kg/m3;焊縫系數：0.9，0.85（GB50341），1（API650）;腐蝕

裕量：C1mm。

GB50341各段壁厚計算結果如表格。

由上面的計算結果比較得出，在上述設定參數的工況下，GB50341的水壓試驗厚度和設計計算厚度均大于API650，且GB50341的水試驗厚度大于設計計算厚度（因介質密度較水?。?，是名義厚度取值的決定值。GB50341按名義厚度算出的總重為100678，API650按名義厚度算出的總重為91788，GB50341多出API650重量9.7%。

2 結束語

綜合上面的分析可以得出結論，對于普通材料GB50341的罐壁計算較API650保守，對于低密度低腐蝕材料GB50341

的水壓試驗計算較API650更偏保守，水壓試驗工況是罐壁厚度的決定值，所以對于普通材料和低密度低腐蝕材料GB50341的最終名義厚度均高于API650。但對于高強鋼，API650對材料的安全控制更嚴，安全預留量更大，計算壁厚高于GB50341。在儲罐罐壁設計方面API650相較GB50341考慮更為合理和全面。但隨著GB50341的升版，GB50341在計算理論和計算的全面性方面均與AI650保持同步，在地震、負壓、載荷方面的取值和計算與API650也基本保持一致，在罐頂形式和罐底邊緣板方面的運用范圍更廣，GB50341是我國編制的標準，與國內標準體系相吻合，在實際運用和計算中更為方便簡潔。

參考文獻：

[1] GB50341-2014.立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范[S].中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2015.

[2] API650-2013.TWELFTH EDITION.Welded Steel Tanks for Oil Storage[S].API.2013.

作者簡介：

秦靜（1976- ），女，籍貫：四川，學歷：大學本科，職稱：高級工程師，研究方向：化工裝備。