大高径比储罐的倾覆稳定性计算

大高径比储罐的倾覆稳定性计算
冯永利
【摘要】在储罐设计过程中,当罐区平面布置受限时,一般都采用大高径比储罐.对于高径比大于1.6、容积小于100 m3的小型储罐,应通过计算确定储罐是否有倾倒的可能性.以某工程中的16座60m3大高径比的拱顶罐为例,采用标准API 650-2013《钢制焊接石油储罐》对储罐的倾覆稳定性进行计算.通过计算,确定了储罐的倾覆稳定性满足API标准要求,不需增加锚固.API标准中的方法虽复杂,但考虑得更全面、具体,用其进行储罐的倾覆稳定性计算,结果更真实、可靠.
【期刊名称】《炼油技术与工程》
【年(卷),期】2014(044)011
【总页数】3页(P54-56)
【关键词】大高径比;储罐设计;倾覆稳定性;风载荷;锚固
【作者】冯永利
【作者单位】中国石油天然气股份有限公司克拉玛依石化分公司,新疆克拉玛依834003
【正文语种】中文
某工程要设计16座60 m3拱顶罐(D-1023～1025，D-2046～ 2058)，罐壁高度与直径比为1.7。

对于直径大于高度的罐体，考虑到风载荷远小于地震载荷，国内一般只考虑地震载荷，不考虑大型储罐倾覆的稳定性[1-2]，但对于小型储罐，尤
其是大高径比储罐，其抗倾覆能力有必要通过计算来进行确定。

GB 50341—2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》[3]适用于罐壁高度与直径比不大于
1.6、且容积不小于100 m3储罐的风载荷及抗震计算；而API 650—2013《钢制焊接石油储罐》[4](API标准)，对储罐倾覆稳定性计算更为严格。

因此，选择API 标准对16座60 m3拱顶罐进行倾覆稳定性计算。

1 倾覆稳定性计算公式
API标准中储罐倾覆稳定性计算公式有3个，分别为式(1)，(2)和(3)。

如果计算结果同时满足3个公式的要求，则储罐是稳定的，不会倾倒，不需增加锚固；否则，储罐会倾倒，要进行锚固设计。

1.1 储罐不发生倾倒的条件
在对储罐进行倾覆稳定性计算时，储罐的受力点为罐壁罐底结合点，受力为：罐壁风载荷、风压上举载荷、内压上举载荷、静载荷和储液质量(见图1)。

图1 未锚固罐倾倒校核示意Fig.1 Schematic of unanchored tanks’ overturning checking
储罐不发生倾倒时，应满足：
0.6Mw+Mpi<MDL/1.5+MDLR
(1)
Mw+Mpi<(MDL+MF)/2+MDLR
(2)
Mws+Mpi<MDL/1.5+MDLR
(3)
1.2 储液质量对受力点的反倾倒力矩
储液质量对罐壁罐底接合点的反倾倒力矩MF应按下式计算：
(5)
2 储罐倾覆稳定性计算过程
2.1 基本参数
16座60 m3拱顶罐的基本参数：罐内直径D为3.8 m；罐体总质量M为7 030 kg；罐壁高度H′为6.4 m；设计液位H为5.6 m；保温质量M1为1 950 kg；圆筒形平面投影上的风载p为900 Pa；罐底质量M2为611 kg；设计内压P为2 000 Pa；罐壁质量M3为3 073 kg；罐顶及与之连接的附件质量M4为1 509 kg；边缘板有效厚度tb为4.7 mm。

2.2 倾覆稳定性计算过程
(6)
(7)
=155 831 N·m
(8)
(9)
(10)
140.8HD=2 996 N/m
(11)
(12)
Mws=Mw=70 042 N·m
(13)
由计算可知，60 m3拱顶罐的倾覆稳定性满足式(1)，(2)和(3)的要求，拱顶罐是
稳定的，不会倾倒，不需增加锚固。

3 结论
(1)通过计算可知，这16座60 m3拱顶罐是稳定的，不会倾倒，不需增加锚固。

(2)在罐区平面布置受限的情况下，一般都采用大高径比储罐。

对于大高径比储罐，尤其是小型储罐，风载荷的作用不可忽视。

应该通过计算确定储罐是否稳定。

(3)当储罐罐壁高度与直径比不大于1.6、且容积不小于100 m3时，可不计算其倾覆稳定性，按照GB 50341—2003进行储罐设计。

(4)用API标准计算储罐倾覆稳定性，可以确切地知道储罐的抗倾覆能力，以及储
罐是否需要增加锚固。

计算过程真实、合理。

符号说明
Mw——水平和垂直风压对罐壁罐底接合点的倾倒力矩，N·m；
Mpi——设计内压对罐壁罐底接合点的倾倒力矩，N·m；
MDL——罐壁自重和罐顶(包括支撑件)质量对罐壁罐底接合点的反倾倒力矩，N·m；
MDLR——罐顶及附件质量对罐壁罐底接合点的反倾倒力矩，N·m；
MF——储液质量对罐壁罐底接合点的反倾倒力矩，N·m；
Mws——水平风压对罐壁罐底接合点的倾倒力矩，N·m；
wL——单位长度储液质量，不应超过140.8HD，N·m；
tb——与底圈壁板连接的边缘底板有效厚度，mm；
Rel——边缘底板钢板标准规定的屈服强度下限值，MPa；
H——设计液位，m；
D——储罐内直径，m；
H′——罐壁高度，m；
M——罐体总质量，kg；
M1——保温质量，kg；
M2——罐底质量，kg；
M3——罐壁质量，kg；
M4——罐顶及与之连接的附件质量，kg；
p——圆筒形平面投影上的风载，Pa；
P——设计内压，Pa。

参考文献
【相关文献】
[1] 吴刚.原油储罐抗震及抗风稳定性分析[J].石油机械，2004，32(10)：31-33.
[2] 朱保国，李晓明，宋启祥，等.液化天然气储罐安全技术分析[J].石油化工设备，2010，39(1)：86-89.
[3] 中国石油天然气集团公司.GB 50341—2003立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.
[4] 美国石油协会.API 650—2013钢制焊接石油储罐[S].华盛顿，2003.。