秦静 叶亮
摘 要：本文主要对国内油罐设计规范GB50341和美国石油协会设计规范API650罐壁的设计进行比较，得出结论普通材料GB50341的罐壁计算较API650保守，低密度低腐蚀材料GB50341的水压试验厚度是壁厚的决定值，对于高强钢，API650对材料的安全控制更严，安全预留量更大。
关键词：罐壁;许用应力;“一英尺”法;焊接接头系数;屈强比
1 前言
大型储罐是存储石化产品的重要设备，由于其储存容量较大和存储介质大都易燃易爆且罐体耗材较多的特点，选择正确合理全面的设计方法不仅是安全可靠的保证，也更经济节约。本文主要就GB50341和API650罐壁板的设计进行比较和分析。
API650对于直径小于61m、GB50341对于直径小于60m的罐壁计算均可采用定点法计算，即“一英尺”法。“一英尺”法是以高出每圈壁板下端0.3m（约为一英尺）处作为一个固定的设计点进行计算。该方法也是也是石油化工行业中储罐类设计使用最多的计算方法。
以下是两个标准定点法壁厚计算公式：
AP650罐壁设计壁厚公式：
AP650罐壁水压试验壁厚公式：
GB50341罐壁设计壁厚公式：
GB50341罐壁水压试验壁厚公式：
式中：
D-储罐内径;
H-计算液位高度;
G-储液相对水密度之比（API650）;
ρ-储液相对水密度之比（GB50341）;
CA-厚度附加量（包括腐蚀余量和钢板负偏差）;
Sd-储存产品时钢板的许用应力;
St-水压试验时钢板的许用应力;
[σ]d-设计温度下钢板的许用应力;
[σ]t-常温下钢板的许用应力;
Φ-焊接接头系数;
σs-屈服强度;
σb-抗拉强度。
从以上公式可看出，两个公式的分子取值一样，不同的是分母。API650中Sd许用应力是2/3σs和2/5σb中的小值，GB50341[σ]d许用应力是2/3σs，API650对许用应力的取值较GB50341多了一项考虑，即2/5σb。因现在储罐越来走向大型化，在选材方面也将趋向于强度更高的材料，争对一些高强钢，屈强比较大，如果还是采用2/3σs的许用应力，那么相当于降低了材料使用当中的安全性储备，API650中Sd許用应力取2/3σs和2/5σb中的小值，也是基于对这种材料安全性的一种修正。针对高强钢，GB50341对于最低屈服限大于390MPa时，采用了0.6σs的许用应力。如GB50341中列入的调质钢12MnNiVR，σb为610MPa，σs为490MPa，按GB50341 20℃许用应力取值为294MPa，按API650 20℃许用应力取值为244MPa;GB50341的常用材料Q345R，σb为510MPa，σs为345MPa，按GB50341
20℃许用应力取值为230MPa，按API650 20℃许用应力取值为204;GB50341的常用材料Q235-B，σb为370MPa，
σs为225MPa，按GB50341 20℃许用应力取值为150MPa，按API650 20℃许用应力取值为148MPa。通过以上三种材料比较，API650的许用应力值比GB50341低，对于屈强比越大的材料，API650的许用应力与GB50341相差越大。GB50341引入了焊接头系系数，GB50341中Φ第一圈壁板取0.85，其余壁板取0.9。API650的罐壁计算公式没有焊接接头系数（除附录A），也可以理解为焊接接头系数为1。API650的许用应力值低于GB50341，GB50341引用了焊缝系数，两个标准虽然焊缝系数和材料许用值不一样，但通过公式的组合计算可以判断，对于低强度、低屈强比材料如Q235-B API650较GB50341设计更先进，设计壁厚更薄，对于中等强度钢如Q345R API650和设计壁厚相差不大，对于高强钢、高屈强比材料如12MnNiVR API650更偏保守一些，设计壁厚更厚。越是高强钢，API650对材料的安全控制更严，安全预留量更大。API650相较GB50341考虑更为合理和全面。
API650设计和水压试验时对材料许用应力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均为2/3σs，只是对操作温度和常温上的区别，但大型储罐的设计温度一般均在90度以下，对于这一温度下GB50341的操作和水压试验的材料许用应力相差不大，这就基本等同于在水压试验和常期操作工况对罐体的安全性要求一致，没有明显的区分短期载荷和长期载荷的安全系数，这一点和我们很多较成熟标准（如GB150，JB4710）的设计理念是不一致的。如对于一些密度较小、腐蚀裕度也较小（如内防腐）的一些介质，水压试验将是决定取材厚度的工况。在这种工况下，GB50341较API650保守，API650的设计更为合理。
下面对以下设计参数的储罐分别用GB50341和API650进行计算比较：
设计压力：5.5kPa设计温度：40℃;罐壁内径：20m;
罐壁高度：20m;设计液位高度：20m;液体密度：800kg/m3;焊缝系数：0.9，0.85（GB50341），1（API650）;腐蚀
裕量：C1mm。
GB50341各段壁厚计算结果如表格。
由上面的计算结果比较得出，在上述设定参数的工况下，GB50341的水压试验厚度和设计计算厚度均大于API650，且GB50341的水试验厚度大于设计计算厚度（因介质密度较水小），是名义厚度取值的决定值。GB50341按名义厚度算出的总重为100678，API650按名义厚度算出的总重为91788，GB50341多出API650重量9.7%。
2 结束语
综合上面的分析可以得出结论，对于普通材料GB50341的罐壁计算较API650保守，对于低密度低腐蚀材料GB50341
的水压试验计算较API650更偏保守，水压试验工况是罐壁厚度的决定值，所以对于普通材料和低密度低腐蚀材料GB50341的最终名义厚度均高于API650。但对于高强钢，API650对材料的安全控制更严，安全预留量更大，计算壁厚高于GB50341。在储罐罐壁设计方面API650相较GB50341考虑更为合理和全面。但随着GB50341的升版，GB50341在计算理论和计算的全面性方面均与AI650保持同步，在地震、负压、载荷方面的取值和计算与API650也基本保持一致，在罐顶形式和罐底边缘板方面的运用范围更广，GB50341是我国编制的标准，与国内标准体系相吻合，在实际运用和计算中更为方便简洁。
参考文献：
[1] GB50341-2014.立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范[S].中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2015.
[2] API650-2013.TWELFTH EDITION.Welded Steel Tanks for Oil Storage[S].API.2013.
作者简介：
秦静（1976- ），女，籍贯：四川，学历：大学本科，职称：高级工程师，研究方向：化工装备。