大型立式油罐罐底设计探讨

摘要：大型储罐已经成为石油化工装置和储运系统的重要组成部分，而储罐的安全在很大程度上又取决于储罐的设计。由于储罐的罐底承受着来自各方巨大的压力，因此，罐底的设计是大罐设计的重要部分。本文主要从罐底结构方面来介绍大型立式油罐罐底的设计，对大罐设计、施工和维修都有着重要的意义。

关键词：立式油罐 罐底设计 排版 坡度

储罐是一种用于储存液体、固体或气体的密封容器。在工业中通常使用的是钢制储罐，钢制储罐是石油、化工、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业必不可少的、重要的基础设施，钢制储罐在国民经济发展中起着非常重要的作用。根据储罐放置位置、存储介质、形状进行划分，其主要结构形式有：正圆锥形罐底；倒圆锥形罐底；倒偏锥形罐底；单面倾斜形罐底；阶梯式漏斗形罐底。而大型立式油罐罐底多采用锥形罐底的形式。

1、罐底的结构形式和特点

大型立式油罐罐底通常采用倒圆锥形罐底。这种罐底及其基础成倒圆锥形。中间低四周高，罐底坡度一般取2%—5%。随排除污泥杂质，水分的要求高低而定。在罐底中央焊有集液槽，沉降的污泥和存液集中与此，由弯管自上或由下引出排放。 这种罐底形式的特点如下：

1）液体放净口处于罐底中央。不管日后罐底如何变形，放净口总是处于罐底的最低点，这对排净沉降的杂质，水分，提高储存液体的质量十分有利。

2）因易于清洗，对于燃料油罐可以不再设置清扫孔。

3）倒圆锥形罐底可以增加储罐容量，储罐直径越大，罐底坡度越陡，可增加的容量越多。

4）因较少形成凹凸变形和较少沉积，可以改善罐底腐蚀状况。

5）罐底受力比较复杂，储罐基础设计，施工要求比正圆锥形罐底更加严格。

2、大型立式油罐罐底的设计要求

大型立式油罐罐底是油罐重要的组成部分，其罐底除了承受油罐自身的重力外，还要受到储液的静力和基础沉降所产生的附加力等，罐底板边缘部分受力状况非常复杂，为保证油罐的功能性和安全性，罐底的设计上不容忽视。经实测，罐底的径向应力σx和环应力σy略向中心移动便迅速衰减。高应力和应力急剧变化的区域均在边缘板上，如图1，据此，可将底板设计为中幅版薄、边缘板厚的结构如图2，其中，中幅版受力较小，可按表1取经验值，边缘板的最小厚度按表2选取。

3、罐底的排板方式

我国现行的三个标准均明确规定，储罐内径在12.5m以下的罐底板可以采用不设环形边缘板的形式（如图2所示），当储罐内径大于或等于12.5m时，罐底板应设边缘板（如图2所示）。

罐底板本身所受的应力较小，但罐底边缘由于受到罐壁、储液、基础环梁等的作用，因而对罐底边缘板的要求比较高。对储罐内径在12.5m以上的储罐，其底板的边缘板厚度与其相联接的罐壁壁板的厚度有关，各自对应的数值在我国现行的三个标准中均有规定。

4、罐底的焊接

边缘板之间，边缘板与中幅板之间，以及中幅板之间的焊接可采用搭接焊结构，也可采用对接焊结构，如图3，选择对接焊工艺。焊缝下面应紧贴垫板并定位，垫板厚度应不小于3mm，宽度不小于50mm，以改善焊接质量，加强焊缝，减少腐蚀。当边缘板厚度不大于6mm焊接可不开坡口，但焊缝间隙应大于6mm。当边缘板厚度大于6mm应开V型坡口。

罐底排板选择带垫板的单面焊对接结构。与采用传统的搭接焊相比，对接焊强度高，能保持罐底平整，节省罐底材料。但要求严格，施工不如搭接罐底排板选择带垫板的单面焊对接结构。

罐底与罐壁底圈的内外交焊缝均采用连续焊，焊接高度等于罐底的边缘板厚度。当边缘板厚度大于等于10mm时，为改善受力情况避免应力集中，采用如图所示的角焊方法。

5、罐底坡度

大型立式油罐罐底坡度的形式根据所储存介质的不同及储罐直径的大小，主要有下述几种：正锥型、倒锥型、单向倾斜型（如图4所示）。由于基础的沉降，使得罐底板会产生变形。目前用得最多的罐底板型式是正锥型.其中心高，四周低，弥补了基础沉降引起的底板中部凹陷的问题。对于罐底坡度 ，一般的地基不大于15‰。软弱地基不大于35‰。

总之，大型立式储罐是目前发展的必然趋势，了解其常用的设计方法是十分必要的，本文对罐底形式进行了探讨，实际在设计罐底应结合基础地形，在安全可靠的前提下，还要降低成本，综合考虑安全、合理、经济等因素，选择合适的罐底形式。

参考文献：

[1]化工设计全书-球罐和大型储罐

[2]GB50341-2003 立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范

[3]SH3046-1992 石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范