【原】储罐最经济设计

储罐最经济设计探讨

一、基本概念

计算厚度：按公式计算所得到的厚度。

公称厚度：即名义厚度。

有效厚度：公称厚度减去厚度附加量。

厚度附加量：

――钢材厚度负偏差，当钢板的负偏差不大于0.25㎜时，可忽略不计。

――腐蚀裕量。

罐经济尺寸

罐壁情况	罐形式	按材料最省的经济尺寸	按费用最省的经济尺寸
等壁厚	小型敞口
	小型封闭
不等壁厚	大型封闭

二、等壁厚储罐最经济内径

罐顶质量（按平顶计算）：

罐底质量：

罐壁质量：

则罐体总质量：

　　

代入上式：

对求导：

得：

当时，有极小值，即罐总质量最小。

，则

将上述计算应用到消防水罐，则罐直径为23.28米。

再计算罐高度：

三、不等厚储罐最经济内径计算式推导

设罐顶板厚度为，罐底板厚度为，罐壁最上一层顶板厚度为，罐壁最下一层壁板的厚度为，则罐壁板为上宽为高为、下宽为、高为H所组成的直角梯形。则罐壁质量为：

罐壁质量：

罐顶质量（为计算方便，按平顶计算）：

罐底质量（为简化计算，设为平板底计算）：

则罐体总质量：

　（式1）　

　　　或　（式2）

将式2代入式1，得：

　（式3）

对式3求导：

因　，故当时，有极小值，即罐总质量最小，此时：

四、工程实例――消防水罐设计

某工程设计有消防水罐，经审核发现，原设计的高度与直径比不合理，通过用上述的最经济设计方法，重新进行了设计，其设计计算过程如下：

1、原设计参数

直筒段高度：

最高液位高：

液流管底高：

罐内径：

2、全容积：

3、有效容积：

4、顶部空间：

5、原设计主要材料重量

（1）1～4带板：

（2）5～6带板：

（3）7～8带板：

（4）9～10带板：

（5）11～12带板：

（6）13带板：

（7）14带板：

（8）罐顶板：

（9）罐底板：

重量合计：222257㎏。

6、按最经济设计计算

要保证消防水罐的有效容积与原设计相等，即，壁板最上层板厚按原设计，壁板最下层板厚，顶板，底板，则直径为：

（1）罐有效容积高度为：

顶部空间高度为：

罐全高为：

按板宽1.8m圆整，取罐全高：

则调整后的罐直径为：

圆整直径为

溢流管底部高度为：

（2）有效容积核算： 

（3）顶部空间容积核算：

有效容积和顶部空间容积基本与原设计相等。

（4）重量计算

1）1～4带板：

2）5带板：

3）6带板：

4）7带板：

5）8带板：

6）9带板：

7）10带板：

8）罐顶板：

9）罐底板：

重量合计：204186㎏

按新的设计尺寸，在满足规范要求的前提下，一台消防罐可减少主材：222257－204186＝10871㎏。

五、另一方案

如果受场地影响，罐的半径不能设计太大，可将高度按13带板设计，则罐壁全高为：13×1.8＝23.4m，则，罐内径为：

溢流管底部高度为：

有效容积核算：

顶部空间容积核算：

有效容积和顶部空间容积基本与原设计相等。

计算重量：

（1）1～4带板：

（2）5～6带板：

（3）7～8带板：

（4）9～10带板：

（5）11带板：

（6）12带板：

（7）13带板：

（8）罐顶板：

（9）罐底板：

重量合计：214432㎏

一台消防罐可减少主材：。

六、倾覆稳定性验算

1、风荷载计算

根据《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》GB50341－2003公式（6.4.7）风荷载标准值计算式为：

式中：――风振系数，对油罐＝1；

――风荷载体型系数，取＝1.5；

――风压高度变化系数，地面粗糙度按A类，根据规范表6.4.9－1，用插值法求得：，得；

――基本风压，查福清50年一遇的基本风压为。

2、罐壁筒体许用临界压力计算

根据公式（6.5.2－1）罐壁筒体许用临界压力为：

3、罐壁筒体设计外压计算

对于固定顶，且没有呼吸阀罐，其计算式为：

4、抗风圈设置

按设计规范，只需要设2个中间抗风圈。

5、倾覆稳定性验算

根据《钢制焊接石油储罐》API650－2013对储罐不发生倾倒时，应满足：

具体计算如下：

式中：――罐壁高度，＝25.2m；

――罐内直径，＝23.4 m；

――圆筒形平面投影上的风载，Pa；

――罐体总质量，＝262125㎏；

――保温质量，㎏；

――罐底质量，＝31576㎏；

――罐项及与之连接的附件质量，罐顶质量为33413㎏，附件质量为116㎏，＝33529㎏；

――边缘板厚度，＝14㎜；

――设计液位，＝24.2m；

――边缘底板钢板标准规定的屈服强度下限值，Q345B＝345MPa。

GB50341－2003，当储罐罐壁高度与直径比不大于1.6，且容积不小于100立方时，可不计算其倾覆稳定性验算。而API标准计算储罐倾覆稳定性，可以确切知道储罐的抗倾覆能力，以及储罐是否需要增加锚固。

――储液质量对罐壁罐底接合点的反倾倒力矩，其计算式为：