浮顶储罐设计计算书

PAGE1浮顶储罐设计计算书50000m³外浮顶储罐（双盘式浮顶）设计阶段施工图设计设计类型新建储罐设备位号TK-501储罐容积50000m³储存介质原油编制________________审核________________审定________________批准________________文件编号SJ-CG-2026-001版本号A/0编制日期2026年9月25日

目录TOC\o"1-1"\h\z\u1设计依据与设计参数 32罐壁强度计算 53浮顶设计计算 104安全核验与结果分析 145结论 16免责声明 171设计依据与设计参数1.1设计依据本浮顶储罐设计计算书依据下列国家现行标准规范编制：[1]GB50341—2014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，2015.[2]GB50128—2014立式圆筒形钢制焊接储罐施工规范[S].北京：中国计划出版社，2014.[3]GB50737—2011石油储备库设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.[4]GB/T700—2006碳素结构钢[S].北京：中国标准出版社，2006.[5]GB713—2014锅炉和压力容器用钢板[S].北京：中国标准出版社，2015.[6]GB/T985.1—2008气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口[S].北京：中国标准出版社，2008.[7]SH/T3007—2014石油化工储运系统罐区设计规范[S].北京：中国石化出版社，2014.1.2设计条件与主要参数本储罐为常压立式圆筒钢制焊接外浮顶储罐，主要设计参数见表1.2-1。表1.2-1储罐主要设计参数表参数名称符号数值单位储罐公称容积V50000m³储罐内径D60.0m罐壁总高度Hw18.95m设计液位高度H17.5m储存介质—原油—储液相对密度ρ0.86—设计温度t50℃腐蚀裕量C21.5mm钢板厚度负偏差C10.3mm地震设防烈度—7度基本风压w00.45kN/m²浮顶型式—双盘式—1.3主要材料选择根据储罐各圈壁板受力条件和经济性，罐壁材料自下而上分别采用Q345R压力容器钢板和Q235B碳素结构钢钢板。浮顶顶板、底板及隔舱板采用Q235B钢板。材料许用应力按GB50341—2014表4.2.3取值，见表1.3-1。表1.3-1罐体材料及许用应力表材料牌号使用部位钢板厚度

范围(mm)常温许用应力

[σ]t(MPa)设计温度许用应力

[σ]d(MPa)Q345R第1～5圈壁板16～42163163Q235B第6～7圈壁板、浮顶5～14113113焊接接头系数φ按GB50341—2014第6.3.2条规定：底圈罐壁板取φ=0.85，其余各圈壁板取φ=0.9。

2罐壁强度计算2.1计算方法与基本公式本储罐内径D=60m，按GB50341—2014第6.3.1条规定，当油罐直径D≤60m时，罐壁厚度计算采用定设计点法（定点法）。定点法的计算截面取距所计算圈板底端0.3m处，分别按设计工况和试水工况计算罐壁所需厚度，取两者较大值并计入腐蚀裕量后确定名义厚度。设计工况下罐壁计算厚度按下式计算：t（2.1-1）试水工况下罐壁计算厚度按下式计算：t（2.1-2）式中：tdi——第i圈壁板在设计工况下的计算厚度（mm）；tti——第i圈壁板在试水工况下的计算厚度（mm）；D——油罐内径，取60.0m；Hi——从第i圈壁板底端到设计液位的高度（m）；ρ——储液相对密度，取0.86；[σ]d——设计温度下钢板的许用应力（MPa）；[σ]t——试水温度（20℃）下钢板的许用应力（MPa）；φ——焊接接头系数，底圈取0.85，其余各圈取0.9；C2——腐蚀裕量，取1.5mm。2.2罐壁排板方案罐壁共分7圈板，每圈板高度约2.7m，总高18.95m。各圈板底端标高、材料及计算液位高度见表2.2-1。表2.2-1罐壁排板方案及计算液位高度圈板序号底端标高

(m)圈板高度

(m)材料牌号计算液位Hi

(m)焊缝系数φ第1圈（底圈）0.002.70Q345R17.500.85第2圈2.702.70Q345R14.800.90第3圈5.402.70Q345R12.100.90第4圈8.102.70Q345R9.400.90第5圈10.802.70Q345R6.700.90第6圈13.502.70Q235B4.000.90第7圈（顶圈）16.202.75Q235B1.300.902.3各圈壁板厚度计算2.3.1第1圈（底圈）壁板第1圈壁板采用Q345R钢板，[σ]d=[σ]t=163MPa，φ=0.85，H1=17.50m。设计工况：t试水工况：t试水工况控制设计，取计算厚度40.38mm。计入钢板负偏差C1=0.3mm后，名义厚度取42mm（GB/T709钢板规格）。2.3.2第2圈壁板第2圈壁板采用Q345R钢板，[σ]d=[σ]t=163MPa，φ=0.90，H2=14.80m。设计工况：t试水工况：t试水工况控制，名义厚度取32mm。2.3.3第3圈壁板第3圈壁板采用Q345R钢板，[σ]d=[σ]t=163MPa，φ=0.90，H3=12.10m。tt试水工况控制，名义厚度取26mm。2.3.4第4圈壁板第4圈壁板采用Q345R钢板（厚度≤25mm时[σ]=170MPa），φ=0.90，H4=9.40m。tt试水工况控制，名义厚度取20mm。2.3.5第5圈壁板第5圈壁板采用Q345R钢板（厚度≤16mm时[σ]=170MPa），φ=0.90，H5=6.70m。tt试水工况控制，名义厚度取16mm。2.3.6第6圈壁板第6圈壁板采用Q235B钢板，[σ]d=[σ]t=113MPa，φ=0.90，H6=4.00m。tt试水工况控制，名义厚度取14mm（满足GB50341—2014表6.3.4最小厚度要求）。2.3.7第7圈（顶圈）壁板第7圈壁板采用Q235B钢板，[σ]d=[σ]t=113MPa，φ=0.90，H7=1.30m。tt计算厚度很小，由结构最小厚度控制。按GB50341—2014表6.3.4，D=60m时顶圈壁板最小名义厚度取12mm。2.4罐壁计算结果汇总各圈壁板计算结果及名义厚度取值汇总于表2.4-1。表2.4-1罐壁各圈板厚度计算结果汇总表圈板

序号材料

牌号[σ]

(MPa)φ设计工况

td(mm)试水工况

tt(mm)控制

工况名义厚度 n(mm)第1圈Q345R1630.8534.9540.38试水42第2圈Q345R1630.9026.4930.56试水32第3圈Q345R1630.9021.8525.15试水26第4圈Q345R1700.9016.5318.99试水20第5圈Q345R1700.9012.0913.80试水16第6圈Q235B1130.9010.7012.20试水14第7圈Q235B1130.903.994.39最小厚度12由表2.4-1可见，各圈壁板均由试水工况控制设计，这与大型浮顶储罐的典型受力特征一致——充水试验时水的密度（1000kg/m³）大于原油密度（860kg/m³），试水工况下环向应力更大。底圈壁板因焊缝系数较低（0.85）且液头最高，所需厚度最大（42mm），自下而上厚度逐步递减，材料强度利用合理。2.5最小厚度校核按GB50341—2014表6.3.4，当油罐内径D>60m时，罐壁最小名义厚度应满足相应规定。本罐D=60m，各圈壁板名义厚度均不小于标准规定的最小厚度（顶圈不小于12mm，向上随直径增大而递增），满足规范要求。

3浮顶设计计算3.1浮顶结构型式选择本储罐储存原油，蒸发损耗较大，采用双盘式外浮顶。双盘式浮顶由上下两层环形钢板及其间的径向、环向隔板组成密闭隔舱，具有以下优点：隔热效果好、减少油品蒸发损耗；浮力储备大、抗沉没能力强；顶板和底板均可独立排水和承载。浮顶与罐壁之间设置一次密封（机械密封）和二次密封（弹性刮板密封）。3.2浮顶主要结构尺寸双盘式浮顶主要结构尺寸见表3.2-1。表3.2-1双盘式浮顶主要结构尺寸项目符号数值单位浮顶直径Df59.6m浮顶与罐壁间隙（单侧）b200mm双盘间距（舱高）h1.0m顶板厚度tt5mm底板厚度tb5mm边缘板厚度te8mm隔舱数量（径向）n24个浮顶顶板排水坡度i15/1000—3.3浮顶浮力验算按GB50341—2014第8.1.6条，浮顶浮力计算时，当储存液体密度≥700kg/m³，按700kg/m³计算。浮顶应满足以下三种工况的浮力要求：3.3.1浮顶自重估算双盘式浮顶各部分重量估算如下：项目计算式重量(t)顶板（5mmQ235B）π×29.8²×7850×0.005109.4底板（5mmQ235B）π×29.8²×7850×0.005109.4隔舱壁板（径向+环向）约30t30.0边缘板及加强构件约25t25.0支柱及附件约20t20.0密封装置约6t6.0合计Wf—299.8表3.3-1浮顶自重估算表浮顶总自重Wf≈300t。3.3.2正常浮力工况双盘隔舱总体积Vf=π×(29.8)²×1.0=2788m³。按设计密度ρf=700kg/m³计算浮顶总浮力：F浮力储备系数：n=F浮力储备系数远大于规范要求的2.0倍，浮顶在正常工况下具有充足的浮力裕度。3.3.324h降雨250mm工况（排水管失效）按GB50341—2014第8.1.8条第1款，排水管失效时浮顶应能承受24h内250mm降雨而不沉没。雨水荷载：W此时浮顶总下沉重量=Wf+Wrain=300+697=997t。浮顶浸入深度增量：Δh=(W浮顶浸入深度仅增加36mm，远小于双舱高度1000mm，浮顶不会沉没。顶板上雨水可沿15/1000坡度流向中央排水管。3.3.4任意两个隔舱同时泄漏工况按GB50341—2014第8.1.8条第2款，无雨荷载和活荷载时，任意两个相邻隔舱同时泄漏，浮顶应不沉没。单个隔舱排水体积：V两个隔舱泄漏损失浮力：ΔF=2×ρ剩余浮力=1953−163=1790t>300t（浮顶自重），浮力储备系数=1790/300=5.97>1.0。浮顶在两个隔舱泄漏时仍能安全漂浮，满足规范抗沉要求。3.4浮顶顶板与底板厚度按GB50341—2014第8.2.1条，浮顶隔舱顶板、底板和单盘板的名义厚度不应小于5mm。本设计取顶板和底板均为5mm厚Q235B钢板。隔舱顶板排水坡度不小于15/1000，最外圈隔舱顶板排水坡度指向浮顶中心。浮顶上0.1m²范围内应能承受不小于2.0kN的集中活荷载（人员及检修荷载）。5mm厚钢板在允许挠度范围内可满足该要求，支柱间距按4.5m×4.5m网格布置。3.5浮顶支柱设计浮顶支柱采用Φ219×6mm无缝钢管，Q235B材质，按4.5m×4.5m正方形网格布置，共约130根。支柱最低支撑高度为1.8m，以保证浮顶底部与罐底之间有足够的检修空间。单根支柱承受浮顶自重荷载：P=W支柱钢管截面积A=π/4×(219²−207²)=3978mm²。支柱轴向压应力：σ=P/A=22600/3978=5.68MPa≪[σ]=113MPa支柱稳定性满足要求。支柱下端设垫板，避免集中荷载损伤罐底底板。3.6密封装置浮顶与罐壁之间采用双重密封：一次密封：采用机械密封（弹性填充式），密封带采用丁腈橡胶包覆不锈钢钢丝绳，滑动靴板为铝合金材质，紧贴罐壁以减少油气挥发；二次密封：在一次密封上方设置弹性刮板二次密封，采用聚氨酯橡胶刮板，与罐壁紧密贴合，进一步降低油气损耗并阻挡雨水进入环形空间；密封装置在浮顶外边缘板与罐壁之间环形间隙偏差±100mm条件下仍能保持良好密封效果。3.7浮顶排水及附件浮顶中央设置DN150浮顶排水管，采用不锈钢软管与罐底排水管连接，随浮顶升降自动伸缩。排水管设计排水能力按24h降雨量250mm考虑。浮顶还设置转动浮梯、静电导出装置、紧急排水口、量油孔、采样口等附件，均按GB50341—2014第10章相关要求配置。

4安全核验与结果分析4.1强度安全裕度分析以底圈壁板为例，分析试水工况下的实际应力与许用应力比值，评估强度安全裕度：σ实际环向应力60.2MPa，远小于Q345R在试水温度下的许用应力163MPa，实际安全裕度为：n=[σ]/σ底圈壁板实际安全裕度为2.71倍，具有充足的强度储备。各圈壁板均由试水工况控制，设计工况下的安全裕度更大。4.2抗风稳定校核罐壁顶圈设置包边角钢（L90×8），以增强罐壁顶部的抗风刚度。按GB50341—2014第10章抗风稳定要求，当罐壁顶圈厚度12mm、设置包边角钢后，在基本风压0.45kN/m²作用下，罐壁临界风压差满足规范要求，不会发生风致失稳。4.3结果分析与工程指导意义本计算书针对50000m³外浮顶储罐完成了罐壁和浮顶的完整设计计算，主要结论如下：（1）罐壁共7圈板，自下而上名义厚度依次为42、32、26、20、16、14、12mm，材料自下而上由Q345R过渡至Q235B，实现了强度与经济性的合理匹配；（2）各圈壁板均由试水工况（充水试验）控制设计，设计工况（原油）下安全裕度更大，说明该选材方案在正常操作条件下具有足够的安全储备；（3）双盘式浮顶浮力储备系数达6.51，在24h降雨250mm及任意两个隔舱泄漏工况下均不沉没，抗沉安全性满足GB50341—2014要求；（4）浮顶支柱布置和密封装置选型均满足规范要求，可有效降低油品蒸发损耗并保障储罐安全运行。工程指导意义：本计算书的排板方案和材料选型可直接用于施工图设计，施工中应严格控制焊接质量（特