浅谈钢制拱顶罐的设计

单纪松任昭军

摘要:钢制拱顶储罐在油田地面工程建设中得到广泛应用，其建造技术已基本成熟。文章对建造过程中经常遇到诸如罐顶的排板及瓜皮板的套裁、瓜皮板的焊缝间距、拱顶的变形、壁板的高度、壁板的板头预弯、罐底中心板的布置、边缘板的最小尺寸的确定、储罐焊接、盘梯的预制与安装、罐体试验与基础沉降等项中的问题进行了较深入的探讨和妥善的处理，这对保证工程质量有着积极的意义。

关键词:拱顶储罐；组装；变形；问题；措施

钢制拱顶储罐在油田地面工程建设中得到广泛应用，其建造技术已基本成熟。但在预制、安装、试验的各个环节，我们都会遇到一些需要认真对待和妥善处理的问题。下面选取其中的10个问题分别讨论。

1罐顶的排板及瓜皮板的套裁

一般情况下，设计人员在施工图上已经设计出了罐顶的排板图和瓜皮板的下料尺寸。但在实际预制时，一般都要根据实际到货板材的规格，综合考虑各种因素，对罐顶排板进行调整，并确定调整后的瓜皮板下料尺寸。这种调整分3种情况:

1.1当罐体直径8 500 mm时，瓜皮板一般较小，到货板料能够满足整块下料的需要，只要核算无误，即可按照设计图纸进行下料。

1.2当罐体直径D>8 500 mm且蕊13 000 mm时，瓜皮板一般不需要拼接或拼接量很小，在进行罐顶排板时，应充分考虑到货板料的规格尺寸。目前还没有定型的公式来指导排板计算，在这里推荐一种简易方法。

根据到货板材的宽度估算瓜皮板的块数n:式中D一储罐罐体直径/mm;

一到货板料的宽度/mm;

一瓜皮板的搭边量/mm;

一瓜皮板的理论块数/块。

根据计算结果确定瓜皮板的实际块数N。一般取N为不小于n的最小偶数。根据确定的顶板实际块数N计算瓜皮板两个端头的弧长:

一瓜皮板小头弧长/mm ;

一瓜皮板实际块数/块;

根据求得的弧长和设计给定并经过核算无误的顶板长度和两端的圆弧半径进行放样、套裁，套裁的方法见图to需要指出的是，瓜皮板两端的圆弧并不同心。

图1拱顶罐罐顶瓜皮板套裁

1.3当罐体直径D>13 000 mm时，其瓜皮板的拼接量一般较大，此时应根据板材规格在规范允许的范围内综合考虑排板方案，并注意以下几个方面的问题:

a.单块瓜皮板的焊缝应合理分布，不允许有十字焊缝存在。

h.组装成形后，罐顶的焊缝应符合规范要求，相邻两焊缝之间的距离应不小于200 mm 相邻两块瓜皮板的中间搭边量应满足设计要求。因为罐顶本身是球体的一部分，所以只能近似展开。近似展开时，两长边为外凸的曲线，为了预制方便，在实际工作中往往下成直线。所以，瓜皮板中间的实际搭边量总是比两端头的搭边量要小(见图2)实际下料线近似展开线

图2扇形板实际下料线与近似展开线比较

为了保证中间搭边量符合设计要求，在排板计算时，必须把瓜皮板搭边量b适当放大。放大值根据罐体直径的大小而定，建议取b=2%2瓜皮板焊缝间距对成形质量的影响图3、图4是江汉石油管理局钟市集油站5 000m;油罐的两种罐顶瓜皮板拼接示意图。当时，到货板料的规格为1 500 mm x6 000mmX6 mm，既要错开相邻两块瓜皮板的焊缝，又要不浪费材料，困难很大。经反复优化筛选，最

后选定这两种形式的瓜皮板。问题是"规定了“相邻两焊缝间的距离不得小于200 mm"。

这两种瓜皮板交叉使用组装而成的罐顶焊缝必然出现局部(图3中的三角区)间距小于200 mm的情况。一些技术、质检人员对此提出了质疑。本人认为，虽然这样的焊缝布置在一定程度上会引起局部的应力集中，处理不善会影响罐顶的成形质量，但是其制约因素也很多。

图3 8 000 m油罐罐顶瓜皮板(I)

图4 8 000 m'油罐罐顶瓜皮板(II)

2.1瓜皮板的预制一般都在预制场上进行，拼接完，经锤打、整平后，大部分焊接应力都可以得到释放。

2.2大型钢制拱顶储罐的瓜皮板，一般都有加强筋板，这些筋板在提高顶板刚度的同时，也削弱了焊接应力的影响。

2.3大型钢制拱顶罐罐顶的成形质量在很大程度上取决于筋板的预制质量，而瓜皮板本身因为刚度很小对罐顶成形质量的影响只起次要作用。因此，只要在实际的预制工作中严格把住质量关，局部小范围(也只限于特殊情况下的很小范围内)焊缝间距的超标不会对工程质量带来较大的负面影响。允许它的存在不仅能节约材料，减少浪费，而且可以给排板带来极大的方便。钟市集油站5 000 m;油罐的成功建造已经证明了它的可行性。

3顶板的变形控制

3.1预制过程中的变形控制

拱顶罐的顶板预制质量主要体现在经向和纬向的弧度上。预制过程中的变形控制实际上就是弧度控制。对于小型储罐的瓜皮板，只要有准确的检测样板，滚弧时认真控制、严格检查即能达到满意的效果。但对拼接量较大、本身配有加强筋板的瓜皮板来说，影响因素甚多，必须严加注意:

3.1.1拼接后的单块瓜皮板，在加筋前必须锤打、调平，这道工序不合格，不得进入下道工序。

3.1.2必须有合格的预制胎具，胎具的强度、刚度以及外形尺寸(主要是弧度)必须符合要求，夹具的布置应均匀合理。在焊接筋板时，瓜皮板应与胎具充分贴紧，并且用专用夹具牢固固定。

3.1.3焊接筋板时，应先把整块瓜皮板的所有筋板(包括纬向和经向筋板)全部点焊定位后，再均匀间断焊接。

3.1.4单块瓜皮板焊接成形后，不能马上脱胎，应静置1520 min，待所有焊缝都充分冷却后，才能松开夹具，用吊车小心地堆放到备用胎具上。

3.1.5由于瓜皮板的经向筋板只布置在一边，而另一边处于相对自由状态，脱胎以后，处于自由状态的一边(即无筋的一边)可能会出现一些波浪变形。现行GB,T 128规定“拱顶的顶板预制成形后，用弧形样板检查，其间隙不得大于100mm"实践证明，此规定对于有经向筋板一侧显得过宽，对于无经向筋板一侧显得过严。因为无筋一侧的刚度比有筋一侧要小得多，即使有一点波浪变形，也可以在组装中得到自然校正，无需整改。

3.2组装过程中的变形控制

罐顶组装过程中的变形主要是局部凹凸，应从以下几个方面加以控制。

3.2.1组装胎具设置不合理，罐顶的组装胎具一般采用图5的形式。

图5罐顶的组装胎具形式示意

常见的错误是胎具立柱高度的测量基点不正确。因为储罐基础表面有一定坡度和施工误差，从基础顶点往上计算，即使是计算时扣除基础坡度也是不正确的。正确的测量基点应该是包边角钢的顶面。即应保证HZ, H3, H、的尺寸，而不是

保证H5, H}, H,。同时，支承圈的顶面一定要保持水平，纬向间距不宜过大，过大会引起罐顶的局部自然下垂。一般取:

H-d=d-d=d-d，并在3.54.5 m范围内·胎具的计算不准确或设计拱高不合理。

3.2.2焊接工序安排不当。这是造成罐顶局部凹凸超标的最主要原因。在焊接罐顶经向焊缝时，焊工不可太多，每名焊工的控制范围不得少于3条焊缝，且这些焊工应均匀分布，由中心向外缘分步退焊。

3.2.3设置组装胎具时，没有预留下坠量，胎具拆除后，罐顶自重引起了自然下垂。

4壁板高度的确定

GB1128对拱顶罐壁板的高度有两点重要的规定:①罐壁高度的允许偏差不应大于设计高度的0.5 % o②直径小于12.5 m的油罐，其每块壁板宽度不得小于500 mm，长度不得小于1 000 mm;直径大于或等于12.5 m的油罐其每块壁板宽度不得小于1 000 mm，长度不得小于2 000 mm。在实际建造时，由于到货的板料规格与设计要求不符(有些设计蓝图是重复利用的)，如果机械地执行这两条规定，必然会带来一些不必要的浪费。例如:某化工厂需要建造3座2 000 m;油罐，罐体尺寸14 800 mm x 12 670 mm。设计按板宽1 600 mm进行排板，但到货板宽为1 500 mm，如果严格执行GB,T128规范，将有两圈壁板需要各剪裁220

mm, 500 mm，不但增加了预制工作量，而且要浪费102 m2钢板，很不经济。征求主管部门和建设单位意见后，我们采取了两条措施:①罐壁高度由12 670 mm改为12 612 mm，降低58 mmo②顶圈壁板板宽允许改为740 mm(超越规范)。既为建设单位节约了材料，也使施工更加简易，较好地解决了这一问题。

参考文献：

[1]朱文洪. 拱顶罐的施工与验收标准[J]. 石油工业技术监督,1996(06):19-21.

[2]管凤阶. 大型钢制焊接储罐设计[J]. 油气田地面工程,2004(01):38-39.