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储罐广泛用于油品和各种液体化学品等的存储，如石化装置的原料罐区、中间罐区、成品罐区等的储罐或大型商业罐区、大型石油储备库、LNG液化工程及大型LNG接收站等储存设备。大型储罐的建造需考虑两个基本的原则，即安全可靠性和经济合理性。国内外的储罐设计日趋大型化，充分了解储罐的种类以及结构型式，掌握储罐的设计基础理论对储罐建造的经济性和安全性有着至关重要的作用。

储罐的结构型式种类繁多，按安装形式可分为立式储罐或卧式储罐等；按外形可分类圆筒形、球形、锥形、双曲面型储罐等。本文主要介绍建造于地面上的立式圆筒形平底储罐(下文简称“储罐”)。

1 按材质分类

按储罐的材质分类，可分为金属储罐、非金属储罐和复合材料储罐。

(1)常用的金属类储罐如碳钢、不锈钢、碳钢与不锈钢复合材质、铝材及铝合金储罐等。

(2)常用的非金属储罐如玻璃钢(FRP)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP) 储罐等，通常用于容积较小且有耐腐蚀性要求的场合，且使用的温度和压力范围相对金属储罐较小。

(3)常见的复合材料储罐如钢衬橡胶、钢衬聚四氟乙烯、钢衬树脂类、预应力混凝土储罐等，一般用于大型储罐中有耐腐蚀性要求工况中，并具有较好的经济性。

2 按建造位置分类

按储罐的建造位置划分，有地上罐、半地下罐、地下罐。

(1)通常设计的储罐为地上罐。

(2)地下罐主要指埋地罐(一般用于危险介质的储存，如 LNG 地下罐)，以及军事用途的隐蔽设备，如覆土罐：主要用于军用标准GJB5758的国家石油战略储备库，建造时分外罐和内罐，外罐为预应力混凝土保护层，内罐为钢制储罐，建设完成后在外罐覆盖土层及绿植，与周围环境协调一致，储罐安装位置为地下或半地下型式。

(3)半地下罐即一半埋地下，一半露出地面的储罐，此类型储罐的应用相对较少。

3 按压力和温度分类

3.1 按压力分类

按储罐存储介质的压力划分，可分为下述几种类型。

(1)常压储罐：一般指直接连通大气或带有微正压的储罐。按现行标准，内压应小于18KPa，通常按GB50341、API650、EN14015等标准体系进行建造。

(2)低压储罐：通常指压力小于0.1MPa的储罐，可采用SH/T3167、SY/T0608、API620等标准体系进行建造。

(3)高压储罐：按EN14015标准，有高压(≤6KPa)和超高压(≤50KPa)储罐的划分，但压力也小于0.1MPa；按API或GB标准体系，压力高于0.1MPa的储罐属于压力容器范畴，应按压力容器标准建造。

3.2 按温度分类

按储罐存储介质的温度划分，可分为下述几种类型。

(1)低温储罐：设计温度低于-40℃的储罐为低温储罐，如液氨、LPG、LNG、液氮、液氧等液化介质储罐。通常采用SY/T0608、API620、EN14620等标准体系进行建造。

(2)常温储罐：设计温度在‐40℃～90℃范围内的储罐通常为常温储罐，储罐标准对温度的划分不同于压力容器中以‐20℃的划分。

(3)高温储罐：设计温度在 90℃～250℃范围内的储罐为高温储罐。

(4)超高温储罐：设计温度大于250℃以上的储罐。在光热发电工程中的熔盐罐热罐和冷罐均属于超高温储罐范畴，其中热熔盐罐设计温度已达到565℃，其罐体采用钢衬耐热砖结构，在国内外已有广泛的成功应用案例。各罐型见图1-3。

图1 低温LNG储罐

图2 高温熔盐罐

图3 熔盐罐热罐

目前国内设计的储罐温度范围大都在常温范围。对于超出 90℃的储罐，在设计中应按 GB50341附录C提出高温工况下的技术要求；对于超高温储罐的设计，通常采用有限元分析进行储罐的结构设计。

4 按结构型式分类

储罐的结构型式可按罐顶型式、罐壁型式、罐底型式进行分类。

4.1 罐顶结构型式

按罐顶支撑形式可分为固定顶储罐和浮顶罐。

4.1.1 固定顶结构型式

固定顶储罐分为自支撑锥形顶、自支撑蝶形顶、自支撑椭圆形顶、自支撑无肋拱顶、自支撑带肋拱顶、柱支撑锥顶、拱架顶、网壳顶等多种型式。详见图4-9。

图4 锥顶罐

图5 柱支撑锥顶罐

图6 网壳拱顶

图7 带肋拱顶

图8 拱架

图9 固定顶+拱架+吊顶

罐顶型式的选择主要取决于储罐直径的大小。锥顶罐通常在公称容积 V<100m3或直径D<5m 时采用无支柱型锥顶结构，超出此范围建议采用拱顶型式或柱支撑锥顶型式。对于较大直径的锥形顶通常需采用型钢作为罐顶加强构件。柱支撑锥顶罐在API标准体系中使用较多，国内应用相对较少。无肋拱顶通常V<1000m3或D<12m时采用此结构，带肋拱顶一般用于V<25000m3或D<40m的储罐。肋板与球壳皮焊接形成整体并对拱顶起加强作用，但肋板不得与罐壁直接连接。拱架顶通常用于罐顶结构中需要承受较大的集中载荷或均布载荷的情况，如吊顶结构。拱架通常有主梁和次梁组成的球面结构，主梁由罐壁支撑，蒙皮与拱架采用不连接或部分连接结构。这种罐顶结构主要用于低温绝热储罐中，如液氨储罐、乙烯储罐、丙烯储罐、LPG、LNG储罐的罐顶绝热结构。

网壳顶是大型储罐罐顶常用结构，由网架与蒙皮共同组成。通常蒙皮与网架无连接。承载由网架承担，蒙皮起密闭作用。目前网架的结构型式也比较多，从最初采用的双向子午线型网架到目前的凯威特型、肋环型、联方型、施威德勒型、单层、双层网架顶等大致20多种结构型式。由于国内初期采用的双向子午线型网架在施工或运行中出现过较大事故，国内部分专家进行了分析论证后认为，双向子午线型网架属于四边形结构，其整体稳定性不及由三角形组成的网架结构，因此并不推荐采用双向子午线型网架。现在设计中采用较多的网架型式有凯威特型，联方型网架等。单层网壳结构通常用于D≤80m的储罐。网壳顶的设计通常应考虑结构的稳定性、非线性，并采取有限元应力分析进行结构设计，如ANSYS、MSC、SAP2000、3D3S等国内外分析软件。网架结构详见图10-15。

图10 凯威特型

图11 施威德勒型

图12 肋环型

图13 联方型

图14 双层网架

图15 网壳施工中

4.1.2 浮顶结构型式

浮顶罐分为外浮顶、内浮顶罐。通常浮顶罐指外浮顶储罐，多用于易挥发介质的存储，浮盘设置于介质液面之上，以减少介质的蒸发量。内浮顶罐为固定顶储罐内设置内浮盘的一种结构型式。典型的浮顶罐结构型式见图16-18。

图16 内浮顶罐

图17 双层浮盘施工

图18 外浮顶罐

浮盘型式有敞口隔舱式、浮筒式、单盘式浮顶、双盘式浮顶等。单盘式浮顶周围设环形密封舱，中间为单层盘板。双盘式浮盘为整个浮顶均由隔舱组成。敞口隔舱式浮顶周围设环形敞口隔舱，中间仅为单层盘板，仅用于内浮盘。浮筒式浮盘的船板不与液体介质接触，由分布于船板下的浮筒提供浮力，仅用于内浮盘。

对于外浮顶，通常在设计中应考虑以下结构，浮盘结构的浮力提供系统、浮顶支柱、排水系统如正常的排水管以及紧急排水装置、转到浮梯及滑轨、自动通气装置、浮盘的导向及限位装置、浮盘的密封系统、浮盘刮蜡装置、浮盘的导静电装置、浮盘人孔等。

对于内浮顶，通常在设计中应考虑下述结构，浮盘结构的浮力提供系统、浮顶支柱、自动通气装置、浮盘的导向及限位装置、浮盘的密封系统、浮盘人孔等。

4.2 罐壁结构型式

按罐壁的结构型式划分，储罐可以分为单壁罐、双壁罐、三壁罐、薄膜罐等。单壁罐一般用于常温介质的储存，也是最常见的、用途最为广泛的储罐结构型式；双壁罐多用于低温介质或液化冷冻介质的存储；三壁罐通常指三金属壁储罐，同双金属壁储罐的主要用途一致，多用于LNG等低温介质的存储。

在低温罐型中，如液化冷冻介质储罐，按EN14620以及 GB/T26978的划分可分为单容罐或单防罐、双容罐或双防罐、全容罐或全防罐以及薄膜罐。有金属结构型式，也有预应力混凝土结构型式。预应力混泥土罐也属于双壁罐的一种特殊结构，外罐采用预应力混泥土结构，内罐采用金属材质。而薄膜罐也属于复合罐壁的一种特殊结构，罐壁由预应力混泥土作为承压环墙，内壁由绝热材质和薄膜隔离层组成，是LNG储罐的新型结构型式。

(1)单容罐由一个储存液体产品的主容罐组成，主容罐为自支撑式钢制圆筒形储罐。常用的单容罐有单壁单容罐、双壁单容罐。单壁单容罐即外壳能同时承受低温液相以及气相，罐主体材料应为低温材料建造；双壁单容罐由主容罐(内罐)和次容罐(外罐)组成。内罐能同时承受气液两相，而外罐仅能满足气相密闭。内罐采用低温材料，外罐可为常温材料建造。单容罐的围堰需满足当主容罐中液体泄漏后的全部储存能力，因此围堰设置的距离需满足罐体介质容积要求，通常所需占地面积较大。对于平面布置较紧张的装置，不建议采用此罐型。单容罐结构详见图19-20。

图19 单金属壁单容罐

图20 双金属壁单容罐

(2)双容罐由一个具有液密性和气密性的主容罐和液密性的次容罐组成。从定义上知，此类储罐一般为双壁型结构。与单壁单容罐的区别在于，外罐体可以短时存储液相介质，但不能存储气相介质，外罐属于上端敞口的储罐。双容罐的围堰即为主容罐外紧靠的次容罐，可为金属型，也可谓混泥土型结构，主要满足主容罐内泄漏的液相介质存储即可。双容罐结构详见图21-22。

图21 金属双容罐

(3)全容罐由一个主容罐和一个次容罐组成。主容罐是储存液体产品的自支撑式、钢制、单壁罐。次容罐或外罐能同时满足液体和气体介质的储存。全容罐主要分为双金属壁全容罐、三金属壁全容罐和预应力混凝土全容罐。三金属壁全容罐由主容罐、次容罐和外罐组成，主容罐和次容罐均为低温材料，外罐为常温材料。全容罐的围堰变成了罐体的一部分即外罐体，既可以满足液相的储存，也满足气相的密封。即使内罐泄漏，也不会对外罐造成较大的损伤，并满足短时内的储存要求。即不会造成二次灾害的发生。全容罐结构型式详见图23-25。

图22 混凝土双容罐

图23 双金属壁全容罐

图24 三金属壁全容罐

图25 混凝土全容罐

(4)薄膜罐由一个薄的钢制主容罐(薄膜)、绝热层和一个混泥土罐共同组成。主容罐通常为1.2mm 左右的不锈钢薄膜组成，次容罐(外罐体)采用预应力混泥土结构。主容罐与次容罐之间采用绝热材料将两罐体连接形成一个整体结构。其余外罐体的结构与预应力混泥土全容罐结构类似。薄膜罐结构详见图26-27。

图26 薄膜罐

图27 薄膜罐结构示意图

(5)低温工程中的子母罐型也通常用作低温介质的存储。其结构型式为大型外罐内包含多个独立的小型储罐。

上述低温罐型的保冷绝热设计是保证储罐存储性能的重要因素。单金属壁单容罐的罐壁和罐底绝热层均在储罐外，罐壁同一般设备的外部保冷结构，罐底则采用低温混凝土和泡沫玻璃砖的绝热基础结构。多层罐壁储罐如双金属壁、三金属壁、预应力混凝土罐其内部保冷绝热结构基本一致，均采用内保冷结构型式。罐壁部分采用弹性毡与膨胀珍珠岩的绝热层，罐底采用泡沫玻璃砖绝热层。罐底与罐壁的连接部位根据罐型考虑是否设置热角保护系统。预应力混凝土储罐底部结构考虑二次底板与热角保护系统形成一层二次隔离层，对外罐起到双重隔离保护作用。而三金属壁储罐的中间罐层即次容罐也具有独立的底板结构，其作用与预应力混凝土二次底板和热角保护系统一致。薄膜罐的绝热层和与介质接触的隔离层直接于外罐体形成整体复合结构，外罐预应力混凝土作为承载结构，中间的绝热层起到保冷作用，内部隔离层作为介质存储容器。其结构的设计中应充分考虑环向、径向、纵向的三维立体热膨胀即热应力问题。上述低温罐型的罐顶绝热结构均采用吊顶与纤维棉毡结构；储罐的基础通常采用高桩承台结构。绝热结构的设计需最终满足储罐存储介质的日蒸发率相关要求。典型的低温罐绝热结构详见图28-29。

图28 三金属壁全容罐底部保冷结构

图29 16万方预应力混凝土全容罐保冷结构

大型低温金属壁储罐、预应力混凝土储罐、薄膜罐的结构设计较为复杂，除按标准规定程序进行常规计算外，还应辅以有限元应力分析对整体结构的温度场热应力、地震动载频谱分析和响应分析、爆炸冲击载荷分析、不同泄漏工况等进行验证性分析。

(6)在罐壁的结构型式中，还有一种罐壁为分段可升降的特殊结构型式，如国内常用的气柜结构，其主要作用是将压力不稳定的气源存储在气柜中，通过一定的配重和气柜钟罩的升降来保证输出气体的压力稳定性。国内标准体系的气柜容积从50m3到100000m3。气柜分为干式气柜和湿式气柜。

干式气柜分为稀油密封气柜、干油密封气柜、布帘式气柜如橡胶密封干式气柜等，广泛应用于冶金行业，用于煤气的存储、炼钢废气的存储及循环利用，其结构见图30-32。

图30 干式气柜结构图

图31 橡胶密封干式气柜

图32 稀油密封多边形干式气柜结构图

湿式气柜分为无外导架直升式气柜、有外导架直升式气柜、螺旋气柜、单节气柜和多节气柜，多用于石化行业、市政燃气、生化工程各装置中，起到储存、稳压、缓冲、混合等功用，如化工行业中常见的乙炔气柜、氯乙烯气柜等，其结构见图33。

图33 有外导架湿式气柜

4.3 罐底结构型式

按罐底结构型式划分，可分为单层罐底储罐和多层罐底储罐。GB50341标准和API650标准体系均为单层罐底结构，EN14015标准中除单层罐底结构外还有双层罐底结构的设计。双层罐底结构不同于低温罐型的二次底板结构，其实质是单层罐底的结构加强。

4.4 锚固结构型式

按储罐的固定型式划分，可分为锚固储罐和无锚固储罐。锚固罐分为地脚螺栓锚固罐和锚固带储罐。无锚固罐为经风载荷和地震载荷的设计计算后可以自身稳定的储罐，可以不设置锚固结构。

5 结语

通过上述储罐结构型式的分析汇总，对国内外储罐结构进行较全面的了解和认识，有助于各类储罐的设计与选型。在储罐的结构设计中，常见的储罐结构及其部件可以通过标准规范进行设计计算，但对于拱架结构、网壳结构、大型低温储罐等,还应采取有限元应力分析进行结构的稳定性、非线性、热应力、动力响应等分析，确保储罐结构设计的本质安全性。