武汉江汉化工设计有限公司湖北武汉430223
摘要：埋地式储罐作为一种盛装易燃易爆介质的较为安全的设备安装型式，已被应用于很多工业领域，但由于它的设计计算尚无标准的设计资料和制造规范，所以埋地式储罐的设计和计算常常是困扰设计者的一个难题。基于此，本文主要对埋地储罐的设计及安装进行分析探讨。
关键词：埋地储罐；设计；安装
1、前言
在我们化工设备设计中，经常会遇到一些埋地罐，这些罐对于易燃易爆的介质有良好的防燃防爆效果，因此使用比较广泛。同地上的普通罐相比，有施工快、消防设备简单、有可靠的防火防爆能力、节省土地资源、降低工程造价等特点。但同时与一般的地上罐相比，他除承受介质内压、物料质量的作用外，还要考虑在地下要承受覆土的压力、地下水的浮力以及土壤腐蚀等因素的影响，因此在设计过程中，除了要遵循普通地上罐的设计规范外，还要对埋地罐进行稳定性核算和抗浮力计算等【1】。
2、埋地储罐的设计及安装
2.1埋地罐的设计参数及要求
其设计参数见表1，主要尺寸及结构见图1。
表1
2.2埋地罐的结构设计
2.2.1埋地式储罐的结构要求
由于埋地式储罐安装在地下，因此在维修上有一定的难度，并且有些泄漏也不易被发现。针对这些特点，在结构上我们尽量避免罐体上的多出接口，一来减少焊缝，避免混凝土对焊缝的腐蚀，二来使设备上的接管尽量集中在一起。所以本台设备设置两个较大的人孔，把接管开孔集中设置在其中一个人孔平盖上，另一开孔做为人孔使用，内部设置直通罐底的扶梯，方便对设备其它管口的检修和更换，同时，为防止雨水进入对开孔部位的腐蚀，在两个人孔外面安装直径DN1100的较大的人孔外罩，内设爬梯，伸出地面，并加盖保护。既方便随时检修使用，又避免雨水进入对管件阀门的腐蚀【2】。
2.2.2埋地式储罐的固定
埋地式储罐由于周围有砂石填充，一般情况下，对于土建而言，埋地式储罐有无鞍座固定并无太大影响，但对于工艺配管而言，储罐必须是固定的才能保证储罐配管的稳定性以及法兰密封面的密封要求。
埋地式储罐固定方法一般有两种：第一种方法是在储罐罐体上不设鞍座，只在罐底部支承区域焊两块衬板，并用定位板限制容器的转动，定位板的位置和尺寸可以与标准鞍座垫板标准一样，储罐的基础设计成混凝土鞍座，其上相应位置埋两块钢板，待设备现场安装就位后，分别将定位板跟基础上钢板互相焊接牢固或用螺栓拧紧固定。另一种方法是在储罐罐体上设计两个鞍座，此时在容器正常操作条件（内压或外压）下，直埋地下式储罐除了自身罐体和介质产生的重力作用外，还要受到覆盖于罐体上方的细砂的重力作用，混凝土上水泥路面的重力作用，以及地下水对罐体的浮力作用，因此鞍座的校核计算尤为重要。本设备计算考虑到地下水对容器的托浮力，计算为保持设备稳定特意设置加强箍在鞍座位置，起到拉带的作用，以保证设备的稳定。
2.2.3埋地式储罐的材料选用
储罐用材料类别可分为碳素钢、低合金钢、不锈钢、铝及合金等。储罐选择材料时必须考虑储罐的使用条件，如：温度，储液的特性（腐蚀性，毒性，易燃易爆等），材料的焊接性能，加工制造性能及经济合理性，同时还要根据设备的使用寿命来判断。所选材料应具有良好的综合机械性能，即强度高，塑性和韧性好，并有良好的加工和制造工艺性能，同时还应注意经济节约和符合国情，这样才能降低设备成本保证材料的来源和供应。
本设备考虑到柴油储罐的物料特性和地下储罐的环境，选用压力容器材料Q345R钢板和16Mn锻件。Q345R钢板和16Mn锻件是常用的压力容器用材料其化学成分属于低合金钢，具有较好的综合机械性能和焊接性，冷热加工性，其材料来源广，价格适中。35CrMoA和30CrMoA属于优质合金结构钢，在高温下具有高的持久强度和蠕变强度，低温冲击韧性也好。这台设备筒体和封头，人孔井罩全部选用Q345R钢板，人孔法兰和法兰盖选用16Mn锻件，人孔螺栓选用35CrMoA棒材，螺母选用30CrMoA。
2.3埋地罐的设计外压力
由于柴油储罐埋入地下，所以必须考虑混凝土自重对于筒体产生的静压力，即计算外压力。混土层对于筒体产生的静压力按下式计算：
P10=（2/3R0+H0）rg（1+K0）X10-6
其中：P10—混土层自重对圆筒产生的静压力（外压力）MPa；R0—容器外半径，m；r—混土层密度r=2100kg/m3；H0—地面距罐体顶部表面的距离，m；K0—混土层的静压力系数，碎石土K0=0.18~0.25；砂土K0=0.25~0.33；粘土K0=0.33；K0=0.33，R=1.266，H0=1.2代入上式
即P10=（2/3R0+H0）rg（1+K0）X10-6=0.00560042储罐计算外压力：P0=Pc0+P10=0.1560042MPa取P=0.157MPa为该储罐的设计计算外压力。用SW6计算外压所需的计算厚度。
2.4埋地储罐的安装固定
由于工艺管道的稳定性及法兰密封面的密封要求，储罐必须固定。埋地储罐的固定方法一般有两种。第一种方法是储罐直接放置在混凝土鞍座基础上，罐体本身不带鞍座，仅在罐体底部支撑区域焊接两块衬板，衬板上焊接两块定位板，防止储罐的转动，待设备就位后再将定位板与混凝土鞍座上预埋的钢板焊接或用螺栓固定。另一种方法是一般的鞍座的形式（卧式容器支座也有圈座及支腿支撑形式，前者适用于大直径薄壁容器，后者只适用于小型容器）；储罐罐体上设置鞍座时，鞍座底部应开螺栓孔，罐池底部需预埋基础垫板，且预埋地脚螺栓，设备就位时螺栓与鞍座螺栓孔固定。应注意的是，采用鞍座时，两个或多个鞍座中必须有一个为固定支座，其余为滑动支座（其螺栓孔为长条形），以减少热胀冷缩或物料冲击引起的附加应力。
如果储罐全部或局部埋入地下水位以下，或储罐四周存在积水，就要进行抗浮力计算，根据公式F=Kρvg-mg即可计算空罐浮力大小，安全系数K可取1.2~1.5，据此可计算抗浮包带的地脚螺栓的大小及数量。本项目由于罐池顶部覆上了防雨层，罐池四周有防水层，所以可不考虑浮力的影响，对于未设置防雨防水层的情况，需额外设计抗浮包带。同时在设计中储罐应考虑吊耳，方便储罐的安装运输及检修。
2.5埋地储罐的管道设计
埋地储罐的进液口位于地面以下，进液口与离心泵的高度差及其吸入管道的管道阻力都不宜过大，以避免发生汽蚀，导致抽液困难。因此离心泵应尽量靠近进液口，离心泵安装高度不宜过高。本项目位于西藏拉萨，海拔高，气压仅为海平面的66%左右，因此应尤其重视安装高度问题。表2列出罐区管路相关参数。
表2
可见实际安装高度小于泵最大安装高度，所以管路设计可行，不会发生汽蚀。但笔者曾采用过DN50进液管和泵离罐区稍远的两种方式，两种情况均会导致管阻增大，均直接导致最大安装高度过小，无法抽液。所以对于海拔较高的情况，应密切关注汽蚀问题。
3、结语
埋地储罐因其优越的防爆防火特性，越来越多地为各企业所使用。埋地储罐的设计与安装在满足相关法规的基础上，还有诸多需考虑的要点，如外压力计算，固定安装方式，抗浮计算等，且应对泵吸入管路进行验算，避免发生汽蚀。在设计中还需根据具体情况具体分析，才能确保设备安全稳定地运行。
参考文献：
[1]GB150.1~150.4-2011《压力容器》.中国标准出版社，2012
[2]TSG21-2016固定式压力容器安全技术监察规程