美国UL58规范国内应用的补充建议

张志强 赵树炳 赵振兴

(中国石油天然气管道工程有限公司)

随着石油化工企业国际化进程加快，市场竞争加剧，熟练掌握国际工程设计规范显得尤为重要。埋地常压卧式油罐是油库、加油站与站场和地面配套工程中的常见设备，由于储罐不是关键设备和控制性工程，且设计保守安全系数大，虽然在很多国际工程上并没有按业主要求进行设计，最后往往也能被业主接受。埋地卧式常压罐常用来储存汽油、柴油及煤油等燃料，被广泛应用于油库和加油站等场所。同地上普通卧式罐相比，具有隐蔽、油品蒸发损耗少、施工快、消防设施简单、可靠的防火防爆能力、节省土地资源以及工程造价低等特点。国内埋地卧式常压罐的设计主要依据规范NB/T 47003.1和JB/T4731，适用于国内工程和极少数能接受中国标准的国外工程。UL58标准是可燃和易燃液体用的钢制地下储罐规范，由美国保险业实验室公司发布，是国际上普遍认可的埋地卧式常压油罐建造规范。相对于中国规范而言，美国规范UL58专门针对埋地常压卧式油罐建造，更加全面和注重细节，可操作性更强[1～3]。笔者着重对UL58规范主要内容进行说明，并提出一些实用的建议。

1 规范适用范围

UL58埋地常压罐定义：罐顶操作压力(表压)介于-3.5～6.9kPa之间的储罐。埋地是指埋深超过305mm，且与回填土直接接触。

尺寸限制：容积不超过80 000gal(即302 833L)、直径不超过12ft(3.66m)、长度不超过直径8倍。

2 规范主要内容

2.1 容积确定

实际容积不应小于额定容积，且不超过110%额定容积。计算实际容积时，总容积按最低接管高度计算。也就是说，如果罐顶以下有侧向接管时，把最低接管以上部分算作总容积的一部分，可能导致容积不够。同时应注意，罐体总长不应超过其直径8倍。国内规范并无类似规定，设计人员通用的做法是，只要几何容积稍大于额定容积即可。

2.2 壁厚计算

采用罗克(Roark)方程计算壳体所需最小壁厚或者采用试验方法验证抗压能力：

tsmin=[(p1Lr3/2(1-μ2)3/4)/(0.807Es)]0.4

式中Es——钢材弹性模量；

L——储罐长度，inch；

p1——浸入水中的储罐底部计算外压，psi，但不小于5ft(1.52m)水柱压力；

r——储罐半径，inch；

μ——泊松比，通常取0.3。

2.3 加强圈

卧罐中点处设一道加强圈，罐体长度可增加25%；在罐体长度的1/3和2/3处分别设置加强圈，罐体长度可增加40%；但无论如何长度不应超过直径8倍。

加强圈所需惯性矩计算公式为：

Ireq=(0.11p1LD3)/Es

式中D——储罐外径，inch；

L——加强筋间距，inch 。

UL58仅允许在容器内部设置加强圈(国内规范内外均可)。加强圈与筒体采用间断焊，焊缝长度1inch(25.4mm)，相邻焊缝间隔不超过12inch(305mm)。加强圈顶部和底部应留有缺口，方便液体和蒸汽通过。

2.4 材料

材料选用ASTM A36、ASTM A1011/A1011M、ASTM A635/635M，或者含碳量不超过0.3%、碳当量不超过0.53%、机械性能和焊接特性不低于上述材料的其他材料。不锈钢材料选用ASTM A167、ASTM A240。

2.5 开孔

罐体上开孔接管采用法兰或螺纹连接，螺纹管接头拧入前，应在螺纹处涂上密封剂。埋地罐进油口与工艺管道采用焊接形式，在国内工程行得通，但不能用于国外工程设计，这点要注意。

对于直径不超过8ft(2.44m)的储罐，应在距罐体顶部中心轴线12inch(305mm)范围内开孔；对于直径大于8ft(2.44m)的储罐，应在距罐体顶部中心轴线15°范围内开孔。

应设置放空管，尺寸与进油管尺寸相同，且不小于规范中依据容积查得的放空管直径。如果放空管设置在人孔盖上，应在人孔盖上至少预留另一处放空管开孔接管，并用木塞及管帽等进行保护。

2.6 挡料板

每个接管的正下方应居中设置挡料板。板厚不低于0.24inch(6.1mm)，宽度不小于8inch(203mm)，面积不小于64inch2(0.04m2)。对于8inch(203mm)以上带管件的开孔接管，挡料板不小于开孔大小。

挡料板能起到防止冲蚀和飞溅、抗静电和稳定物料的作用。国内埋地油罐几乎都不设置挡料板，规范也无此要求。

2.7 制造要求

筒体和封头均可拼接，其自身接头及连接接头可采用对接、搭接形式。

2.8 外压测试

储罐装入测试装置后没入水中，支架不能对储罐底部施加任何拉应力或压应力。罐顶没入深度等于实际埋深，但不得小于5ft(1.52m)，持续1h。外压测试后，不应产生泄漏、垮塌、压裂和屈曲(产生直径的5%挠度)。

2.9 吊耳测试

通过吊耳提升两倍空罐重量，不少于1s的时间，吊耳和连接处没有撕裂、泄漏、破损现象。吊耳测试应在泄漏测试之前完成。

2.10 泄漏测试

可通过两种方式检验密封性能：气压3～5psi(20.7～34.5kPa)加肥皂水、亚麻仁油等，或者充满水并加压至表压5psi(34.5kPa)。

2.11 标识

铭牌应放置在罐顶距罐体中心截面3ft(0.9m)范围内。不可以在可移动部件上放置标识，如人孔盖。

铭牌内容应注明燃料等级“易燃”、罐体层数“单层、双层或三层”和压实系数。

3 规范中不足及应用建议

3.1关于储罐计算长度，规范的描述是封头之间长度，这种表述并不确切，设计人员建议取筒体长度与封头折算成圆筒时的长度之和[4]。

3.2规范对制造要求比较松，缺少壳体圆度要求，且筒体拼接允许采用搭接接头，不利于底部排液和保证椭圆度，建议采用对接接头。

3.3规范规定用试验方式来保证设备质量，制造完成后首先进行外压测试，如果发现泄漏需修补并重新进行测试。规范缺少对焊接接头的检测，毕竟卧罐要充装油品埋在地下的，建议增加一个接头系数，进行局部的无损检测。

3.4规范没有提到卧罐支座的设置要求。通常，地下卧罐常采用多个支座，使载荷比较均匀地通过基础传给地基。基础可用砖石砌筑或用混凝土制作。如果地下卧罐全部或局部埋入最高地下水位面以下，且空罐有浮起可能时，卧罐应通过扁钢卡箍与基础锚固在一起。当地下水位不高时，卧罐也可直接置于素土基础上，素土地基也可做成有一定包角的鞍式形状，并在素土地基上铺设砂垫层。

3.5地下卧罐一般可作为柔性管处理，回填土不仅是一种荷重，而且也是一种抵抗地下卧罐变形的介质，回填土愈密实和地下管柔性愈大，则土

壤弹性抗力的影响愈大。在土壤弹性抗力的作用下，卧罐的实际受力状况是：周向弯矩将显著降低，但周向力则有所增大。所以选择合适的回填系数很有必要，也不用担心卧罐的强度问题。

[1] UL58, Steel Underground Tanks for Flammable and Combustible Liquids [S].New York: Underwriters Laboratories inc., 2012.

[2] NB/T 47003.1-2009，钢制焊接常压容器[S].北京：新华出版社，2009.

[3] JB/T 4731-2005，钢制卧式容器[S].北京：新华出版社，2005.

[4] ASME Boiler & Pressure Vessel Code VIII Division 1, Rules for Construction of Pressure Vessels [S].New York: ASME Boiler and Pressure Vessel Committee, 2013.