上海顺发炼化设备厂有限公司

空间三角形网格灌顶盖网壳技术

一、网壳的发展

随着经济的发展，所要求的储罐单罐容量不断扩大，原有罐顶用的板肋式结构当储罐直径大于ψ30m时，其在受力性能和用料方面已变得明显不合理且制作工艺复杂。故在大型和特大型顶盖中寻找新的、更合理的结构型式已势在必行。国外，从六十年代起，在石油化工储运系统和建筑行业中已开始大量使用各种型式的钢制和铝制网壳。目前，欧美等国，85%的大型储罐顶盖均采用了各种型式的网壳。我国从八十年代开始，以赖盛为主的课题研究小组开始研制开发用于大型储罐顶盖的网壳结构，并在九十年代初首次将短程线网壳技术推广应用于大型储罐顶盖上。至今，已在数千余台大型储罐中使用了钢网壳顶盖，取得了显著的经济效益和社会效益。

二、网壳的结构型式

大型储罐顶盖课题开发研究小组人员在调研、分析了国外大型网壳顶盖的选型、设计、计算在基础上，并结合国内实际情况，从结构受力性、结构合理性、使用技术要求及网壳经济性四方面，确定了网壳的结构型式、网格的划分形式、节点体系，杆件体系和网壳结构设计计算程序，并由上海顺发炼化设备厂负责制作、安装及推广。网壳结构采用空间三角形网格，用承插式毂形节点或板式节点连接成的空间结构体系，较其它结构具有更好的稳定性、安全性和美观性。

直径60m空间三角形网格钢网壳

直径60m空间三角形网格铝网壳

钢网壳模型试验

足尺寸实体罐钢网壳破坏试验

三角形网格网壳适用于各类大型储罐及大型空间建筑结构中，如石化行业中的大型拱顶罐、内浮顶罐、气柜及外浮顶罐加盖等，建筑行业中的大型体育场、游泳馆、园艺场、水池和各种固体物料仓储等，具有广阔的使用前景，同时，根据不同的储存介质和不同的使用工况，可选用钢质网壳或铝质网壳。

三、网壳设计技术参数

设计正压：1.2倍呼吸阀排放开启压力

设计负压：≥50kgf/m²

检修荷载：120kgf/m²

风荷载：100kgf/m²

雪荷载：60kgf/m²

可按用户提出的任何荷载工况设计，设计过的低压罐最大内压为10000Pa。

四、网壳的共性

三角形网格网壳由于受力、结构、用材等方面有明显的优越性，故在国内已开始大量使用，不管是钢网壳还是铝网壳，它的特点表现为：

空间三向传力，具有良好的稳定性，结构本身具有自动成形、自动找圆功能，更好地控制了安装质量。

组装式节点、杆件体系：

a.所有零部件实现了工厂化、标准化生产，零部件加工质量好、效率高。

b.实现了现场施工方便、快捷、基本无焊接。

c.现场施工简单，不需要任何大型起重设备。

大型网壳适用于直径ψ21-ψ60m的新建储罐及建筑结构上，用于老罐顶盖的改造，优势尤为明显，可节省大量现场施工时间和基本实现不动火施工。

网壳还可广泛应用在西北、东北、南方等特殊气候的地区，在大型外浮顶罐上加盖，可以免去雨水、冰冻、降雪和风沙对外浮顶运行带来的困扰，不必对外浮顶进行清理，同时也保证了储存介质的质量。

经济指标好，结构重量轻，而且跨度越大越省。网壳作为储罐的定型顶盖，既减少了设计的工作量，又安全可靠。

五、SFWQ型钢网壳的个性

钢网壳一般适用于储存介质对碳钢的腐蚀比较轻微的场合，反之，必须对钢网壳进行防腐处理。国内外，钢网壳主要用于各种储罐顶盖上，它具有以下个性：

由网壳和顶板构成的储罐顶盖，网壳作为顶盖受力构件，顶板仅作为密封构件，故顶板可选用较薄的板材，减轻了顶盖的重量，顶板是铺设在呈三角形排列的网壳杆件上，与网壳没有焊接，所以，顶板施工方便，外观平滑美观。

结构重量轻，直径30m以上的储罐网壳顶盖比常规的板肋结构有更明显的优越性（见网壳经济型对比表）。

钢网壳与储罐壁上倒扣的槽钢连接，增加了顶部罐壁板的抗风能力。

钢网壳顶盖上的附件，安置在网壳的三角形网格之内（若与网壳杆件相碰，则作相应的偏移）。

钢网壳结构可确保储罐在事故状态下，顶盖网壳结构不被损坏，仅需对损坏部分的顶板作局部修补，故修复方便。

六、SFLWQ型铝网壳的个性

铝网壳所选用的材料因其特有的自重轻和耐腐蚀性。因此除在建筑结构上得以广泛应用外，欧美各国更是把铝合金网壳大量用于对钢材有强腐蚀环境的储罐、废水处理池和料仓等的顶盖上，它具有以下个性：

采用铝合金网壳与铝合金顶板后，结构重量大大减轻，使罐、池及其基础承载相应减少。如直径30~60m的铝顶盖是钢网壳顶盖重量的1/4~1/9。

铝合金材料具有良好的抗腐蚀能力，故铝网壳顶盖不必对顶盖部分进行防腐处理，节约了防腐费用和工程间接费用。在整个使用期内也不需进行维护，节约了大量的检、维修费用。国外已建成近三十多年的铝网壳仍然在安全使用。

铝反射的辐射热可达95%，因此铝合金网壳顶盖用于拱顶罐上时，能减少易挥发性介质的挥发损失。

铝合金材料强度在低温下反而比常温下高，是低温工况下的理想材料，故用铝网壳及顶板后，可在整个使用期内省去为防止材料低温脆性增设的保温材料和费用。

用铝合金网壳及顶板后，设置在罐顶上的附件，如：平台、扶梯、透光孔、量油孔、通气阀等也可相应改用铝合金材料，与网壳同步制作。

铝合金顶盖通过网壳上的支座直接与储罐上倒扣的槽钢连接，通过特殊的密封构造来保证铝和钢的密封连接，同时也增加了罐壁板的稳定性。

铝网壳用于建筑上时，可按实际工程所提供的技术参数及要求进行设计、制作。

铝合金罐顶网壳（直径42m）

铝蒙皮板承载试验：一个三角形网格站满15人安然无恙

铝合金网壳节点

铝网壳模型试验

七、铝网壳的经济性

铝网壳具有诸多优点，在各方面有明显的优越性，但因铝合金材料价格较高，一般总认为它的投资较高。通过我们的调查，国内铝网壳的工程造价为5~8万人民币/吨，而从国外引进铝网壳的工程造价约为18~21万人民币/吨。现以国内某工程直径ψ60m储罐顶盖为例，将铝网壳和钢网壳顶盖结构的经济性作一比较：

（一）直径ψ60m钢网壳顶盖工程总投资

1.网壳顶盖：总重：157.5t，单价：11,000/t，造价为：1732500元。

2.顶盖顶板：总重：111.0t（t=4.5mm），单价：7,000元/t，造价为：777000元。

3.由于采用钢网壳而增加罐壁厚度引起的费用：总重：60.0t，单价：10,000元／t，造价为：600000元。

4.防腐：网壳、内防腐面积：8104m²，单价：60元/m²，造价为：486240元。

5.检、维修：一般钢顶盖3~5年维护一次；整个结构的使用期设计为二十年，则至少维护4次，这里仅考虑顶板的外防腐，而没有把网壳和顶板的内防腐计算在内，每次顶盖部分的直接费用以139680元/次；总的维护费用为：558720元。

6.工程总造价：

（1）、一次性工程投资：373.5万元

（2）、考虑维护费用后工程投资：429.4万元（以上价格中，未包括工程实施中的间接费用，可按实际情况进行测算。）

（二）直径ψ60m铝网壳顶盖工程总投资

1.铝网壳、铝顶板：重量：43t，单价：75000元／t，造价为：322.5万元。

2.使用期内不需防腐，检、维修。

从以上的经济分析对比中可以看出：对于大跨度的罐顶盖，采用铝合金结构比钢结构可以节省工程投资，这节省的部分不仅仅是罐顶盖这部分；还因为铝合金结构自重轻，对罐壁厚度和基础方面的减少而节约的投资，其实际结果有关设计人员可以根据具体工程情况进行估算。

八、网壳的推广

近二十年来，数千余台三角形网格网壳顶盖的大型储罐建成投入使用，2000年10月，在上海金山石化建成了两个直径60m的罐顶钢网壳，这是目前国内第一台也是直径最大的有顶储罐；2004年初，在上海赛科石化建成了四个直径60m的罐顶铝网壳，这些工程充分证明了它的可靠性，并取得了明显的经济效益和社会效益，也显示了它具有广泛的使用和推广价值。同时，我们也将与石油化工行业的有关设计人员一起为该领域的发展做出一点贡献，为特大型储罐及建筑结构的建成尽微波之力。