钢制拱顶储罐设计解析
拱顶储罐的设计
拱顶储罐的设计【摘要】储罐石油化工装置和储运系统设施的重要组成部分，主要用于储存原油及各种液体化工品，在石油生产炼化与储运过程中起调节作用。
目前油田储罐拥有量很多，其中使用量最多的是拱顶储罐，它的优点是结构简单，施工方便，造价也较低。
本文对拱顶储罐的设计加以总结概述。
【关键词】拱顶储罐经济尺寸结构设计储罐用钢主要是碳钢和不锈钢（腐蚀性的场合），目前油田内碳钢储罐较多。
选择储罐用材应根据安全可靠、经济合理的原则。
考虑储罐的设计压力和温度、储存介质及其性质、使用场合、材料的化学成分、焊接性能和抗腐蚀性能等因素，且应符合GB50341-2003标准的规定。
2 储罐经济尺寸的确定对于公称容积≤1000m3的储罐，可采用等厚度设计，最节省材料的经济尺寸是：储罐直径与高度相等。
2.2对于公称容积＞1000m3的储罐，应采用不等壁厚设计，最节省材料的经济尺寸是：式中：t1——储存介质时的设计厚度（mm）；t2——储存水时的设计厚度（mm）；ρ——储液密度（kg/m3）；H——计算的罐壁板底边至罐壁顶端（当设有溢流口时，应至溢流口下沿）的垂直距离（m）；D—储罐内直径（m）；[σ]t—设计温度下罐壁钢板的许用应力（MPa）；[σ]—常温下罐壁钢板的许用应力（MPa）；φ—焊缝系数，取0.9；C1—钢板厚度负偏差（mm）；C2—腐蚀裕量（mm）。
按照计算公式所得的储罐上部壁厚较薄，容易造成施工变形过大，安装后的圆度不易保证，抗风抗升举能力不足，使用寿命也受到影响。
为满足刚度要求，标准中对储罐规定了最小公称壁厚。
4 罐底设计4.1 罐底结构根据储罐直径大小，储罐底板焊接分为对接和搭接两种。
对接焊仅用于小直径储罐，此时应注意焊接顺序，减少焊接变形。
目前最常用的还是搭接焊，对于罐内直径小于12.5m时，罐底宜采用条形排板，组焊方式见图1；而对于罐内直径大于或等于12.5m时，罐底宜采用弓形边缘板，组焊方式见图2，因罐底与罐壁连接的周边存在较大的边缘应力，故边缘板比中幅板厚一些。
钢制拱顶储罐设计共114页文档
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
钢制拱顶储罐设计
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
100立方米拱顶罐课程设计详解
《油罐及管道强度设计》课程设计任务书题目500m3拱顶油罐装配图的绘制学生姓名学号专业班级设计内容与要求一、原始数据1.适用范围及设计条件锥顶油罐储存介质为柴油及不易挥发的相类似油品。
（1）设计压力正压：1960Pa负压：490Pa（2）设计温度-19℃≤t≤90℃（3）基本风压 686Pa（4）雪载荷 441 Pa（5）抗震设防烈度8度（6）场地土类型II类（7）储液密度≤1000kg/ m3（8）腐蚀裕量1mm二、主要构件名称及规格1.罐体100m3罐体的基本参数和尺寸见表一。
表一：固定顶油罐系列基本参数和尺寸容积（m3）油罐内径（mm）罐底直径（mm）高度（mm）罐壁厚度（mm）顶(底)板厚度（mm）主体材料油罐总质量（kg）公称计算壁高顶高总高10115200 5320525656658225 6 Q235-A 66852.油罐附件 （1）罐壁人孔罐壁人孔安装于罐壁最底圈壁板上，其中心距离罐底约800mm 。
人孔位置应与透光孔相对应，以便采光通气。
当只有一个透光孔时，人孔应设在透光孔至180度位置上。
人孔的规格及制造目前已定型化，其规格及选用见表二。
表二：人孔、透光孔及量油孔选用表容积 （m 3）罐壁人孔透光孔量油孔 数 量直径(mm) 质量(kg) 数量 直径(mm) 质量(kg) 数量直径(mm) 质量 (kg) 40~7001600126150047.711507.6（2）量油孔量油孔一般适用于人工检尺的油罐，其公称直径是DN150mm 。
安装位置应在罐顶平台附近并与透光孔相对应，以便测定储液计量或取样。
其选用见表二。
（3）透光孔透光孔主要用于油罐放空后的通气和检修时的采光，安装在罐顶平台附近，与人孔对称或在同一方位上布置 。
其中心距罐壁1000mm 。
透光孔的公称直径为DN500mm ，其规格及选用见表二。
（4）呼吸阀呼吸阀主要用于固定顶油罐上的通风位置，一般安装在罐顶中心附近，起呼吸作用。
拱顶罐顶板的优化排板设计分析与实例探讨
在具有拱顶的容器设备制造中，排板是十分重要的一个工序。除了影响整台 容器的安全可靠性外，更重要的是涉及容器的制造成本和施工难度。在满足制造 容器规范要求的前提下， 需根据实际可购买板材和现场施工的可操作性方面综合 考虑，计算出的排板图尺寸能够最大限度的利用板材，降低板材的损耗，从而节 约成本和方便施工。 经查阅的资料中大多叙述不够详细，本人根据实际经验，以及江汉油田金属 容器制造厂刘少平发表的《拱顶罐顶的优化排板法》和化工设备设计全书《球罐 和大型储罐》提供的理论依据以及计算方法进行设计，再根据《立式圆筒形钢制 焊接油罐设计规范》 （GB50341-2003）和《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收 规范》 （GB50128-2005）中的规范要求，和现有板材的尺寸进行调整，最终求出 最大的顶板尺寸及最少的板材使用量，优化设计方案，确定施工图尺寸，提供详 细的实例计算优化过程，提供给需要的人员相互交流。 如图 1 所示，对某一定规格的拱顶罐，当设计人员确定了 R1、R2、R3 尺寸 后，就可通过数学计算求出顶板的 R4、R5、L（见图 2） 。
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图 10 计算后 a＝不定，b＝1500mm 的卷板使用量为 360m2。最终排板俯视图如图 11
图 11 卷板排板俯视图 则例 2 中用材对比如下表 a＝6000mm，b＝1500mm 平板 板材使用面积 405m
2
a＝不定，b＝1500mm 的卷板 板材使用面积 360m
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计算。 应用举例 1、有一个拱顶罐，罐体直径 10m，E＝40mm，H＝5mm，a＝6000mm，b＝ 1500mm，取 R1＝700mm，R2＝5000mm，R3＝19000mm，N＝22 计算得： R4＝700.47≈700mm R5＝5182.67≈5183mm L＝4359.42≈4360mm AB 弧＝239.23mm ＞ 200mm CD＝1458.54mm ＜ 1500mm AE＝248.98mm ＞ 0 FG＝1039.35mm ＞ 0 G＝221.03mm ＞ 0 可满足要求，则绘制 CAD 排板施工图如图 5
钢制拱顶储罐设计
式中 R——储罐内半径；
H——罐壁高度。
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二、储罐的容量及经济尺寸选择
2）公称容量 公称容量是指按照储罐的几何尺寸计算所得，经圆整后， 以整数表示的容量。一般情况下，公称容量均小于计算容量。
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二、储罐的容量及经济尺寸选择
量的外载荷。
2．储罐的操作载荷 储罐的操作载荷是储罐在正常操作时，储罐内气相空间的
正压或负压造成的载荷，储罐气相空间的压力由储罐的操作条
件决定。
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三、储罐设计参数（载荷）
一般来说，固定顶储罐的设计压力取安全阀的最大开启压
力，即：正压1960Pa（200mmH2O）
负压490Pa（－50mmH2O）。
一、储罐的种类和特点
4．外浮顶储罐 浮顶储罐的罐顶是直接漂浮在液面上的浮顶，随液面的高低上下浮动。 浮顶与罐壁之间有密封装置，从而最大限度地降低了油品的蒸发损耗。
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一、储罐的种类和特点
4．外浮顶储罐 种类：浮顶按其结构分为单盘式浮顶和双盘式浮顶。 特点： ●单盘式浮顶：结构简单，材料消耗少，但易遭受雨水腐蚀，整 体稳定性较差； ●双盘式浮顶：结构比较复杂，材料用量大，但整体稳定性好， 安全性较高。浮顶储罐浮顶上部直接暴露在大气 中，不易积存油气，所以安全性最好。 大型浮顶在结构上比拱顶更容易处理，且材料消耗较少， 故大型储罐几乎全部采用浮顶储罐。由于雨水及尘土能够通过 浮顶边缘密封与罐壁的间隙进入储罐内，浮顶储罐通常用于储 存雨水等杂质对品质影响不大的油品，例如原油等。
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一、储罐的种类和特点
3．无力矩顶储罐 无力矩顶由薄钢板和中心柱组成，薄钢板悬挂 在罐壁和中心柱之间，罐顶钢板只受拉力，不受弯 矩作用。由于使用很薄的钢板，所以材料消耗很少。 由于顶板过薄，容易损坏，且易遭受雨水腐蚀，安 全性差，目前已基本不使用。
钢制拱顶储罐设计讲解
韧性值越高；材料的强度等级越高，冲击功中和断裂无关的成分
（例如消耗于弹性变形的功值）越多，因而，需要的冲击韧性值越 高；而温度越低，材料能够提供的韧性指标越低，温度越低越容易
产生脆性破坏，所以对设计温度较低的罐壁，应有较高的冲击韧性。
对于特定的材料，钢板中杂质的含量对冲击韧性影响很大，因此， 应限定杂质的含量，以确保较高的冲击韧性。
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一、储罐的种类和特点
3．无力矩顶储罐 无力矩顶由薄钢板和中心柱组成，薄钢板悬挂 在罐壁和中心柱之间，罐顶钢板只受拉力，不受弯 矩作用。由于使用很薄的钢板，所以材料消耗很少。 由于顶板过薄，容易损坏，且易遭受雨水腐蚀，安 全性差，目前已基本不使用。
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量的外载荷。
2．储罐的操作载荷 储罐的操作载荷是储罐在正常操作时，储罐内气相空间的
正压或负压造成的载荷，储罐气相空间的压力由储罐的操作条
件决定。
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三、储罐设计参数（载荷）
一般来说，固定顶储罐的设计压力取安全阀的最大开启压
力，即：正压1960Pa（200mmH2O）
负压490Pa（－50mmH2O）。
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一、储罐的种类和特点
5．内浮顶储罐 内浮顶储罐的罐顶为拱顶与浮顶的组合，外部为拱顶，内 部为浮顶。
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一、储罐的种类和特点
5．内浮顶储罐 种类：按其浮顶的结构与材质不同，可分为钢制、铝制、不锈 钢制内浮顶等。 特点：内浮顶储罐的内部浮顶可以减少油品的蒸发损失，外部
a）底圈壁板局部外凸。地震时在水平加速度的作用下，
由于倾倒力矩使得罐壁一侧压应力材料超过临界压应力值，罐 壁失稳造成的；
立式储罐拱顶板分析
立式储罐拱顶一直是储罐安装制作最麻烦的难点，同时也是储罐要求最低的一个部位。
鉴于拱顶顶板的尺寸和形状比较难理解，本人结合实际施工经验为大家进行各个部位的介绍，希望能够帮同行们进一步理解顶板，方便以后储罐的施工。
一．储罐顶板尺寸的计算图1 拱顶图图2 顶板展开图拱顶是球冠的形状，瓜皮板是像切西瓜那样将拱顶平均分成若干瓣，事实上瓜皮板是一个曲面，无法展开，但考虑到实际施工情况，一般将瓜皮板近似展开下料，并且瓜皮板展开形状为四边均为曲线的四边形。
施工时为了下料方便，将两腰直接做成直线，所以图2展开图 中两腰为直线。
图中δπ+=n R 21B A ，1R 为顶板中心孔半径，δ为顶板搭接量40mm ，n 为顶板瓜皮板块数，2R 为拱顶顶板半径5.10537221075=mm 。
mm 67.3014024100014.32=+⨯⨯=B A mm 3.279740245.1053714.32=+⨯⨯=D C 难点在于图2中顶板展开图的中心孔半径m m 1001r 1=，瓜皮板外圆半径m m 11600r 2=，这两个尺寸数据是怎么确定的。
因为瓜皮板拼装起来之后为曲面，这两个半径及顶板筋板的半径圆心均不在同一点，同时瓜皮板展开图的1r 与2r 半径差也不是瓜皮板的长度，瓜皮板的板长是图4所示的弧长，筋板的定位尺寸也是量取图4中的筋板之间的弧长长度，这样制作出来的顶板筋板受力性能好，承载能力强。
筋板的弧度就是整个球冠的弧度，在顶板组装完成后筋板的方向应该是过球心的，也正因为如此，筋板按照瓜皮板的弧度进行预制卷板才能和瓜皮C 图3 实际瓜皮板形状 A B D板吻合。
mm 11600)5.10537()25200(5.1053725200tan r 222=-⨯==βSRSR 为拱顶球冠半径25200mm ，如图5所示。
其他各个筋板的半径算法也是同样道理。
图 4 筋板方向和顶板长度 mm 10011000-25200100025200tan r 221=⨯==）（）（αSR 的计算，21r r 图 5 顶板计算示意图二．顶板施工顶板施工时先制作顶板支撑架，瓜皮板对称吊装搭在支架上。
第八章拱顶的设计
R2 Rtg 2
弧
AD
2R 360
( 1
2)
或
AD
R(1
2)
弧 AB D1
n
弧 CD 2r
n
式 中 ： n， 瓜 皮 板 的 块 数 ， 一 般 取 偶 数 ； ， 搭 接 宽 度 。
拱顶中心孔半径 r
公 称 容 积 （ m3 ）
100 V 700
二、罐顶所受的内载荷
罐 顶 的 内 荷 载 系 由 于 罐 内 的 油 气 压 力 产 生 ，这 一 荷 载 可 使 球壳产生薄膜应力并使包边角钢成为受压环。
qI kq 5 q1
式中：qI ，作用于球壳上的内载荷，Pa； q5 ，罐 内最 大正 压 力， 可取 呼 吸阀 的开 启压 力 。通 常 取 q5 200 mmH 2O ， 即 q5 2000 Pa 。 k ， 超 载 系 数 ， 可 取k 1.2 ； q1 ， 球 壳 单 位 面 积 上 的 自 重 ， Pa。
1000
V 5
103
104
r (mm)
750 1000 1050
第二节 计算载荷的确定
第二节 计算荷载的确定
罐顶的外载荷由球壳的自重、罐内在操作条件下可能产 生 的真 空度 、雪 载 、活荷 载 组成。当对外 荷载估 计不足 时会 使球壳受压失稳，也会使包边角钢被拉坏，估计过高时又会 造成材料上的浪费，因而正确估计是很重要的。 一、罐顶所受的外载荷
孔（ 108 4 ）处 与 常 开 状 态 。1992 年 6 月 ， 一 场 持 续 了 较 长 时间的暴 雨使罐 顶突然 凹陷， 凹瘪 面积约 200m2，凹瘪 部位 最大深度估测为 2.5～3.0m。
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三、储罐设计参数（载荷）
三、储罐设计参数（载荷）
作用在储罐上的载荷，主要分为静载荷、操作载荷和动载 荷3大类。 1．储罐的静载荷
储罐静载荷包括储罐自重（包括附件，如：平台梯子、接 管、安全阀、呼吸阀等）、隔热层重量、储存液体的静液压力、 附加载荷、雪载荷。附加载荷是指储罐顶部检修人员及工具重 量的外载荷。 2．储罐的操作载荷
储存容量＝πR2H1 式中 R——储罐内半径； H1——最高液位高度。
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二、储罐的容量及经济尺寸选择
4）有效容量（工作容量）
有效容量亦称工作容量，是指储罐内允许最高工作液位与允许最 低工作液位之间的容量，是确定储罐公称容量的重要参数。计算有效容 量的公式为：
有效容量＝πR2（H1—H2） 式中 R——储罐内半径；
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一、储罐的种类和特点
4．外浮顶储罐 浮顶储罐的罐顶是直接漂浮在液面上的浮顶，随液面的高低上下浮动。
浮顶与罐壁之间有密封装置，从而最大限度地降低了油品的蒸发损耗。
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一、储罐的种类和特点
4．外浮顶储罐 种类：浮顶按其结构分为单盘式浮顶和双盘式浮顶。 特点： ●单盘式浮顶：结构简单，材料消耗少，但易遭受雨水腐蚀，整
要求也较高。 桁架式锥顶和柱支撑锥顶在国内很少使用，但国外普遍使 用柱支撑锥顶而较少使用拱顶。
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一、储罐的种类和特点
3．无力矩顶储罐 无力矩顶由薄钢板和中心柱组成，薄钢板悬挂
在罐壁和中心柱之间，罐顶钢板只受拉力，不受弯 矩作用。由于使用很薄的钢板，所以材料消耗很少。 由于顶板过薄，容易损坏，且易遭受雨水腐蚀，安 全性差，目前已基本不使用。
3项费用合计起来的总费用最省的储罐尺寸才应该是最经济的储罐尺寸！ ● 一般来说，地基处理费用是确定储罐经济尺寸的关键因素，在地质条件 非常好的前提下，按罐体本身最省的原则确定的罐体尺寸总费用也是最省 的；在地质条件不良的前提下，按地基处理的费用最省原则确定的罐体尺 寸总费用也是最省的。
对于大型储罐区，结合地质条件确定储罐直径和高度是非常必要的。 只有这样，才能达到总工程造价最低，才是真正的储罐经济尺寸。
钢制拱顶储罐设计
一．储罐的种类和特点 二．储罐的容量及经济尺寸选择 三．储罐设计参数（载荷） 四．国内外储罐标准 五．储罐用材料 六．罐底设计 七．罐壁的设计 八．罐顶设计特点
立式圆筒形储罐一般按其顶部结构的不同，可分为以下几种： 1．拱顶储罐
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一、储罐的种类和特点
1．拱顶储罐 拱顶罐的罐顶为球面的一部分，它由构成球面的钢板和加
强筋或加强梁组成，直接支撑在罐壁上。 种类： 按加强构件的不同，可细分为：光壳拱顶、带肋
壳拱顶、网壳拱顶。 特点：结构简单、施工方便、造价低廉，能够承受较大的
内压，是最为经济的一种储罐，在石油化工及相关领域得到最 为广泛的使用。
H1——允许最高工作液位高度； H2——允许最低工作液位高度。
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二、储罐的容量及经济尺寸选择
2．经济尺寸
● 对罐体本身来讲，在容量一定的条件下，选择合适的直径与高度可以使 得罐体本身的造价最低。对于等壁厚拱顶罐，直径与高度相等时，罐体材 料最省。 ● 储罐经济尺寸确定三要素：罐体造价、基础处理造价及征地费用。
储罐的操作载荷是储罐在正常操作时，储罐内气相空间的 正压或负压造成的载荷，储罐气相空间的压力由储罐的操作条 件决定。
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三、储罐设计参数（载荷）
一般来说，固定顶储罐的设计压力取安全阀的最大开启压 力，即：正压1960Pa（200mmH2O）
负压490Pa（－50mmH2O）。 对于试验压力，试验正压取1.1倍的设计正压。
体稳定性较差； ●双盘式浮顶：结构比较复杂，材料用量大，但整体稳定性好，
安全性较高。浮顶储罐浮顶上部直接暴露在大气 中，不易积存油气，所以安全性最好。 大型浮顶在结构上比拱顶更容易处理，且材料消耗较少， 故大型储罐几乎全部采用浮顶储罐。由于雨水及尘土能够通过 浮顶边缘密封与罐壁的间隙进入储罐内，浮顶储罐通常用于储 存雨水等杂质对品质影响不大的油品，例如原油等。
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二、储罐的容量及经济尺寸选择
2）公称容量 公称容量是指按照储罐的几何尺寸计算所得，经圆整后，
以整数表示的容量。一般情况下，公称容量均小于计算容量。
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二、储罐的容量及经济尺寸选择
3）储存容量（实际容积）
储存容量是指储罐实际上可储存的最大容量。计算容量减去 储罐上部不可用容量，便是储存容量。储存容量的公式为：
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一、储罐的种类和特点
2．锥顶储罐 锥顶储罐的罐顶为圆锥形。
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一、储罐的种类和特点
2．锥顶储罐 种类：按支撑条件的不同，可分为自支撑、柱支撑、桁架支撑 等几种。 特点： ●自支撑锥顶：适用于直径较小的储罐，结构简单、施工方便
等特点； ● 桁架式锥顶：结构复杂，材料消耗高，施工比较困难； ● 柱支撑锥顶：结构复杂、材料消耗高、施工困难，对基础的
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一、储罐的种类和特点
5．内浮顶储罐 内浮顶储罐的罐顶为拱顶与浮顶的组合，外部为拱顶，内
部为浮顶。
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一、储罐的种类和特点
5．内浮顶储罐 种类：按其浮顶的结构与材质不同，可分为钢制、铝制、不锈 钢制内浮顶等。 特点：内浮顶储罐的内部浮顶可以减少油品的蒸发损失，外部 的拱顶又可以避免雨水、尘土等杂物进入罐内污染油品，所以 用来储存易挥发的成品油，例如航煤、汽油等。
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二、储罐的容量及经济尺寸选择
二、储罐的容量及经济尺寸选择
1．容量 在储罐的容量概念里，有如下几种说法：计算容量、公称
容量、储存容量、有效容量 1）计算容量
计算容量是指按照储罐的几何尺寸计算所得的容量。计算容 量的公式为：
计算容量＝πR2H 式中 R——储罐内半径； H——罐壁高度。