Wichtige Tankplattentypen in API 650-Lagertanks

Öl- und LNG-Lagertanks (API 650) werden aus vier Hauptplattentypen gebaut: Hülse, Unten (Boden), Ringförmig, Und Dach Platten. Jede erfüllt eine bestimmte strukturelle Funktion. Mantelplatten bilden die zylindrische Wand und widerstehen Umfangs- und Axialspannungen; Bodenplatten bilden den Tankboden und tragen die Flüssigkeitslast; Ringplatten sind die ringförmigen Platten am Übergang von Mantel zu Boden, die die Lasten in den Mantel übertragen; und Dachplatten decken den Tank mit einem festen konischen/kuppelförmigen Dach ab. Bei der Auswahl und Konstruktion jeder Platte müssen Lastanforderungen, Schweißverfahren, Korrosionszugabe und Materialverfügbarkeit berücksichtigt werden.

Schalenplatten

Mantelplatten bilden die vertikalen Wände des Tanks. Sie werden geschnitten und gerollt in Kurse – horizontale Bänder, die sich bis zur vollen Höhe stapeln. Die Dicke berechnet sich aus der Umfangsspannung durch Flüssigkeitsdruck zuzüglich Korrosionszuschlag. Nach API 650 sind Mantelplatten auf maximal 45mm (1,75 Zoll) dick. Wenn die Konstruktionsspannungen oder die Materialfestigkeit mehr als 45 mm erfordern, muss ein höherfester Werkstoff (Stahl der Gruppe IV–VI) verwendet werden. Gängige Werkstoffe sind ASTM A36 oder EN S235JR (Streckgrenze ~250 MPa) für niedrigere Tanks und A516 Gr 70, A537 CL2 oder EN S355 (355 MPa) für höhere oder anspruchsvollere Tanks. Die Mantelbleche müssen stahlberuhigt und feinkörnig sein, um die Schweißbarkeit zu gewährleisten.

Herausforderungen und Lösungen: Dicke Mantelbleche sind schwer und lassen sich nur schwer ohne Verformung walzen und schweißen. Hersteller biegen die Bleche oft vor und verwenden Sequenzschweißen mit kontrollierter Zwischenlagentemperatur, um die Verformung zu kontrollieren. Alle vertikalen Schweißnähte müssen gemäß API 650 Abs. 8.3 geröntgt werden; horizontale (Umfangs-)Schweißnähte und Ringblechschweißnähte erfordern ebenfalls eine Röntgenaufnahme. Stahl der Güte A36 oder ähnliche Stähle weisen bei niedrigen Temperaturen keine Schlagzähigkeit auf, daher greifen Konstrukteure in kalten Klimazonen auf kaltzähen Stahl (z. B. ASTM A553) zurück oder führen Schlagprüfungen durch. Abschließend wird das Mantelblech über Ankerbänke, die an das Ringblech oder den Mantelboden geschweißt sind, am Tankfundament verankert.

Bodenplatten

Bodenplatten bilden den Tankboden und müssen die hydrostatische Belastung und Vakuumbelastungen aushalten. Mehrere Stahlplatten (6–12 mm dick plus Korrosionszuschlag) bedecken typischerweise den gesamten Tankboden. Standardausführungen umfassen überlappende „Bodenplatten“ und eine schwerere ringförmige Platte Die Platten ruhen auf einem Betonfundamentring oder Pfählen. Die Bodenplatten sind gitterförmig verschweißt; für eine vollständige Durchdringung werden gemäß API 650 (Abschnitt 5.1.5.5) quadratische oder schräge Stumpfnähte verwendet. Zur Aufrechterhaltung der Wurzelöffnungen können heftgeschweißte Stützstreifen (≥3 mm dick) verwendet werden. Die Nennbreite sowohl der rechteckigen als auch der Skizzenplatten sollte ≥1800 mm betragen, sofern nicht anders mit dem Käufer vereinbart. Die erforderliche Dicke der Bodenplatten entspricht der korrodierten Dicke zuzüglich Korrosionszugabe.

Designüberlegungen: Bodenplatten müssen flach und eben sein, um Pfützenbildung zu vermeiden. Sie werden mit Dichtschweißnähten an der Mantel- oder Ringplatte befestigt. Nach API 650 werden die Stumpfschweißnähte der Bodenplatten oft parallel zur Mantelfläche verlegt, um das Eingießen der Anker zu erleichtern. Auch geneigte Fischgrätenmuster oder radiale Anordnungen sind möglich. Tanks können Folgendes enthalten: Sumpf Tasche in der Mitte zur Entwässerung.

Herausforderungen und Lösungen: Die Bodenbeplankung muss sowohl Überdruck (hydrostatischer Druck) als auch Unterdruck (Vakuum) standhalten. Ein Vakuumausfall kann zum Kollaps führen, daher planen Konstrukteure Vakuumentlastungsventile ein und berücksichtigen Verstärkungen (z. B. Ausgleichsplatten). Schweißverzug wird durch Fixierung der Platten und symmetrisches Schweißen gemindert. Die Qualitätskontrolle ist entscheidend: Während Dach- und Bodenschweißnähte üblicherweise nicht geröntgt werden, werden alle Schalen-Boden-Verbindungen sowie Bodenverbindungen einer Magnetpulver- oder Farbeindringprüfung (100%) unterzogen, um die Dichtheit sicherzustellen. Große Bodenplatten (insbesondere dicke Ringringe) können lange Lieferzeiten haben, daher ist eine frühzeitige Beschaffung ratsam.

Ringförmige Platten

Ringförmige Platten sind der Plattenring unmittelbar innerhalb der Tankhülle in der unteren Schicht. Sie übertragen die Lasten der Hülle in den Boden und dienen als Befestigungspunkt für Bodenwinkel und Ankerstühle. Gemäß API 650 Abs. 5.5.2 sind ringförmige Platten muss mindestens 600 seinmm (24in) breit (radial gemessen) von der Schale bis zu jeder Überlappverbindung, wenn der Tankdurchmesser ≥30 m (100 Fuß) beträgt oder wenn die untere Schalenschicht unter Verwendung der zulässigen Spannung für die Materialien der Gruppe IV, IVA, V oder VI ausgelegt istIn der Praxis fertigen Konstrukteure Ringplatten häufig deutlich dicker als innere Bodenplatten (z. B. 12–16 mm statt 6–8 mm), um die hohen Umfangskräfte aufnehmen zu können.

Schweißen und Verbindungen: Ringplatten-Radialgelenke müssen vollflächig durchgeschweißte Stumpfnähte seinEin durchgehender Unterlegstreifen (mindestens 3 mm) ist unter diesen Schweißnähten zulässig, die Schweißnaht muss jedoch fehlerfrei sein. Für Tanks mit einem Durchmesser von >30 m oder aus hochfestem Mantelstahl (Gruppe IV–VI) schreibt API 650 stumpfgeschweißte Ringplatten vor. Bei kleineren Tanks oder Behältern mit geringer Spannung können überlappend geschweißte „Skizzenplatten“ zulässig sein, Inspektoren bevorzugen aus Sicherheitsgründen jedoch häufig den stumpfgeschweißten Ring. Die Innenkante des Rings kann gerade oder polygonal geschnitten sein; gemäß API-Definition kann der Innenumfang ein regelmäßiges Polygon mit so vielen Seiten wie Platten bilden.

Herausforderungen und Lösungen: Da ringförmige Platten groß und dick sind, sind sie schwer und schwierig zu transportieren. Die Ausrichtung auf der Baustelle ist entscheidend. Hersteller schweißen sie oft in der Werkstatt oder frühzeitig vor Ort an die Schale – sorgfältiges Einpassen und Schweißen (ggf. Vorwärmen) sowie kontrollierte Wärmezufuhr sind unerlässlich. Der ringförmige Ring ist ein Hotspot mit Leckagegefahr, wenn er zu klein dimensioniert oder schlecht geschweißt ist. Daher fügen viele Ingenieure zusätzliche Korrosionszugaben hinzu und führen an diesen Verbindungen eine gründliche zerstörungsfreie Prüfung (Röntgenaufnahme oder PAUT) durch.

Dachplatten

Feste Dächer (Kegel oder Kuppeln) decken oberirdische Tanks ab. Dachplatten sind zusammengeschweißte Metallplatten, die an einem oberer Bordsteinwinkel auf der Schale. API 650 unterteilt die Dachkonstruktion in drei Lastfälle: Innendruck (Anhang F Zugformel), Außenlasten (Anhang F Knicken) und allgemeine Lasten (Abschnitt 5.10). In der Praxis wird die Dachplattendicke oft durch das Knicken unter Dachgewicht oder Wind bestimmt, nicht durch den Innendruck. API 650 erfordert eine nominale Dachblechdicke ≥ 5mm (3/16In) zzgl. Korrosionszuschlag. Für flache Kegeldächer kann 6–10 mm Stahl verwendet werden, für Kuppeldächer oft 8–12 mm.

Konstruktion: Dachplatten werden in einem „Tortenstück“-Muster (mit einem Polygon gleich der Anzahl der Platten) oder in konzentrischen Ringen geschnitten. Die Platten werden durch Überlapp- oder Schrägstumpfnähte miteinander verschweißt, wobei durchgehende Kehlnähte nur auf der Oberseite vorhanden sind. Die Platten müssen am Rand vollständig abgestützt sein. Bei kegelförmigen Dächern schreibt API 650 Abs. 5.10 vor, dass die Platten nicht mit den Sparren verschweißt werden (sie ruhen stattdessen auf ihnen), um leichte Bewegungen zu ermöglichen. Alle Dachplatten werden mit durchgehenden Kehlnähten an der Oberseite am Randwinkel befestigt.

Herausforderungen und Lösungen: Dachplatten sind dünner und verformen sich oft durch Schweißen. Daher fertigen Bauherren das Dach in Abschnitten am Boden oder verwenden Heberahmen. Maßkontrolle ist entscheidend, um Lücken zu vermeiden. Da Dachschweißnähte im Allgemeinen weniger beansprucht werden, verlangt API keine Röntgenaufnahmen von Dachplattenschweißnähten. Eine Sichtprüfung/MPI-Prüfung nach 100% ist jedoch Standard. Dachstahl ist häufig A36 oder ähnlich; hochfester Stahl ist selten erforderlich, es sei denn, große Dachspannweiten erfordern eine höhere Knickfestigkeit.

Plattenmaterialien und Spezifikationen

API 650 gruppiert Blechstähle nach zulässiger Spannung und Anwendung. Zu den häufig verwendeten Materialien für Tankbleche gehören:

ASTM-Normen

ASTM A36 (26 ksi Streckgrenze, ~250 MPa) – Wird häufig für Schalen und Böden unter gemäßigten Bedingungen verwendet. Es ist kostengünstig und weit verbreitet, jedoch nicht für kalte Umgebungen geeignet, sofern es nicht auf Schlagzähigkeit geprüft wurde.
ASTM A283 Gr. C (auch ~205–290 MPa) – Ein allgemeiner Baustahl, der manchmal für Tanks mit geringer Höhe verwendet wird.
ASTM A285 Gr. C (Platte für Druckbehälter, 195–260 MPa) – Zugelassen nach API 650, jedoch auf dünnere Abschnitte beschränkt. Dehnbarer, oft eine kostengünstigere Alternative.
ASTM A516 Gr. 70 (Platte für Behälter mit mittleren/niedrigen Temperaturen, 485 MPa Zugfestigkeit) – Häufig für hochfeste Schalen/Böden. Hat eine bessere Zähigkeit als A36.
ASTM A537 Kl.2 (Druckbehälterplatte, ~450 MPa Streckgrenze) – Höhere Festigkeit und Zähigkeit für große Tanks.
ASTM A553 (Typ 1 und 2) – Niedertemperatur-Kohlenstoff-Mangan-Platte (nickellegiert) für den kryogenen Einsatz. A553 Typ 1 (≈9% Ni) ist in API 620 Anhang Q für LNG-Tanks spezifiziert.

EN-Norm

EN 10025 S235JR / S355JR – Europäische Baustähle, die in etwa A36 (S235JR) und den höherfesten A572/A656 (S355JR) entsprechen. Beachten Sie, dass API 650 für S275/S355 die schlagzähen Güten J0 oder J2 (geprüft bei 0 °C oder -20 °C) vorschreibt; die gewöhnliche Güte „JR“ (geprüft nur bei 20 °C) ist für dickere Bleche nicht zulässig.

JIS-Standard

JIS G3101 SS400 / SS490 – Japanische Baustähle (YS 205–245 MPa und 245–295 MPa). SS400 ist schwächer als A36, daher vermeiden einige Konstrukteure einen direkten Ersatz, es sei denn, die Dicke wird erhöht.

Andere nationale Standards

API 650 erlaubt „anerkannte nationale Standards“, sofern die mechanischen Eigenschaften und chemischen Grenzwerte den Kriterien der Gruppen I–VI entsprechen. Beispielsweise werden häufig die CSA G40.21 (Kanada)-Klassen 300W/350W oder ISO 630 S275/S355 akzeptiert.

Für alle Bleche schreibt API 650 Abschnitt 4 vor, dass der Stahl beruhigt (vollständig desoxidiert) und feinkörnig bearbeitet werden muss, unter sorgfältiger Kontrolle von C, Mn, P, S usw. Hochwertigere Werkstoffe (Gruppen IV–VI) erfordern oft spezielle Schlagprüfungen bei 0 °C oder -20 °C, auch bei Raumtemperatur, um Sprödbrüche unter Druckbedingungen zu vermeiden. Überprüfen Sie bei der Auswahl von ausländischem Stahl anhand von Werksprüfzertifikaten, ob Zusammensetzung und Schlagzähigkeit den Anforderungen von API 650 entsprechen. (Beispielsweise kann chinesischer SS400 eine geringere Schlagenergie als A36 aufweisen.)

LNG- vs. Rohöltanks

LNG-Lagertanks arbeiten bei –162 °C und stellen deutlich höhere Anforderungen an die Werkstoffe. Herkömmliche API 650-Platten (A36, A516 usw.) werden bei kryogenen Temperaturen spröde. Stattdessen werden für Innentanks oder Körbe für LNG häufig 9% Ni-Stahl (ASTM A553 Typ 1 oder ASTM A553M) für hervorragende Zähigkeit. Kürzlich wurden 7% Ni-Stähle als kostengünstige Alternative entwickelt. Diese Stähle erfüllen die Charpy-Schlagfestigkeitskriterien (z. B. ≥34 J längs bei –196 °C für A553T1) gemäß API 620 Anhang Q. Für äußere Lagertanks (oder Dächer und Fundamente) kann bei Raumtemperatur normaler Kohlenstoffstahl verwendet werden.

Zu den Konstruktionsunterschieden gehören doppelwandige Tanks mit Isolierung und strengere Anforderungen an die Dichtheit. API 620 (nicht 650) ist in der Regel der maßgebliche Code für oberirdische Kryotanks und enthält Anhang Q für Materialien. Zusammenfassend lässt sich sagen: Verwenden Sie für den LNG-Betrieb immer kryogene Stähle (A553, A553M oder Legierungen mit höherem Nickelgehalt) für die benetzten Platten; Standard-API 650-Stähle sind nur für die isolierte Außenhülle oder die über Umgebungstemperatur liegende Sekundärhülle vorgesehen.

Konformität mit API 650 (2020)

Um die Einhaltung von API 650 sicherzustellen, müssen die Material-, Design- und Fertigungsregeln des Codes befolgt werden:
Plattendicke und Materialgrenzen: Beachten Sie Abschnitt 4.2.1.4: Maximale Schalendicke 45 mm. Beachten Sie die Dickengrenzen von Abschnitt 4.2.2 pro Güte (z. B. kann A537 dicker sein als A516). Geben Sie Blechklassen an, die die erforderlichen Schlagfestigkeitsprüfungen für die erwartete Betriebstemperatur erfüllen.
NDE und Schweißen: Führen Sie eine 100%-Röntgenaufnahme für Schalen-Schalen- und Ringverbindungen durch. Für Dach- und Bodenschweißnähte ist eine 100% MPI/Farbstoff-Eindringprüfung erforderlich. Beachten Sie API 650 Abs. 8 für Schweißerqualifikation (ASME IX), Verbindungsvorbereitung und Prüfung.
Gestaltungsregeln: Zur Berechnung der Dicke von Schalen und Dächern verwenden Sie Abschnitt 5 und die Anhänge (z. B. Anhang F/V). Stellen Sie sicher, dass die Ringplattenbreite ≥600 mm beträgt. Die Bodenplatten müssen so dimensioniert sein, dass sie die Durchbiegungs- und Knickgrenzen einhalten. Die Schweißnaht-/Randabstände sind gemäß Abschnitt 5.1.5 und 5.5 zu bemessen.
Dokumentation: Das Tanktypenschild und die Dokumentation müssen die „API 650 – Zwölfte Ausgabe“ (die Ausgabe 2020 ist die 13.) enthalten. Bewahren Sie Werksprüfberichte für alle Platten (chemisch, mechanisch, Schlagfestigkeit) und Schweißprotokolle auf. Lassen Sie bei Bedarf eine Prüfung durch Dritte durchführen, insbesondere bei kritischen Verbindungen.
Korrosionszuschlag: Fügen Sie bei der Berechnung immer den entsprechenden CA-Wert (häufig 2–5 mm) zur Plattendicke hinzu, um Korrosion und mögliche Defekte an der Walzoberfläche zu berücksichtigen.

Herausforderungen und Best Practices

Schweißqualität und Verzug: Dicke Bleche (> 10 mm) erfordern Vorwärmen und eine kontrollierte Zwischenlagentemperatur. Verwenden Sie Sequenzschweißen oder Schrumpfkontrolle, um Verzug zu minimieren. Durchdringende Stumpfschweißungen müssen fehlerfrei ausgeführt werden. Alle Schweißnähte (insbesondere an Schalen- und Ringverbindungen) sind mittels zerstörungsfreier Prüfung (NDT) zu prüfen.
Korrosionsschutz: Wählen Sie beschichtete Materialien, die mit dem gelagerten Produkt kompatibel sind, oder tragen Sie Beschichtungen (Epoxid- oder zinkhaltige Grundierung) auf. Die Bodenplatten kommen häufig mit Wasser oder Feststoffen in Berührung, daher können ein höherer Korrosionszuschlag oder abriebfeste Auskleidungen verwendet werden.
Materialverfügbarkeit und Lieferzeit: Platten mit großem Durchmesser oder extradicker Dicke sind Spezialprodukte. Planen Sie die Beschaffung Monate im Voraus. Überprüfen Sie beim Import die Qualitätsstandards (z. B. gehen Sie nicht davon aus, dass SS400 gleich A36 ist). Arbeiten Sie mit Lieferanten zusammen, um sicherzustellen, dass die Zertifizierungen den API-Anforderungen entsprechen.
Bauablauf: Montieren Sie den Ring frühzeitig und verwenden Sie eine stabile Stütze oder temporäre Streben, um die Ausrichtung der Schale zu gewährleisten. Verwenden Sie während der Schalenmontage einen Windträger (gerüstähnlicher Ring), um die Kreisform zu erhalten. Montieren Sie die Dachpaneele nach Möglichkeit am Boden vor und heben Sie sie anschließend auf die fertige Schale.
Feldanpassungen: Abweichungen vor Ort (z. B. Fundamentsetzungen oder leichte Fehlausrichtungen) sollten durch Ausgleichsplatten, Schlitzankerbolzen oder Flanschschnitte ausgeglichen werden, nicht durch Nachwalzen der Platten. Überprüfen Sie vor dem endgültigen Schweißen die Ebenheit der Bodenplatten, um die Wasserdichtigkeit sicherzustellen.

Abschluss

Durch das Verständnis der Rolle jedes Plattentyps und die Einhaltung der API 650-Regeln können EPC/EPCM-Teams sichere und konforme Tanks entwerfen und bauen. Die richtige Materialauswahl (von A36 bis A553), sorgfältige Schweißpraxis und die Beachtung von Codedetails (Plattenbreite und Schweißqualität) sind für langlebige Rohöl- und LNG-Tanks unerlässlich. Wenn Sie Stahlplatten-Anfragen für Marinetankprojekte haben, kontaktieren Sie uns gerne unter [email protected] für ein wettbewerbsfähiges und professionelles Angebot!