課程設計（論文）10000m3立式儲油罐結構設計

1、課程設計任務書課程設計任務書 設計題目10000m3立式儲油罐結構設計 技術參數(shù)：技術參數(shù)：直徑 32400mm 長度 12150mm 材質 16mnr 壁厚 10mm,12mm,14mm 設計任務：設計任務： 1.寫出該結構的幾種設計方案 2.強度計算及尺寸選擇 3.繪制結構設計圖 4.撰寫主要工藝過程 5.撰寫設計說明書 工作計劃與進度安排：工作計劃與進度安排： 1查閱資料 2 天 2設計計算并撰寫設計說明書 5 天 3上機繪圖 4 天 4答辯 1 天 指導教師（簽字）： 年 月 日 專業(yè)負責人（簽字）： 年 月 日 學院院長（簽字）： 年 月 日 1 儲罐及其發(fā)展概況 油品和各種液體化學

2、品的儲存設備儲罐是石油化工裝置和儲運系統(tǒng)設施的重 要組成部分。由于大型儲罐的容積大、使用壽命長。熱設計規(guī)范制造的費用低，還 節(jié)約材料。 20 世紀 70 年代以來，內浮頂儲油罐和大型浮頂油罐發(fā)展較快。第一個發(fā)展油罐 內部覆蓋層的施法國。1955 年美國也開始建造此種類型的儲罐。1962 年美國德士古 公司就開始使用帶蓋浮頂罐，并在紐瓦克建有世界上最大直徑為 187ft（61.6mm）的 帶蓋浮頂罐。至 1972 年美國已建造了 600 多個內浮頂罐。 1978 年國內 3000m3 鋁浮盤投入使用，通過測試蒸發(fā)損耗標定，收到顯著效果。 近 20 年也相繼出現(xiàn)各種形式和結構的內浮盤或覆蓋物1。

3、世界技術先進的國家，都備有較齊全的儲罐計算機專用程序，對儲罐作靜態(tài)分 析和動態(tài)分析，同時對儲罐的重要理論問題，如大型儲罐 t 形焊縫部位的疲勞分析， 大型儲罐基礎的靜態(tài)和動態(tài)特性分析，抗震分析等，以試驗分析為基礎深入研究， 通過試驗取得大量數(shù)據(jù)，驗證了理論的準確性，從而使研究具有使用價值。 近幾十年來，發(fā)展了各種形式的儲罐，尤其是在石油化工生產中大量采用大型 的薄壁壓力容器。它易于制造，又便于在內部裝設工藝附件，并便于工作介質在內 部相互作用等。 2 設計方案 2.1 選擇設計方法 2.1.1 正裝法 此種方法的特點是指把鋼板從罐底部一直到頂部逐塊安裝起來，它在浮頂罐的 施工安裝中用得較多，即

4、所謂充水正裝法，它的安裝順序是在罐低及二層圈板安裝 后，開始在罐內安裝浮頂，臨時的支撐腿，為了加強排水，罐頂中心要比周邊浮筒 低，浮頂安裝完以后，裝上水除去支撐腿，浮頂即作為安裝操作平臺，每安裝一層 后，將上升到上一層工作面，繼續(xù)進行安裝。 2.1.2 倒裝法 先從罐頂開始從上往下安裝，將罐頂和上層罐圈在地面上安裝，焊好以后將第 二圈板圍在第一罐圈的外圍，以第一罐圈為胎具，對中點焊成圓圈后，將第一罐圈 及罐頂蓋部分整體吊至第一、二罐圈相搭接的位置，停于點焊，然后在焊死環(huán)焊縫。 用同樣的方法把下面的部分依次點焊環(huán)焊，直到罐底板的角接焊死即成。 2.1.3 卷裝法 將罐體先預制成整幅鋼板，然后用胎

5、具將其卷筒，在運至儲罐基礎上，將其卷 筒豎起來，展成罐體裝上頂蓋封閉安裝而建成。 見幾種：護坡式基礎、環(huán)墻式基礎、外環(huán)墻式基礎、特殊構造的基礎。 根據(jù)比較選用，護坡式基礎2。 2.2 尺寸的選擇 根據(jù)經濟尺寸計算，,dh 8 3 ,，h d v 4 2 mv10000mmh12150mmd32400 體形系數(shù)為，符合要求372 . 0 d h 2.3 材料的選擇 根據(jù) gb50341-2003_立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規(guī)范.來選取 （1） 罐壁：鋼板 16mnr，尺寸為 300020000mm,gb6654，在熱軋正火下使用， 公稱板厚為 616mm，溫度-20 時的許用板厚為 34mm,許

6、用應力為 163mpa，c 0 mpamp320a490 sb ， （3） 鍛件：16mn，jb4726，在正火或回火加正火下使用，公稱板厚為 300mm，溫度20時,許用應力為 150mpa，c 0 mpamp275a450 sb ， （4） 螺母：20 或 25 鋼，gb/t699 （5） 螺栓： 35grmoa，gb3077，溫度 p0，所以在罐壁上不需要設置加強圈。故滿足要求。 3.3.3 液面晃動波高計算 罐內液面晃動波高 ； ；rhv 21 w t08 . 0 85 . 1 2 式中浮頂影響系數(shù)，取 0.85； 1 阻尼修正系數(shù)，當大于 10s 時，取=1.05； 2 w t 2

7、地震影響系數(shù)，取 0.23； 故取sscth d h cth g d t w w 1058. 5 4 . 32 15.1268. 3 8 . 968. 3 4 .32 14 . 3 2) 68 . 3 ( 68 . 3 2 =1.85-0.08=1.85-0.085.58=1.4； 2 w t mhv22. 5 2 . 1623 . 0 4 . 11 3.3 罐壁結構 3.3.1 截面與連接形式 罐壁的縱截面由若干個壁板組成，其形狀為從下至上逐級減薄的階梯形，一般 上壁板的厚度不超過下壁板的厚度，各壁板的厚度由計算可得，按標準規(guī)范，16mnr 的最小厚度為 6mm，為由于該罐壁是不等壁厚度的且

8、較厚，因此各板之間采用對接， 這樣可以減輕自重。 罐壁的下部通過內外角焊縫與罐底的邊緣板相連，上部有一圈包邊角鋼，這樣 既可以增加焊縫的強度，還可以增加罐壁的剛性。 在液壓作用下，罐壁中的縱向應力是占控制地位的。即罐壁的流度實際上是罐 壁的縱焊縫所決定的。因而壁板的縱向焊接接頭應采用全焊透的對接型。 為減少焊接影響和變形，相鄰兩壁板的縱向焊接接頭宜向同一方向逐圈錯開 1/3 板長，焊縫最小間距不小于 1000mm。底圈壁板的縱向焊接接頭與罐底邊緣板對接焊 pap1405 0 縫接頭之間的距離不得小于 300mm。罐壁的環(huán)向焊接接頭形式較多，主要為對接。 底層壁板與罐底邊緣板之間的連接應采用兩側

9、連續(xù)角焊。在地震設防烈度不大 于 7 度的地區(qū)建罐，底層壁板與邊緣壁板之間的連接應采用如圖的焊接形式，且角 焊接頭應圓滑過渡，而在地震小于 7 度的地區(qū)可取 k2=k13 。 圖 3.4 底層壁板與邊緣板的焊接 3.3.2 壁板寬度 壁板寬度越小，材料就越省。但環(huán)向接頭數(shù)就越多，增加安裝工作量。我國一 般取壁板寬度不小于 1600mm。根據(jù) gb709-2006 選擇 b 類，板寬 3000mm，長度 20m。 4 罐底設計 4.1 罐底的應力計算 中幅板的薄膜力 （4.1） 0 1 1 0 2 10 )1 ( 2 2 rt lm n 罐壁與邊緣板之間的約束彎矩 （4.2） 31 0 1 1

10、1 0 1 1 0 2 1 4 1 331 0 )( 40 17 )1 ( 2 11 ) 1 )1 ( 2 2 ( 4 )( 240 11 t l rt rt l l t m 式中 t邊緣板厚（mm） ； 罐壁第一圈壁板特征系數(shù)，； 1 4 2 1 2 2 1 )1 (3 r 泊松比，0.3； r儲罐半徑，16.20m； 儲罐第一圈厚度，14mm； 1 中幅板的平均厚度，6mm； 0 t 底板上的液壓高度，12.15m； 0 l p作用在罐底上的儲液壓力，p= ； 0 gl 儲液密度，720kg/m3 ； l邊緣板受彎寬度，30.00m； d邊緣板彎曲剛度； )1 (12 2 3 et d 罐

11、壁邊緣板特征系數(shù)，； 4 22 2) 1 (3 tr ；pap 4 1057 . 8 15.128 . 9720 4 2 939 1075 . 1 )3 . 01 (12 10910192 d ；19. 3 01. 0 2 . 16 )3 . 01 (3 4 22 2 19. 3 1 . 0 2 . 16 )3 . 01 (3 4 22 2 1 mn m /1073 . 9 ) 01. 0 014. 0 ( 40 3017 006 . 0 2 . 16 7 . 0 014 . 0 19. 32 1 19 . 3 1 1 006. 02 .16 )7 . 0014 . 0 (19 . 3 2 1

12、5.1219 . 3 2 19. 34 3 . 0 301057 . 8 ) 01. 0 014 . 0 ( 240 11 6 3 2 4 343 0 nn 7 26 1031. 4 006 . 0 2 . 16 7 . 0014 . 0 19. 32 15.123 . 018 . 4 1073 . 9 2 pap 5 2 6 4 2 1036 . 1 ) 4 .32 1073 . 9 2 107 . 5( 5 12 邊緣板上表面的徑向應力分布為 （4.3）邊緣板 2 6 tt n x x 上表面的環(huán)向應力分布為 （4.4） 2 6 t m t n x y 式中-邊緣板受彎區(qū)域內任一點的彎矩

13、如圖 4.3 所示的力的平衡關系 x 圖 4.3 力的平衡關系圖 再分別求出及的彎矩 mx 2 0 l x lx l 2 2 ) 3 ( 5 2 2 0 0 px mx l m pl) 2 0( l x 2 2 02 2 03 2 0 )4 2 ( 5 1 )12 2 17 ( 5 1 ) 2 ( 5 8 l l mp plx l m px l mp l x ) 2 (lx l 當 x=0 時 mn ox /1073 . 9 6 當 x=時 2 l mn x /1099 . 1 1073. 91073. 94 .326 40 1 20 1057 . 8 4 .32 4 .32 7662 4 當

14、時 lx 0 x 所以當 x=時，有最大值且 2 l x mn x /1099. 1 7 所以mpampa sx 69025 . 3 8 1099 . 1 6 8 1031 . 4 2 77 mpampa sy 69028 . 4 8 1099 . 1 3 . 06 8 1031 . 4 2 77 故均為安全 5 罐頂設計 5.1 拱頂結構及主要的幾何尺寸 拱頂罐是目前立式圓柱形儲罐中使用最廣泛的一種罐頂形式，拱形的主體是球體， 它本身是重要的結構，儲罐沒有衍架和立柱，結構簡單，剛性好，承壓能力強。 球面由中小蓋板瓜皮板組成，瓜皮板一般做成偶數(shù)，對稱安排，板與板之間相 互搭接，搭接寬度不小于

15、5 倍板厚，且不小于 25mm 實際搭接寬度多采用 40mm 罐頂 的外側采用連接焊，內側間斷焊，中心蓋板搭在瓜皮板上，搭接寬度一般取 50mm， 頂板的厚度為 46mm。用包邊角鋼連接的拱頂只有一個曲率，所以又稱球頂。這種 結構形式在拱頂與罐壁的連接處， （即拱腳）邊緣應力較大，為防止油罐破壞裝油高 度不宜超過拱腳，即拱頂部分不能裝油，但球頂罐制作方便，因而得到較廣泛的應 用。 （1） 拱頂?shù)那蛎姘霃揭话闳?rn=0.81.2d 式中 d-儲罐直徑，32.4m； 取 rn=1.0d=32400mm 按表 5-2，頂板厚度為 5mm，帶肋 （2） 0 、 、d2 、a、b、根據(jù)圖可知，有 si

16、n 0 = 0 =30 s 2 1 68.212 68.21 2 rn d in 0 = rn d 2 2 式中 d2 -中小孔直徑，查表得 d2 =1000mm sin 0 = 0 =0.6a-取 25mm b-取 30 mm 011 . 0 324002 3 2100 5.2 扇形頂板尺寸 扇形頂板塊數(shù) n 最好為偶數(shù)，選擇 n=20，扇形頂板小頭的弧長 cd 不得小于 180 mm， 則瓜邊板的展開式狀。 r1=rtg 0 =32400tg30=18706mm r2=rtg=32400tg0.6 =3393mm =mm40 1 n d ba 1016540 10 )4032400( mm

17、16639)3 . 130( 360 324002 )( 360 2 0 r da mm n d dc 8 . 25940 10 3 2100 14 . 3 40 2 mm16614253 . 130 180 324003.14 a 180 0 n 1 r l mm1 .10080 180 18706102 10404032400 sin187062 180 n2 40n sin2 1 1 12 r d rl mm86.259 14. 3 180 3393102 4010 3 2100 14. 3 sin33932 180 n2 40n sin2 2 2 23 r d rl 5.3 包邊角鋼

18、（1）包邊角鋼與罐頂板之間采用連接較弱，僅需在外側采用單面連續(xù)焊，以保 證儲罐的密封，焊腳高度不宜大于頂板厚度的 3/4，且不大于 4mm。 （2）根據(jù) sh3046 規(guī)定儲罐所應采用最小包邊角鋼見表 5.11。 表 5.1 包邊角鋼最小尺寸 儲罐內徑 d1 包邊角鋼最小尺寸，mmm 20d89，故需要開孔補強。 補強設計： 對筒體上接管為 6008 的開孔進行補強 補強設計方法：單孔補強 開孔處殼體材料類型：板材 殼體材料：16mn 殼體材料在設計溫度下的許用應力： 230mpa 內徑：28000mm 接管腐蝕裕量：1mm 接管厚度負偏差：0.3mm 接管材料：16mn 接管材料在設計溫度下

19、的許用應力：230mpa 接管材料在常溫下的許用應力：230mpa 接管焊接接頭系數(shù)：1 補強結構：無補強結構 接管和殼體連接結構形式：鑲嵌式接管 計 算 方 法 : gb150-1998 等 面 積 補 強 法, 單 孔 開孔直徑 d=d0+2ct= 602.6mm mm d d i 16200 2 32400 2 補強區(qū)有效寬度 b=2d=2602.6=1205.2mm 接管材料強度削弱系數(shù) fr ：1.0 接效外伸長度 h1=minmm 1 . 87, 6 . 12 6 . 602接管實際外伸高度 nt d 管效內伸長度 h2=minmmd nt 0, 6 . 12 6 . 602接管實

20、際內伸高度 根據(jù)外壓圓筒穩(wěn)定性計算方法，計算得到圓筒和接管的計算厚度,接管的有效厚分別 為 d=602.6mm 和11mm, c t ic p dkp 2 1 mmct ntet 3 . 113 . 16 .12 開孔削弱所需的補強面積 a=0.5d+2e(1- fr)=3314 mm 殼體多余金屬面積 a1=(b-d)(e-)-2et(e-)(1- fr)=964 mm 接管多余金屬面積 a2=2h1(et-)-2h2(et-c2)fr=278 mm 補強區(qū)內的焊接面積 a3 :6x6=36 mm(焊角取 6mm) ae=a1+a2+a3=1278 mm 需要另加補強面積 a4=a-ae=2

21、036 mm 采用補強圈補強，選用標準補強圈（ jb/t4736-2002）,外徑 980mm,則補強圈計 算厚度為 2036/(980-600)=5.35mm 取整為 6mm 6.2 通氣孔 用于貯存不易揮發(fā)介質的固定頂儲罐上在儲罐頂部靠近罐頂中心處安裝，起呼 吸作用。 表 6.3 通氣孔規(guī)格 尺寸（mm） 規(guī)格ddd1d1ehn 200nd215280315185503248 通氣孔的補強計算： 對筒體上接管為 2008 的開孔進行補強 補強設計方法：單孔補強 開孔處殼體材料類型：板材 殼體材料：16mn 殼體材料在設計溫度下的許用應力： 230(mpa) 內徑：28000)(mm 接管腐

22、蝕裕量： 1)(mm 接管厚度負偏差： 0.3)(mm 接管材料：16mn 接管材料在設計溫度下的許用應力： 230(mpa) 接管材料在常溫下的許用應力： 230(mpa) 接管焊接接頭系數(shù)： 1 接管和殼體連接結構形式：鑲嵌式接管 計算方法 gb150-1998 等面積補強法 ,單孔 開孔直徑 d=d0+2ct= 202.6)(mm 14000 2 28000 2 i d d)(mm 補強區(qū)有效寬度 b=2d=2202.6=405.2)(mm 接管材料強度削弱系數(shù) fr ：1 接效外伸長度 h1=min 3 . 49,12 6 . 202接管實際外伸高度 nt d)(mm 管效內伸長度 h

23、2=min0,12 6 . 202接管實際內伸高度 nt d)(mm 根據(jù)外壓圓筒穩(wěn)定性計算方法，計算得到圓筒和接管的計算厚度,接管為 d=202.6和10,mm c t ic p dkp 2 1 )(mm 7 . 103 . 112 tntet c)(mm 開孔削弱所需的補強面積 a=0.5d+2e(1- fr)=1114 )( 2 mm 殼體多余金屬面積 a1=(b-d)(e-)-2et(e-)(1- fr)=202 )( 2 mm 接管多余金屬面積 a2=2h1(et-)-2h2(et-c2)fr=69)( 2 mm 補強區(qū)內的焊接面積 a3 :6x6=36 (焊角取 6)( 2 mm)

24、(mm ae=a1+a2+a3=307)( 2 mm 需要另加補強面積 a4=a-ae=807)( 2 mm 采用補強圈補強，選用標準補強圈（ jb/t4736-2002）,外徑 400,則補強圈)(mm 計算厚度為 807/(400-200)=4)(mm 6.3 貯罐進出液口 進液口開在罐頂，據(jù)罐壁 750,孔徑取為 300，罐側壁中心線距底)(mm)(mm 350，出液口開在罐壁第一圈的位置，距罐底 350,孔徑取為 300)(mm)(mm)(mm 補強計算： 對筒體上接管為 3008 的開孔進行補強 補強設計方法：單孔補強 開孔處殼體材料類型：板材 殼體材料：16mn 殼體材料在設計溫度

25、下的許用應力： 230 (mpa) 內徑：28000)(mm 接管腐蝕裕量： 1)(mm 接管厚度負偏差： 0.3)(mm 接管材料：16mn 接管材料在設計溫度下的許用應力： 230 (mpa) 接管材料在常溫下的許用應力： 230(mpa) 接管焊接接頭系數(shù)： 1 接管和殼體連接結構形式：鑲嵌式接管 計算方法:gb150-1998 等面積補強法 ,單孔 開孔直徑 d=d0+2ct= 302.6)(mm 14000 2 28000 2 i d d)(mm 補強區(qū)有效寬度 b=2d=2302.6=605.2)(mm 接管材料強度削弱系數(shù) fr ：1 接效外伸長度 h1=min60,12 6 .

26、 302接管實際外伸高度 nt d)(mm 管效內伸長度 h2=min0,126 .302接管實際內伸高度 nt d)(mm 根據(jù)外壓圓筒穩(wěn)定性計算方法，計算得到圓筒和接管的計算厚度,接管的有效厚 分別為 d=302.6和10,mm c t ic p dkp 2 1 )(mm 7 . 103 . 112 tntet c)(mm 開孔削弱所需的補強面積 a=0.5d+2e(1- fr)=1513)( 2 mm 殼體多余金屬面積 a1=(b-d)(e-)-2et(e-)(1- fr)=302)( 2 mm 接管多余金屬面積 a2=2h1(et-)-2h2(et-c2)fr=84)( 2 mm 補強

27、區(qū)內的焊接面積 a3 :6x6=36 (焊角取 6)( 2 mm)(mm ae=a1+a2+a3=422)( 2 mm 需要另加補強面積 a4=a-ae=1091)( 2 mm 采用補強圈補強，選用標準補強圈（ jb/t4736-2002）,外徑 400,則補)(mm 強圈計算厚度為 1091/(400-300)=10.91 取整為 11)(mm)(mm 6.4 法蘭和墊片 6.3 接管和法蘭尺寸 (mm) 法蘭頸名稱公稱 直徑 dn 鋼管外 徑法蘭 焊端外 徑 法蘭 外徑 d 螺栓孔 中心圓 直徑 k 螺栓 孔直 徑 l 螺栓孔 數(shù)量 n（個） 螺栓 th 法蘭 厚度 c nshr 法蘭 高

28、度 h 法 蘭 質 量 出液口300329b4454002212m20263427.116127818 進液口300329b4454002212m20263427.116127818 人孔600530b 670 7703620 m33 54 690 23 3012 9056 液位計 口 3238b140100184m1218402.364402 安全閥 口 80108b220180188m16201313.6128524.5 注：1：包覆金屬材料為純鋁板，標準為 gb/t 3880，代號為 l3。 2：填充材料為有機非石棉纖維橡膠板。3：墊片厚度均為 3。)(mm 查 hg/t 20609-2

29、009鋼制管法蘭用金屬包覆墊片 ，得： 6.4 墊片尺寸表 )(mm 管口名稱 公稱直徑 內徑 d1 外徑 d2 出液口 300 352 400 進液口 300 352 400 人孔 600 862 980 液位計口 32 61.5 82 安全閥口 80 109.5 142 6.5 液面計 6.5 液面計類型和適用范圍 類型 適用范圍 選用標準 玻璃管式液面計 pn1.6mpa，介質流動性較好，t=0200 hg/t21592-c 0 1995 6.6 盤梯 由于容器高度較高，需設盤梯。 7 焊接結構設計 7.1 焊縫的布置 焊縫布置原則：1 焊縫位置應盡量對稱，盡量分散 2 焊縫應盡量避開應

30、力集中和最大應力位置 3 焊縫應避開機械加工面 4 焊縫要能夠焊接、便于焊接、并能保證質量 5 焊縫的布置還應照顧到其他工序的方便與安全 罐壁焊縫的布置： 每塊鋼板的規(guī)格為 300050000mm，罐的直徑為 21.68m，高度為 8.13m，罐的 周長為 68m，所以可根據(jù)板長條件設計縱焊縫的數(shù)量，2 條環(huán)焊縫，為減少焊接影 響和變形，相鄰兩壁板的縱向焊縫宜向同一方向逐圈錯開 1/3 板長，焊縫最小間距 不小于 1000mm。 罐底的焊縫布置： 罐底的中幅板大部分是用整塊鋼板拼接而成。四周與罐壁圈相連接 的一圈為邊緣板。中幅板鋼板與鋼板之間絕大部分是搭接焊縫，只是直接處在罐底 圈板下的一部分為對接焊縫，邊緣板與壁板之間為丁字接頭，里外圈都為環(huán)焊縫。 其中短焊縫之間要錯開 200300mm。 罐頂?shù)暮缚p布置： 罐頂由中心板和扇形板組成。中心直徑為 2000mm，可用一塊鋼板切成。 每一塊扇形由兩塊鋼板焊成縱焊縫，扇形板與扇形板之間也是縱焊縫，扇形板與中 心板之間焊成環(huán)焊縫，與邊緣板之間也是環(huán)焊縫焊接。 7.2 焊接方法 表 7.1 焊接材料選用表 焊接方法焊條/焊絲焊劑 埋弧焊h08a,h08mnahj430 手工電