畢業(yè)設(shè)計(jì)500m3內(nèi)浮頂汽油罐焊接結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)

1、500m3內(nèi)浮頂汽油罐焊接結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)參數(shù)與材料確定 1.1內(nèi)浮頂罐設(shè)計(jì)參數(shù) 表1 內(nèi)浮頂罐設(shè)計(jì)參數(shù)工作壓力 常壓 操作容積 500m3設(shè)計(jì)壓力 常壓甲醇密度 720kg.m-3工作溫度 -19-80 腐蝕裕量 1mm 焊接接頭系數(shù) 0.85 設(shè)計(jì)地震烈度 7級設(shè)計(jì)風(fēng)壓 0.35mpa 設(shè)計(jì)雪壓0.25mpa2儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定2.1.1 儲(chǔ)罐直徑與高度 由于給定的設(shè)計(jì)容積為530m3，儲(chǔ)罐容積不是很大，所以直徑與高度按等壁厚進(jìn)行計(jì)算，從而得出用料較省，投資較少的經(jīng)濟(jì)尺寸。 r儲(chǔ)罐半徑； d儲(chǔ)罐直徑； s罐壁板厚度； h儲(chǔ)罐高度； v儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)容積； s罐頂板厚

2、度； s罐底板厚度。 設(shè)罐底與罐頂為圓板（按投影面積），其金屬體積之和為q1，則 令，則 設(shè)罐壁的金屬體積為q2,則 若儲(chǔ)罐金屬的總體積為q,則 q=q1+q2=因?yàn)?所以 ,則 取q對h的一階導(dǎo)數(shù),并使其等于0 得 2-1上式左端為罐頂和底的金屬體積之和， 式（2-1）右端為罐壁金屬體積的一半， 由此可得一個(gè)結(jié)論：等壁厚儲(chǔ)罐當(dāng)頂和底的金屬用量等于罐壁用量一半時(shí)，儲(chǔ)罐金屬用量最省，由（2-1）可得儲(chǔ)罐經(jīng)濟(jì)高度： 所以 或 (2-2)對于容積不是很大的閉式儲(chǔ)罐，其罐底和罐頂及罐壁厚度相等，則 代入（2-2）可得d=h 此時(shí)，儲(chǔ)罐金屬用量最省。由 可求出儲(chǔ)罐直徑。將v=500m代入，得 d=h=8

3、.8m2.1.2 罐壁壁板高度與數(shù)目2.2 罐壁設(shè)計(jì)2.2.1 罐壁厚度計(jì)算罐壁是一個(gè)圓柱形的鋼板焊接結(jié)構(gòu)，每圈壁板隨著外載荷(靜水壓)的變化由下至上逐層減薄。對于容積不是很大的儲(chǔ)罐，采用定點(diǎn)法設(shè)計(jì)罐壁厚度，計(jì)算簡便，結(jié)果也足夠安全。定點(diǎn)法計(jì)算時(shí)選壁板上端作為計(jì)算高度進(jìn)行設(shè)計(jì)，則不夠安全，選在板下端又偏于保守。根據(jù)理論和實(shí)際測定，板的應(yīng)力最大的地方通常在板的下端 0.300m處。所以定點(diǎn)法計(jì)算是以高出板下端 0.300m處的液體壓力來確定板的厚度的方法。因此罐壁設(shè)計(jì)厚度應(yīng)滿足下式： 而 式中 t0罐壁計(jì)算厚度，mm； c1鋼板負(fù)偏差，取c1=8.0mm； c2腐蝕裕量； h 所計(jì)算那一圈罐壁板

4、底邊至罐頂端的垂直高度，m； 焊接接頭系數(shù)； 設(shè)計(jì)溫度下鋼板的許用應(yīng)力，取 =157 mpa； 甲醇密度，kg/m由公式可知從罐底往上數(shù)，罐壁逐漸減少：第一圈：，故mm2.2.2 罐壁的設(shè)計(jì)厚度罐壁的設(shè)計(jì)厚度按下式計(jì)算，取其中的較大值。 式（2-3） 式（2-4） 式中：-儲(chǔ)存介質(zhì)時(shí)的設(shè)計(jì)厚度（mm）；-儲(chǔ)存水時(shí)的設(shè)計(jì)厚度（mm）；-儲(chǔ)液的密度()；h-計(jì)算的壁板底邊至罐壁頂端的垂直距離(m)；d-儲(chǔ)罐內(nèi)直徑(m)；-設(shè)計(jì)溫度下罐壁鋼板的許用應(yīng)力(mpa)；-常溫下罐壁鋼板的許用應(yīng)力(mpa)；-焊縫系數(shù)，取0.85；-鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差(mm), 取0.8mm；-腐蝕裕量(mm),取1m

5、m；查得，常溫下q235-a的許用應(yīng)力，設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為，將d=13m，h=13.5m代入上式，分別得： 因儲(chǔ)罐容積不太大，從材料的準(zhǔn)備和液面上的壁板內(nèi)外壁受腐蝕的情況考慮，采用等壁厚設(shè)計(jì)，即第一圈到第六圈壁板都采用相同厚度。 在確定壁板的名義厚度時(shí),不能單純地按計(jì)算結(jié)果考慮,因?yàn)橛?jì)算公式只從滿足罐體強(qiáng)度方面考慮了作用在罐壁上的液柱靜壓力、材料的許用應(yīng)力以及焊接接頭系數(shù)。根據(jù)gb50341-2003立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范 ：當(dāng)油罐直徑l2 m時(shí)，最小壁板厚度為6 mm；當(dāng)油罐直徑12 md15 m時(shí)，最小壁板厚度為7mm；當(dāng)油罐直徑15 md36 m時(shí)，最小壁板厚度為8mm。所以

6、，選擇壁厚選擇6mm。2.3.1 罐壁的設(shè)計(jì)外壓儲(chǔ)罐的外壓包括風(fēng)壓和罐內(nèi)負(fù)壓，對內(nèi)浮頂罐，沒有罐內(nèi)負(fù)壓。故設(shè)計(jì)外壓為： 式（2-5）=2.250.740.35=0.58kpa=580pa 式中：-風(fēng)壓高度變化系數(shù)，對于有密集建筑群的大城市區(qū)，取0.74； -建罐地區(qū)的基本風(fēng)壓。2.4 罐壁板間的連接 罐壁板之間的連接采用焊接，焊接坡口的基本形式及尺寸均須符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。由于內(nèi)浮頂罐不但要滿足強(qiáng)度更重要是保證內(nèi)浮盤在罐壁上隨液位升降上下運(yùn)動(dòng)，浮盤周邊是一圈軟密封圈，因此罐壁的縱、環(huán)焊縫須采用對接焊，焊縫必須磨平，余高小于 1mm。 貯罐沖液后，罐壁在液柱靜壓力的作用下，產(chǎn)生很大的環(huán)向應(yīng)力。此

7、環(huán)向應(yīng)力使罐壁周向伸長，并沿半徑方向向外擴(kuò)張。由此可見，在液壓作用下，罐壁的強(qiáng)度實(shí)際由罐壁的縱縫所決定的，因而罐壁的縱縫必須焊透。而罐壁環(huán)縫的強(qiáng)度則要求大于固定頂與罐頂包邊角鋼的連接焊縫的強(qiáng)度。因?yàn)橐坏┌l(fā)生事故，首先在固定頂與罐頂包邊角鋼的連接焊縫處脫開，避免罐內(nèi)介質(zhì)外溢造成事故，因而罐壁的環(huán)縫也必須焊透。2.5 罐壁包邊角鋼 罐壁上端應(yīng)設(shè)置包邊角鋼。包邊角鋼與罐壁的連接，可采用全焊透對接焊結(jié)構(gòu)或搭接結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用搭接結(jié)構(gòu)。2.6.1 包邊角鋼的強(qiáng)度驗(yàn)算 自支承式的錐頂、拱頂儲(chǔ)罐需要在罐壁連接處設(shè)置包邊角鋼，以承受從罐頂傳來的橫向力，此橫向力是因?yàn)楣迌?nèi)或罐外壓力而產(chǎn)生的水平分力。罐頂就靠拱頂

8、周邊支撐于焊在罐壁上的包邊角鋼上，因此認(rèn)為與包邊角鋼相連的罐頂和罐壁各 16 倍板厚的截面可與包邊角鋼共同起加強(qiáng)作用，共同承受水平分力，此區(qū)的最小面積： 式中 包邊角鋼的許用應(yīng)力，取=1.57108 pa； 母線與水平面夾角,為 30； d 儲(chǔ)罐直徑，m ； p儲(chǔ)罐單位面積荷載； 焊接系數(shù)。p=75009.8（/4d2）+1200=2410pa，將之代入上式，得包邊角鋼尺寸采用l75756，其截面積a=11.50310-4m2 afmin，所以包邊角鋼的強(qiáng)度足夠。2.6.2 拱頂?shù)姆€(wěn)定性驗(yàn)算 拱頂球殼無內(nèi)壓作用，只校核外載荷作用下的穩(wěn)定性。作用在拱頂不致由皺折造成失效的安全應(yīng)力（拱頂許用臨界應(yīng)

9、力）pcr為： 式中 e 彈性模量，取e=200gpa； t球殼厚度，mm（不包括腐蝕裕量）； d 儲(chǔ)罐直徑，m； 母線與水平面夾角；將數(shù)據(jù)代入公式，得： 而在罐頂中由動(dòng)載荷和靜載荷所引起的壓力p=2410pa ppcr滿足穩(wěn)定性要求。3 罐頂設(shè)計(jì)3.1.1 罐頂厚度與結(jié)構(gòu)罐頂按自支承式拱頂?shù)娜蹴斀Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于罐頂通過罐壁通氣孔與大氣相通，罐頂內(nèi)外壁都要受到周圍環(huán)境空氣的腐蝕，腐蝕會(huì)比內(nèi)浮盤遮蓋下的罐體嚴(yán)重。因此，錐頂厚度應(yīng)在計(jì)算厚度的基礎(chǔ)上加上腐蝕裕量，其值不應(yīng)低于罐體厚度。根據(jù)gb50341-2003立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范7.3要求：1. 罐頂坡度不得小于1/6，不得大于3/4；因

10、此取坡度為1/2.2. 罐頂板的計(jì)算厚度應(yīng)按下式計(jì)算： 式中 罐頂板的計(jì)算厚度（mm）； 罐頂與罐壁連接處，罐頂板與水平面之間的夾角。3. 罐頂板的最小公稱厚度不應(yīng)小于計(jì)算厚度加厚度附加量，所以 t= +0.8+1=5.5mm圓整后取6mm。4. 罐頂與罐壁連接處有效抗拉截面積應(yīng)滿足下式： =256.2mm24. 罐底設(shè)計(jì)根據(jù)gb50341-2003立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范5.1：油罐內(nèi)徑小于12.5m時(shí)，罐底可不設(shè)環(huán)形邊緣板；不包括腐蝕裕量，油罐內(nèi)徑d10m時(shí)，罐底中幅板最小公稱厚度不應(yīng)小于5mm；罐壁內(nèi)表面至邊緣板與中幅板之間的連接焊縫的最小距離，不應(yīng)小于下式的計(jì)算值，且不小于600

11、mm. 底圈罐壁外表面沿徑向至邊緣板外緣的距離，不應(yīng)小于50mm。中幅板與邊緣板，采用對接焊，焊縫下面應(yīng)緊貼墊板，墊板厚度不小于4mm，寬度不小于50mm。5. 載荷計(jì)算5.1 風(fēng)載荷計(jì)算5.1.1 傾覆 取風(fēng)載荷作用于貯罐重心位置，由風(fēng)載荷使貯罐傾覆的力矩應(yīng)小于由貯罐重量產(chǎn)生的抵抗力矩（取空罐時(shí)最危險(xiǎn)的情況）。風(fēng)載荷：q=其中： c形狀系數(shù)，取 c=0.7； k風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取 kz=1.15 w0 設(shè)計(jì)風(fēng)壓值， w0=0.35mpa a受壓面積，即儲(chǔ)罐的最大垂直投影面積，a=hd將上述代入式中，得 傾覆力矩：m抵抗力矩：m式中 h貯罐高度,h=8.8m； wr貯罐自重（包括附件及配件）

12、，wr=222200 ； wl貯液自重,空罐時(shí)取wl=0； ，安全。5.1.2 滑移由風(fēng)載荷在罐底板下表面的滑移剪力應(yīng)小于由底板和基礎(chǔ)之間的摩擦抵抗力(取空罐時(shí)最危險(xiǎn)的情況)?；萍袅Γ?式中 -底板和基礎(chǔ)之間的靜摩擦系數(shù),取=7.0，代入上式，得 ,，安全。5.2 地震載荷驗(yàn)證在 7 級地震烈度的設(shè)計(jì)地震載荷作用下，貯罐的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。5.2.1 水平地震載荷 式中 qo儲(chǔ)罐的水平地震作用 n； cz綜合影響系數(shù)，取 cz=0.4(為常壓式儲(chǔ)罐)； max水平地震影響系數(shù),按 7 級地震烈度，max=0.23； w產(chǎn)生地震載荷的設(shè)備總重量，w=frw1； fr 動(dòng)液系數(shù)，其中 hw貯罐底面至

13、貯罐液面高度， 貯罐最高液面按設(shè)計(jì)容積 530m3 計(jì)算,hw=530m3； r自上往下數(shù)第一圈罐壁的半徑，r=440mm；h雙曲正切函數(shù)。，代入計(jì)算得 fr=0.47 ; w1貯罐內(nèi)貯液重量，w1=530m3720kg/m3=381600kg固 w=frw1=0.471381600=179352 =0.40.231793529.8=161703.8kg5.2.2 地震彎矩水平地震載荷對貯罐底面的彎距： m1=5.2.3 第一圈罐壁底部的最大壓應(yīng)力 式中 n1第一圈罐壁底部的垂直荷載，按罐體自重的 80%計(jì)算； a1第一圈罐壁的截面積，a1= (m2) z1第一圈罐壁的截面抵抗距，z1=0.7

14、85 (m2) d1第一圈罐壁的平均直徑，8.8m； 1第一圈罐壁的實(shí)際壁厚，1 =0.0060m。所以 2.5.3 第一圈罐壁的容許臨界壓力 臨界許用壓應(yīng)力可按下式計(jì)算 式中： 臨界許用壓應(yīng)力。 4.6105pa ，安全。3. 內(nèi)浮頂?shù)脑O(shè)計(jì)3.1 內(nèi)浮頂所占容積和有效容積的估算3.1.1 內(nèi)浮頂占罐體有效高度 根據(jù)內(nèi)浮頂使用有關(guān)規(guī)定：放油時(shí)罐內(nèi)應(yīng)保持1.4m的高度，防止浮盤落架、卡盤，收油時(shí)油罐本身高度減少1.4m；進(jìn)油時(shí)頂部有1.2m空間（不包括圓頂部分），因此h=1.4+1.2=2.6m。3.1.2 儲(chǔ)罐的有效容積內(nèi)浮頂占儲(chǔ)罐的容積為：v=儲(chǔ)罐有效容積為：v有效=500-147.7=352.33.2 內(nèi)浮盤的浮力計(jì)算內(nèi)浮盤所需的浮力至少是浮盤重量的兩倍。邊緣板和穿過單盤安裝的任何開孔接管的最