立方米拱頂罐課程設(shè)計朱旭輝

1、 油罐及管道強(qiáng)度課程設(shè)計 題 目 100m³拱頂油罐裝配圖 所在院（系）石油工程學(xué)院 專業(yè)班級 儲運0902 學(xué)號 200904020221 學(xué)生姓名 朱旭輝 指導(dǎo)教師 徐士祺 完成時間 2012年7月10日 油罐及管道強(qiáng)度設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書題 目100m3拱頂油罐裝配圖的繪制學(xué)生姓名朱旭輝學(xué)號200904020221專業(yè)班級儲運0902設(shè)計內(nèi)容與要求一、原始數(shù)據(jù)1.適用范圍及設(shè)計條件 錐頂油罐儲存介質(zhì)為柴油及不易揮發(fā)的相類似油品。（1）設(shè)計壓力 正壓：1960Pa 負(fù)壓：490Pa（2）設(shè)計溫度 -19t90（3）基本風(fēng)壓 686Pa（4）雪載荷 441 Pa（5）抗震設(shè)防烈度 8

2、度（6）場地土類型 II類（7）儲液密度 1000kg/ m3（8）腐蝕裕量 1mm二、主要構(gòu)件名稱及規(guī)格1.罐體100m3罐體的基本參數(shù)和尺寸見表一。表一：固定頂油罐系列基本參數(shù)和尺寸容積（m3）油罐內(nèi)徑（mm）罐底直徑（mm）高度（mm）罐壁厚度（mm）頂(底)板厚度（mm）主體材料油罐總質(zhì)量（kg）公稱計算壁高頂高總高100110520053205256566582256Q235-A66852.油罐附件 （1）罐壁人孔罐壁人孔安裝于罐壁最底圈壁板上，其中心距離罐底約800mm。人孔位置應(yīng)與透光孔相對應(yīng)，以便采光通氣。當(dāng)只有一個透光孔時，人孔應(yīng)設(shè)在透光孔至180度位置上。人孔的規(guī)格及制造目

3、前已定型化，其規(guī)格及選用見表二。表二：人孔、透光孔及量油孔選用表容積（m3）罐壁人孔透光孔量油孔數(shù)量直徑(mm)質(zhì)量(kg)數(shù)量直徑(mm)質(zhì)量(kg)數(shù)量直徑(mm)質(zhì)量(kg)407001600126150047.711507.6（2）量油孔 量油孔一般適用于人工檢尺的油罐，其公稱直徑是DN150mm。安裝位置應(yīng)在罐頂平臺附近并與透光孔相對應(yīng)，以便測定儲液計量或取樣。其選用見表二。（3）透光孔 透光孔主要用于油罐放空后的通氣和檢修時的采光，安裝在罐頂平臺附近，與人孔對稱或在同一方位上布置 。其中心距罐壁1000mm。透光孔的公稱直徑為DN500mm，其規(guī)格及選用見表二。（4）呼吸閥呼吸閥主

4、要用于固定頂油罐上的通風(fēng)位置，一般安裝在罐頂中心附近，起呼吸作用。其規(guī)格及選用見表三。表三：呼吸閥選用表輸液量（m3）管徑（mm）數(shù)量規(guī)格質(zhì)量(kg)連接尺寸及標(biāo)準(zhǔn)<1001001DN1004.7PN6,DNXXJB/T81-941011501501DN1509.41512502001DN20014.42513002501DN25019.6>3003001DN30034（5） 排水槽排水槽用于油罐排水（污）放凈之用。排水槽的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸可查閱相關(guān)的規(guī)范。二、設(shè)計要求1.了解拱頂油罐的基本結(jié)構(gòu)和局部構(gòu)件；2.根據(jù)給定油罐大小，查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定相應(yīng)構(gòu)件的規(guī)格尺寸。3.使用AutoCA

5、D繪制圖紙。三、擬交成果1. 100m3拱頂油罐裝配圖一張(1#)；2. 排水槽結(jié)構(gòu)詳圖一張(3#)；3. 課程設(shè)計詳細(xì)說明書一份。 起止時間2012年 7月 2 日 至 2012 年 7 月 13日指導(dǎo)教師簽名2012年 7月 1 日系（教研室）主任簽名年 月 日學(xué)生簽名年 月 日 西安石油大學(xué)本科課程設(shè)計 目 錄1設(shè)計說明書- 2 -1.1 適用范圍- 2 -1.2 設(shè)計、制造遵循的主要指標(biāo)規(guī)范- 2 -1.3 罐體規(guī)格尺寸范圍- 2 -1.4 罐頂盤梯及平臺- 2 -1.5 罐體的防腐- 2 -1.6 油罐附件- 3 -1.6.1 罐壁人孔- 3 -1.6.2 量油孔- 3 -1.6.3

6、 透光孔- 3 -1.6.4 呼吸閥- 3 -1.6.5 排水槽- 3 -1.7 接口- 3 -1.8 液位指示計口- 3 -1.9 消防設(shè)施- 3 -1.10 避雷及防靜電- 3 -1.11 油罐基礎(chǔ)- 4 -1.11.1 基本要求- 4 -1.11.2 油罐基礎(chǔ)設(shè)計條件- 4 -1.12 罐體保溫- 4 -1.13 罐體外壁涂漆- 4 -1.14 選用說明- 4 -1.14.1 選用原則- 4 -1.15 油罐的制造、檢驗及驗收- 4 -1.16 原始數(shù)據(jù)- 4 - 1.16.1 適用范圍及設(shè)計條件 .- 5 -1.17 開口說明- 5 -1.18 技術(shù)要求- 5 -2 .設(shè)計計算書- 6

7、 -2.1 設(shè)計原始數(shù)據(jù)- 6 -2.2 油罐尺寸的確定- 6 -2.3 油罐罐壁的設(shè)計計算- 6 -2.3.1 油罐罐壁鋼板的尺寸,排板確定- 6 -2.3.2 罐壁各層鋼板厚度的計算- 6 -2.4 油罐罐底的設(shè)計計算- 8 -2.5 罐頂?shù)脑O(shè)計計算- 9 -2.5.1 計算載荷（設(shè)計壓力）的確定- 11 -2.5.2 油罐罐頂?shù)男：? 12 -參 考 文 獻(xiàn)- 13 - 1設(shè)計說明書1.1 適用范圍此設(shè)計中油罐儲存介質(zhì)為柴油及不易揮發(fā)的相類似油品。設(shè)計條件設(shè)計壓力 正壓： 1960Pa 負(fù)壓： 490Pa設(shè)計溫度 -19t90基本風(fēng)壓 686 Pa雪載荷 441 Pa抗震設(shè)防烈度 8度（

8、近震）場地土類型 類儲液密度 1000kg/m3腐蝕裕量 1mm當(dāng)介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，腐蝕速率超過0.1mm/a時，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)對碳鋼腐蝕速率確定適當(dāng)?shù)母g裕量，并相應(yīng)增加油罐壁板及油罐底版的厚度或采取其它防腐措施。1.2 設(shè)計、制造遵循的主要指標(biāo)規(guī)范SH3046石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設(shè)計規(guī)范GBJ128立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范SH3048石油化工鋼制設(shè)備抗震設(shè)計規(guī)范GB50205鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范1.3 罐體規(guī)格尺寸范圍4.1.3.1 公稱容積：100m34.1.3.2 公稱直徑：DN5000mm1.4 罐頂盤梯及平臺此設(shè)計中所有油罐均采用45°升角的螺旋盤梯

9、。盤梯均按左旋布置，用戶可根據(jù)實際情況自行改動。1.5 罐體的防腐此設(shè)計中對油罐內(nèi)壁防腐未做具體規(guī)定，當(dāng)用戶根據(jù)介質(zhì)情況需要對油罐做內(nèi)防腐時，選用者可根據(jù)具體要求確定防腐級別，并提出相應(yīng)的技術(shù)要求。 一般防腐可采用刷二遍底漆，二遍面漆。1.6 油罐附件1.6.1 罐壁人孔罐壁人孔均安裝于罐壁最底圈壁板上，其中心距離罐底約800mm。人孔位置應(yīng)與透光孔相對應(yīng)。以便采光通氣。當(dāng)只有一個透光孔時，人孔應(yīng)設(shè)在透光孔之180°位置上。1.6.2 量油孔量油孔一般適用于人工檢尺的油罐，其公稱直徑為DN150mm。安裝位置應(yīng)在罐頂平臺附近并與透光孔相對應(yīng)。以便測定儲液計量或取樣。1.6.3 透光孔

10、透光孔主要用于油罐放空后的通氣和檢修時的采光，安裝在罐頂平臺附近，與人孔對稱或在同一方位上布置。其中心距罐壁1000mm。透光孔的公稱直徑為DN500mm。1.6.4 呼吸閥呼吸閥只要用于固定油罐上的通風(fēng)裝置，一般安裝在罐頂中心附近，起呼吸作用。1.6.5 排水槽排水槽用于油罐排水（污）放凈之用。1.7 接口此設(shè)計中所設(shè)置的接口數(shù)量、規(guī)格及用途是推薦性的。選用者可根據(jù)需要，參照表中給出的各種管口要求，自行變更其規(guī)格、數(shù)量，安裝方位及標(biāo)高。1.8 液位指示計口此設(shè)計中未設(shè)液位指示計口，選用者可根據(jù)具體情況設(shè)定液位指示計口的規(guī)格、定位尺寸、方位。定貨時須注明油罐高度。1.9 消防設(shè)施此設(shè)計中油罐采

11、用泡沫消防，根據(jù)油罐容積大小不同，設(shè)置不同數(shù)量、不同規(guī)格的泡沫發(fā)生器。本圖集中僅提供泡沫發(fā)生器與罐壁連接的開孔數(shù)量、規(guī)格尺寸及方位。泡沫發(fā)生器由選用者確定。并應(yīng)根據(jù)儲存介質(zhì)的特性，校核空氣泡沫發(fā)生器的規(guī)格和數(shù)量。1.10 避雷及防靜電此設(shè)計中油罐未設(shè)置避雷及防靜電設(shè)施。選用時由選用單位相應(yīng)專業(yè)根據(jù)有關(guān)規(guī)范確定設(shè)置避雷及防靜電設(shè)施。1.11 油罐基礎(chǔ)1.11.1 基本要求油罐基礎(chǔ)應(yīng)符合GBJ128立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范 和SH3046石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設(shè)計規(guī)范中的規(guī)定。其基本要求如下：(1)基礎(chǔ)面層應(yīng)為絕緣防腐層，基礎(chǔ)表面任意方向上不應(yīng)有凸起的棱角?；A(chǔ)表面凹凸度從油罐

12、中心向周邊測量不應(yīng)超過25mm。(2)基礎(chǔ)錐面坡度：對一般地基應(yīng)為15/1000，對軟弱地基一般不應(yīng)大于35/1000?；A(chǔ)沉降基本穩(wěn)定后的錐面坡度應(yīng)不小于8/1000。1.11.2 油罐基礎(chǔ)設(shè)計條件選用者可按工程實際情況，對其中的空白項加以補(bǔ)充后，提供給土建專業(yè)，作為油罐基礎(chǔ)的設(shè)計依據(jù)。1.12 罐體保溫此設(shè)計中油罐的罐體保溫應(yīng)由選用者按照工程的具體情況，確定保溫材料、保溫結(jié)構(gòu)及保溫厚度。1.13 罐體外壁涂漆此設(shè)計中油罐的罐體外壁無保溫時要求涂兩遍底漆，兩遍面漆。當(dāng)油罐有外壁保溫時，不涂刷面漆。1.14 選用說明1.14.1 選用原則(1)油罐的工作條件必須滿足本說明的設(shè)計條件，如不能滿足

13、上述設(shè)計條件，應(yīng)由選用者重新校核所選用的油罐厚度及穩(wěn)定性。(2)油罐的進(jìn)、出口管的規(guī)格與本系列推薦的不同時，應(yīng)對油罐附件（呼吸閥）的規(guī)格尺寸按工藝條件核算后方可選用。必要時應(yīng)加大其規(guī)格尺寸或增加數(shù)量。(3)噴淋管的支架由選用者根據(jù)需要現(xiàn)場焊接。其它支架允許現(xiàn)場焊接，但支架的載荷不能過重。1.15 油罐的制造、檢驗及驗收此設(shè)計中油罐的制造、檢驗及驗收按GBJ128立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范進(jìn)行。1.16 原始數(shù)據(jù)1.16.1 適用范圍及設(shè)計條件拱頂油罐儲存介質(zhì)為柴油及不易揮發(fā)的相類似油品。（1）設(shè)計壓力 正壓：1960Pa 負(fù)壓：490Pa（2）設(shè)計溫度 -19t90（3）計算風(fēng)壓 6

14、86Pa（4）雪載荷 441Pa（5）抗震設(shè)防烈度 8 度（6）場地土地類型 II類（7）儲液密度 1000Kg/m3（8）腐蝕余量 1mm1.17 開口說明（1）進(jìn)油口公稱直徑為50mm,伸出高度（H）為200mm。（2）出油口公稱直徑為50mm,伸出高度（H）為200mm。（3）透光孔公稱直徑為500mm。（4）呼吸閥公稱直徑為100mm。（5）量油孔公稱直徑為150mm。（6）溫度計開口公稱直徑為25mm,伸出高度（H）為200mm。 （7）罐壁人孔公稱直徑為600mm。（8）排水口公稱直徑為50mm,伸出高度（H）為200mm。1.18 技術(shù)要求（1）本油罐按GBJ128立式圓筒行鋼制

15、焊接油罐施工及驗收規(guī)范進(jìn)行制造、試驗和驗收。（2）本油罐罐體在基礎(chǔ)檢查驗收合格后方可進(jìn)行整體安裝。（3）本油罐所用鋼板的技術(shù)條件應(yīng)符合GB3274碳素結(jié)構(gòu)剛和低合金結(jié)構(gòu)剛熱軋厚鋼板和剛帶的有關(guān)規(guī)定。（4）所有罐壁開口應(yīng)避開罐壁焊縫，開口接管或補(bǔ)強(qiáng)圈邊緣距罐壁焊縫應(yīng)大于100mm。（5）油罐安裝完畢后，罐體外表面刷二遍底漆，二遍面漆。（有保溫時不刷面漆） （6）管口及梯子方位按圖所示。2 .設(shè)計計算書2.1 設(shè)計原始數(shù)據(jù)1. 罐容積：100m32. 儲存介質(zhì)：柴油(密度860kg/m3)3. 地震烈度：8級4. 風(fēng)壓：686N/m25. 風(fēng)壓變化系數(shù)：1.06. 溫度：19902.2 油罐尺寸的

16、確定參考中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼制立式圓筒形固定頂儲罐系列HG 21502.1確定D=5200，H=5256，拱頂高度為566mm,總高為5822mm。2.3 油罐罐壁的設(shè)計計算2.3.1 油罐罐壁鋼板的尺寸,排板確定上下圈板之間采用套筒式搭接，搭接長度取50mm。油罐罐壁鋼板的尺寸規(guī)格定為1750×5200mm油罐周長 每圈罐壁筒節(jié)所需鋼板 ：每塊鋼板的加工余量 =10mm(經(jīng)驗值)這樣除去邊緣的加工余量后,每塊鋼板的實際可用長度L為:L=5200-2×10=5180mm實際每圈所需鋼板數(shù) 油罐的高度H=5256mm每塊鋼板除去余量后實際寬度B為: B=1750-2

17、15;10=1730mm罐壁鋼板層數(shù)取n=4由以上得出,油罐罐壁由4層鋼板,每層3.15塊鋼板組焊而成。2.3.2 罐壁各層鋼板厚度的計算罐壁各層鋼板厚度的計算由文獻(xiàn)油罐及管道強(qiáng)度設(shè)計中5.3.1-1和5.3.1-2進(jìn)行，公式5.3.1-1和5.3.1-2分別為： （2-1） （2-2）式中 儲存介質(zhì)時的設(shè)計厚度，mm；儲存水時的設(shè)計厚度，mm；儲液密度，kg/m3；H計算的罐壁板至罐壁頂端的垂直距離，m；D儲罐內(nèi)徑，m；設(shè)計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0.9；鋼板的厚度負(fù)偏差，mm；腐蝕余量，mm；每層罐壁鋼板取，中的最大值，最后按GB70

18、9進(jìn)行鋼板厚度的向上圓整。在設(shè)計中取為1mm；通過查Q235-A，確定0.25mm。由前面介紹知鋼板選材為Q235-A：壁厚確定公式是將油罐視作薄壁容器，根據(jù)薄膜理論，按所選壁板能夠承受的最大應(yīng)力作為臨界應(yīng)力值，將公式反推回來成為關(guān)于求解壁厚的計算式。油罐的上兩層圈板是按照剛度條件來確定其厚度的，下部的4層圈板則是按照強(qiáng)度條件確定它們各自的厚度的。1 第一層壁板的厚度計算（從底部算起）設(shè)此時的厚度在616mm之間,由文獻(xiàn)5立式圓筒型鋼制焊接儲罐設(shè)計規(guī)范中表3.2.2得出 =157Mpa第一層壁板高度：H5.256m 所以向上圓整為5mm2 第二層壁板的厚度計算第二層壁板計算時的高度為：H5.2

19、56-1.63=3.626m 圓整為5mm3 第三層壁板的厚度計算第三層壁板計算時的高度為：H=3.626-1.63=1.996m圓整為5mm4第四層壁板的厚度計算第四層壁板計算時的高度為：H=1.996-1.63=0.366m 圓整為 5mm表2-1 罐壁鋼板材料及厚度名稱材料厚度（mm）第一層罐壁Q235-A5第二層罐壁Q235-A5第三層罐壁Q235-A5第四層罐壁Q235-A5罐壁頂端裝置的包邊角鋼按文獻(xiàn) 5 表5.2.1進(jìn)行選取定為：。2.4 油罐罐底的設(shè)計計算a. 油罐罐底直徑的計算D1=D+21+2 (2-3）式中D1罐底直徑，mm； 邊緣板外伸量，為100mm； 所以D1=52

20、00+2×5+2×100=5410mmb. 中幅板的設(shè)計中幅板的厚度選取先按文獻(xiàn)5表4.1.1選取一個基值為不小于6mm，設(shè)計時考慮了腐蝕余量以及焊接方法的選擇及焊接的易操作性，加之其對地基的影響，取中幅板的厚度為： 其中 6mm為中幅板必需的最小值；5mm是為腐蝕余量較嚴(yán)重，焊接及地基要求而增加的； 1mm為腐蝕余量。 2.5 罐頂?shù)脑O(shè)計計算頂板的塊數(shù)確定按選取的頂板尺寸：中心板取半徑為750mm拱頂曲率半徑R=1.2D所以R=1.2×5200=7800mm罐頂起始角 （2-4） 式中 D油罐直徑; R罐頂曲率半徑。由公式（2-5）可得 = 拱頂頂板長 （2-5

21、） 每塊頂板所對的圓心角為 頂板塊數(shù)大端弦長 式中 搭接寬度,50mm； 5170mm；所以 （2-6）小端弦長 式中 搭接寬度，50mm； r拱頂中心孔的半徑,750mm；所以 所以罐頂由6塊，每塊長為2680mm，大端弦長2755.6mm，小端弦長835mm的板組成。2.5.1 計算載荷（設(shè)計壓力）的確定罐頂向下外載荷（設(shè)計外壓）應(yīng)包括自重、罐內(nèi)真空（排油時）度、雪載、活載荷組成。設(shè)計外壓會使球殼受壓失穩(wěn)，也會使包邊角鋼被拉壞（橫推力）。設(shè)計外壓 =+ Pa （2-7） 式中 頂結(jié)構(gòu)單位面積自重Pa； 為操作時最大真空度，一般取500Pa(1.2倍呼吸閥開啟壓力)； 雪載荷，取441Pa；

22、活載荷Pa，通常取400Pa通常當(dāng)雪載時，取。 （2-8）式中式中 鋼的密度，一般??； g重力加速度，一般?。?頂板厚度。 由公式（2-7）可得 罐頂內(nèi)載荷（設(shè)計內(nèi)壓）由(油氣壓力重力)，這一載荷使球殼產(chǎn)生薄膜應(yīng)力破壞，并使包邊角鋼成為受壓環(huán)。內(nèi)載荷 =1.2- （2-9）式中 呼氣閥的開啟壓力，通常取=2000Pa； 作用于球殼上的內(nèi)載荷，Pa。 Pa拱頂設(shè)計壓力P取設(shè)計外壓與設(shè)計內(nèi)壓的最大值，所以設(shè)計外壓=1941Pa。2.5.2 油罐罐頂?shù)男：烁鶕?jù)古典球殼臨界載荷公式 （2-10）式中臨界載荷， kgf/cm； t板厚，cm； E彈性模量，kgf/cm； R球殼曲率半徑，cm； 波桑系數(shù)，取0.3。由公式（2-10）得=214314.3Pa試驗值比上述理論小22.5倍，而工程上拱頂為鋼板拼焊，幾何形狀誤差大，取許用壓力為Pcr的（安全導(dǎo)數(shù)n=12），則光球殼許用外壓力（外載荷）