演示文稿油罐的尺寸選擇和強(qiáng)設(shè)計(jì)

演示文稿油罐的尺寸選擇和強(qiáng)度設(shè)計(jì)目前一頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)（優(yōu)選）油罐的尺寸選擇和強(qiáng)度設(shè)計(jì)目前二頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)1、了解罐壁結(jié)構(gòu)，熟練掌握罐壁厚度的定點(diǎn)設(shè)計(jì)法;會(huì)用變點(diǎn)設(shè)計(jì)法來計(jì)算罐壁厚度。2、學(xué)會(huì)結(jié)合油罐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并按材料最省和投資費(fèi)用最低兩種類型來確定油罐的基本尺寸——油罐的直徑和高度。3、了解罐壁開孔補(bǔ)強(qiáng)的原因，掌握補(bǔ)強(qiáng)的方法及相關(guān)的計(jì)算公式。目前三頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)§3-1罐壁結(jié)構(gòu)

●罐壁排板

罐壁的縱截面一般為由下至上的逐級減薄的階梯形，是由不同厚度的鋼板焊接而成的。各相鄰圈板的厚度，可根據(jù)計(jì)算取相等，但上圈板的厚度不得大于下圈板的厚度，即ti≥ti+1。目前四頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)●連接形式——對接①所有縱焊縫均采用對接，且必須全焊透。

原因：由于罐壁縱焊縫直接承受液壓產(chǎn)生的環(huán)向拉應(yīng)力，且σθ>σφ。§3-1罐壁結(jié)構(gòu)目前五頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)②為減少焊接影響和變形，相鄰兩圈板的縱向焊縫宜錯(cuò)開1/3板長（向同一方向），焊縫間距≥500mm。③浮頂油罐各圈板之間的連接必須采用對接，且內(nèi)壁齊平。否則，浮頂難以隨液面升降而上下移動(dòng)?！?-1罐壁結(jié)構(gòu)目前六頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)●連接形式—搭接（即套筒式）拱頂罐相鄰上下圈板的連接可用套筒式搭接，如右圖所示。圈板間的搭接長度常取為35～60mm或(6～8)t（t為壁厚），但L搭≮30mm?！?-1罐壁結(jié)構(gòu)目前七頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)§3-1罐壁結(jié)構(gòu)大型立式油罐如果不是浮頂罐，下部＞16mm的圈板之間也采用對接，以保證焊接質(zhì)量，而上部較薄的圈板仍可采用套筒式搭接，這樣就變成了對接—搭接的混合式連接，如右圖所示?！襁B接形式——混合式目前八頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)§3-1罐壁結(jié)構(gòu)①若對接鋼板厚度＞6mm，則必須開坡口；②罐壁上下圈板采用套筒式搭接時(shí)，罐壁外側(cè)角焊縫采用連續(xù)焊，其焊腳高度≮焊縫上側(cè)壁厚的2/3，且≮4mm，罐壁內(nèi)側(cè)角焊縫常采用間斷焊；但對腐蝕性介質(zhì)，仍采用連續(xù)焊，以避免搭接縫隙的腐蝕?！襁B接注意事項(xiàng)目前九頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)§3-1罐壁結(jié)構(gòu)①圈板寬度越小，階梯形折線越趨近于理論計(jì)算直線，材料也就越省，但環(huán)焊縫數(shù)就越多，增加了制造安裝工作量?！袢Π鍖挾萮i②若底層圈板太窄，則由邊緣力所引起的最大環(huán)向應(yīng)力有可能落在上層圈板的下部，從而造成上圈板比底圈板厚的不合理現(xiàn)象。故圈板寬度不宜太窄！

????目前十頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)§3-1罐壁結(jié)構(gòu)根據(jù)API650推薦，圈板hmin≮1.83米，而根據(jù)我國實(shí)際，鋼板寬度下限為：D＞16.5m，h≥1mD＜16.5m，h≥0.5m目前十一頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)§3-2罐壁鋼板厚度計(jì)算●

理論基礎(chǔ)：軸對稱回轉(zhuǎn)薄殼的無力矩理論和第一強(qiáng)度理論。第一強(qiáng)度理論認(rèn)為：不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要材料最大拉應(yīng)力σ1達(dá)到材料單向拉伸斷裂時(shí)的最大拉應(yīng)力即強(qiáng)度極限σb，材料將發(fā)生斷裂。故材料的斷裂條件為：當(dāng)該理論應(yīng)用于構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，其強(qiáng)度條件為：目前十二頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)油罐在接近常壓的條件下貯存油品時(shí)，罐壁沿高度所受內(nèi)壓力主要是液體靜壓和較低的蒸汽壓力。在液面以上罐壁僅受蒸汽壓力p0的影響，而距罐底y處的壓力為py=p0+(H-y)ρg。一、罐壁強(qiáng)度條件目前十三頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)一、罐壁強(qiáng)度條件業(yè)已導(dǎo)出罐壁經(jīng)向與環(huán)向應(yīng)力σφ和σθ分別為：顯然：D目前十四頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)一、罐壁強(qiáng)度條件故按液面以下即H≥y＞0處的最大環(huán)向應(yīng)力進(jìn)行罐壁強(qiáng)度設(shè)計(jì)?！嘤傻谝粡?qiáng)度理論得：最大環(huán)向應(yīng)力所在處！目前十五頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)①靠近罐底部的圈板按強(qiáng)度條件計(jì)算，靠近罐頂部的圈板按剛度條件設(shè)計(jì)；②按強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)的圈板應(yīng)以該圈板上的最大環(huán)向應(yīng)力計(jì)算；③儲存油品密度（即容重）比水小，則按靜水壓考慮；反之，按油品實(shí)際密度計(jì)算。二、罐壁鋼板厚度設(shè)計(jì)原則④中小型油罐的壁厚計(jì)算可采用定點(diǎn)法，而大型油罐多采用變點(diǎn)法。目前十六頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)①定點(diǎn)設(shè)計(jì)：按距各圈板下端相同位置的環(huán)向應(yīng)力計(jì)算各圈板的壁厚。三、中小型油罐壁厚的定點(diǎn)設(shè)計(jì)②壁厚計(jì)算：據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)測定，對于中小型罐，各圈板環(huán)向應(yīng)力最大的點(diǎn)不一定在圈板的最下端，而在圈板下端以上約0.3m的位置，則：注意各量意義及單位！（3-2）目前十七頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)上式中：H—計(jì)算圈板底邊至罐壁頂端（當(dāng)設(shè)有溢流口時(shí)，應(yīng)至溢流口下沿）的垂直高度，m；D

—油罐直徑，m；t0—由強(qiáng)度條件計(jì)算的壁厚，mm；[σ]—設(shè)計(jì)溫度下罐壁鋼板的許用應(yīng)力，kgf/mm2；ρ—儲液容重，當(dāng)γ儲液＞1t/m3時(shí)，取儲液實(shí)際容重；當(dāng)γ儲液≤1t/m3時(shí)，取1t/m3

；η—焊縫系數(shù)，取0.9。三、中小型油罐壁厚的定點(diǎn)設(shè)計(jì)目前十八頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)

式中：

t—罐壁設(shè)計(jì)厚度，mm；

t0—罐壁計(jì)算厚度，mm；

C0—鋼板厚度允許負(fù)偏差，mm；

C—腐蝕裕量，mm，根據(jù)油品腐蝕性能和對油罐使用年限的要求確定。（3-1）考慮到鋼板的負(fù)偏差和儲存介質(zhì)的腐蝕性，則罐壁設(shè)計(jì)厚度為：三、中小型油罐壁厚的定點(diǎn)設(shè)計(jì)目前十九頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)●鋼板規(guī)格（P49表3-3）

由式（3-1）計(jì)算的壁厚須按鋼板規(guī)格選取，故需將其向上圓整。四、中小型油罐壁厚選用注意事項(xiàng)

鑒于大型油罐進(jìn)行焊后熱處理（為消除殘余應(yīng)力）十分困難，故需要限制油罐的最大壁厚。各國規(guī)定最大壁厚一般不超過38mm，高強(qiáng)度鋼可取到45mm；國內(nèi)罐壁鋼板的最大厚度可按P49表3-2選取。●最大壁厚要求目前二十頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)●最小壁厚要求按式（3-1）算得的油罐上部壁厚較薄，這容易造成施工變形過大，安裝后圓度不易保證，抗風(fēng)能力不足，使用壽命也會(huì)受到影響。四、中小型油罐壁厚選用注意事項(xiàng)為了滿足油罐安裝和使用的穩(wěn)定要求，壁厚應(yīng)符合最小壁厚的規(guī)定，詳見P48表3-1。目前二十一頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)五、罐壁厚度的變點(diǎn)設(shè)計(jì)●變點(diǎn)設(shè)計(jì)概念：據(jù)各圈板下端不同位置的環(huán)向應(yīng)力計(jì)算各圈板壁厚的方法。●設(shè)計(jì)思路：考慮到罐壁相鄰圈板之間的相互影響，確定各圈板最大環(huán)向應(yīng)力的位置，并以此計(jì)算各圈板的壁厚。目前二十二頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)

●變點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：①比定點(diǎn)設(shè)計(jì)更符合罐壁應(yīng)力的實(shí)際情況；②對大容量罐，可減少某些圈板的壁厚，從而節(jié)省鋼材；③在tmax范圍內(nèi)可選更大直徑的罐。五、罐壁厚度的變點(diǎn)設(shè)計(jì)目前二十三頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)§3-3立式圓柱形油罐直徑和高度的選擇*●設(shè)計(jì)油罐的首要問題：油罐的基本尺寸——直徑D和高度H?！裨O(shè)計(jì)原則：材料最省、建設(shè)費(fèi)用最低?！窕舅枷耄涸赩設(shè)＝C時(shí)，可從D和H的無數(shù)組合中找到一組最佳的，以滿足設(shè)計(jì)原則?！穹椒ǎ航?shù)模Q＝f(D，H)，令Df/DH＝0即可得到D，H。目前二十四頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)一、等壁厚罐材料最省的直徑和高度設(shè)罐半徑為R，高為H，容積為V，壁厚為tsmin，底板厚為tb，頂板厚為tr，且假設(shè)罐底和罐頂為圓板，則罐各部分的材料用量為：罐壁：罐頂：罐底：目前二十五頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)總材料用量：∵∴一、等壁厚罐材料最省的直徑和高度目前二十六頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)一、等壁厚罐材料最省的直徑和高度則：（3-10）頂?shù)子昧抗薇谟昧可鲜絻啥藢求導(dǎo)，并令dQ/dH＝0，即：目前二十七頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)一、等壁厚罐材料最省的直徑和高度∴當(dāng)，即，亦即頂?shù)子昧浚?/2罐壁用量時(shí)，油罐金屬用量最省，即：（對封口罐）目前二十八頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)一、等壁厚罐材料最省的直徑和高度由得：∴故（3-15）∴目前二十九頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)一、等壁厚罐材料最省的直徑和高度討論:1）對于無頂敞口罐，tr＝0，則：（3-16）故：目前三十頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)一、等壁厚罐材料最省的直徑和高度2）對于頂、底、壁等厚的罐，即tb＝tsmin＝tr，由式（3-15）可得：H＝2R（3-17）∴當(dāng)H＝2R時(shí)，最省用材量為：目前三十一頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)一、等壁厚罐材料最省的直徑和高度3）等壁厚油罐由于受到壁厚tsmin的限制，因此只能用于一定容積范圍內(nèi)，這個(gè)容積取決于鋼板的機(jī)械性能和所規(guī)定的罐壁、罐頂厚度。目前三十二頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)理論截面二、變壁厚罐材料最省的直徑和高度可能存在下部變壁上部等壁全部變壁D或p0大目前三十三頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)二、變壁厚罐材料最省的直徑和高度●罐壁承受液壓所需金屬量（圖中陰影部分的三角形環(huán)體積）：●罐頂、底金屬用量：∵∴目前三十四頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)二、變壁厚罐材料最省的直徑和高度●上部等壁厚各圈板不承受液壓部分H1的無益耗鋼量（圖中abc部分）：∵∴式中：目前三十五頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)二、變壁厚罐材料最省的直徑和高度●H1以下變壁厚部分的無益耗鋼量（各三角形環(huán)體積之和，三角形數(shù)目n＝（H－H1）/h）：

式中：

h—變壁厚部分各圈板的高度；

e—相鄰圈板的厚度差。目前三十六頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)二、變壁厚罐材料最省的直徑和高度則目前三十七頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)二、變壁厚罐材料最省的直徑和高度故油罐的總金屬用量為：將Q對H取一階導(dǎo)數(shù)，并令其為零，即：∴當(dāng)即時(shí)，Q有最小值。Q1Q2目前三十八頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)二、變壁厚罐材料最省的直徑和高度

由此可得結(jié)論：①變壁厚罐用材最省的條件是：頂?shù)子貌牧恐偷扔诎磸?qiáng)度條件的罐壁用材量（即罐壁理論用材量）；

由得：（3-29）③變壁厚罐的經(jīng)濟(jì)H取決于tb、tr和罐材強(qiáng)度。②變壁厚罐的經(jīng)濟(jì)H與V無關(guān)（∵α=[σ]η/γ，且罐材強(qiáng)度實(shí)際上相差不大，∴對于V大的罐，其H相差不多，而D較懸殊）；目前三十九頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)二、變壁厚罐材料最省的直徑和高度∴當(dāng)時(shí)：目前四十頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)二、變壁厚罐材料最省的直徑和高度同理求得在較大剩余壓力下的經(jīng)濟(jì)高度仍為：此時(shí)：式中：Hp——相應(yīng)于剩余壓力的液柱高度，等于p/γ；

p——油罐內(nèi)的剩余壓力；γ——所儲液體的容重。目前四十一頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)三、立式圓柱形油罐費(fèi)用最省的經(jīng)濟(jì)尺寸●基本思想：把罐壁、頂、底、基礎(chǔ)的造價(jià)和土地費(fèi)用，用單位面積年平均費(fèi)用來衡量，以貯罐年總平均費(fèi)用最少為原則導(dǎo)出貯罐的經(jīng)濟(jì)尺寸?！裰饕Y(jié)論：按費(fèi)用最省原則的推導(dǎo)過程及其主要結(jié)果，與上述材料最省原則雷同；況且我國石油部通用圖與浮頂罐系列一般按材料最省原則決定油罐的經(jīng)濟(jì)尺寸，故“油罐費(fèi)用最省的經(jīng)濟(jì)尺寸”在此就不多敘了。目前四十二頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)油罐型式材料最省的高度費(fèi)用最低的高度等壁厚無頂罐H≌RH≌R等壁厚有頂罐H≌2RH≌2R變壁厚有頂罐H≌H≌四、油罐經(jīng)濟(jì)高度和直徑選擇的分析表中C1、C2、C3分別為罐壁、頂、底單位面積的年平均費(fèi)用，￥/a.m2小罐大罐目前四十三頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)

總之，油罐的經(jīng)濟(jì)尺寸應(yīng)和地基條件相聯(lián)系，特別是大型油罐，由于投資大，因此應(yīng)結(jié)合地基條件通過多方案比較，以便獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。只有總的工程造價(jià)和材料消耗最低，才能得到真正的油罐經(jīng)濟(jì)尺寸。四、油罐經(jīng)濟(jì)高度和直徑選擇的分析目前四十四頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)§3-5罐壁的開孔補(bǔ)強(qiáng)一、開孔類型及作用①進(jìn)出油管孔；②消防管孔；③清掃孔；④人孔二、補(bǔ)強(qiáng)的原因①孔口附近會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，削弱罐壁強(qiáng)度；②開孔結(jié)構(gòu)在制造過程中會(huì)形成缺陷和殘余應(yīng)力，可能造成疲勞破壞或脆性裂口，使孔口處撕裂。目前四十五頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)在開孔的周圍焊上補(bǔ)強(qiáng)圈板，以增大開孔周圍的壁厚，降低孔周圍的應(yīng)力。①補(bǔ)強(qiáng)金屬應(yīng)直接焊在孔的附近才能起到作用，一般做法都是將補(bǔ)強(qiáng)圈板緊貼孔口周圍。②在人孔補(bǔ)強(qiáng)板橫向中心線上應(yīng)開一個(gè)M10（螺紋內(nèi)徑）的訊號孔（a.利于焊渣和煙排除；b.若存在焊接質(zhì)量，試水時(shí)將發(fā)生泄漏）。三、罐壁開孔補(bǔ)強(qiáng)方法目前四十六頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)●等截面補(bǔ)強(qiáng)：屬經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并規(guī)定：a)用與罐壁相同（材質(zhì)與壁厚）的鋼板作補(bǔ)強(qiáng)板；b)補(bǔ)強(qiáng)板面積A＝D×t0s（計(jì)算壁厚）。該法偏于保守、較繁，但歷史長、可靠、應(yīng)用廣?！駱O限分析補(bǔ)強(qiáng)：屬極限設(shè)計(jì)方法，同時(shí)考慮到了結(jié)構(gòu)的安定性。其基本點(diǎn)：殼體開孔后的屈服應(yīng)力基本上等于未開孔時(shí)的屈服應(yīng)力，并使開孔周圍的不連續(xù)應(yīng)力和一次薄膜應(yīng)力迭加后總應(yīng)力＜2σs，該法只允許采用整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。四、罐壁開孔補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則目前四十七頁\總數(shù)五十二頁\編于二十二點(diǎn)●