大型立式儲油罐的結構設計

摘要本設計的題目是大型立式儲油罐的機構設計。顧名思義，大型立式儲油罐的作用便是用來大規(guī)模儲藏油類原材料的封閉容器。本設計的尺寸大小為直徑15m，長度10.5m，材質(zhì)16Mn，壁厚10mm的大型立式儲罐。本文的目的是對大型儲油罐依據(jù)國內(nèi)以及國際的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢對大型立式儲油罐進行的結構設計。使我國的大型立式儲油罐的結構設計方案更符合我國的國情和滿足國內(nèi)的對于大型儲罐的需求。液化油體等具有易燃易爆的特點，大型立式儲油罐屬于具有較大危險的儲存容器。針對液化石油氣儲罐的危險特性，結合本專業(yè)《過程設備與壓力容器設計》所學的知識，在設計上充分考慮液大型立式儲油罐各項參數(shù)，確保大型立式儲油罐能安全運行，對化工行業(yè)具有重要的現(xiàn)實意義。目前，全世界公認的儲罐大型話的優(yōu)點有：占地總面積相對較??；節(jié)省建造罐體的總體資金（包括管網(wǎng)和配件等） ；節(jié)省鋼材的消耗量和工程中的材料等；使儲藏和運輸過程變得更加便捷。但是儲罐大型化發(fā)展而產(chǎn)生的新問題也有很多，例如：對管板壁材料的要求提高了。在儲罐大型化的同時，對焊接的技術也變得具有更高的要求；事故產(chǎn)生危險的可能性大大增加，消防安全措施也要隨之增強 [3]。本次設計有以下過程：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。本次設計的有以下設計任務： 1.罐體經(jīng)濟尺寸的選擇； 2.罐壁的設計；包括罐壁的強度計算，罐體風力的穩(wěn)定計算，罐體的抗震設計,罐壁的結構設計等。3.儲罐罐底的設計；4.儲罐罐頂?shù)脑O計；5.貯罐附件的設計及選用；6。焊接工藝等內(nèi)容。經(jīng)過設計后的大型立式儲油罐具有建造時間段，施工方式簡單，儲油量大，抗腐蝕能力強，保養(yǎng)維護便捷，降低了安全事故發(fā)生的概率，使用時間更長等優(yōu)點。關鍵詞:結構設計；強度計算； 設計優(yōu)點AbstractThetopicofthisdesignisalargeverticalstoragetanksofmechanismdesign.Asthenameimplies,largeverticalstoragetanksistoformlarge-scalestorageoilclosedcontainerofrawmaterials.Thedesignofthesizefor15mindiameter,lengthis10.5m,16Mn,materialthicknessof10mmlargeverticalstoragetanks.Thepurposeofthisarticleistolargeoiltanksonthebasisofthestatusquoanddevelopmenttrendofdomesticandinternationalforthestructuredesignoflargeverticalstoragetanks.ThestructuredesignschemeoflargeverticalstoragetanksinChinaconformstoChina'snationalconditionsandmeetthedomesticdemandforlargestoragetank.Liquefiedoilbodyhasthecharacteristicsofflammableandexplosive,suchaslargeverticalstoragetankswithlargerdangerbelongstostoragecontainers.Basedonthedangerouscharacteristicsofliquefiedpetroleumgasstoragetank,andcombinedwiththeprofessionalprocessequipmentandpressurevesseldesignknowledge,onthedesignfullyconsiderfluidlargeverticalstoragetanksofvariousparameters,ensurethesafeoperationoflargevertical storagetanks,the chemicalindustry hasimportant practicalsignificance.Atpresent,theworldrecognizedtheadvantagesoflargestoragetankwordsare:coveringatotalareaofrelativelysmall;Savetobuildtankstotalcapital(includingpipeandfittings,etc.);Savetheconsumptionofsteelandengineeringofmaterials,etc.;Thestorageandtransportationbecomemoreconvenient.However,thedevelopmentoflarge-scalestoragetank,andalsohasalotofnewproblems,suchas:therequirementofpipewallmaterialsincreased.Inlarge-scalestoragetankatthesametime,thetechnologyhasbecomeahigherrequirementsforwelding;Accidentshavegreatlyincreasesthepossibilityofdanger,firesafetymeasureswillalsogrow.Thisdesignhasthefollowingprocess:1.Towritethestructureofseveralkindsofdesignscheme.2.Thestrengthcalculationandsizeselection.3.Drawthestructuredesign.4.Writethemaintechnologicalprocess.5.Writethedesignspecification.Thisdesignhasthefollowingdesigntask:1.Theeconomyoftanksizechoice;2.Thedesignofthetankwall;Includingthetankwallstrengthcalculation,windstabilitycalculationoftank,seismicdesignofthetanks,tankwallstructuredesign,etc.3.Thedesignofthetankbottom;4.Thedesignofthetankroof;5.Thedesignoftankaccessoriesandselection;6.Weldingtechnologyandsoon.Afterthedesignoflargeverticalstoragetankswithconstructionperiod,constructionsimple,bigoil,corrosionresistanceisstrong,themaintenanceisconvenient,reducetheprobabilityofsafetyaccidents,advantagesofusingtimeislonger.keywords:Thestructuredesign;Strengthcalculation; Designadvantages目錄第一章緒論.............................................................................................11.1儲罐的發(fā)展概況................................................................................3第二章設計方案.....................................................................................42.1各種設計方法....................................................................................42.1.1正裝法...........................................................................................42.1.2倒裝法...........................................................................................42.2各種方法優(yōu)缺點比較........................................................................72.2.1正裝法...........................................................................................72.2.2倒裝法...........................................................................................82.3油罐的基礎........................................................................................8第三章罐壁設計...................................................................................103.1罐壁的強度計算..............................................................................103.1.1罐壁厚的計算.............................................................................103.1.2罐壁的應力校核.......................................................................123.2儲罐的風力穩(wěn)定計算......................................................................123.2.1抗風圈.........................................................................................123.2.2抗風圈所需要的最小截面系數(shù)WZ.........................................133.2.3加強圈計算.................................................................................153.3儲罐的抗震計算................................................................................173.3.1地震載荷的計算...........................................................................173.3.2抗震驗算.......................................................................................193.3.3液面晃動波高計算.......................................................................213.3.4地震對儲罐的破壞.......................................................................223.3.5儲罐抗震加固措施.......................................................................223.4罐壁結構............................................................................................223.4.1截面與連接形式...........................................................................223.4.2罐壁的開孔補強...........................................................................253.4.3罐壁保溫結構...............................................................................25第四章罐底設計.....................................................................................264.1罐底結構設計....................................................................................264.1.1罐底的結構形式和特點...............................................................264.1.2罐底的排板形式與節(jié)點...............................................................264.2.1中幅板的薄膜力...........................................................................28第五章罐頂設計...................................................................................325.1拱頂結構及主要的幾何尺寸............................................................325.2扇形頂板尺寸....................................................................................335.3包邊角鋼............................................................................................34第六章貯罐附件及其選用.....................................................................376.1人孔....................................................................................................376.2通氣孔 386.3量液孔 396.4貯罐進出液口 396.5法蘭和墊片 39第七章 焊接工藝 407.1板材檢驗 407.2 鋼材的矯形：凈化與板加工 407.3焊接材料的選用 407.4貯罐底板、壁板、頂板制造、組裝與焊接 417.5壁板的制造與安裝 427.6 頂蓋的組裝與焊接 427.7 焊縫的檢驗和總體試驗 43參考文獻 44致謝 45沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論1沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論2沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論第一章 緒論1.1儲罐的發(fā)展概況油品和各種液體化學品的儲存設備 —大型儲罐是石油化工裝置和儲運系統(tǒng)設施中非常重要的部分。由于大型儲罐的容積大、使用壽命長。設計規(guī)范制造的費用相比較低，使用的材料較少，很節(jié)約。自從 20世紀70年代以來，發(fā)展比較快的是內(nèi)浮頂儲油罐和大型浮頂油罐。法國是第一個發(fā)展油罐內(nèi)部覆蓋層的。 美國在此后也開始建造此種儲罐。一些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， 對儲罐進行動態(tài)以及靜態(tài)的技術分析， 同時關于儲罐的重要理論問題，如對大型儲罐 T形焊縫部位的疲勞進行分析，，以及關于抗震分析等，以試驗分析為基礎深入的進行研究，大量的數(shù)據(jù)都來源于實驗， 進而驗證了理論的準確性，從而使研究變得更加具有使用價值和發(fā)展前景。近幾十年來，世界各國發(fā)展了各種形式的儲罐， 尤其是在石油化工生產(chǎn)中大量采用大型的薄壁壓力容器。它易于制造，又便于在內(nèi)部裝設工藝附件， 并便于工作介質(zhì)在內(nèi)部相互作用等。3沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 設計方案第二章 設計方案2.1各種設計方法2.1.1正裝法正裝法施工時大型儲罐的常規(guī)采用的施工方法， 原理為：罐底施工完成后，施工最下面一層管壁按照從下至上的順序依次施工到頂層， 先整圈壁組對焊接后成為一個筒體，然后與罐底板組焊大角焊縫，之后在第一圈上安裝第二圈壁板， 逐層向上施工，直至最頂層。2.1.2倒裝法大型儲罐倒裝法施工工藝作為新型的大型福鼎儲罐施工工藝，施工優(yōu)勢明顯，存在的主要風險是提升過程中罐體傾斜。某工程中通過重新設計液壓頂裝置并計算分析承載力，限制其施工載荷來最大限度地使罐體在頂升過程中保持平穩(wěn)，保障施工過程的安全質(zhì)量。現(xiàn)場達到了標準化、制度化、規(guī)范化的安全施工。大型儲罐倒裝法施工工藝在施工上優(yōu)勢明顯；減少了大量的高空作業(yè)時間、人員操作方便、施工的效率比較高、施工質(zhì)量能在控制范圍之內(nèi)、安全性大大提高。大型儲罐倒裝法施工工藝采用倒裝法組裝壁板，液壓缸作為提升工具，從最頂層壁板開始一次逐層提升，并隨壁板的提升安裝各層附件（抗風圈、加強圈、包邊角鋼等）。4沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 設計方案倒裝法防傾斜安全技術措施1）液壓提升系統(tǒng)2）液壓缸的數(shù)量參照公式n＝k·p／T式中n為液壓缸數(shù)量；k為安全系數(shù)；p為提升總重；T為液壓缸噸位。液壓缸提升系統(tǒng)設計：⑴在新的液壓缸提升系統(tǒng)中，采用泵站控制液壓缸，一個泵站控制 4個液壓缸，60個液壓缸由 15個泵站控制，15個泵站由一個總控制系統(tǒng)控制。采用分級控制系統(tǒng)可以精確地控制每個液壓缸提升的高度，如若出現(xiàn)某一邊的液壓缸上升高度過快或者過慢，可以通過液壓缸控制系統(tǒng)停止提升某一邊液壓缸來達到同步提升的效果。⑵液壓缸提升示意如圖 2-1所示。在液壓缸提升系統(tǒng)中，在液壓桿上加上一個帶滾輪的撐桿，可以利用液壓缸基座起到撐護的作用，避免因提升高度出現(xiàn)罐體的傾斜。5沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 設計方案圖2.1液壓缸提升抗風裝置采用倒裝法施工，上層罐壁提升后，需要懸空較長時間進行下層圍板、立縫組對焊接作業(yè)。由于在提升過程中和提升到位后的圍板過程中， 罐壁抵抗橫向風能力較差，為保證安全施工，設計了抗風裝置。該裝置專為罐體抗風安全性考慮設計，立柱上下接頭均采取鉸鏈形式， 套管與脹圈焊接連接，套管側面采用鉸鏈結構，既滿足受力結構，又便于安裝拆除 (為組對、焊接、打磨工序提供操作空間 )?？癸L裝置的立柱在罐體提升前安裝，提升到位后用方銷子銷在立柱與套管的間隙。 隨罐體的提升高度和儲罐容積確定安裝數(shù)量，均勻布置 [4]。通過采用上述安全技術措施之后，倒裝法施工大型儲罐罐體傾斜得到有效的控制，在實際生產(chǎn)過程中未出現(xiàn)儲罐傾斜， 儲罐中心線垂直度的檢查完全符合國家及行業(yè)標準。大型儲罐制作安裝施工屬于高危作業(yè)， 為保證施工質(zhì)量，安全快速地完成施6沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 設計方案工任務，采用倒裝法施工安全可靠， 隨著科學技術的不斷發(fā)展和進步， 倒裝法施工大型儲罐將得到越來越廣泛的應用。2.1.3 卷裝法將罐體先預制成整幅鋼板，然后用胎具將其卷筒，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各種方法優(yōu)缺點比較2.2.1正裝法優(yōu)點：這種裝焊方法充分利用了大型吊裝設備的各種作用，能加大預置得深度，便于掌握，易于推廣儲罐的自動焊接技術，對于50000m3~100000m3浮頂罐比較試用。缺點：對施工場地的要求為場地寬闊， 技術上存在一定的難度難度， 高空操作任務較多，存在安全隱患。需要多種設備和夾具的配合，一般情況下都要搭腳手架，此外，裝配工作在吊架吊臺上工作，第一、操作不方便，焊接質(zhì)量會比較差，需要花費的時間也會很多，第二、高空焊接薄鋼很容易受到影響從而使材料產(chǎn)生形變， 工序較為煩瑣，工種之間可能會相互制約，從而使施工期延遲，存在安全隱患，因此在大型儲罐中很少人在設計中采用正裝法。7沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 設計方案2.2.2倒裝法優(yōu)點：（1）施工速度快，工作效率高。（2）這種方法不用搭腳手架，避免了高空作業(yè)，安全增加，有利于提高工程質(zhì)量。（3）所需的起重設備及其施工工具比較簡單。但相比于卷裝法來說，由于倒裝法也是在工地作用，因此勞動強度還是比較大，而卷裝法生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量上都比前兩中大有提高。 z綜上所述，采用卷裝法。2.3油罐的基礎為了確保有一個穩(wěn)定性，排水良好，具有足夠承載能力，必須建造油罐基礎或底座，大的油罐常需帶有混淋土的基礎，以便把整個基礎封閉起來，增加穩(wěn)定性。油罐基礎座，根據(jù)油罐的類型，容易滿足生產(chǎn)使用要求，地形、地貌、地基條件，以及施工技術條件的因素。合理選用的油罐基礎有以下常見幾種： [7](1)護坡型基礎:一般用于地基較好時的拱頂式鋼油罐或容積小于10000立方米的浮頂式鋼油罐。(2)環(huán)梁式基礎:一般用于地基較差時的浮頂式鋼油罐或容積大于5000m3的大型拱頂式鋼制油罐。高座式基礎:一般用于容積小于1000m3,用于儲存強腐蝕性介質(zhì)材料或不需要利用油泵的自流卸鋼油罐。8沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 設計方案環(huán)臺式基礎一般用于大型容積為5000m3及其以上的浮頂式鋼油罐。圖2-2油罐的各種基礎9沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計第三章 罐壁設計3.1罐壁的強度計算3.1.1罐壁厚的計算PPiC(mm)（3-1）2[]tP式中：P—設計壓力：0.2（Mpa）；Pi—罐的內(nèi)徑：15000（mm）；[ ]t—設計溫度下材料的許用應力 230（Mpa）；—焊縫系數(shù)：查表得 0.9；C1—鋼板的負偏差0.8（mm）；C2—腐蝕裕度C2 KB；K—腐蝕，輕微腐蝕 1.0（mm）；B—容器的使用壽命 10年；C3—壁厚減薄量0（mm）；0.2 150001.8 9.04 10mm2 230 0.9 0.2取10mm大型儲罐的圓筒形罐壁承受儲液的靜壓， 此靜液壓是按照三角形分布， 由上至下逐漸增大，故罐壁厚度也由上至下逐漸增厚。但是，在實際工程中不可能釆用連續(xù)變化截面厚度的鋼板去制造儲罐，故在設計中只能根據(jù)鋼板規(guī)格，釆用逐級增厚的階梯形變截面壁。10沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計裝儲液時：[p0液（h30）]Rc1液[][0.0180.00082（h30）]1563.4=20.10.1141480.000645(h30)11700.85P0—剩余壓力30）R=0.001（h30）1563.4試水時：水20.000771(h30)水（h[]11700.85由此計算出各圈板的厚度，按儲液及試水時兩者較大者作為計算壁厚， 計算結果見表。（圈板號由上至下排列）表計算壁厚（單位：cm）hh-30最小計算厚圈板號液水度11701400.204480.107940.2123403100.3140980.239010.3235104800.4237480.370080.4346806500.5333980.501150.5458508200.6430480.632220.65610209900.7526980.763290.777119011600.8623480.894360.9081303.01273.00.9352330.9814830.99計算出最小壁厚后，罐壁的取值尚須考慮以下幾個方面。①鋼板負公差：鋼板出廠時允許存在一定的厚度偏差，見參考文獻 [1]第55頁表3-2，各層圈板的實際厚度為：11沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計2.4; 3.5; 4.7; 5.9; 7.1; 8.4; 9.7; 10.6 (單位：mm)②考慮到鋼板的規(guī)格和最小壁厚要求等因素最終確定鋼板的名義厚度為： （見參考文獻[1]第56頁表3-3和表3-4)6; 6; 6; 6; 8; 9; 10; 11 (單位：mm）3.1.2 罐壁的應力校核tpDi(c)0.215000(101.8)（3-2）2(c)203.36MPa230MPa2(101.8)0.9因此該結論滿足材料要求按照試驗應力公式校核TPT[Di(c)]0.9s（3-3）2(c)式中：s—為材料的屈服極限s345MPa,PT0.2MPa0.25[15000(101.8)T2(101.8)254.2MPa0.90.9s0.9345MPa310.5MPaT254.2MPa0.9s310.5MPa故滿足要求。3.2儲罐的風力穩(wěn)定計算3.2.1抗風圈[8]浮頂儲罐沒有固定頂蓋，敞口的油罐應設置抗風圈以保持油罐受風載荷時的圓12沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計度。以維持儲罐整體形狀，故需在儲罐的頂部設置抗風圈， 我國通常將抗風圈置于包邊角鋼以下的一米的位置上?？癸L圈的外形有圓形的，也有多邊形的，它是由鋼板和型鋼拼裝組成的組合斷面結構。3.2.2 抗風圈所需要的最小截面系數(shù) WZ假定作用月儲罐外壁還風面的風后按正弦曲線分布。 風取分布范圍所對應的抗風圈區(qū)段為兩段較的圓拱，如圖 3.1[4]所示，圓拱所對應的圓心角為 60°圖3.1抗風圈區(qū)段儲罐上半部罐壁所承受的風載荷有抗風圈承擔ZMmzx（3-4）[]式中Z—抗風圈所必須的最小截面系數(shù)（m3）；[]—材料許用應力（Mpa）；13沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計且 s 345MPa [ ] 0.9 345 310.5MPaMmzx—圓拱的跨中彎矩（N·m）；P0R2（3-5）Mmax21式中R—儲罐半徑.（m）；—圓拱對應的圓心角601.047弧度；P0—罐壁駐點線上單位弧長的風載荷（ N·m）；由風洞實驗得出P00.5（0.8P10.8H）0.32P1H（3-6）H—罐壁全高（m）；P1—設計風速（N/m2）；P1K1K10其中體形系數(shù)K1=H0.7,風速高度變化，系數(shù)K21.15(取離地15m高處的值)D則有Z0.07D2HW0（3-7）式中D—儲罐直徑（m）；0—建罐地區(qū)的基本風速（N/m2）；查表得550（N/m2）；Z—抗風圈所必須的最小截面系數(shù)（mm3）；在選擇抗風圈截面時，應滿足使抗風圈的截面系數(shù)則有:

min ZP10.71.15550442.75N/m2P00.32P1H0.32442.7510.51487.64N/m14沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計MmaxP07.523.14210467.47N/m11.0472Mmax10467.47107mm3Z]3.37[310.5取min3.5104mm3抗風圈的外周邊可以是圓形或多邊型， 它可以采用型鋼或型鋼與鋼板的組合件制成。所用的鋼板最小厚度為 5mm。角鋼的最小尺寸為 63×6，如圖所示抗風圈形式。為滿足強度條件，抗風圈本身的接頭必須采用全焊透的對接焊縫， 抗風圈與罐壁之間的焊接，上表面采用連續(xù)滿角焊，下面可采用斷焊。3.2.3 加強圈計算[12]設置加強圈的目的就是為了防止油罐下部筒體被吹癟， 加強圈的功能是在罐壁上形成節(jié)線圈。當兩個節(jié)線圈之間的罐壁許用臨界壓力大于設計外壓時， 我們可以判定該罐體具有一定的抗風能力。判定儲罐的側壓穩(wěn)定條件為：PcrP0(3-8)式中Pcr—罐壁許用臨界應力（Pa）；P0—設計外壓（Pa）；罐壁許用臨界應力的計算由SH3046—92推薦的方法，得在外壓作用下的臨界壓力公式2.59E2.5Pcr1.5L（3-9）D15沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計式中Pcr—臨界壓力（Pa）；9E—圓筒材料的彈性模量：192×10（Pa）；—圓筒壁厚（m）；D—圓筒直徑（m）；L—圓角長度（m）；Pcr2.59192109(10103)2.50.82104Pa151.510.5罐壁設計外壓計算罐壁設計外壓用下式表示，即P02.25SZw0q（3-10）式中P0—罐壁設計外壓（Pa）；—風載荷體形系數(shù)；—風壓高度變化系數(shù)；w0 —基本風壓（Pa）；—罐內(nèi)負壓（Pa）；對固定頂儲罐，罐壁的設計外壓計算公式為：0P02.25Zw0q（3-11）w0—基本風壓（Pa）；—風載荷體形系數(shù)；P0 2.25 1.0 550 1.2 800 0.03 1266.3Pa PCr故滿足要求。16沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計加強圈數(shù)量及間距由于 Pcr>P0，所以在罐壁上不需要設置加強圈。3.3儲罐的抗震計算3.3.1地震載荷的計算關于自震周期的計算儲罐的罐液耦連震動基本自震周期是：HwHw]DDT17.743105[eD0.7147（3-12）D3式中T1—儲罐的罐液耦連震動基本自震周期（s）；e—自然對數(shù)的底：2.718；Hw—儲罐底面到儲液面的高度： 10.5m；D—儲罐的內(nèi)直徑：15mm3—位于罐壁高度 1/3處的罐壁名義厚度：10×10-3m10.50.714710.5]1515則T17.743105[(2.718)15101.131102(s)15103水平地震作用幾效應計算FHKZmeqg（3-14）meqmL（3-15）式中 FH—儲罐的水平地震作用（N）；—水平地震影響系數(shù)，按罐液耦連震動基本自震周期確定meq—等效質(zhì)量（Kg）；17沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計mL—儲液質(zhì)量（Kg）；g—重力加速度取9.81m/s2—動液系數(shù)；KZ—綜合影響系數(shù)取KZ；=0.4mLV油800Kg/m3D2H80015210.51483650kg44meq0.017148365025222.05KgFH0.40.8225222.059.8181156.49N水平地震作用對罐底的傾覆力矩M1=0.45 FHHW 0.45 81156.49 10.5 383464.42N/m罐壁豎向穩(wěn)定許用臨界應力計算第一周罐壁的豎向穩(wěn)定臨界應力crKCE1（3-16）D1KCHD1]（3-17）0.0915[10.0429][10.17061H第一周罐壁穩(wěn)定許用臨界應力[cr]cr（3-18）1.5式中E—罐壁材料的彈性模量（Pa）；D1—第一圈罐壁的平均直徑（ m）；1—第一圈罐壁的有效厚度（ m）；H—罐壁的高度（m）； KC—系數(shù)； —設備重要度差別；18沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計KC0.0915[10.042910.5][10.170615.030]0.1650.01010.5KCE10.1651921060.010107PacrD12.1115.030[cr]cr2.111071.41107Pa1.51.51.003.3.2抗震驗算罐底周邊單位長度上的提離力4M1Ft （3-19）D12FL0byHWSg（3-20）式中 Ft—罐底周邊單位長度上的提離力（ N/m）；FL0—儲液和罐底的最大提離反抗力（ N/m）；當其值大于0.02HwD1Sg時，取0.02HwD1Sg；y—罐底環(huán)形邊緣板的屈服點（ Pa）；罐底環(huán)形邊緣的有效厚度（m)PX—儲液密度（Kg/m3）；(P0gy)D[(1013251.259.8110.5)]15.03076.24Pay[]1062b10620.010Ft4383464.422.16103N/m15.032FL00.01076.2410.58009.8125.06N/m0.02HWD1Sg0.0210.58009.8115.0302.48104N/m19沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計FL0 0.02HWD1 Sg FL0 25.06N/m罐底周邊單位長度上的提離反抗力FLFL0N1（3-21）D1式中FL—罐底周遍單位長度上的提離反抗力（ N/m）；N1—第一圈罐壁底部所承受的重力（ N）；N1mLg14836509.811.46106NFL25.061.461073.09105N/m3.1415.03無錨固儲罐應滿足的條件罐底部壓應力CN1M1（3-22）A1Z1式中C—罐壁底部的豎向壓應力（Pa）；A1—第一圈罐壁的截面積，A1D11(m);Z1—第一圈罐壁的截面抵抗矩，Z10.785D121（m）；c1.461070.785383464.423.12107Pa3.1415.030.01015.0320.010由于ccr所以采取用錨固螺栓通過螺栓座把儲罐錨固在基儲上。錨固螺栓應力[4M1N1]Dr（3-23）btnAbt20沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計bt [ bt]式中 bt—地腳螺栓的拉應力，若 bt 0，則地腳螺栓的拉應力為 0（Pa）；n—地腳螺栓的個數(shù)（20個）；Abt—個地腳螺栓的有效截面積（ m3）；Dr—地腳螺栓的中心圓直徑（m）；[bt]—地腳螺栓抗震設計的許用應力（Pa）；[0]；[0]1.2[t]；[t]；[bt]230MPa[1.2230bt]276MPa1.00bt12[4383464.421.46106]2.32108Pa[bt]d0.07204故滿足要求3.3.3液面晃動波高計算罐內(nèi)液面晃動波高hV12R；21.850.08TW；式中 1—浮頂影響系數(shù)，取0.85；2—阻尼修正系數(shù)，當TW大于10s時，取 2=1.05；—地震影響系數(shù)，取 0.82；TW2Dch(3.68HW)18.87s10s（3-24）3.68gD故取2=1.05；21沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計hV 0.85 1.05 0.82 7.5 5.49m3.3.4地震對儲罐的破壞相關實踐表明，在水平地震作用下，儲油罐會因為罐底提高而引起油罐的損壞，從而造成儲油罐可靠度大幅度的下降。 因為大型立式儲油罐的戒指多存在易燃、 易爆等特性，若其遭受到地震災害，極易引起次生火災，其后果不言而喻，隨著大型立式儲油罐的大范圍使用，立式儲油罐防震減災能力也一次變得尤為重要。3.3.5儲罐抗震加固措施當驗算核實罐壁的厚度達不到抗震要求時， 必須增加添設補強板，加強環(huán)，支撐等加固措施。⑴加強板在最下層壁板圓孔以下罐內(nèi)外沿罐壁圓周增設寬度不小于 300mm，并且厚度不可以小于 4mm的鋼板加強，壁板底板要與加強板焊接牢固，并且焊接的質(zhì)量一定要保證。⑵同時可在罐內(nèi)或罐外設置加強環(huán)，加強環(huán)距離罐的水平焊縫，不得小于150mm。罐壁與加強環(huán)相互連接成型，儲罐的直徑?jīng)Q定了其截面的尺寸大小。3.4罐壁結構3.4.1截面與連接形式縱截面是由罐壁上若干個壁板組成，形狀是一個階梯型，由下至上逐級減薄。一般情況下，下壁板厚度要大于上壁板的厚度。22沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計罐壁的下部通過內(nèi)外角焊縫與罐底的邊緣板相連，上部有一圈包邊角鋼，這樣既增加了焊縫的韌性和強度，還能夠加強罐壁的剛性。當有液壓作用時，縱向應力在罐壁中占據(jù)了主導地位。那么就是說罐壁的流度由罐壁的縱焊縫所決定。所以壁板的縱向焊接接頭需要進行全焊透的對接類型。 我們平時常用的關于罐壁縱向焊接的接頭如圖 3-2所示。圖3-2 罐底縱向焊接接頭形式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縫接頭之間的距離不得小于 300mm。以內(nèi)徑為基準的對接如圖 3.3。23沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計圖3-3以內(nèi)徑為基準的環(huán)向?qū)咏宇^形式底層壁板與罐底邊緣板之間的連接應采用兩側連續(xù)角焊。 在地震設防烈度不大于度的地區(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=K1[3]。圖3-4 底層壁板與邊緣板的焊接24沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 罐壁設計3.4.2罐壁的開孔補強儲罐罐壁上的開孔，可以開為圓形或者橢圓形，當開控的形狀為橢圓形時，孔的長徑與短徑之比需要不小于 2.0，橢圓形開孔的長軸方向為環(huán)形是最好的。開孔補強的計算方法采用等面積法，當圓孔的直徑 D≤100mm時，可以不用考慮補強設計。3.4.3罐壁保溫結構和罐壁相互焊接的保溫結構在與罐壁電焊聯(lián)接時， 應用罐壁焊縫施焊的焊接工藝和與罐壁材料相對應的焊接材料。從而避免對焊接過程對罐壁造成傷害。保溫支撐件可以使用型鋼或用扁鋼焊接成型， 支撐件承面寬度小于保溫層厚度大約10-20mm。支撐件間距，高溫介質(zhì)時小于等于2-3m，中低溫的介質(zhì)不大于3-5m。支撐件位置應設在閥門或者法蘭上方，其位置不能影響未來進行螺栓拆卸工作25沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 罐底設計第四章 罐底設計4.1罐底結構設計4.1.1罐底的結構形式和特點采用倒圓錐形罐底。這種罐底及其基礎特別像一個倒圓錐形。因此而命名，中間低四周高，罐底的坡度有 2%—5%。隨排除污泥雜質(zhì)，水分的要求高低而定。在罐底中央需要焊接一個集液槽，將沉降的污泥和存液在這個地方集中起來， 從而傍邊由彎管自上或由下引出排放。這種罐底形式有以下特點：⑴液體放凈口處于罐底中央。不管日后罐底如何變形，放凈口總是處于罐底的最低點，這對排凈沉降的雜質(zhì)，水分，提高儲存液體的質(zhì)量十分有利。⑵因易于清洗，對于燃料油罐可以不再設置清掃孔。⑶倒圓錐形罐底可以增加儲罐容量，儲罐直徑越大，罐底坡度越陡，可增加的容量越多。⑷因較少形成凹凸變形和較少沉積，可以改善罐底腐蝕狀況。⑸罐底受力比較復雜，儲罐基礎設計，施工要求比正圓錐形罐底更加嚴格。4.1.2罐底的排板形式與節(jié)點罐底的排板形式根據(jù)儲罐大小，控制焊接變形等制造工藝決定。對于直徑大于12.5m的儲罐，罐底外緣受罐作用力及邊緣力較大，故底板的外周比中部厚。易采用26沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 罐底設計如下排板方法。如圖 4.1[1]圖4-1罐底排版圖在邊緣板與邊緣板，邊緣板與和幅板之間，以及中幅板之間的焊接可以采用搭接焊結構，也可以采用對接焊結構，例如：如圖 4.2的焊接方式，選擇對的接焊工藝。圖4-2加墊板的V型破口圖27沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 罐底設計罐底的排板模式選擇帶墊板的單面焊接的對接結構。 這種方法與采用傳統(tǒng)的搭接焊接方式相比較，對接焊的焊接強度很高，能保持罐底的平整與穩(wěn)定，節(jié)省罐底材料。但設計和施工過程要求嚴格，總的來說方法不如搭接焊方便。罐壁底圈與罐底的內(nèi)外交焊縫都采用連續(xù)焊的方式， 焊接高度等同于罐底的邊緣板厚度。當邊緣板的厚度大于等于 10mm時，為改善受力的情況，從而避免應力的集中。4.2罐底的應力計算4.2.1中幅板的薄膜力2ML02M01（4-1）N1(1)21Rt0罐壁與邊緣板之間的約束彎矩11(1)3l344(212L0M)1)240t1211(1Rt0M0（4-2）1117l(1)31211(1M)40tRt0式中t—邊緣板厚（mm）；1—罐壁第一圈壁板特征系數(shù)，13(12)42；R21—泊松比，0.3；R—儲罐半徑，7.5m；28沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 罐底設計1—儲罐第一圈厚度，10mm；t0—中幅板的平均厚度，6mm；L0—底板上的液壓高度，10.5m；P—作用在罐底上的儲液壓力，P=gL0；—儲液密度，800Kg/m3；L—邊緣板彎曲剛度，14.03m；D—邊緣板彎曲剛度DEt3；12(1M2)K—彈性地基系數(shù)（一般取為400KN/m2）；β—罐壁邊緣板特征系數(shù)，3(1M2)4R2t2；P8.24104Pa；D192109831090.9104；12(10.32)43(10.32)5.25；143(10.32)4.58；222250.0150.00911(10)39.2010414.0330.3[24.58210.51]240844.58424.58(0.0100.7)M07.50.006111714.03(10)30.74.5824.580.0104087.50.0061.38106N/mNP212(8.2410421.38106)1.64105Pa514.032邊緣板上表面的徑向應力分布為邊緣板上表面的環(huán)向應力分布為

N6x（4-3）xt2tN6Mx（4-4）yt2t29沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 罐底設計式中 x-邊緣板受彎區(qū)域內(nèi)任一點的彎矩 如圖4-3所示的力的平衡關系圖4-3力的平衡關系圖再分別求出0xl及l(fā)xl的彎矩Mx222(pl3M0)xM0px2(0xl5l2)28pM0)x3117M0)x21pM0)l2l5l(l2(p12l2plx(42(xl)25252l2當x=0時xo1.38106N/m當x=l時2當xl時

xx

38.2410414.03211.381061.91106N/m4020所以當x=l時，x有最大值且x1.91106N/m2所以4.0610761.911064.99MPa2s690MPax8284.0610760.31.911062s690MPay825.02MPa8故均為安全。30沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 罐底設計4.3罐底焊接方式罐底板除弓形邊緣板之間對接外，其余的如邊緣板與中幅板之間、中幅板與中幅板之間均為搭接。邊緣板與中幅板之間搭接寬度應大于 5倍板厚且不小于 25mm。在罐底與罐壁的聯(lián)接出應用兩側連續(xù)角焊， 焊角高度等于邊緣板的厚度，內(nèi)側的角焊縫應焊接為圓滑的不等邊角焊，以此用來避免應力的集中分布。31沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 罐頂設計第五章 罐頂設計5.1拱頂結構及主要的幾何尺寸5.1.1拱頂結構拱頂罐是目前立式圓柱形儲油罐當中應用最廣泛、 使用最多的一種罐頂形式，拱形的主體形狀是球體，它本身是非常重要的結構，儲罐沒有衍架和立柱，結構很簡單，剛性優(yōu)秀，能承受較高的剩余壓力（油品耗損非常低） ，鋼材耗量少。拱頂蓋的拱頂是球的第一部分，他由中心頂板、扇形頂板組成，當罐徑比較大、頂板又較薄時，在頂板的內(nèi)側還應焊接加強肋。中心頂板又叫中心蓋板，扇形頂板又叫瓜皮板。瓜皮板一般做成偶數(shù)，對稱安排。罐頂?shù)耐鈧葢捎眠B續(xù)焊接，內(nèi)側間接焊接。拱頂蓋有兩種形式：一種是灌頂與罐壁的聯(lián)接為圓弧過度相焊的結構， 他的邊緣應力小，承壓能力較高，但需要沖壓成型，施工比較困難；另一種是采用包邊角鋼將拱頂與罐壁分焊接相聯(lián)的結構，制造較方便，廣泛用于承壓較低的液體儲罐。圖5-1罐頂?shù)暮唵谓Y構32沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 罐頂設計5.1.2 拱頂?shù)那拾霃揭驗樵跉怏w壓力作用下，球頂與儲罐壁厚度相等時球頂?shù)膹姸葹榈戎睆搅⑹綀A柱形罐壁強度的 2倍。為了取得等強度，球頂直徑是管壁直徑的 2倍，即取球頂?shù)那拾霃脚c油罐直徑的差值不超過 20%[6]⑴拱頂?shù)那蛎姘霃揭话闳?Rn=0.8～1.2D式中D-儲罐直徑，15m；取Rn=1.0D=15000mm0、、D2、a、b、根據(jù)圖可知，有sin0=D1510=30°(5-1)2Rn2152sin0=D2(5-2)2Rn式中D2-中小孔直徑，查表得D2=2000mmsin0=20000.06670=3.872°215000a-取25mmb-取30mm5.2扇形頂板尺寸扇形頂板的塊數(shù) n最好為偶數(shù)，扇形頂板小頭的弧長 CD不得小于180mm，則瓜邊板的展開式狀。R1=Rtg 0=15000tg30°=8660.3mmR2=Rtg =15000tg4.096=1003.4mm33沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 罐頂設計ABD11=(1500040)40238872mmn20AD2R(0)215000(303.278)6889.90mm360360CDD22364mmn圖5-2拱頂?shù)膸缀纬叽缂肮习逭归_圖5.3包邊角鋼包邊角鋼通常采用下圖給出的 A、B兩種形式。A型焊接工作量小，但角鋼需要加熱后沖壓成型，比較麻煩。 B型焊接工作量大，但施工工藝比較簡單容易。 B型每隔一段間距需加設筋板，筋板周圍間距可取 1.5m左右。34沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 罐頂設計圖5-3包角鋼的型式表5.1包邊角鋼最小尺寸儲罐內(nèi)徑D1m包邊角鋼最小尺寸，mm10<D≤20∠75×75×85.4球殼的設計5.4.1頂板厚度的選取拱頂頂板厚度與罐的大小有關。對于 1000m3或者更小的儲罐，可采用光面球殼（不加筋），而較大的儲罐采用加筋拱頂較為經(jīng)濟，使其在滿足拱頂穩(wěn)定性的情況下拱頂蓋的重量是最輕的。35沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 罐頂設計國內(nèi)拱頂罐的系列非常的多，目前而言并沒有統(tǒng)一的標準。拱頂板厚度大致如下：公稱容量/m3100100020003000500010000頂板厚度45或5*5*5*6*6*~7*/mm注：表中星號表示加筋5.5罐頂失穩(wěn)破壞實例（《油氣儲運》1999年第3期）青島石油化工廠 507號油罐為5000m3立式圓柱形拱頂鋼油罐。灌頂各設一個 DN250機械呼吸閥和液壓安全閥，下方均設有波紋型不銹鋼絲阻火器；頂板厚度 6mm，頂板和筋板材質(zhì)均為 Q235-AF。此罐原設計儲存柴油，因此罐壁并沒有進行保溫處理，于 1992年11月29日放生了灌頂凹陷事故，面積超過60㎡，下陷最深處達到了 50cm，罐頂部分焊縫被拉傷，罐壁上部分出現(xiàn)了凹陷現(xiàn)象。原因分析：辣油存儲溫度為 65℃~75℃，由于油罐沒有進行保溫處理，需要長時間加熱，油氣上升時，溫降梯度過大，容易導致石蠟油油氣凝結在阻火器鋼絲網(wǎng)上，是油罐護膝通道阻塞。還有，大流量的付油，使其負壓超過了了限制，因此灌頂失穩(wěn)。36沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第六章 貯罐附件及其選用第六章 貯罐附件及其選用6.1人孔人孔主要在檢修和消除液渣時， 以及容器內(nèi)部附件的安裝和拆卸進出貯罐用， 安裝于罐壁第一圈板上，其中心距離罐底約 750㎜，Di〉3000時，人孔直徑不小于 500㎜，取600㎜。由于不需補強的最大孔徑要滿足下述全部要求： ⑴設計壓力小于或等于 2.5Mpa；⑵兩相鄰開孔中心的間距應不小于兩孔直徑之和的兩倍； ⑶接管公稱外徑小于或等于㎜。由于89〈600，故需要開孔補強，采取密集補強等 :⑴適用范圍：①適用于承受內(nèi)壓的圓角的徑向單個原形開孔的補強設計。②兩相鄰開孔邊緣的間距不得小于Din)e。③在圓筒上，最大開孔尺寸應在d0.5；④應與殼體焊成整體，2.5(2Di且采用全熔透焊縫，過濾部分打磨圓角。補強設計：d①所需補強面積，有 的大小確定。Di2所以d600=2.190.4Di150001022所以A0.75dmm237沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第六章 貯罐附件及其選用所以A 0.75 600 10 4500mm2②有效補強范圍。對于圓筒有：Lc=0.472Pi

2Di

2322 10 3=0.472 1500015000=83.9mm故補強面積為A=4500mm2，補強板取Dg200材料16Mn6.2通氣孔用于貯存易揮發(fā)介質(zhì)的固定頂罐上再貯罐頂部靠近頂罐的中心處安裝， 目的是起呼吸作用，如圖 6-1所示：圖6-1通氣孔表6.1通氣孔規(guī)格尺寸（mm）規(guī)格dDD1d1EHnDN20027527531520550324438沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第六章 貯罐附件及其選用6.3量液孔使用于安裝有通氣孔的貯罐，公稱直徑一般為 DN150安裝于固定罐壁附近的頂部，往往在透氣孔附近。用來測定液量或取樣用。量液孔德正下方應避開加熱器或其它設備， 其法蘭要求水平，為了使量液孔嚴密，蓋內(nèi)側刻有一圈特別的凹槽， 測量時，量液尺沿著導向槽放于罐底， 導向槽或量液孔殼應用有色金屬（Al）制成，以免量液尺與其摩擦產(chǎn)生火花，而發(fā)生危險。6.4貯罐進出液口罐體的進液口應該開在罐頂位置，據(jù)罐壁位置約 750mm，孔徑應取為300mm，罐體的出液口必須開在罐壁第一圈的位置，距罐底距離為 200mm，孔徑大小取為300mm。6.5法蘭和墊片法蘭連接應滿足的基本要求是： 法蘭可靠，選擇合理，如在操作壓力和溫度有浮動，介質(zhì)有較強的腐蝕的情況下，仍能緊密不漏，保證生產(chǎn)的正常進行，有足夠的抵抗所有作用力的強度和剛度；能保證裝卸而不影響密封性能。要選擇DN200的法蘭，法蘭材料為16MnR，匹配溫度0°-30°，螺母材料為Q235。U型螺栓材料為M12。39沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第七章 焊接工藝第七章 焊接工藝焊接結構生產(chǎn)的一般工藝過程，如圖 7.1所示，焊接時整個過程中的核心工序。材料零件裝配焊接調(diào)整涂漆成品入庫加工處理安裝質(zhì)量檢驗圖7-1焊接工藝過程圖7.1板材檢驗[15]首先檢測板材是否合格。其次檢查板材的質(zhì)量是否有缺陷。7.2 鋼材的矯形：凈化與板加工凈化常用方法用鋼絲刷，砂紙等對剛才表面的銹跡進行清除。 材料在搬運和貯存中容易產(chǎn)生扭曲，彎曲，隆起等一些缺陷，在剪切冷割，焊接中也會容易產(chǎn)生變形，從而妨礙后面工作的進行，因此必須矯正。7.3焊接材料的選用40沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第七章 焊接工藝表7.1 焊接材料選用表焊條 焊劑手工電弧焊 J507或J506 4317.4貯罐底板、壁板、頂板制造、組裝與焊接⑴底板制造①為補償焊接收縮，罐底的排版直徑比設計直徑達 5-2mm；②罐底邊緣板對接應采用機械加工自動或半自動加工③罐底板上任意兩個相鄰焊接接頭之間的距離，以及邊緣板對接接頭距離底圈壁板縱焊縫的距離，不大于200mm⑵組裝①組裝底板鋪設前，先在基礎上，畫出十字中線，安排板