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1、油气储运专业课程设计指导书油气储运教研室2010.7目 录1 前言31.1储罐的分类及发展状况31.1.1固定顶储罐31.1.2浮顶储罐31.2钢油罐承载能力的基本要求42 储罐结构设计62.1储罐容量62.2罐壁高度确定72.3圈板高度的确定73 罐壁设计83.1拱顶储罐的设计参数83.2罐壁厚度设计83.2.1 定点法83.2.2 变点法93.3罐壁板间的连接114 罐底设计134.1排板形式134.2厚度设计144.3宽度设计155 罐顶设计165.1固定顶结构设计165.2拱顶瓜皮板设计165.3固定顶载荷的计算185.3.1作用于球壳上的外载荷185.3.2作用于球壳上的内载荷195
2、.4固定顶的校核195.5.包边角钢215.5.1包边角钢的选取215.5.2包边角钢的校核226 储罐的抗风设计236.1拱顶储罐的设计风压236.2加强圈的设计237 储罐的抗震计算257.1 地震载荷的计算257.2 抗震验算277.3 液面晃动波高计算297.4 地震对储罐的破坏297.5 储罐抗震加固措施29参考文献.311 前言1.1储罐的分类及发展状况1.1.1固定顶储罐固定顶储罐又可分为自支撑式锥顶罐、柱支撑式锥顶罐（桁架罐）和拱顶罐三种1。锥顶罐的主要特点是锥顶容易制做，其容积一般在几十方至几百方之间。桁架罐由顶板、斜椽、横梁和支柱组成。梁及柱的数量根据罐的直径而定，较大储罐
3、除中心支柱外，可有若干圈横梁及多根支柱。容积一般在几百方到二万方。拱顶罐是指罐顶为球冠状，罐体为圆柱形的一种容器，其罐顶由厚度4-6mm的压制薄钢板和加强筋组成。这种罐顶的优点是施工容易，造价低。其缺点是：与浮顶罐相比油气损耗较大；因中间无支撑，罐顶的直径受到一定限制。目前其在国内外石油化工部门应用较为广泛，国内拱顶罐的最大容积已达30000m3，最常用的容积为10000m3以下2。 1.1.2浮顶储罐浮顶储罐又可分为外浮顶罐和内浮顶罐两种。1.1.2.1外浮顶储罐外浮顶罐按浮顶的形式又分为单盘浮顶罐和双盘浮顶罐。外浮顶储罐的浮顶是一个漂浮在储液表面上的浮动顶盖，随着储液液面上下浮动。浮顶与储
4、罐之间有一个环形空间，在这个环形空间中有密封元件使得环形空间中的储液与大气隔开从而大大减少了储液在储存过程中的蒸发损失，而且保证安全，减少了大气污染。1.1.2.2内浮顶罐的结构内浮顶罐是固定顶罐内部再加上一个浮动顶盖，主要由罐体拱盘、密封装置、通气孔等组成。这种罐的浮动顶漂浮在储液面上，浮顶与罐壁之间有一环形空间，环形空间中有密封元件。浮顶与密封元件一起构成了储液面上的覆盖层。随着储液上下浮动，使得罐内的储液与大气完全隔开，减少储液储存过程中的蒸发损耗，保证安全，减少大气污染。 内浮顶罐有以下优点：(1)大量减少蒸发损耗。 (2)由于液面上有浮动顶覆盖,储液与空气隔绝,减少空气污染和着火爆炸
5、危险,易于保证储液质量,特别适用于储存高级汽油和喷气燃料以及有毒污染的液体化学品。 (3)易于将己建成固定顶罐改选为拱顶罐,并取消呼吸阀,阻火器等附件,投资少,经济效益明显。 (4)因有固定顶能有效防止风砂、雨雪或灰尘污染储液,在各种气候条件下保证储液的质量,有“全天候车储罐” 之称。 (5)在密封效果相同的情况下,与浮顶罐相比,能进一步降低蒸发损耗,这是由于固定顶盖的遮挡以及固定顶与拱盘之间的气相层甚至比双盘式浮顶具有更显著的隔热效果2。 1.2钢油罐承载能力的基本要求由于油品是一种特殊的物资，其特性是易燃、易爆，因此，储罐不仅要有储存功能，而且更为重要的是要具备安全的特点。因此，对钢油罐的
6、基本要求主要有以下五方面：（1）足够的强度。油罐在卸载以后不应存在任何形式的塑性变形。所以，在设计油罐时首先要考虑强度指标。但是，一般来说，钢材的强度（指屈服极限和极限强度）越高，则断裂韧度越低，越容易产生断裂。因此，油罐工作者在选择罐壁材料时，应该根据建罐地区的工作环境，在满足强度要求的前提下，为了保证材料具有较高的韧度，强度指标要适当。（2）足够的抵抗断裂的能力。无论在水压试验或者工作状态下，油罐不得产生断裂破坏。由于油罐是焊接而成的，因此在保证材料具有一定的韧度的前提下，还应考虑到钢材的焊接工艺问题，也就是其材料的可焊性问题。由于钢板越厚，在焊缝或热影响区附近越易产生裂纹，相应的增加了断
7、裂的危险性，所以钢材的选择还要参看罐壁厚度。（3）足够的抵抗风载荷的能力。整个建造及使用期间，罐区的最大风载荷不能使油罐产生破坏。实际上这就是油罐的总体刚度（或稳定性）问题。随着油罐的大型化，壁厚与油罐直径之比降低，这使油罐刚性降低，从而使油罐抵抗风载荷的能力下降了。因此，要保证油罐具有足够的抵抗风载荷的能力，不仅要考虑油罐的材料性能，而且还要考虑油罐的结构问题。（4）足够的抗震能力。要求在整个使用期间内，在罐区的最大地震烈度下不能使油罐产生破坏。地震可能该油罐带来很大的破坏，给人们的生命、财产造成重大损失。但造成小油罐与大油罐的地震破坏因素并不完全相同，油罐越大，则在地震时与油罐一致运动的那
8、部分储液所占的比例越小，而参与晃动的那部分储液所占的比例越大。因此，建设油罐特别是大型油罐还要考虑抗地震破坏的能力和相应的抗震措施。（5）油罐要有足够稳固的基础。油罐基础在整个使用期间的不均匀沉陷要在工程允许的范围内。因此油罐的基础的结构和地质环境也是保证油罐安全工作的重要因素。油罐越大，油罐基础所占的面积就越大，找到均匀的工程地质环境往往比较困难。如何恰当的提出对于沉陷的要求，以及采用何种结构以增加油罐抵抗不均匀沉陷的能力是大型油罐基础设计的关键问题1。2 储罐结构设计储罐的容量考虑经常出入的容量、储罐出料口以下的液体操作时不能流出的容量和在最高液位上必须满足有关规定的储罐空间，因此，把储罐
9、的容量分为公称容量、实际容量和操作容量。在这一章中，主要介绍了储罐的结构设计，包括储罐的直径、高度和计算容积的确定。2.1储罐容量储罐的容量考虑储罐经常出入的容量、储罐出料口（出口设在罐壁）以下的液体操作时不能流出的容量和在最高液位上必须满足有关规定的储罐空间，因此，把储罐的容量分为公称容量、实际容量和操作容量。如下图2-1.图2-1（a）公称容量 (b ) 实际容量 (c) 操作容量Fig. 2-1 （a）Nominal capacity(b ) Actual capacity (c) Operating capacity公称容量 ，即油罐的理论容量如图2-1（a）,它是按油罐整个高度计算的
10、。设计油罐时，是以这个尺寸计算容量，选择油罐的高度H和直径D;实际容量，因为油罐储油时，实际上并不能装到油罐的上边缘，一般都有一定距离A（图2-1b），以保证储油安全。A的大小根据油罐种类以及安装在罐壁上部的设备（如泡沫发生器等）决定。油罐的公称容量减去A部分占去的容积（当油罐下部有加热设备时，还应减去加热设备占去的容积）便是实际容量。操作容量，油罐使用时，出油管以下部分的一些油品并不能发出，成为油罐的“死藏”。因此，油罐在使用操作上的容量比实际容量要小，它的实际容量是容量减去B部分的“死藏”（如图2-1c）得到的，B的大小可根据出油管的高度决定。2.2罐壁高度确定根据油罐公称容量Vg，由SH
11、3046-92相关规定确定油罐的内径，再由可求得罐壁的高度为h： 2.3圈板高度的确定罐体是由若干块钢板焊接起来，这样便于施工操作，考虑到焊接工艺的，则，圈板高度不能够太小。若底层圈板太窄，有边缘应力所引起的最大环向应力有可 能落在上一层圈板的下部，从而造成上圈板比底圈板厚的不合理现象。因此，圈板不能太窄。根据油罐罐壁高度h及钢板规格，取圈板数为n，每圈圈板高度hi尽量相等，所以：根据圈板高度应取整数的原则，自上而下分别取每圈圈板的高度。向上圆整，取罐壁实际高度H，则油罐的计算容积为：V计算容积，m3。 3 罐壁设计3.1拱顶储罐的设计参数公称容积： （）m3 设计压力： 设计风压： 设计温度
12、： 地震烈度： 公称直径：D=（）mm罐壁高：H=（）m材质：腐蚀裕度：焊缝系数：储液密度：3.2罐壁厚度设计 罐壁是一个圆柱形的钢板焊接结构，每圈壁板随着外载荷(静水压)的变化由下至上逐层减薄。常用的罐壁壁厚计算方法有定点法和变点法。3.2.1 定点法定点法多用于容积较小的储罐，对于直径大于60m 的储罐采用此方法计算的应力值与实测应力值差别较大。定点法计算公式：a操作工况下罐壁设计厚度： -装储液时该圈罐壁的设计厚度， m ； -储液密度，kg/m3 ； h-所计算圈板底边至设计液位的高度的垂直距离，m； D-储罐内直径，m； -设计温度下罐壁钢板的许用应力，Pa ； -焊缝系数，取0.9
13、； C1-钢板负偏差，m ； C2-腐蚀裕量， m 。b试水工况下罐壁设计厚度： -装储液时该圈罐壁的设计厚度，mm ； -设计温度下罐壁钢板的许用应力，MPa； C1-钢板负偏差，mm 。 罐壁的设计厚度为上两种情况的较大者。罐壁圈板的名义厚度取设计厚度向上圆整至钢板的规格厚度。3.2.2 变点法变点法适用于L/H 1000/6 的储罐。 L -（500D.t )0.5 mm ； D -储罐直径，m ； t -储罐底圈壁厚；H-设计液位高度，m 。根据SH3046-92中的罐壁设计公式,可知罐壁设计厚度计算采用变点设计法，应按下列公式计算（按试水条件下）：（1） 第一层圈板厚度： =式中：-
14、储存介质时第一层圈板的设计厚度，mm；G-储液相对密度，水为1；H-最高液位，m；D-储罐内径，m；-常温下罐壁钢板的许用应力（MPa），按SH3046-92中的表3.2.2，选取罐壁板材质对应的值。-焊缝系数，取0.9；为钢板厚度允许负偏差，根据钢板厚度允许负偏差表，可以取根据SH3046-92第5.3.2条规定，罐壁的设计厚度应向上圆整至钢板的规格厚度，所以确定罐壁第一圈圈板的名义厚度。（2）第二层圈板计算厚度计算底圈板的比值h1-底层壁板宽度，mm， r-储罐半径，mm； -底层壁板有效厚度，mm；操作条件下不计腐蚀裕量；试水条件下为罐壁板的全厚度。第二层罐壁板的厚度确定如果1.375，取2= 1如果2.625，取2= 2a如果1.37
