立方米拱頂罐課程設計朱旭輝

1、 油罐及管道強度課程設計 題 目 100m³拱頂油罐裝配圖 所在院（系）石油工程學院 專業(yè)班級 儲運0902 學號 200904020221 學生姓名 朱旭輝 指導教師 徐士祺 完成時間 2012年7月10日 油罐及管道強度設計課程設計任務書題 目100m3拱頂油罐裝配圖的繪制學生姓名朱旭輝學號200904020221專業(yè)班級儲運0902設計內(nèi)容與要求一、原始數(shù)據(jù)1.適用范圍及設計條件 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）設計壓力 正壓：1960Pa 負壓：490Pa（2）設計溫度 -19t90（3）基本風壓 686Pa（4）雪載荷 441 Pa（5）抗震設防烈度 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。人孔位置應與透光孔相對應，以便采光通氣。當只有一個透光孔時，人孔應設在透光孔至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。安裝位置應在罐頂平臺附近并與透光孔相對應，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)連接尺寸及標準<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。排水槽的相應的結(jié)構(gòu)尺寸可查閱相關的規(guī)范。二、設計要求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，查閱相關標準確定相應構(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. 課程設計詳細說明書一份。 起止時間2012年 7月 2 日 至 2012 年 7 月 13日指導教師簽名2012年 7月 1 日系（教研室）主任簽名年 月 日學生簽名年 月 日 西安石油大學本科課程設計 目 錄1設計說明書- 2 -1.1 適用范圍- 2 -1.2 設計、制造遵循的主要指標規(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 消防設施- 3 -1.10 避雷及防靜電- 3 -1.11 油罐基礎- 4 -1.11.1 基本要求- 4 -1.11.2 油罐基礎設計條件- 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 適用范圍及設計條件 .- 5 -1.17 開口說明- 5 -1.18 技術(shù)要求- 5 -2 .設計計算書- 6

7、 -2.1 設計原始數(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 油罐罐底的設計計算- 8 -2.5 罐頂?shù)脑O計計算- 9 -2.5.1 計算載荷（設計壓力）的確定- 11 -2.5.2 油罐罐頂?shù)男：? 12 -參 考 文 獻- 13 - 1設計說明書1.1 適用范圍此設計中油罐儲存介質(zhì)為柴油及不易揮發(fā)的相類似油品。設計條件設計壓力 正壓： 1960Pa 負壓： 490Pa設計溫度 -19t90基本風壓 686 Pa雪載荷 441 Pa抗震設防烈度 8度（

8、近震）場地土類型 類儲液密度 1000kg/m3腐蝕裕量 1mm當介質(zhì)腐蝕性較強，腐蝕速率超過0.1mm/a時，應根據(jù)介質(zhì)對碳鋼腐蝕速率確定適當?shù)母g裕量，并相應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 設計、制造遵循的主要指標規(guī)范SH3046石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設計規(guī)范GBJ128立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范SH3048石油化工鋼制設備抗震設計規(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 罐體的防腐此設計中對油罐內(nèi)壁防腐未做具體規(guī)定，當用戶根據(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。人孔位置應與透光孔相對應。以便采光通氣。當只有一個透光孔時，人孔應設在透光孔之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。安裝位置應在罐頂平臺附近并與透光孔相對應。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 接口此設計中所設置的接口數(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，安裝方位及標高。1.8 液位指示計口此設計中未設液位指示計口，選用者可根據(jù)具體情況設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 消防設施此設計中油罐采

11、用泡沫消防，根據(jù)油罐容積大小不同，設置不同數(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 避雷及防靜電此設計中油罐未設置避雷及防靜電設施。選用時由選用單位相應專業(yè)根據(jù)有關規(guī)范確定設置避雷及防靜電設施。1.11 油罐基礎1.11.1 基本要求油罐基礎應符合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計規(guī)范中的規(guī)定。其基本要求如下：(1)基礎面層應為絕緣防腐層，基礎表面任意方向上不應有凸起的棱角。基礎表面凹凸度從油罐

12、中心向周邊測量不應超過25mm。(2)基礎錐面坡度：對一般地基應為15/1000，對軟弱地基一般不應大于35/1000。基礎沉降基本穩(wěn)定后的錐面坡度應不小于8/1000。1.11.2 油罐基礎設計條件選用者可按工程實際情況，對其中的空白項加以補充后，提供給土建專業(yè)，作為油罐基礎的設計依據(jù)。1.12 罐體保溫此設計中油罐的罐體保溫應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計條件，如不能滿足

13、上述設計條件，應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、出口管的規(guī)格與本系列推薦的不同時，應對油罐附件（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)范進行。1.16 原始數(shù)據(jù)1.16.1 適用范圍及設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）設計壓力 正壓：1960Pa 負壓：490Pa（2）設計溫度 -19t90（3）計算風壓 6

14、86Pa（4）雪載荷 441Pa（5）抗震設防烈度 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)范進行制造、試驗和驗收。（2）本油罐罐體在基礎檢查驗收合格后方可進行整體安裝。（3）本油罐所用鋼板的技術(shù)條件應符合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規(guī)定。（4）所有罐壁開口應避開罐壁焊縫，開口接管或補強圈邊緣距罐壁焊縫應大于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 .設計計算書2.1 設計原始數(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. 風壓：686N/m25. 風壓變化系數(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)標準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油罐及管道強度設計中5.3.1-1和5.3.1-2進行，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)時的設計厚度，mm；儲存水時的設計厚度，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；設計溫度下罐壁鋼板的許用應力，Mpa；常溫下罐壁鋼板的許用應力，Mpa；焊縫系數(shù)，取0.9；鋼板的厚度負偏差，mm；腐蝕余量，mm；每層罐壁鋼板取，中的最大值，最后按GB70

18、9進行鋼板厚度的向上圓整。在設計中取為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力作為臨界應力值，將公式反推回來成為關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）設此時的厚度在616mm之間,由文獻5立式圓筒型鋼制焊接儲罐設計規(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 5 表5.2.1進行選取定為：。2.4 油罐罐底的設計計算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. 中幅板的設計中幅板的厚度選取先按文獻5表4.1.1選取一個基值為不小于6mm，設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（設計壓力）的確定罐頂向下外載荷（設計外壓）應包括自重、罐內(nèi)真空（排油時）度、雪載、活載荷組成。設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（設計內(nèi)壓）由(油氣壓力重力)，這一載荷使球殼產(chǎn)生薄膜應力破壞，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拱頂設計壓力P取設計外壓與設計內(nèi)壓的最大值，所以設計外壓=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（安全導數(shù)n=12），則光球殼許用外壓力（外載荷）