課程設(shè)計(jì)說明書9200m3立式儲(chǔ)油罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)題目9200m3立式儲(chǔ)油罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：直徑 31400mm 長(zhǎng)度 12000mm 材質(zhì) 16MnDR 壁厚 9mm,11mm,12.32mm設(shè)計(jì)任務(wù)：1.寫出該結(jié)構(gòu)的幾種設(shè)計(jì)方案2.強(qiáng)度計(jì)算及尺寸選擇3.繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4.撰寫主要工藝過程5.撰寫設(shè)計(jì)說明書工作計(jì)劃與進(jìn)度安排：1查閱資料 2天2設(shè)計(jì)計(jì)算并撰寫設(shè)計(jì)說明書 5天3上機(jī)繪圖 4天4答辯 1天指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日 專業(yè)負(fù)責(zé)人（簽字）： 年 月 日學(xué)院院長(zhǎng)（簽字）： 年 月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1 儲(chǔ)罐及其發(fā)展概況油品和各種液體化學(xué)品的儲(chǔ)存設(shè)備儲(chǔ)罐是石油化工裝置和儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)施的重要組成部分。由于大型儲(chǔ)罐的容積大、使用壽命長(zhǎng)

2、。熱設(shè)計(jì)規(guī)范制造的費(fèi)用低，還節(jié)約材料。20世紀(jì)70年代以來，內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐和大型浮頂油罐發(fā)展較快。第一個(gè)發(fā)展油罐內(nèi)部覆蓋層的施法國(guó)。1955年美國(guó)也開始建造此種類型的儲(chǔ)罐。1962年美國(guó)德士古公司就開始使用帶蓋浮頂罐，并在紐瓦克建有世界上最大直徑為187ft（61.6mm）的帶蓋浮頂罐。至1972年美國(guó)已建造了600多個(gè)內(nèi)浮頂罐。1978年國(guó)內(nèi)3000m3鋁浮盤投入使用，通過測(cè)試蒸發(fā)損耗標(biāo)定，收到顯著效果。近20年也相繼出現(xiàn)各種形式和結(jié)構(gòu)的內(nèi)浮盤或覆蓋物1。世界技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，都備有較齊全的儲(chǔ)罐計(jì)算機(jī)專用程序，對(duì)儲(chǔ)罐作靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析，同時(shí)對(duì)儲(chǔ)罐的重要理論問題，如大型儲(chǔ)罐T形焊縫部位的疲勞分析

3、，大型儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性分析，抗震分析等，以試驗(yàn)分析為基礎(chǔ)深入研究，通過試驗(yàn)取得大量數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了理論的準(zhǔn)確性，從而使研究具有使用價(jià)值。近幾十年來，發(fā)展了各種形式的儲(chǔ)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(shè)工藝附件，并便于工作介質(zhì)在內(nèi)部相互作用等。2 設(shè)計(jì)方案2.1 選擇設(shè)計(jì)方法2.1.1 正裝法此種方法的特點(diǎn)是指把鋼板從罐底部一直到頂部逐塊安裝起來，它在浮頂罐的施工安裝中用得較多，即所謂充水正裝法，它的安裝順序是在罐低及二層圈板安裝后，開始在罐內(nèi)安裝浮頂，臨時(shí)的支撐腿，為了加強(qiáng)排水，罐頂中心要比周邊浮筒低，浮頂安裝完以后，裝上水除去支撐腿，浮頂即

4、作為安裝操作平臺(tái)，每安裝一層后，將上升到上一層工作面，繼續(xù)進(jìn)行安裝。2.1.2 倒裝法先從罐頂開始從上往下安裝，將罐頂和上層罐圈在地面上安裝，焊好以后將第二圈板圍在第一罐圈的外圍，以第一罐圈為胎具，對(duì)中點(diǎn)焊成圓圈后，將第一罐圈及罐頂蓋部分整體吊至第一、二罐圈相搭接的位置，停于點(diǎn)焊，然后在焊死環(huán)焊縫。用同樣的方法把下面的部分依次點(diǎn)焊環(huán)焊，直到罐底板的角接焊死即成。2.1.3 卷裝法將罐體先預(yù)制成整幅鋼板，然后用胎具將其卷筒，在運(yùn)至儲(chǔ)罐基礎(chǔ)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(hù)坡式基礎(chǔ)、環(huán)墻式基礎(chǔ)、外環(huán)墻式基礎(chǔ)、特殊構(gòu)造的基礎(chǔ)。根據(jù)比較選用，護(hù)坡式基礎(chǔ)2。2.2 尺寸的選擇

5、根據(jù)經(jīng)濟(jì)尺寸計(jì)算，,，體形系數(shù)為，符合要求2.3 材料的選擇根據(jù)GB50341-2003_立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范.來選?。?） 罐壁：鋼板16MnDR，尺寸為3000×20000mm,GB6654，在熱軋正火下使用，公稱板厚為616mm，溫度<20時(shí)的許用板厚為34mm,許用應(yīng)力為230MPa，（2） 鋼管：16MnR,GB/T8163, 在熱軋下使用,公稱板厚為16mm，溫度>-20時(shí)的許用板厚為34mm,許用應(yīng)力為163MPa，（3） 鍛件：16Mn，JB4726，在正火或回火加正火下使用，公稱板厚為300mm，溫度<20時(shí),許用應(yīng)力為150MPa，（4

6、） 螺母：20或25鋼，GB/T699（5） 螺栓： 35GrMoA，GB3077，溫度 <20，許用應(yīng)力為167MPa，在熱調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，M24-M48，（6） 接管：10號(hào)鋼，許用應(yīng)力為108MPa 墊片：石棉橡膠板 JB/T 4704-20003 罐壁設(shè)計(jì)3.1 罐壁的強(qiáng)度計(jì)算3.1.1 罐壁厚的計(jì)算由于所給體積大于1000m3，所以按照不等壁厚計(jì)算，選擇鋼板寬度為3m。所以=3m，=6m，=8.13m （3.1） （3.2） （3.3）式中：設(shè)計(jì)壓力：0.084（Mpa）；罐的內(nèi)徑：31400（mm）；設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力230（Mpa）；焊縫系數(shù)：查表得0.9；鋼板的負(fù)偏

7、差0.3（mm）；腐蝕裕度.0； 所以罐壁厚度從上到下一次為9mm，11mm,12.32mm3.1.2 罐壁的應(yīng)力校核 （3.4）式中：設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力230（Mpa）； 故滿足材料要求按照試驗(yàn)應(yīng)力公式校核 （3.5） 式中：為材料的屈服極限, 有以上公式可知，當(dāng)最小厚度滿足要求時(shí)，其余的厚度也滿足要求。3.2 儲(chǔ)罐的風(fēng)力穩(wěn)定計(jì)算 抗風(fēng)圈浮頂儲(chǔ)罐沒有固定頂蓋，為使儲(chǔ)罐在風(fēng)載作用下保持上口圓度，以維持儲(chǔ)罐整體形狀，故需在儲(chǔ)罐上部整個(gè)圓周上設(shè)置一個(gè)抗風(fēng)圈。而固定頂有固定頂蓋則用設(shè)計(jì)抗風(fēng)圈。加強(qiáng)圈計(jì)算在風(fēng)載荷作用下，罐壁筒體應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核，防止儲(chǔ)罐被風(fēng)吹癟。判定儲(chǔ)罐的側(cè)壓穩(wěn)定條件為 （3.

8、6） 式中Pcr罐壁許用臨界應(yīng)力（Pa）； P0設(shè)計(jì)外壓（Pa）；罐壁許用臨界應(yīng)力的計(jì)算由SH304692推薦的方法，得在外壓作用下的臨界壓力公式 （3.7） 式中Pcr臨界壓力（Pa）； E圓筒材料的彈性模量：192×109（Pa）； 圓筒壁厚（m）； D圓筒直徑（m）； L圓角長(zhǎng)度（m）； 罐壁設(shè)計(jì)外壓計(jì)算 罐壁設(shè)計(jì)外壓用下式表示，即 （3.8）式中P0罐壁設(shè)計(jì)外壓（Pa）； 風(fēng)載荷體形系數(shù)； 風(fēng)壓高度變化系數(shù)； 基本風(fēng)壓（Pa）； 罐內(nèi)負(fù)壓（Pa）；對(duì)固定頂儲(chǔ)罐，=1則式為 （3.9） 風(fēng)載荷體形系數(shù)=1； 由于Pcr> P0，所以在罐壁上不需要設(shè)置加強(qiáng)圈。故滿足要求。3

9、.3.3 液面晃動(dòng)波高計(jì)算罐內(nèi)液面晃動(dòng)波高； ；式中非浮頂影響系數(shù)，取1.0；阻尼修正系數(shù)，當(dāng)大于10s時(shí)，取=1.05；地震影響系數(shù)，取0.23； 故取=1.85-0.08×7.55=1.25；3.3 罐壁結(jié)構(gòu)3.3.1 截面與連接形式罐壁的縱截面由若干個(gè)壁板組成，其形狀為從下至上逐級(jí)減薄的階梯形，一般上壁板的厚度不超過下壁板的厚度，各壁板的厚度由計(jì)算可得，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，16MnDR的最小厚度為6mm，為由于該罐壁是不等壁厚度的且較厚，因此各板之間采用對(duì)接，這樣可以減輕自重。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，這樣既可以增加焊縫的強(qiáng)度，還可以增加罐壁的剛性

10、。在液壓作用下，罐壁中的縱向應(yīng)力是占控制地位的。即罐壁的流度實(shí)際上是罐壁的縱焊縫所決定的。因而壁板的縱向焊接接頭應(yīng)采用全焊透的對(duì)接型。 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(cuò)開1/3板長(zhǎng)，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(duì)接焊縫接頭之間的距離不得小于300mm。罐壁的環(huán)向焊接接頭形式較多，主要為對(duì)接。底層壁板與罐底邊緣板之間的連接應(yīng)采用兩側(cè)連續(xù)角焊。在地震設(shè)防烈度不大于7度的地區(qū)建罐，底層壁板與邊緣壁板之間的連接應(yīng)采用如圖的焊接形式，且角焊接頭應(yīng)圓滑過渡，而在地震小于7度的地區(qū)可取K2=K13 。 圖3.4底層壁板與邊緣板的焊接3.3

11、.2 壁板寬度壁板寬度越小，材料就越省。但環(huán)向接頭數(shù)就越多，增加安裝工作量。我國(guó)一般取壁板寬度不小于1600mm。根據(jù)GB709-2006選擇B類，板寬3000mm，長(zhǎng)度20m。4 罐底設(shè)計(jì)4.1 罐底的應(yīng)力計(jì)算 中幅板的薄膜力 （4.1）罐壁與邊緣板之間的約束彎矩 （4.2）式中t邊緣板厚, 8（mm）； 罐壁第一圈壁板特征系數(shù)，； 泊松比，0.3；R儲(chǔ)罐半徑，15.7m；儲(chǔ)罐第一圈厚度，12.32mm； 中幅板的平均厚度，6mm；底板上的液壓高度，12m； P作用在罐底上的儲(chǔ)液壓力，P= ； 儲(chǔ)液密度，720Kg/m3 ；L邊緣板受彎寬度，30.00m；D邊緣板彎曲剛度；罐壁邊緣板特征系數(shù)

12、，； ； ； 邊緣板上表面的徑向應(yīng)力分布為 （4.3）邊緣板上表面的環(huán)向應(yīng)力分布為 （4.4）式中-邊緣板受彎區(qū)域內(nèi)任一點(diǎn)的彎矩 如圖4.3所示的力的平衡關(guān)系圖4.3 力的平衡關(guān)系圖再分別求出及的彎矩Mx 當(dāng)x=0時(shí) 當(dāng)x=時(shí) 當(dāng)時(shí) 所以當(dāng)x=時(shí)，有最大值且所以 故均為安全5 罐頂設(shè)計(jì)5.1拱頂結(jié)構(gòu)及主要的幾何尺寸拱頂罐是目前立式圓柱形儲(chǔ)罐中使用最廣泛的一種罐頂形式，拱形的主體是球體，它本身是重要的結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)罐沒有衍架和立柱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，承壓能力強(qiáng)。球面由中小蓋板瓜皮板組成，瓜皮板一般做成偶數(shù)，對(duì)稱安排，板與板之間相互搭接，搭接寬度不小于5倍板厚，且不小于25mm實(shí)際搭接寬度多采用40mm

13、罐頂?shù)耐鈧?cè)采用連接焊，內(nèi)側(cè)間斷焊，中心蓋板搭在瓜皮板上，搭接寬度一般取50mm，頂板的厚度為46mm。用包邊角鋼連接的拱頂只有一個(gè)曲率，所以又稱球頂。這種結(jié)構(gòu)形式在拱頂與罐壁的連接處，（即拱腳）邊緣應(yīng)力較大，為防止油罐破壞裝油高度不宜超過拱腳，即拱頂部分不能裝油，但球頂罐制作方便，因而得到較廣泛的應(yīng)用。（1） 拱頂?shù)那蛎姘霃揭话闳n=0.81.2D式中D-儲(chǔ)罐直徑，31.4m；取Rn=1.0D=31400mm按表5-2，頂板厚度為5mm，帶肋（2） 0 、D2 、a、b、根據(jù)圖可知，有 sin0 = 0 =30° sin= 式中D2 -中小孔直徑，查表得D2 =2000mm sin

14、0 = 0 =0.92° a-取25mm b-取30 mm5.2 扇形頂板尺寸扇形頂板塊數(shù)n最好為偶數(shù)，選擇n=20，扇形頂板小頭的弧長(zhǎng)CD不得小于180 mm， 則瓜邊板的展開式狀。R1=Rtg =31400tg30°=18128mmR2=Rtg=31400tg0.92 =504.23mm=mm5.3 包邊角鋼（1）包邊角鋼與罐頂板之間采用連接較弱，僅需在外側(cè)采用單面連續(xù)焊，以保證儲(chǔ)罐的密封，焊腳高度不宜大于頂板厚度的3/4，且不大于4mm。（2）根據(jù)SH3046規(guī)定儲(chǔ)罐所應(yīng)采用最小包邊角鋼見表5.11。表5.1 包邊角鋼最小尺寸儲(chǔ)罐內(nèi)徑D1 包邊角鋼最小尺寸，20<

15、;D<60 90×90×106 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(shí)，以及容器內(nèi)部附件的安裝和拆卸進(jìn)出貯罐用，安裝于罐壁第一圈板上，其中心距離罐底約750，Di3000時(shí)，人孔直徑不小于500，取600。由于不需補(bǔ)強(qiáng)的最大孔徑要滿足下述全部要求：設(shè)計(jì)壓力小于或等于25Mpa；兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；接管公稱外徑小于或等于89。（4）接管最小壁厚滿足下表的要求。回轉(zhuǎn)蓋平焊法蘭人孔尺寸密封面形式公稱壓力PN/mm公 稱直 徑DN/mmdw×SDD1bb1b2ARF突面RF型0.6500530×564560032

16、2426355BLH1H2d0 螺栓螺柱數(shù)量螺栓螺柱RF直徑×長(zhǎng)度1752502301062020M20×100M20×115 表6.1 接管公稱直徑 接管公稱直徑253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值 540MPa，接管與殼體宜采用全焊透的結(jié)構(gòu)型式。接管的腐蝕裕量為1mm。由于600>89，故需要開孔補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)：接管腐蝕裕量：1mm接管厚度負(fù)偏差：0.3mm接管材料：16Mn接管材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力：230Mpa接管材料在常溫下的許用應(yīng)力：230Mpa接管焊接接頭系數(shù)：1補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：無補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)接

17、管和殼體連接結(jié)構(gòu)形式：鑲嵌式接管計(jì) 算 方 法 : GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法, 單 孔 開孔直徑 d=d0+2Ct= 602.6mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B=2d=2×602.6=1205.2mm接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr ：1.0接效外伸長(zhǎng)度 h1=minmm管效內(nèi)伸長(zhǎng)度 h2=min根據(jù)外壓圓筒穩(wěn)定性計(jì)算方法，計(jì)算得到圓筒和接管的計(jì)算厚度,接管的有效厚分別為d=602.6mm和11mm,開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A=0.5d+2e(1- fr)=3314 mm²6.2 通氣孔用于貯存不易揮發(fā)介質(zhì)的固定頂儲(chǔ)罐上在儲(chǔ)罐頂部靠近罐頂中心處安裝，起呼吸作用。表6.3

18、通氣孔規(guī)格尺寸（mm）規(guī)格dDD1d1EHn8通氣孔的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：對(duì)筒體上接管為200×8的開孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)6.3 貯罐進(jìn)出液口進(jìn)液口開在罐頂，據(jù)罐壁750,孔徑取為300，罐側(cè)壁中心線距底350，出液口開在罐壁第一圈的位置，距罐底350,孔徑取為3006.4 法蘭和墊片 6.3 接管和法蘭尺寸 (mm) 名稱公稱直徑DN鋼管外徑法蘭焊端外徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n（個(gè)）螺栓Th法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度H法蘭質(zhì)量NSHR出液口300325B4454002212M20263427.116106818進(jìn)液口300325B4454002212M20263427.116

19、106818排空口200219B340295228M20242346.31684410.6液位計(jì)口3238B140100184M1618562.665422安全閥口8089B200160188M16201103.2106524.2注：1：包覆金屬材料為純鋁板，標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3880，代號(hào)為L(zhǎng)3。2：填充材料為有機(jī)非石棉纖維橡膠板。3：墊片厚度均為3。 查HG/T 20609-2009鋼制管法蘭用金屬包覆墊片，得： 6.4 墊片尺寸表 管口名稱 公稱直徑 內(nèi)徑D1 外徑D2出液口 300 370 400進(jìn)液口 300 370 400排空口 200 260 284液位計(jì)口 32 60 82安全閥

20、口 80 120 1426.5 液面計(jì)6.5 液面計(jì)類型和適用范圍類型 適用范圍 選用標(biāo)準(zhǔn)玻璃管式液面計(jì) PN1.6MPa，介質(zhì)流動(dòng)性較好，t=0200 HG/T21592-19956.6 盤梯 由于容器高度較高，需設(shè)盤梯。6.7螺栓（螺柱）的選擇據(jù)HG/T20613-2009鋼制法蘭用緊固件查得螺栓（螺柱）尺寸，見下表表五： 表6 螺栓及墊片公稱直徑螺紋螺柱長(zhǎng)出液口 300M2090進(jìn)液口 300M2090排空口 200M2085液位計(jì)口 32M1665安全閥口 80M16707焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.1 焊縫的布置焊縫布置原則：1焊縫位置應(yīng)盡量對(duì)稱，盡量分散 2焊縫應(yīng)盡量避開應(yīng)力集中和最大應(yīng)力位置

21、 3焊縫應(yīng)避開機(jī)械加工面 4焊縫要能夠焊接、便于焊接、并能保證質(zhì)量 5焊縫的布置還應(yīng)照顧到其他工序的方便與安全罐壁焊縫的布置： 每塊鋼板的規(guī)格為3000×50000mm，罐的直徑為31.4m，高度為12.00m，罐的周長(zhǎng)為98.60m，所以可根據(jù)板長(zhǎng)條件設(shè)計(jì)縱焊縫的數(shù)量，2條環(huán)焊縫，為減少焊接影響和變形，相鄰兩壁板的縱向焊縫宜向同一方向逐圈錯(cuò)開1/3板長(zhǎng)，焊縫最小間距不小于1000mm。罐底的焊縫布置：罐底的中幅板大部分是用整塊鋼板拼接而成。四周與罐壁圈相連接 的一圈為邊緣板。中幅板鋼板與鋼板之間絕大部分是搭接焊縫，只是直接處在罐底圈板下的一部分為對(duì)接焊縫，邊緣板與壁板之間為丁字接頭

22、，里外圈都為環(huán)焊縫。其中短焊縫之間要錯(cuò)開200300mm。罐頂?shù)暮缚p布置：罐頂由中心板和扇形板組成。中心直徑為2000mm，可用一塊鋼板切成。每一塊扇形由兩塊鋼板焊成縱焊縫，扇形板與扇形板之間也是縱焊縫，扇形板與中心板之間焊成環(huán)焊縫，與邊緣板之間也是環(huán)焊縫焊接。7.2 焊接方法表7.1 焊接材料選用表焊接方法焊條/焊絲焊劑埋弧焊H08A,H08MnAHJ430手工電弧焊J507或J5064317.3焊縫順序在壓力容器簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)中，不允許環(huán)縫和縱縫呈十字形相交的焊縫。必須將相鄰倆焊縫錯(cuò)開。這樣大型的拼版構(gòu)件可以看成由若干T字形對(duì)接焊縫焊接而成。罐底的焊接順序邊緣板與罐壁的焊接，順序是先焊邊緣板上的對(duì)接焊縫，再焊接邊緣板與罐壁最下一圈板之間的環(huán)形角焊縫，最后焊邊