第5章(過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì))

CHAPTERⅤStoringDevice教學(xué)重點(diǎn):臥式儲(chǔ)罐基本結(jié)構(gòu)教學(xué)難點(diǎn):

雙鞍式支座臥式內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)第五章儲(chǔ)存設(shè)備應(yīng)用舉例特點(diǎn)儲(chǔ)存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的設(shè)備。石油、化工、食品、制藥、輕工、能源、環(huán)保等行業(yè)。第五章儲(chǔ)存設(shè)備第一節(jié)概述應(yīng)用舉例特點(diǎn)氫氣儲(chǔ)罐、液化石油氣儲(chǔ)罐、石油儲(chǔ)罐、液氨儲(chǔ)罐等；燕化煉油廠儲(chǔ)罐區(qū)……第五章儲(chǔ)存設(shè)備應(yīng)用舉例特點(diǎn)儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力直接受溫度的影響；介質(zhì)往往易燃、易爆或有毒。第五章儲(chǔ)存設(shè)備結(jié)構(gòu)形式臥式立式球形儲(chǔ)罐常識(shí)石油化工工業(yè)中，儲(chǔ)罐可按照儲(chǔ)存介質(zhì)的物理狀態(tài)、儲(chǔ)罐形狀、儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力三種方法分類(lèi)第五章儲(chǔ)存設(shè)備介質(zhì)的物理狀態(tài)儲(chǔ)存氣體的大氣環(huán)境溫度下，儲(chǔ)存接近常壓氣體的儲(chǔ)罐=====氣柜；大氣環(huán)境溫度下，儲(chǔ)存經(jīng)過(guò)加壓的氣體，通常采用臥式、球形儲(chǔ)罐和高壓氣瓶。第五章儲(chǔ)存設(shè)備儲(chǔ)存液體的大氣環(huán)境溫度和氣相壓力接近于常壓的條件下，儲(chǔ)存液體（如石油、汽油、煤油、柴油等石油液體產(chǎn)品），一般用立式圓筒形儲(chǔ)罐；當(dāng)在容量不大于100m3

條件下，也經(jīng)常用臥罐。大氣環(huán)境溫度下，壓力儲(chǔ)存的液化氣體（如液化石油氣體）容量大于100m3時(shí)，通常用球形儲(chǔ)罐；容量不大于100m3時(shí)，常用臥罐。在低溫和接近于常壓條件下，儲(chǔ)存液化石油氣，通常用立式圓筒形儲(chǔ)罐。第五章儲(chǔ)存設(shè)備介質(zhì)的物理狀態(tài)儲(chǔ)存固體的稱(chēng)為料倉(cāng)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮哪些因素介質(zhì)性質(zhì)場(chǎng)地條件液化氣體第五章儲(chǔ)存設(shè)備介質(zhì)性質(zhì)可燃性飽和蒸氣壓密度腐蝕性毒性化學(xué)反應(yīng)活性等第五章儲(chǔ)存設(shè)備介質(zhì)特性可燃性飽和蒸氣壓密度腐蝕性毒性化學(xué)反應(yīng)活性等可燃性的分類(lèi)和登記可以在有關(guān)消防規(guī)范中查得。第五章儲(chǔ)存設(shè)備介質(zhì)特性可燃性飽和蒸氣壓密度腐蝕性毒性化學(xué)反應(yīng)活性等一定溫度下的密閉容器中，達(dá)到氣液兩相平衡時(shí)氣液分界面上的蒸氣壓力，隨溫度而變化與容積大小無(wú)關(guān)第五章儲(chǔ)存設(shè)備介質(zhì)特性可燃性飽和蒸氣壓密度腐蝕性毒性化學(xué)反應(yīng)活性等重力載荷選材的首要依據(jù)毒性程度直接影響設(shè)備制造技術(shù)與管理登記，以及安全附件的配置。第五章儲(chǔ)存設(shè)備場(chǎng)地條件環(huán)境溫度—保溫與否室內(nèi)、外—載荷的影響地基—影響振動(dòng)頻率，還與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)密切相關(guān)第五章儲(chǔ)存設(shè)備盛裝液化氣體介質(zhì)特性場(chǎng)地特性液化氣體的膨脹性、壓縮性充裝量設(shè)計(jì)溫度下介質(zhì)的飽和液體密度溫度過(guò)低裝量系數(shù)充填量：裝量系數(shù)與儲(chǔ)罐實(shí)際容積和設(shè)計(jì)溫度下介質(zhì)的飽和液體密度的乘積裝量系數(shù)：《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定裝量系數(shù)不得大于0.95，一般取0.9失穩(wěn)校核第五章儲(chǔ)存設(shè)備第五章儲(chǔ)存設(shè)備第二節(jié)臥式儲(chǔ)罐一、基本結(jié)構(gòu)1、地面臥式儲(chǔ)罐（一）臥式圓柱形儲(chǔ)罐第五章儲(chǔ)存設(shè)備第五章儲(chǔ)存設(shè)備2、鞍式支座數(shù)量、位置安排、包角選取、標(biāo)準(zhǔn)選用第五章儲(chǔ)存設(shè)備(1)數(shù)量：一般是雙鞍座支承。置于支座上的臥式容器，如果各支承點(diǎn)的水平高度相同，則采用多支承比采用雙支承好。但對(duì)于大型臥式容器，當(dāng)采用多支座時(shí)，如果各支座的水平高度有差異，或地基有不均勻的沉陷，或筒體不直不圓等，則各支座的反力就要重新分配，這就可能使筒體的局部應(yīng)力大為增加，因而體現(xiàn)不出多支座的優(yōu)點(diǎn)，故對(duì)于臥式容器最好是采用雙支座。第五章儲(chǔ)存設(shè)備(2)位置安排：將一個(gè)支座固定(重量大，配管較多的一側(cè))，其余支座應(yīng)是活動(dòng)支座

對(duì)于雙支座，A≤0.2L，最大不超過(guò)0.25L，且A≤0.5Rm

由彎矩圖知，梁的危險(xiǎn)截面在支座上和梁的跨中截面處，與尺寸A/L有關(guān)。為使容器受力最好。兩危險(xiǎn)截面處的彎矩相等，便可確定A/L的比值。

為充分利用封頭的加強(qiáng)效應(yīng)

第五章儲(chǔ)存設(shè)備(3)、包角大小影響應(yīng)力分布，也影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和重心高低120°，135°，150°

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)使用120°和150°第五章儲(chǔ)存設(shè)備(4)、標(biāo)準(zhǔn)：A、JB/T4731-2005鋼制臥式容器B、JB/T4712.1～4712.4-2007，《容器支座》內(nèi)容包括：鞍式支座、腿式支座、耳式支座、支承式支座鞍座標(biāo)準(zhǔn)的選用利用標(biāo)準(zhǔn)選用支座時(shí)要充分考慮設(shè)計(jì)溫度地震設(shè)防烈度支座允許載荷是否設(shè)有墊板等第五章儲(chǔ)存設(shè)備鞍座XXX型號(hào)(A,BⅠ，BⅡ,BⅢ,BⅣ,BⅤ)公稱(chēng)直徑，mm固定鞍座F,滑動(dòng)鞍座S鞍座材料應(yīng)在設(shè)備圖紙的材料欄內(nèi)填寫(xiě)，表示方法：支座材料/墊板材料無(wú)墊板時(shí)只注明支座材料(5)標(biāo)準(zhǔn)鞍座標(biāo)記方法第五章儲(chǔ)存設(shè)備第五章儲(chǔ)存設(shè)備3、圈座：

因自身重量而可能造成嚴(yán)重?fù)锨谋”谌萜?；多于兩個(gè)支承的長(zhǎng)容器;

至少應(yīng)有一個(gè)活動(dòng)支承結(jié)構(gòu)圈座第五章儲(chǔ)存設(shè)備4、地下臥式儲(chǔ)罐：采用目的主要是為了減少占地面積和安全防火距離，或是為了避免環(huán)境溫度對(duì)它的影響。1-犧牲陽(yáng)極2-浮子液面計(jì)3-金屬導(dǎo)線4-電線保護(hù)測(cè)試點(diǎn)5-壓力表6-護(hù)罩7-安全閥8-罐裝氣相閥門(mén)9-罐裝液相閥門(mén)10-排污和倒空管閥門(mén)11-罐間氣相連接管12-罐體13-罐間液相連接管14-支座圖5-2地下儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)示意圖第五章儲(chǔ)存設(shè)備埋地措施地下室埋土地下支座涂瀝青防銹層或犧牲陽(yáng)極法地土埋設(shè)，達(dá)到預(yù)期埋土高度第五章儲(chǔ)存設(shè)備（二）立式平底筒形儲(chǔ)罐：大型倉(cāng)儲(chǔ)式常壓或低壓儲(chǔ)壓設(shè)備。根據(jù)罐頂結(jié)構(gòu)分為固定頂儲(chǔ)罐、浮頂儲(chǔ)罐1、固定頂儲(chǔ)罐：根據(jù)錐頂形式劃分：錐頂儲(chǔ)罐拱頂儲(chǔ)罐傘頂儲(chǔ)罐網(wǎng)殼頂儲(chǔ)罐2、浮頂儲(chǔ)罐：

根據(jù)錐頂形式劃分：外浮頂儲(chǔ)罐內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐（帶蓋頂儲(chǔ)罐）第五章儲(chǔ)存設(shè)備第五章儲(chǔ)存設(shè)備第五章儲(chǔ)存設(shè)備第五章儲(chǔ)存設(shè)備第五章儲(chǔ)存設(shè)備第五章儲(chǔ)存設(shè)備（三）球形儲(chǔ)罐組合方案分：桔瓣式、足球瓣式和二者組合的混合式之分。1．分類(lèi)按形狀：圓球形、橢球形殼體層數(shù)：?jiǎn)螌忧驓?、多層球殼支承方式：支柱式支座、筒形裙座、錐形裙座第五章儲(chǔ)存設(shè)備1．罐體（上、下極板，上、下溫帶板和赤道板）2．支柱3．拉桿4．操作平臺(tái)5．盤(pán)梯6．附件2、球殼的主要結(jié)構(gòu)第五章儲(chǔ)存設(shè)備3、罐體1）純桔瓣式罐體優(yōu)點(diǎn)：球殼拼裝焊縫較規(guī)則，施焊組裝容易，可自動(dòng)焊。分塊對(duì)稱(chēng)，便于布置支柱，罐體焊縫受力均勻。缺點(diǎn)：球瓣在各帶位置尺寸大小不一，不能互換；下料及成型復(fù)雜，板材利用率低，接管多時(shí)可能出現(xiàn)接管擁擠，焊縫不易錯(cuò)開(kāi)適用于各種容量的球罐。第五章儲(chǔ)存設(shè)備2）足球瓣式罐體優(yōu)點(diǎn)：每塊板尺寸相同，互換性好，材料利用率高，焊縫較短，焊接及檢驗(yàn)工作量小。

缺點(diǎn)：焊縫布置復(fù)雜，施工組裝困難，對(duì)球殼板的制造精度要求高，只適用于制造容器小于120m3的球罐由尺寸相同或相似的四邊形或六邊形球瓣組焊而成，適用于容積小于120m3的球罐。第五章儲(chǔ)存設(shè)備特點(diǎn)赤道帶、溫帶——桔瓣式極板——足球瓣式材料利用率——高焊縫長(zhǎng)度——縮短球殼板數(shù)量——減少適用于——大型球罐球罐支柱與球殼板焊接接頭——避免搭在一起，球殼應(yīng)力分布均勻極板尺寸——比純桔瓣式大，易布置人孔及接管3）混合式罐體第五章儲(chǔ)存設(shè)備第五章儲(chǔ)存設(shè)備桔瓣式和混合式罐體基本參數(shù)見(jiàn)-------GB/T17261-------《鋼制球形儲(chǔ)罐型式與基本參數(shù)》第五章儲(chǔ)存設(shè)備(二)支座：柱式支座和裙式支座

作用用以支承本體重量和物料重量的重要結(jié)構(gòu)部件分類(lèi)柱式支座裙式支座赤道正切柱式支座結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：多根圓柱狀支柱在球殼赤道帶等距離布置，支柱中心線與球殼相切或相割而焊接起來(lái)。相割時(shí)，支柱的中心線與球殼交點(diǎn)同球心連線與赤道平面的夾角約為100～200。柱式之間設(shè)置連接拉桿——穩(wěn)定（風(fēng)載、地震）優(yōu)點(diǎn)——受力均勻，彈性好，能承受熱膨脹的變形，安裝方便；缺點(diǎn)——球罐重心高，相對(duì)而言，穩(wěn)定性差。第五章儲(chǔ)存設(shè)備圖5-22支柱結(jié)構(gòu)圖

1-球殼8-可熔塞

2-上部支柱

9-接地凸緣

3-內(nèi)部筋板10-底板

4-外部端板11-下部支耳

5-內(nèi)部導(dǎo)環(huán)12-下部支柱

6-防火隔熱層13-上部支耳

7-防火層夾子1、支柱的結(jié)構(gòu)支柱的結(jié)構(gòu)支柱底板端板雙段式單段式第五章儲(chǔ)存設(shè)備1、柱式支座：最常用的是赤道正切柱式支座單段式由一根圓管或卷制圓筒組成，其上端與球殼相接的圓弧形狀通常由制造廠完成，下端與底板焊好，然后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)與球罐進(jìn)行組裝和焊接?！饕糜诔厍蚬薜谖逭聝?chǔ)存設(shè)備——適用于低溫球罐（設(shè)計(jì)溫度為-20℃～-100℃）；深冷球罐（設(shè)計(jì)溫度＜-100℃）等特殊材質(zhì)的支座。上段支柱—-必須選用與殼體相同的低溫材料，一般在制造廠內(nèi)與球瓣進(jìn)行組對(duì)焊接，并對(duì)連接焊縫進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理，其設(shè)計(jì)高度一般為支柱總高度的30%～40%左右；下段支柱—-可采用一般材料；上下兩段支柱采用相同尺寸的圓管或圓筒組成，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地面組對(duì).雙段式支柱結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但它與球殼相焊處的應(yīng)力水平較低，故得到廣泛應(yīng)用。雙段式第五章儲(chǔ)存設(shè)備我國(guó)GB12337《鋼制球形儲(chǔ)罐》標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定支柱應(yīng)采用鋼管制作；分段長(zhǎng)度不宜小于支柱總長(zhǎng)的1/3，段間環(huán)向接頭應(yīng)采用帶墊板對(duì)接接頭，應(yīng)全熔透；支柱頂部應(yīng)設(shè)有球形或橢圓形的防雨蓋板；支柱應(yīng)設(shè)置通氣口；儲(chǔ)存易燃物料及液化石油氣的球罐，還應(yīng)設(shè)置防火層；支柱底板中心應(yīng)設(shè)置通孔；支柱底板的地腳螺栓孔應(yīng)為徑向長(zhǎng)圓孔。第五章儲(chǔ)存設(shè)備支柱與球殼的連接直接連接結(jié)構(gòu)形式加托板的結(jié)構(gòu)形式U形柱結(jié)構(gòu)形式支柱翻邊結(jié)構(gòu)形式（三）支柱與球殼的連接第五章儲(chǔ)存設(shè)備圖5-23直接連接結(jié)構(gòu)形式圖5-24

加托板的結(jié)構(gòu)型式對(duì)大型球罐比較合適可解決由于連接部下端夾角小，間隙狹窄難以施焊的問(wèn)題第五章儲(chǔ)存設(shè)備圖5-25U形柱結(jié)構(gòu)型式圖5-26支柱翻邊結(jié)構(gòu)型式不但解除了連接部位下端施焊的困難，確保了焊接質(zhì)量，而且對(duì)該部位的應(yīng)力狀態(tài)也有所改善，但由于翻邊工藝問(wèn)題，故尚未被廣泛采用。特別適合低溫球罐對(duì)材料的要求第五章儲(chǔ)存設(shè)備支柱與球殼連接端部結(jié)構(gòu)分平板式、半球式和橢圓式三種平板式：易造成高應(yīng)力狀態(tài)，不常采用。半球形和橢圓形：彈性結(jié)構(gòu)，不宜形成邊緣高應(yīng)力狀態(tài)，抗拉斷能力較強(qiáng)，推薦。第五章儲(chǔ)存設(shè)備（四）拉桿作用類(lèi)型用以承受風(fēng)載荷與地震載荷作用，增加球罐的穩(wěn)定性可調(diào)式固定式a.單層交叉可調(diào)式拉桿b.雙層交叉可調(diào)式拉桿c.相隔一柱單層交叉可調(diào)式拉桿第五章儲(chǔ)存設(shè)備可調(diào)式每根拉桿的兩段之間采用可調(diào)螺母連接，以調(diào)節(jié)拉桿的松緊度可以改善拉桿的受力狀況，從而獲得更好的球罐穩(wěn)定性a單層交叉可調(diào)式拉桿b雙層交叉可調(diào)式拉桿第五章儲(chǔ)存設(shè)備圖5-23相隔一柱單層交叉可調(diào)式拉桿C相隔一柱單層交叉可調(diào)式拉桿第五章儲(chǔ)存設(shè)備固定式拉桿常用鋼管制作，管狀拉桿必須開(kāi)設(shè)排氣孔。拉桿一端焊在支柱加強(qiáng)板上，另一端焊在交叉節(jié)點(diǎn)的中心固定板上。也可取消中心板將拉桿直接十字焊接。固定式拉桿的優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單、施工方便，但不可調(diào)節(jié)。拉桿可承受拉伸和壓縮載荷，大大提高了支柱的承載能力，近年來(lái)國(guó)外已在大型球罐上應(yīng)用。圖5-24固定式拉桿1-補(bǔ)強(qiáng)板2-支柱3-拉桿4-中心板第五章儲(chǔ)存設(shè)備三．人孔和接管1、人孔的尺寸一般為DN500，設(shè)置兩個(gè)分別開(kāi)在上、下極板的中心。檢驗(yàn)和維修用。作用工作人員進(jìn)出球罐進(jìn)行檢驗(yàn)和維修

球罐在施工過(guò)程中，罐內(nèi)通風(fēng)、排煙除塵

腳手架的搬運(yùn)，內(nèi)件的組裝等若球罐需進(jìn)行消除應(yīng)力整體熱處理球罐上人孔——調(diào)節(jié)空氣和排煙

下人孔

——通進(jìn)柴油和放置噴火嘴此時(shí)，人孔應(yīng)設(shè)置在上下極板的中心。第五章儲(chǔ)存設(shè)備要求

位置及個(gè)數(shù)——人孔的位置應(yīng)適當(dāng)，球罐應(yīng)開(kāi)設(shè)兩個(gè)人孔，分別設(shè)置在上下極板上。

大小——人孔直徑必須保證工作人員能攜帶工具

進(jìn)出球罐方便。球罐人孔直徑以DN500為宜，小于DN500人員進(jìn)出不便；大于DN500，削弱較大，導(dǎo)致補(bǔ)強(qiáng)元件結(jié)構(gòu)過(guò)大。

若球罐必須進(jìn)行焊后整體熱處理，人孔應(yīng)設(shè)置在上下極板的中心。

人孔的材質(zhì)應(yīng)根據(jù)球罐的不同工藝操作條件選取。第五章儲(chǔ)存設(shè)備結(jié)構(gòu)在球罐上最好采用帶整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)的回轉(zhuǎn)蓋或水平吊蓋型式在有壓力情況下人孔法蘭一般采用帶頸對(duì)焊法蘭，密封面大都采用凹凸面形式第五章儲(chǔ)存設(shè)備2．接管：盡量選用和設(shè)備相同或相近的材料，盡量布置在上下極板上，以便集中控制。所有接管都需設(shè)置加強(qiáng)筋，以增加接管部分的剛性接管結(jié)構(gòu)：一般用厚壁管或整體鍛件凸緣等補(bǔ)強(qiáng)措施提高其強(qiáng)度材料：最好選用與球殼相同或相近的材質(zhì)；低溫球罐應(yīng)選用低溫配管用鋼管，并保證在低溫下具有足夠的沖擊韌性；布管位置：球罐接管除工藝特殊要求外，盡量布置在上下極板上，以便集中控制，并使接管焊接能在制造廠完成制作和無(wú)損檢測(cè)后統(tǒng)一進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理；加強(qiáng)筋：球罐上所有接管均需設(shè)置加強(qiáng)筋，小接管群可采用聯(lián)合加強(qiáng)，單獨(dú)接管需配置3塊以上加強(qiáng)筋，將球殼、補(bǔ)強(qiáng)凸緣、接管和法蘭焊在一起，增加接管部分的剛性；連接面：球罐接管法蘭應(yīng)采用凹凸面法蘭。第五章儲(chǔ)存設(shè)備（四）附件各類(lèi)儀表、平臺(tái)、梯子、隔熱及保溫裝置等等梯子和平臺(tái)的目的水噴淋裝置以及隔熱或保冷設(shè)施其它安全附件便于工作人員操作、安裝和檢查控制球罐內(nèi)部物料溫度和壓力作為球罐附件的還有液面計(jì)、壓力表安全閥和溫度計(jì)等選用時(shí)要注意其先進(jìn)、安全、可靠，并滿足有關(guān)工藝要求和安全規(guī)定。第五章儲(chǔ)存設(shè)備（五）低溫儲(chǔ)槽具有雙層金屬殼體的低溫絕熱儲(chǔ)存容器非真空絕熱型真空絕熱型容易產(chǎn)生低溫脆性，在容器的選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造檢驗(yàn)等方面采取嚴(yán)格的措施，并選擇良好的低溫絕熱結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)

第五章儲(chǔ)存設(shè)備先根據(jù)內(nèi)壓或外壓容器設(shè)計(jì)方法初步計(jì)算厚度校核筒體在附加載荷作用下的周向、軸向強(qiáng)度和穩(wěn)定性考慮支座安裝位置、支座反力和支座的包角的影響，計(jì)及各種附加載荷臥式儲(chǔ)罐的計(jì)算第五章儲(chǔ)存設(shè)備二、設(shè)計(jì)計(jì)算臥式儲(chǔ)罐的計(jì)算過(guò)程：

給定設(shè)計(jì)條件：壓力、溫度、直徑、長(zhǎng)度、材料等

計(jì)算圓筒和封頭的厚度

設(shè)置鞍座位置A

計(jì)算容器質(zhì)量、鞍座反力、軸向彎矩(m、F、M1、M2)

計(jì)算軸向應(yīng)力σ1~σ4計(jì)算切向應(yīng)力τ、τh計(jì)算周向應(yīng)力σ5-8

、σ’6三類(lèi)應(yīng)力按此順序逐一符合要求，則設(shè)計(jì)結(jié)束。若三類(lèi)應(yīng)力中有任何一個(gè)不符合許用要求，則需要做相應(yīng)調(diào)整。第五章儲(chǔ)存設(shè)備調(diào)整方法增加圓筒或封頭厚度調(diào)整鞍座位置調(diào)整鞍座形式設(shè)置加強(qiáng)件、加強(qiáng)板或加強(qiáng)圈第五章儲(chǔ)存設(shè)備容器受力分析1.壓力：內(nèi)壓或外壓2.儲(chǔ)罐重量：圓筒+封頭+附件的總重量3.物料重量：正常操作時(shí)=物料重量水壓試驗(yàn)時(shí)=充水重量4.其他載荷：環(huán)境影響下的載荷，如風(fēng)載、雪載、地震載等臥罐總重量作用的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)'=L+（4/3）H兩凸形封頭折算成同直徑圓筒長(zhǎng)度第五章儲(chǔ)存設(shè)備(一)載荷分析：將雙鞍座臥式儲(chǔ)罐簡(jiǎn)化為長(zhǎng)度為L(zhǎng)，受均布載荷作用的外伸梁,L是取的切線位置，而不是取的焊縫位置簡(jiǎn)化力學(xué)模型臥罐總重量作用的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)'=L+（4/3）H兩凸形封頭折算成同直徑圓筒長(zhǎng)度1、單位長(zhǎng)度的均布載荷支座反力第五章儲(chǔ)存設(shè)備2、豎向剪力和力偶M1)、封頭本身和封頭中物料重力等效為作用在梁端點(diǎn)的剪力和力偶。第五章儲(chǔ)存設(shè)備封頭本身和其中物料的總量作用在其重心上凸形封頭（包括物料）重心近似到封頭切線距離凸形封頭（包括物料）重量近似在簡(jiǎn)支梁端點(diǎn)的等效載荷為剪力：力偶：第五章儲(chǔ)存設(shè)備2)液體靜壓力及其合力在梁端點(diǎn)的力偶圖5-4液體靜壓力及其合力罐內(nèi)充滿的液體對(duì)平板封頭有一向外的水平推力，其力矩近似：其他封頭計(jì)算形式不同，對(duì)于球型封頭該力偶不存在，m2=0對(duì)橢圓形、碟形封頭，略去差異，對(duì)其他凸形封頭的推力力矩均簡(jiǎn)化為為第五章儲(chǔ)存設(shè)備3）所以梁端點(diǎn)的力偶為：第五章儲(chǔ)存設(shè)備所以此時(shí)梁受力情況為：均布載荷端點(diǎn)處剪力端點(diǎn)處力偶第五章儲(chǔ)存設(shè)備第五章儲(chǔ)存設(shè)備（二）筒體內(nèi)力1、彎矩：第一部分力偶、第二部分剪力、第三部分支座反力、第四部分均布載荷M1為正值時(shí)，表示上半部筒體受壓，下半部分受拉(1)圓筒在支座跨中截面處的彎矩第五章儲(chǔ)存設(shè)備(2)、圓筒在支座截面處的彎矩M2一般為負(fù)值，表示筒體上半部受拉伸，下半部受壓縮。第五章儲(chǔ)存設(shè)備2、剪力(1)支座離封頭切線距離A＞0.5Ri，外伸圓筒和封頭兩部分的重量應(yīng)該考慮，所以(2)支座離封頭切線距離A≤0.5Ri，可以忽略外伸圓筒和封頭兩部分的重量，所以V＝F只考慮支座截面上的剪力，因?yàn)橹ё缇嘀悬c(diǎn)處截面的剪力等于0第五章儲(chǔ)存設(shè)備（三）、圓筒應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核（1）圓筒上的軸向應(yīng)力及校核（2）支座截面處圓筒和封頭上的切向切應(yīng)力和封頭的附加拉伸應(yīng)力及校核（3）支座截面處圓筒的周向彎曲應(yīng)力（4）支座截面處圓筒的周向壓縮應(yīng)力（5）周向彎曲應(yīng)力和周向壓縮應(yīng)力的強(qiáng)度校核圓筒周向應(yīng)力第五章儲(chǔ)存設(shè)備1、圓筒上的軸向應(yīng)力除支座附近截面外，其他各處圓筒在承受軸向彎矩時(shí)，仍然可以看成抗彎截面模量為πRiδe的空心圓截面梁，而并不承受周向彎矩的作用。如果圓筒不設(shè)加強(qiáng)圈，且A>0.5Ri，由于支座處截面受剪力作用而產(chǎn)生周向彎矩，在周向彎矩的作用下，導(dǎo)致支座處圓筒的上半部發(fā)生變形，產(chǎn)生所謂“扁塌”現(xiàn)象，見(jiàn)圖5-5?！氨馑币坏┌l(fā)生，那么支座處圓筒截面的上部就成為難以抵抗軸向彎矩的“無(wú)效截面”，而剩下的圓筒下部截面才是能夠承擔(dān)軸向彎矩的“有效截面”?！氨馑爆F(xiàn)象2（三）筒體的應(yīng)力計(jì)算與強(qiáng)度校核第五章儲(chǔ)存設(shè)備齊克據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果認(rèn)為，與“有效截面”弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的半圓心角Δ等于鞍座包角θ之半加上β/6，即圖5-5“扁塌”現(xiàn)象第五章儲(chǔ)存設(shè)備最大合成應(yīng)力發(fā)生在截面最高點(diǎn)或最低點(diǎn)最高點(diǎn)最低點(diǎn)p為正壓時(shí)，σ為拉應(yīng)力，最大應(yīng)力為正應(yīng)力，出現(xiàn)在截面最低點(diǎn)，p為負(fù)壓時(shí)，σ為壓應(yīng)力，最大應(yīng)力為壓應(yīng)力，出現(xiàn)在截面最高點(diǎn)。1、圓筒上的軸向應(yīng)力(1)跨中截面上筒體的最大軸向應(yīng)力工作壓力P產(chǎn)生的軸向應(yīng)力：

軸向彎矩產(chǎn)生的軸向應(yīng)力最高點(diǎn)（壓縮應(yīng)力）最低點(diǎn)（拉伸應(yīng)力）（5-6）（5-7）第五章儲(chǔ)存設(shè)備當(dāng)圓筒在鞍座平面上沒(méi)有加強(qiáng)圈且不被封頭加強(qiáng)(A≥Ri/2)時(shí)，σ3位于水平中心線處，即距垂直線夾角為

不存在扁塌現(xiàn)象時(shí)，存在扁塌現(xiàn)象時(shí)（2）支座截面處的軸向應(yīng)力：a、位置：

當(dāng)圓筒在鞍座平面上有加強(qiáng)圈或被封頭加強(qiáng)(A<Ri/2)時(shí)，軸向拉伸應(yīng)力σ3位于橫截面最高點(diǎn)

A、支座截面處由于軸向彎矩引起的軸向拉伸應(yīng)力：

第五章儲(chǔ)存設(shè)備

●

●●

●

●b、大小：

第五章儲(chǔ)存設(shè)備B、支座截面處圓筒由軸向彎矩引起的軸向(壓縮)應(yīng)力σ4位置始終處于截面最低點(diǎn)（2）支座截面處的軸向力：

●

●●

●

●第五章儲(chǔ)存設(shè)備=（5-9）其中K1、K2分別是因扁塌效應(yīng)而使圓筒整截面抗彎斷面系數(shù)減少的折扣系數(shù)，與鞍座包角大小有關(guān)第五章儲(chǔ)存設(shè)備操作壓力引起的薄膜應(yīng)力及軸向彎矩產(chǎn)生的軸向拉伸(壓縮)應(yīng)力進(jìn)行疊加（式中M2為負(fù)值）在截面最高點(diǎn)：在截面最低點(diǎn)：其中K1、K2分別是因扁塌效應(yīng)而使圓筒整截面抗彎斷面系數(shù)減少的折扣系數(shù)，與鞍座包角大小有關(guān)第五章儲(chǔ)存設(shè)備(3)筒體軸向應(yīng)力的校核已計(jì)算得到筒體上最大軸向應(yīng)力有σ1、σ2、σ3、σ4圓筒上的軸向應(yīng)力由兩部分組成，即壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力疊加，此時(shí)應(yīng)根據(jù)容器的不同工作條件進(jìn)行組合，求出最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力。拉伸應(yīng)力壓縮應(yīng)力≤￠[σ]t≤[σ]cr

≤[σ]t第五章儲(chǔ)存設(shè)備在操作工況、試驗(yàn)工況和充水工況下，臥式儲(chǔ)罐所受的載荷并不相同，應(yīng)分別進(jìn)行筒體應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核：A.對(duì)于操作狀態(tài)應(yīng)滿足下列條件：a、計(jì)算得到σ1~σ4

，取出最大拉應(yīng)力（最大正值）：b、計(jì)算得到σ1~σ4

，取出最大壓應(yīng)力（最小負(fù)值）：B.對(duì)于水壓試驗(yàn)狀態(tài)應(yīng)滿足下列條件：a、充滿水未加壓時(shí),計(jì)算得到σ1~σ4

，取出最大壓應(yīng)力（最小負(fù)值）b、加壓狀態(tài)下,計(jì)算得到σ1~σ4

，取出最大拉應(yīng)力（最大正值）第五章儲(chǔ)存設(shè)備σ1－b1點(diǎn)σ2－b2點(diǎn)σ3－a1點(diǎn)σ4－a2點(diǎn)第五章儲(chǔ)存設(shè)備也即

對(duì)于1、4兩點(diǎn)，非操作狀態(tài)時(shí)比操作狀態(tài)時(shí)大；而2、3(3')兩點(diǎn)則是操作狀態(tài)時(shí)比非操作狀態(tài)時(shí)大。

4（壓）2（拉）

3（拉）1（壓）

3'第五章儲(chǔ)存設(shè)備第五章儲(chǔ)存設(shè)備2．筒體和封頭的切向剪應(yīng)力及校核剪力在支座截面處為最大，該剪力在圓筒中壁引起切應(yīng)力，其大小視鞍座包角及筒體剛性（即是否有加強(qiáng)）而異，分別有三種情況：第五章儲(chǔ)存設(shè)備(1)筒體有加強(qiáng)圈，但A＞0.5Ri，僅考慮加強(qiáng)圈加強(qiáng)作用。不存在扁塌現(xiàn)象,整個(gè)截面承受剪應(yīng)力截面上的切向剪應(yīng)力分布呈正弦函數(shù)關(guān)系,在水平中心線處有最大值。

ABτ最大值在A、B位置，即φ=90°和270°時(shí)第五章儲(chǔ)存設(shè)備(2)筒體未被加強(qiáng)：A＞0.5Ri，A＜0.207L承受剪應(yīng)力有效截面的范圍：此時(shí)的K3和前面及后面的K3數(shù)值都不同AB最大切應(yīng)力在

處當(dāng)o120=θ、o135、o150時(shí)，可對(duì)應(yīng)求得=K31.171、0.958和0.799第五章儲(chǔ)存設(shè)備(3)筒體被封頭加強(qiáng)(即A≤0.5Ri)而當(dāng)(即鞍座底部)時(shí)，切應(yīng)力為0。

在鞍座邊角處

鞍座邊角以上筒體的切向剪應(yīng)力方向向下，隨角度變化，鞍座邊角以下筒體的切向剪應(yīng)力方向向上，隨角度變化。圓筒中切應(yīng)力達(dá)到最大CD此時(shí)外伸部分重量忽略，由此假設(shè)外伸部分無(wú)剪力，看右圖當(dāng)θ分別為120°、135°和150°時(shí)，K3=0.880、0.645和0.485。第五章儲(chǔ)存設(shè)備4)封頭的切向剪應(yīng)力封頭對(duì)圓筒起加強(qiáng)作用時(shí)，即A≤0.5Ri，封頭中的內(nèi)力會(huì)在水平方向?qū)Ψ忸^產(chǎn)生附加拉伸應(yīng)力—我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中稱(chēng)為封頭的最大切向剪應(yīng)力第五章儲(chǔ)存設(shè)備

筒體切向切應(yīng)力的校核：封頭中的切向切應(yīng)力不用另行校核（由于封頭與圓筒材料均相同，其有效厚度往往不小于圓筒的有效厚度。）切向切（剪）應(yīng)力的校核封頭對(duì)圓筒起加強(qiáng)作用時(shí)，需校核封頭的附加拉伸應(yīng)力和內(nèi)壓所引起的拉伸應(yīng)力相疊加的應(yīng)力值：σh是內(nèi)壓在封頭中引起的應(yīng)力當(dāng)封頭承受外壓時(shí)，則上式不必計(jì)算內(nèi)壓引起的拉伸應(yīng)力。對(duì)于橢圓形封頭

對(duì)于碟形封頭，

對(duì)于半球形封頭，

第五章儲(chǔ)存設(shè)備支座截面處圓筒的周向彎曲應(yīng)力支座反力在支座圓筒截面上引起切應(yīng)力，支座截面上的切向切應(yīng)力導(dǎo)致在圓筒徑向截面產(chǎn)生周向彎矩有加強(qiáng)圈、無(wú)加強(qiáng)圈、封頭是否加強(qiáng)的周向彎矩M有加強(qiáng)圈、無(wú)加強(qiáng)圈、封頭是否加強(qiáng)的抗彎截面模量W周向彎矩引起的周向彎曲應(yīng)力與周向壓縮應(yīng)力一同校核3、支座截面處筒體的周向應(yīng)力+周向應(yīng)力支座截面處圓筒的周向壓縮應(yīng)力——由于鞍座作用于圓筒上的載荷導(dǎo)致在支座截面處的圓筒上出現(xiàn)周向壓縮應(yīng)力第五章儲(chǔ)存設(shè)備筒體鞍座截面處的周向彎矩?zé)o加強(qiáng)圈或加強(qiáng)圈在鞍座平面內(nèi)的時(shí)候，最大彎矩在鞍座邊角處。加強(qiáng)圈靠近鞍座平面的時(shí)候，最大彎矩在靠近橫截面水平中心處。

第五章儲(chǔ)存設(shè)備1）支座截面處無(wú)加強(qiáng)的圓筒：支座反力產(chǎn)生周向壓縮力P,無(wú)加強(qiáng)圈時(shí)當(dāng)時(shí)，即在圓筒橫截面的底部,負(fù)號(hào)表示周向壓縮應(yīng)力T與切向剪切應(yīng)力τ方向相反。

這些周向壓縮力均由殼體有效寬度承受(b為支座的軸向?qū)挾?，周向壓縮應(yīng)力為

未被加強(qiáng)的筒體和被封頭加強(qiáng)的筒體在截面最低處存在最大的壓縮力Tmax

,但在此處不存在周向彎矩Mβ;而在鞍座邊角處存在最大的周向彎矩Mβ,并存在一定的周向壓縮力T,齊克認(rèn)為,其值可取T=F/4第五章儲(chǔ)存設(shè)備1）支座截面處無(wú)加強(qiáng)的圓筒支座反力在支座圓筒截面上引起切應(yīng)力，支座截面上的切向切應(yīng)力導(dǎo)致在圓筒徑向截面產(chǎn)生周向彎矩，產(chǎn)生周向彎曲應(yīng)力，周向彎矩在鞍座邊角處有最大值，而在圓筒最低處為0。作用在一有效寬度為l的圓筒抗彎截面上，l的取值與圓筒的長(zhǎng)徑比有關(guān)。第五章儲(chǔ)存設(shè)備第五章儲(chǔ)存設(shè)備2、圓筒截面最低點(diǎn)處的周向壓應(yīng)力l—系數(shù)，k=1，支座與圓筒體不相焊；k=0，支座與圓筒體相焊δ—厚度，當(dāng)無(wú)墊板或墊板不起加強(qiáng)作用時(shí)，則δ=δe；當(dāng)墊板起加強(qiáng)作用時(shí)，則δ=δe+δreδ

re—鞍座墊板的有效厚度。墊板起加強(qiáng)作用的條件是：要求墊板厚度不小于0.6倍圓筒厚度；圓筒上墊板寬度不小于圓筒有效寬度b2，且墊板包角不小于θ＋12°時(shí)，則認(rèn)為墊板能對(duì)圓筒起加強(qiáng)作用，并與圓筒一起承受周向壓縮應(yīng)力及周向彎曲應(yīng)力。一般情況下，加強(qiáng)圈（墊板）宜取等于殼體圓筒厚度。（5-16）第五章儲(chǔ)存設(shè)備圓筒上周向彎曲應(yīng)力沿圓筒厚度線性分布，內(nèi)壁表面為拉，外壁表面為壓,故在強(qiáng)度校核時(shí)應(yīng)和周向壓縮應(yīng)力相疊加后一切校核。周向彎曲應(yīng)力和周向壓縮應(yīng)力疊加后，在一起進(jìn)行強(qiáng)度校核。3、無(wú)加強(qiáng)圈圓筒鞍座處最大周向應(yīng)力周向彎曲應(yīng)力和周向壓縮應(yīng)力兩部分組成

第五章儲(chǔ)存設(shè)備3、無(wú)加強(qiáng)圈圓筒鞍座處最大周向應(yīng)力A、鞍座邊角處的最大周向應(yīng)力σ6（5-17）（5-18）此處周向彎矩最大，存在一定的壓縮應(yīng)力T，Zick

認(rèn)為T(mén)=F/4δ—厚度，當(dāng)無(wú)墊板或墊板不起加強(qiáng)作用時(shí)，則δ=δe；當(dāng)墊板起加強(qiáng)作用時(shí)，則δ=δe+δre，δ2=δe2+δre2δ

re—鞍座墊板的有效厚度。周向壓縮應(yīng)力和周向彎曲應(yīng)力兩部分組成

第五章儲(chǔ)存設(shè)備注意：由于此時(shí)在墊板邊緣處，即θ＋12°處，只有圓筒壁承受周向彎矩和周向壓縮載荷，墊板就不起作用了，所以也相對(duì)薄弱(不過(guò)此處的周向彎矩已不是周向最大彎矩)

故在鞍座墊板能對(duì)圓筒起加強(qiáng)作用的情況下，應(yīng)按下式校核θ＋12°處即墊板邊緣處圓筒上的組合周向應(yīng)力：

B、鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力σ6':3、無(wú)加強(qiáng)圈圓筒鞍座處最大周向應(yīng)力第五章儲(chǔ)存設(shè)備周向壓縮應(yīng)力和周向彎曲應(yīng)力兩部分組成

（5-19）（5-20）此處的K6是鞍座板包角（θ+12°）的相應(yīng)值δ—厚度，當(dāng)無(wú)墊板或墊板不起加強(qiáng)作用時(shí)，則δ=δe；當(dāng)墊板起加強(qiáng)作用時(shí)，則δ=δe+δre，δ2=