第七章立式储罐罐壁强度设计资料
第七章-管罐强度设计2014
Pcr
Di
0.125E R
2
m
m
3
3D1 D 2 2D 3
E
h b E i i Li
2 3 h 2 h 2 i i niei 3 2 4 12
D —壳板抗 弯 刚 度
R 2 31 v 2
2
Pcr
0.80E 2 R 1 v
Pcr
2 0.312E( ) R
西南石油大学
7.4 球壳的设计
二、带筋球壳稳定性校核
商业部设计院公式：
0.10E R
2
Pcr
m
北京石化设计总院公式：
包边角钢横截面中所受的力F为：
D qD 2 F T2 2 8tg
西南石油大学
7.3 包边角钢
所需包边角钢（包括罐壁、罐顶和包边角钢共同作用部分）的最小 截面积Amin
Amin
F
可认为与包边角钢相连的罐顶和罐壁各16倍板厚的截面与包边角钢 共同起作用，则包边角钢本身的截面积应满足：
西南石油大学
7.1拱顶的结构及主要尺寸
5000m3 拱顶罐
西南石油大学
7.1拱顶的结构及主要尺寸
西南石油大学
7.1拱顶的结构及主要尺寸
西南石油大学
7.1拱顶的结构及主要尺寸
西南石油大学
7.2 计算载荷的确定
外载荷：
q E q1 q2 q3 q4
q1 —球壳单位面积自重； q 2 —在操作条件下，罐内可能产生的真空度；通常 q2 500Pa
罐顶的总垂直载荷:
立式储罐课程设计毕业用资料
过程设备课程设计任务书一、设计题目：二氧化碳立式储罐二、技术特性指标设计压力：1.81MPa 最高工作压力：1.6MPa设计温度：165℃工作温度：≤125℃受压元件材料：16MnR 介质：二氧化碳气体腐蚀裕量：1.0mm 焊缝系数：0.85全容积：13m3 装料系数：0.9三、设计内容1、储罐的强度计算及校核2、选择合适的零部件材料3、焊接结构选择及设计4、安全阀和主要零部件的选型5、绘制装配图和主要零部件图四、设计说明书要求1、字数不少于5000字。
2、内容包括：设计参数的确定、结构分析、材料选择、强度计算及校核、焊接结构设计、标准零部件的选型、制造工艺及制造过程中的检验、设计体会、参考书目等。
3、设计说明书封面自行设计（计算机打印），要求有设计题目、班级、学生姓名、指导教师姓名、设计时间。
（全班统一）4、设计说明书用A4纸横订成册，封面和任务书在前。
目录第一章绪论 (1)1.1储罐的分类 (1)1.2立式二氧化碳储罐设计的特点 (2)1.3设计内容及设计思路 (3)第二章零部件的设计和选型 (5)2.1材料用钢的选取 (5)2.1.1容器用钢 (5)2.1.2附件用钢 (5)2.2封头的设计 (6)2.2.1封头的选择 (6)2.2.2封头的设计计算 (6)2.3筒体的设计 (7)2.3.1筒体的设计计算 (7)2.4人孔的设计 (7)2.4.1人孔的选择 (7)2.4.2人孔的选取 (8)2.5容器支座的设计 (11)2.5.1支座选取 (11)2.5.2支座的设计 (11)2.5.3支座的安装位置 (13)2.6接管、法兰、垫片和螺栓的选取 (14)2.6.1接管的选取 (14)2.6.2法兰的选取 (15)2.6.3垫片的选取 (16)2.6.4螺栓的选取 (17)第三章强度设计与校核 (19)3.1圆筒强度设计 (19)3.2封头强度设计 (19)3.3人孔补强设计 (20)第四章试验校核 (24)4.1水压试验 (24)4.1.1试验目的 (24)4.1.2试验强度校核 (24)4.2气密性试验 (25)总结 (26)参考文献 (27)。
玻璃钢立式储罐设计计算
四、抗震设计： 1、水平地震载荷计算（见以上螺栓锚固计算）
2、地震弯矩计算（见以上螺栓锚固计算）
3、第一圈底部的最大应力σ1：
式中 N1——第一圈罐壁底部的垂直载荷，包括罐体质量（按罐体质量的80%计算）和保温 层质量，㎏
A1——第一圈罐壁的截面积，A1=3.14D1δe
m2
Z1——第一圈罐壁的抗弯截面系数，
强度层最小有效厚度（㎜）
2-3 罐底最小壁厚（未加内衬层厚度2.5
、 ㎜）
贮罐公称直径DN（㎜）
强度层最小有效厚度（㎜）
2-4 平底贮罐底部转角半径r:40≤r≤ 、 150，厚度为底板与筒体厚度之和。
0.6～1.8 4.8
0.6～1.8 5
1.8～3.5 6.4
1.8～3.5 7
三、平底立式储罐的锚固（螺栓）计算
管道规格（mm） t-管道厚度(mm)（强度层+内衬层厚度3.13 ㎜） D-平均管径（mm）
E-管壁环向弯曲弹性模量（N/㎡） I-单位长度管的环弯曲惯性矩,I=t3/12 （ 则m：4管/m道）刚度SN=EI/D3（N/㎡）
3500
18.59
3518.59
1.93E+10
5.35647E-07
240
玻璃钢-立式贮罐设计（玻璃钢HG/T20696-1999）
一、贮罐壁厚计算（强度层的计算壁厚，不含内衬和外保护层的厚度）
1-1 、
圆筒段强度层壁厚计算公式
其中：
δ： 圆筒的计算厚度（mm）
n： 安全系数
Di: 圆筒内径（m）
σb: 圆筒在设计温度条件下环向拉伸极限强度（Mpa)
H: 罐体计算点至最高液位的高度（m) γ: 介质密度（Kg/m3),当γ<1000时，取γ=1000
玻璃钢立式储罐设计计算
[ε] 材料的许用应变值
E 玻璃钢轴向弹性模量（Mpa)
得：圆筒强度层计算壁厚为 δ= 15.19 mm
强度曾厚度附加量（mm） 0
mm
则 ：
则：圆按刚度强度层设计壁厚为 δi= 圆筒段强度层壁厚为 δi=
二、贮罐稳定性校核
15.19 15.46
mm 不含内衬及外保护层厚度）
1-1 、
储罐罐壁设计外压力计算
四、抗震设计： 1、水平地震载荷计算（见以上螺栓锚固计算）
2、地震弯矩计算（见以上螺栓锚固计算）
3、第一圈底部的最大应力σ1：
式中 N1——第一圈罐壁底部的垂直载荷，包括罐体质量（按罐体质量的80%计算）和保温 层质量，㎏
A1——第一圈罐壁的截面积，A1=3.14D1δe
m2
Z1——第一圈罐壁的抗弯截面系数，
m3
D1——第一圈罐壁的平均直径 m
δe——第一圈罐壁的有效厚度 m
4、第一圈罐壁的许用临界压力[σ
t]：
式中 R1——第一圈罐壁的平均半径，R1=0.5D1，近似值R1=R，
m;
He——基础顶面到罐顶面的高度，m;
5、罐壁的稳定性验算：
9）
取值
10 3.5 150 9.5 1100
0.8
根据贮罐理论设计壁厚计算刚度
P——罐内操作负压，pa;
1-2 、
罐壁的许用临界压力[Pc]计算
式中： He——罐壁筒体的当量高度，m
式中：Hei——第i圈罐壁板的当量高度，m hi——第i圈罐壁板的实际高度，m
δei δl——最薄层罐壁板的有效厚度，mm
1-3 、
2-2 、
罐顶最小壁厚（未加内衬层厚度）
贮罐公称直径DN（㎜）
立式储罐壁厚计算公式
立式储罐壁厚计算公式
一、储罐结构：
立式储罐一般由罐体、底座和顶板构成。
罐体是储存物体的主体部分，底座和顶板用于支撑和密封。
储罐的壁厚计算需要考虑罐体、底座和顶板
的结构强度，以及它们之间的连接方式和密封性。
二、内外压力：
储罐在使用过程中会受到内外压力的作用，内压一般由储存物体的蒸
汽压力产生，外压一般由重力或者其他外力产生。
壁厚计算需要考虑内外
压力对储罐壁的影响，以及如何平衡内外压力的差异。
三、储存内容物的特性：
储罐的壁厚计算还需要考虑储存物体的特性，如液体的比重、黏度、
腐蚀性等。
不同的储存物体对储罐的压力和强度要求不同，壁厚需要进行
相应的调整。
四、材料的强度：
储罐的壁厚计算需要考虑材料的强度。
常见的材料包括碳钢、不锈钢、铝合金等。
不同的材料有不同的强度指标，需要根据具体情况选择合适的
材料。
五、安全系数：
壁厚计算过程中还需要考虑安全系数。
安全系数是指储罐的实际强度
与设计强度之间的比值，一般为1.5到2之间。
安全系数越高，储罐在使
用过程中的安全性越高。
第七章立式储罐罐壁强度设计资料
拱顶罐的组成：
顶、罐壁、底。
顶与壁由包边角钢相连。
大型的拱顶罐还有加强圈。
附属设施：呼吸阀、阻火器、量油孔、人孔、盘梯等。
4、 浮顶罐
单盘式浮顶罐
优 点 ： 减 少 蒸 发 损 耗 （ 大 、 小 呼 吸 ）。
双盘式浮顶罐
罐顶的自重由储液支承，受力状况好。
组成：
顶 ： 单 盘 ， 浮 船 （ 密 封 ）。
令 ： r b ,则 Q 2RH s min R 2 2、 条 件 ：V R 2 H
3、 用拉格朗乘数法求极值
210
.014
10
6
0.9
2
210
.014
10
6
0.9
28.23mm
取以上两种结果的较小值，所以底圈板的计算壁厚 01 28.07 mm 。
2、 求 第 2 圈 计 算 壁 厚02 （ 计 算 中 i=2）
hi1 h1
1.93
2.1
R 0(i1)
R 01
30 0.02807
1.375<2.1<2.625
对于立式圆柱形油罐，根据其顶的结构可分为：
1． 锥顶油罐
锥顶罐图
大型锥顶罐图
2． 悬链式油罐
悬链式油罐图
3． 拱顶罐
拱顶罐图
罐顶是球面的一部分。
优点：施工容易，造价低。
缺 点 ：中 间 无 支 撑 ，直 径 受 到 限 制 。容 积 太 大 ，蒸 汽 空 间 大 ， 呼 吸 损 耗 大 。 最 大 的 拱 顶 罐 5 万m3 。
第七章
立式储罐罐壁强度设计
第一节
钢油罐设计基础知识
第一节 钢油罐设计的基本知识 一、钢油罐的发展趋势——大型化
立式储罐壁厚计算公式
t6 距离顶部6m的厚度 =
t7 距离顶部7m的厚度 =
t8 距离顶部8m的厚度 =
t9 距离顶部9m的厚度 =
t10 距离顶部10m的厚度 =
t11 距离顶部11m的厚度 =
t12 距离顶部12m的厚度 =
t13 距离顶部13m的厚度 =
t14 距离顶部14m的厚度 =
t15 距离顶部15m的厚度 =
立 式 储 罐 壁 厚 计 算 公 式
D 直径
=
H 高度
=
ρL 储罐液体密度
=
P雪 储罐顶均匀雪荷载 =
W0 风压
=
σ 玻璃钢拉伸强度 =
K 安全系数
=
P 荷载引起的储罐压力 =
t1 距离顶部1m的厚度 =
t2 距离顶部2m的厚度 =
t3 距离顶部3m的厚度 =
t4 距离顶部4m的厚度 =
t5 距离顶部5m的厚度 =
465
2.14 cm 21.43 mm
498
2.29 cm 22.86 mm
531
2.43 cm 24.29 mm
564
2.57 cm 25.71 mm
597
2.71 cm 27.14 mm
631
784 883 1580 1394 1162 876 6679
平均厚度
133 299 498 730 996 1295 1627 1992 2390 2822 3286 3784 4315 4880 5477 6108
199
1.00 cm 10.00 mm
232
1.14 cm 11.43 mm
266
1.29 cm 12.86 mm
299
1.43 cm 14.29 mm
立式储罐抗震设计计算
235000000 2E+11 300099
说明
第 1 页，共 4 页
二、抗震设计计算
2.1、设计计算条件校核
序号
计算条件项目
2.1.1 2.1.2 2.1.3
储罐几何容积V1(m3) 储罐计算容积V2(m3) 储罐顶部缓冲容积V3(m3)
2.5.6 罐壁底部的竖向压应力σc(Pa)
2.5.7 罐壁底部压应力校核（没有锚固时）
2.5.8 2.5.9
提离力与提离抗力比较(Ft>2FL) 锚固螺栓设计
2.5.9.1 锚固螺栓的中心圆直径Dr(m)
2.5.9.2 锚固螺栓的规格
2.5.9.3 锚固螺栓的个数n
1943404.796 9532400.525
1.7 储罐环形边缘底板的有效厚度δb(m)
1.8 地震设防烈度
1.9 设备建设场地类别
1.10 地震类型
1.11 设备重要度类别
1.12 储液介质密度ρ(kg/m3)
1.13 罐底环形边缘板的屈服点σy(Pa)
1.14 罐壁材料的弹性模量E(Pa)
1.15 第一圈罐壁底部所承受的重力N1(N)
项目编号： 设备位号：
计算值
4.59907562
公式7.6.1-1
非浮顶罐
1.00
1.544998948
公式7.6.1-2
易燃/有毒介质请增加高 度
说明
第 4 页，共 4 页
立式圆筒形储罐抗震设计计算书(SH 3048-1999)
项目名称：
设备名称：
一、设计参数
油罐及管道强度设计
油罐及管道强度设计一、填空1、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为拱顶罐、外浮顶罐、内浮顶罐三大种油罐。
2、罐壁板和管子的厚度负偏差是指实际厚度与公称厚度之差。
3、罐壁厚度是根据最大环向应力荷载计算的。
4、立式圆柱形油罐罐壁开口补强原则是等截面原则。
5、如果沿壁厚t为的立式油罐罐壁开一直径D为的人孔，需要补强的金属截面积是Dt 。
6、拱顶罐的罐顶曲率半径为0.8~1.2 倍罐壁筒体直径。
是指j方向的单位载荷在i向产生的位移。
7、柔性系数ij8、我国的标准风速是以一般平坦地区，离地面10米高30年一遇的10分钟平均最大风速为依据9、我国的抗风圈一般设计在包边角钢以下1m的位置上。
10、立式油罐直径小于12.5米时，罐底宜采用由矩形的中幅板和边缘板组成的条形排版形式，而大于12.5米时，罐底宜采用周边为拱形边缘板的排版形式。
二、简述题1、回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，第一曲率半径：径线本身的曲率半径。
第二曲率半径：从回转壳上的点沿法线到回转轴的距离。
2. 油罐罐壁为什么有最大和最小壁厚的要求，它们各与哪些因素有关。
最大壁厚要求：由于现场难以进行回火处理，但要保证焊缝质量。
与材质和最低使用温度有关。
最小壁厚要求：为了满足安装和使用要求。
与油罐直径有关。
3. 各种罐采用哪些抗风措施？拱顶罐：设置加强圈，适当增加壁厚，尽量不空罐。
外浮顶罐：设置抗风圈，设置加强圈，适当增加壁厚，尽量不空罐。
4. 平面管道热应力的大小与哪些因素有关，它们的变化如何影响热应力的大小？平面管道热应力与温差，管系形状，补偿器设置，冷紧、约束状况等有关。
5. 浮顶的设计必须满足哪些要求？（1）对于单盘式浮顶，设计时应做到单盘板和任意两个相邻舱室同时破坏时浮顶不沉没，对于双盘式浮顶，设计应做到任意两个舱室同时破坏时浮顶不沉没2、在整个罐顶面积上有250mm降雨量的水积存在单盘上时浮顶不沉没3、在正常操作条件下，单盘与储液之间不存在油气空间。
管道及储罐强度设计
第二章 地上管道 1.地上管道和地下管道的载荷的受力差异：地下管道管道受的是永久载荷（主要是输送介 质的内压力），可变载荷（主要是试运行时的水重量 ），偶然载荷地 上管道受的是垂直载 荷（垂直载荷包括管道自重，保温结构重量，管内输送介质重量，管道附件重量。），横向 水平载荷（横向水平载荷主要是风载荷），轴向水平载荷（轴向水平 载荷包括三项：管道的 轴向摩擦力，管道内压引起的不平衡轴向力，补偿器的反弹力）。 2.地上敷设管道的支承形式：按支架高低分类（低支架敷设，中支架和高支架敷设，沿墙敷 设），按管架的结构形式分类（独立式管架和组合式管架），按支架对管道的约束形式分类（又 分为固定支架和活动支架），按管道的跨越形式分类。 3. 在固定支架处，管子焊在固定支架上，管道与管架之间不能发生相移
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四、油罐的种类 按几何形状划分:
立式圆柱形油罐； 卧式圆柱形油罐(小型罐,用于少量储油、加油站、
零位罐)； 特 殊 形 状（ 双 曲 率 ）油 罐 ：球 罐（ 用 于 储 存 液 化 气 ）；
滴 形 油 罐（ 受 力 状 况 好 ，可 承 受 0.4-1.2at 压力，可消除小呼吸损耗，但 结构复杂，施工困难，极少使 用 ）。
护、保卫等方面更方便。
二、油 罐 大 型 化 遇 到 的 新 课 题 油罐大型化遇到的问题是危险性增加，包括：
发 生 事 故 后 损 失 大 （ 经 济 、 环 保 、 安 全 等 方 面 ）； 技 术 上 易 出 问 题 （ 基 础 、 钢 罐 自 身 ）。 1. 基础：不均匀沉陷（难以寻找直径 100m 的面积上完
罐壁和底：同拱顶罐。
包边角钢、抗风圈 、加强 圈、盘梯、扶梯、人 孔、通气 阀、立
柱等。
5、 内浮顶罐
内浮顶罐
（用于储存要求高的油品，如航煤、航汽等）
顶为拱顶与浮顶的结合。
优点：一方面减少了油品的蒸发损耗，另一方面可避免雨水、尘土
等进入罐内。
第二节 罐壁钢板厚度设计
第二节 罐壁钢板厚度设计
一、 几个基本知识点
01
1.06
0.703D H
小厚度要求。
2.5 / D1.5
D
油罐的稳定性与
有 关 ，所 以 油 罐 越 大（ ），所 用 钢 板 的 最 小 厚
度 越 厚 （ s min ）。
3. 罐壁最大厚度 罐 壁 钢 板 越 厚 ，越 难 保 证 焊 缝 质 量 。由 于 施 工 现 场 难 以 对焊缝进行热处理，故须限制储罐的最大壁厚。 最大许用壁厚与材质和许用最低温度有关。 4. 最大环向应力的位置 罐壁各圈板的壁厚应按每圈的最大环向应力计算。按 照无力矩薄膜理论，若只考虑液压产生的环向应力，则最大 环向力位 于每层 圈板的 最下端 。若 考虑到 上下圈 板连接 处因 变厚度而 产生的 力矩和 剪力 ，则各 圈环向 力的最 大值不 在最 下端，而是在圈板下端以上某一高度的位置上。理论和实测 都 表 明 ：对 于 中 小 型 罐 ，这 一 高 度 约 为 30cm；对 于 中 大 型 油 罐，折算 高度与 具体的 油罐有 关， 并随圈 板的不 同而不 同。
全 均 匀 的 工 程 地 质 状 况 ）。 2. 钢罐自身
施 工 ： 焊 接 （ 现 场 无 法 进 行 退 火 处 理 ）。 强度：增加壁厚。最大壁厚有限制。 稳定性:风力作用下罐壁的稳定性。 抗震：抗震措施的研究。
三、油罐对钢材的要求
由刚度决定的可用沸腾钢，由强度决定的必须用镇定钢。 油 罐 罐 壁 ： 上 部 壁 板 按 刚 度 条 件 确 定 。（ D↗ ， 最 小 壁 厚 ↗ ）。
下部壁板按强度条件确定。16MnR，A3R。 按强度要求确定的壁板有三项要求： 1. 强度要求：选高强钢。
① 经济。16MnR 比 A3R 贵 10%，强度提高 30%。 ② 建造大罐有最大壁厚限制。 2．可焊性要求 (1)碳 的 当 量 含 量 （ 低 好 ）。 (2)热 影 响 区（ 与 碳 的 当 量 含 量 和 冷 却 速 率 有 关 ）硬 度（ 低 好 ）。 Ceq 越高，冷却速率越快，热影响区硬度越高。 3．冲击韧性要求：防止油罐产生脆性断裂。
0 C1 C2
式 中 ： ， 罐 壁 的 设 计 厚 度 ；0 ， 罐 壁 的 计 算 厚 度 ； C1 ， 钢 板 厚 度 允 许 负 偏 差 ；C2 ， 腐 蚀 裕 量 。
二、 罐壁的定点设计法
r , r R ， qz H x
N r
qz
N H xR
N
0
0
H xR
1、 板间的焊接方式
纵向焊缝：对接（焊缝间错开 500mm）
环向焊缝：对接、搭接和混合式焊缝
浮顶罐罐壁环向焊缝必须是对接；
拱顶罐罐壁环向焊缝可选择任一种焊接方式。
2、 罐壁最小厚度
对 于 油 罐 上 部 的 罐 壁 ，由 于 考 虑 到 安 装 和 使 用 的 稳 定 性 要 求 ，因 而 有 最
拱顶罐的组成：
顶、罐壁、底。
顶与壁由包边角钢相连。
大型的拱顶罐还有加强圈。
附属设施：呼吸阀、阻火器、量油孔、人孔、盘梯等。
4、 浮顶罐
单盘式浮顶罐
优 点 ： 减 少 蒸 发 损 耗 （ 大 、 小 呼 吸 ）。
双盘式浮顶罐
罐顶的自重由储液支承，受力状况好。
组成：
顶 ： 单 盘 ， 浮 船 （ 密 封 ）。
对于立式圆柱形油罐，根据其顶的结构可分为：
1． 锥顶油罐
锥顶罐图
大型锥顶罐图
2． 悬链式油罐
悬链式油罐图
3． 拱顶罐
拱顶罐图
罐顶是球面的一部分。
优点：施工容易，造价低。
缺 点 ：中 间 无 支 撑 ，直 径 受 到 限 制 。容 积 太 大 ，蒸 汽 空 间 大 ， 呼 吸 损 耗 大 。 最 大 的 拱 顶 罐 5 万m3 。
式 中 ： ， 焊 缝 系 数 ， 取 0.9 ； x， 折 减 高 度 。
美 国 标 准 API650 ， x= 0. 305m ， x=1ft ， 则
0
H
0.305 R
。
三、 壁的变点设计法
变点法是根据不同情况改变折减高度。具体方法如下：
1、 第一圈壁板的计算
01Βιβλιοθήκη H0.305D 2
5、 载荷 对于常压储罐，一般操作时内压很小（正压力 200 mmH 2O ；负 压 力 50mmH 2O ）。因 此 在 设 计 油 罐 壁 厚 时 常 常 忽略。 当 储 存 油 品 的 oil H2O 时 ， 按 试 水 的 静 压 力 计 算 ； 当 储 存 油 品 的 oil H2O 时 ， 按 油 品 的 静 压 力 计 算 。 6、 罐壁厚度的计算式
第七章
立式储罐罐壁强度设计
第一节
钢油罐设计基础知识
第一节 钢油罐设计的基本知识 一、钢油罐的发展趋势——大型化
原因：增加原油的储备量 （1）国家能源战略需要。 （2）民间用来应付原油价格波动。
油罐大型化的主要优点： 经济：节省钢材、节省投资（施工费用）、占地面积小 （因罐与罐之间有防火距离），节省配件和罐区管网。 方便：便于操作管理，几台大罐比一群小罐在检尺、维