1000立方米拱顶油罐(...)
1000立方米拱顶油罐(...)
*******学院课程设计
课程名称 ****
题目 ************
系部 ****
专业 ****
班级 ****
学生姓名 ****
学号 ****
指导教师 ****
2018年6月**日
培黎石油工程学院课程设计任务书
题目名称**************
系部**************
专业班级**************
学生姓名**************
一、课程设计的内容
此次课程设计的是拱顶罐，包括罐体材料的选择、罐壁的计算、加强圈的选择、开孔补强、罐底基础设计、罐顶的设计、油罐附件的选择。
二、课程设计的要求与数据
课程设计的要求有以下四点：
1．了解拱顶油罐的基本结构和局部构件；
2．根据给定油罐大小，查阅相关标准确定相应构件的规格尺寸；
3．学会使用AUTOCAD制图；
4．相关技术要求参考有关规范。
设计原始数据：
设计压力正压负压设计温度雪载荷
抗震设防烈度储液密度腐蚀裕量焊接接头系数
8度0.9
三、课程设计应完成的工作
1.1000拱顶油罐装配图一张；
2.1000拱顶油罐罐体图一张；
3.课程设计说明书一份；
四、课程设计进程安排
序号设计各阶段内容地点起止日期
1 拱顶罐相关资料查阅图书馆 6.4-6.5
2 课程设计大纲及各类数据的计算图书馆 6.6-6.8
3 数据的校核与检查图书馆 6.11-6.13
4 拱顶罐装配图图书馆 6.14
5 拱顶罐罐体图教室 6.15
6 课程设计初稿修订教室 6.19
7 上交课程设计说明书办公室 6.20
8 课程设计答辩教室 6.22
五、应收集的资料及主要参考文献
[1] 潘家华,郭光臣,高锡祺等.油罐及管道强度设计[M].北京:石油工业出版社,1986.
[2] GB 50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范[S].北京:中国标准出版社,2001.
[3]王立业.《罐体开口补强设计》[M]GB150-1998.116-118.
[4] 郭光臣. 油库设计与管理[M].山东:石油大学出版社.1990.
指导教师：年月日
系部主任：年月日
教学院长：年月日
摘要
油罐是储存原油或其他石油产品的容器。用在炼油厂、油田、油库以及其他工业中。随着我国各项技术的发展，储罐的发展趋势越来越趋于大型化、自动化、全能化。
本次主要设计的是拱顶罐，包括罐体材料的选择、罐壁的计算、罐底基础设计、储罐浮顶的设计、油罐附件的选择。
关键词：拱顶罐；罐壁壁厚；罐底；罐顶
目录
第1章绪论 (1)
1.1 拱顶罐的发展现状及其基本要求 (1)
1.2 储罐的用途 (2)
1.3 储罐的分类 (3)
1.4 拱顶罐在工业生产中的应用 (3)
1.5 设计、制造遵循的主要指标规范 (3)
第2章设计原始数据 (4)
第3章拱顶罐罐壁设计 (5)
3.1 材料的选择 (5)
3.2 直径与高度的确定 (5)
3.3 罐壁设计 (5)
第4章罐底设计 (11)
4.1罐底的排版形式 (11)
4.2油罐罐底直径的计算 (11)
第5章罐顶设计 (12)
5.1球顶的曲率半径 (12)
5.2油罐罐顶的校核 (12)
第6章油罐附件选择 (14)
6.1 罐壁人孔 (14)
6.2 量油孔 (14)
6.3 透光孔 (14)
6.4 呼吸阀 (14)
6.5 排水槽 (14)
6.6 盘梯 (15)
结论 (16)
参考文献 (17)
附录 (18)
附录A拱顶油罐系列参数与尺寸 (18)
附录B1000m3油罐装配图 (18)
附录C1000m3油罐罐体图 (18)
第1章绪论
1.1 拱顶罐的发展现状及其基本要求
长期以来,我国库存轻质油品,广泛采用固定顶油罐和拱顶油罐。由于固定顶油罐在存贮和收发油品时存在“小呼吸”和“大呼吸”,油品蒸发损耗较大,而且会因为油气逸散到空气中造成环境污染,危害人们身体健康。因此油品及化学品的蒸发损耗一直是石油、化学工业关心的问题。人们最初关心的是经济损失和安全,近年来还关心生态、环境保护方面的问题。
发展现状[1]：在容积小于的油罐中，拱顶油罐是最常用的，近十余年来拱顶罐几乎全部代替了在五、六十年代曾在我国广泛使用的悬链式无力矩油罐。目前，我国最大的油罐为2万，世界上最大的为5万。拱顶罐的刚性好，施工方便，由于能承受较高的内压力，有利于降低油品损耗，因此1万以下的油罐广泛采用拱顶罐。
基本要求：自大庆油田发现以来，我国的油罐事业得到了较快的发展。七十年代初期，由于长距离输送管道的建设，使这一发展得到了加速。
我国目前最大的油罐为5万，始建于1973年。至今，已有7座5万油罐投入使用，预计在不久的将来会建成更大的油罐。
1962年美国芝加哥桥梁公司首先建成10万浮顶油罐，直径87，高约21。1964年，壳牌石油公司在欧洲建成10万油罐。1967年，委内瑞拉建成15万油罐，其直径为115，高为14.6。1971年，日本建成16万浮顶油罐，直径为109，高为17.8。目前世界上最大的油罐打24万。
由以上看出，油罐的发展总趋势是走向大型化，是因为大型化具有以下优点：
1.节省钢材。表错误!文档中没有指定样式的文字。.1列出了不同容积的油罐单位容积所需钢材的净重。
2.减少投资。
3.占地面积小。因罐与罐之间要有防火距离，所以在总容积相同的情况下，几台大
罐
要比一群小罐的占地面积节省的多。
4.便于操作管理。几台大罐与一群小罐比，在检尺、维护、保卫方面都比较方便。
5.节省管线及配件。几台大罐与一群小罐比，库区管网要简单的多，而且罐前的阀
门、
仪表、消防设施等配件也可以节省。
表错误!文档中没有指定样式的文字。.1钢油罐单位容
积所需钢材净重
油罐容量,单位容积所需钢材净重，
5000 26.2
10000 23.0
20000 21.5
50000 19.2
100000 15.0
200000 10.0
由表错误!文档中没有指定样式的文字。.1可以看出，油罐容量越大，单位容积所需的钢材量越少。
油罐的大型化给人们带来了一些利益，但是另一方面随着油罐的大型化，也出现了一些问题。因此，需要满足以下几个要求：
1.强度要求。油罐在卸载以后不应留下塑性变形。
2.有抵抗断裂的能力。无论在水压试验或操作状况下，油罐不得产生断裂破坏。
3.有抵抗风荷的能力。在整个建造及使用期间在建罐地区最大风荷下不应该产生破
坏。
4.有抗地震的能力。在整个使用期间，在建罐地区的最大震裂度下不应产生破坏。
5.油罐要坐落在稳固的基础上。油罐在使用期间的不均匀沉降要在允许范围之内。上述要求是就总体而言的，具体某一构件还应有其他要求。
1.2 储罐的用途
储存设备又称储罐，主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备，在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用，如氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。储罐内的压力直接受温度影响，且介质往往易燃、易爆或有毒。储罐的结构形式主要有卧式储罐、立式储罐和球形储罐。用于储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐，我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制储罐，钢制储罐在国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的。钢制储罐是储存各种液体（或气体）原料及成品的专用设备，对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产，特别是国家战略物资储备均离不开各种容量和类型的储罐。我国的储油设施多以地上储罐为主，且以金属结构居多。
1.3 储罐的分类
按材料分为钢、钢筋混凝土和砖石三种。按储存的油品性质可分为重油罐和轻油罐。油罐的主要类型：
立式圆筒形拱顶钢油罐。容量一般在一万立方米以下。壁板采用套筒式连接（贴角焊缝）。施工时常用倒装法(从罐顶开始,自上而下逐层安装罐壁,并用风机送风使罐体上升)。与正装法（从罐壁底圈板开始，自下而上逐层安装罐壁）比较，减少了高空作业。
立式圆筒形浮顶钢油罐。设有能上下浮动的双盘式浮顶或单盘式浮顶。双盘式浮顶能减少热辐射影响,因此,油品蒸发损失小。但在容量较大时（大于一万立方米），为了降低造价，一般采用单盘式浮顶。这类油罐应注意选择合理的密封装置要求密封效果好、安装和维修方便。壁板采用对焊连接，施工常用正装法。
立式圆筒形内浮顶钢油罐。兼有拱顶和内浮顶，内浮顶在拱顶油罐内部漂浮在液面上，
可上下浮动。它除具有浮顶油罐特点外，还能保证油品的清洁度。
球形钢油罐。可承受的工作压力,，常用于储存液化石油气。
卧式钢油罐。容量一般在以下。可以储存汽油和易挥发的石油产品。
1.4 拱顶罐在工业生产中的应用
随着我国石油工业的飞速发展，拱顶油罐的发展也很快，除了石油系统，供销系统，和军事系统一系列专用的石油储罐，还有其他企业，如铁路，交通，电力，冶金等部门也建有各种类型的储罐，以保证运输和生产的正常进行，拱顶储油罐作为储罐系统的重要组成部分。在石油化工行业中应用格外突出，通过它协调原油生产，原油加工，成品油供应及运输的纽带。
拱顶罐是储存各种液体原料及成品的专用设备，对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产，无法保证石油化工下游产业的稳定生产，特别是国家战略石油储备均离不开各种容量的拱顶储罐，战略石油储备是防止石油供应中断，保障国家石油安全的重要手段。
1.5 设计、制造遵循的主要指标规范
《GBJ128立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》
《GB50205钢结构工程施工质量验收规范》
《GB50341-2003_立式圆筒形钢制焊接油罐》
第2章设计原始数据油罐用于储存柴油
设计压力正压：
负压：
设计温度
基本风压
雪载荷
抗震设防烈度8度
储液密度
腐蚀裕量
焊接接头系数0.9
第3章拱顶罐罐壁设计
3.1 材料的选择
通过《GB50341-2003_立式圆筒形钢制焊接油罐》设计规范进行设计选择。罐壁、罐顶、罐底采用Q235钢。
3.2 直径与高度的确定
在容积一定的条件下，油罐[4]的直径、高度的选择遵循材料最省或费用最低的原则。对于小型等壁油罐来说，按金属用量最省的方法更为准确。
查阅相关书籍[5]，容积为的油罐宜设计为等壁封闭油罐。查表错误!文档中没有指定样式的文字。.2有：
表错误!文档中没有指定样式的文字。.2油罐经济高度
与半径的关系
油罐形式材料最省的高度费用最低的高度等壁敞口油罐
等壁封闭油罐
变壁封闭油罐
油罐的体积公式：
（3-1）则有：
（3-2）
向上圆整取，即。
此时油罐的计算容积：
（3-3）
即油罐内径,高度。
3.3 罐壁设计
3.3.1 壁厚的确定
罐壁厚度可以用定点法和变点法来计算，这里用定点法计算罐壁的壁厚，油罐所用材选择Q235-A，查表设计温度下的罐壁钢板的许用应力，查得壁厚计算公式代入数值有：
（3-4）
式中：—罐壁的计算厚度，；
—储罐容重，取；
—油罐内径，；
—设计温度下钢板的许用应力，；
—焊缝系数，.
罐壁厚度的计算公式为：
（3-5）式中：—罐壁设计厚度，；
—罐壁的计算厚度，；
—钢板厚度允许负偏差，数值见表错误!文档中没有指定样式的文字。.3，；
—腐蚀裕量，，取。
则罐壁计算厚度为：
（3-6）
罐壁圈板由多块钢板焊成，他们之间的焊缝采用对接连接；罐壁上下圈板之间采用套筒式搭接，搭接长度取。圈板的层数计算过程如下：
油罐罐壁钢板的尺寸规格定为；
油罐周长：；
每圈罐壁筒节所需钢板：
（3-7）每块钢板的加工余量取(经验值；)
这样除去边缘的加工余量后,每块钢板的实际可用长度：
实际每圈所需钢板数：
（3-8）
油罐的高度，则每块钢板除去余量后实际宽度为:
罐壁钢板层数：
（3-9）
由以上得出,油罐罐壁由7层钢板,每层7块钢板组焊而成。
表错误!文档中没有指定样式的文字。.3钢板厚度允许
负偏差
厚度，
钢板宽度，
1001-1800 1801-2000 2001-2500
4 4.5-5.6 6-7 8-2
5 26-30 32-34 36-40 -0.3
-0.5
-0.6
-0.8
-0.9
-1.0
-1.1
-0.3
-0.6
-0.8
-0.9
-1.0
-1.1
-0.3
-0.8
-0.9
-1.0
-1.1
3.3.2 加强圈设计
由于内浮顶罐顶部有固定顶，不需加设抗风圈[6]，但随着储罐高度的增长（主要是为了减少材料、降低成本），使得油罐中部的筒体有被风吹瘪的危险。在风载荷的作用下，为防止储罐被风吹瘪，必须对罐壁筒体进行稳定性校核，并根据需要在适当的位置设置加强圈。
判定储罐的侧压稳定条件为：
（3-10）式中：—罐壁许用临界压力，；
—设计外压，；
当时，就可以认为罐壁具备了足够的抗风能力，否则必须设置加强圈以提高储罐的抗外压能力。
下面介绍《GB50341-2003_立式圆筒形钢制焊接油罐》推荐的加强圈的设计方法。该方法是根据薄壁短圆筒在外压作用下的临界压力得到的，罐壁的许用临界压力：
（3-11）式中：—罐壁许用临界压力，；
—圆筒材料的弹性模量，；
—油罐内径，；
—圆筒的厚度，；
—圆筒的高度，。
将,,,代入式（3-11）得：
从上面的计算结果来看，，故本文设计的储罐可不设置加强圈。
3.3.3 开口补强
由于使用的要求，必须在罐壁上开口并连接管，例如进出油管，清扫口，人孔，在罐壁上开口后，将在开孔的附近产生应力集中，其峰值通常达到罐壁基本应力的3倍，甚至更高，这样的局部应力，如果不采取适当的补强措施，就很可能在孔口造成疲劳破坏或脆性裂口，使孔口处开裂，补强[9]的办法就是在孔口的周围焊上补强圈板，以增大开孔周围的壁厚，降低孔周围的应力。
补强的开孔可为圆形，椭圆形，或长圆形。当罐壁开孔管直径不超过时，可不进行补强。如需要补强，在实际工作中均采用这种“等截面”补强的方法。
按照“等截面”补强的原则，补强板的厚度和尺寸确定如下：
需要补强的金属截面积为：
（3-12）式中：—沿油罐壁纵向的开孔直径；
—开孔处罐壁的计算厚度；
可用于补强的金属截面积由、和三部分组成。
（3-13）式中：—在补强区域内罐壁实际厚度超出计算壁厚的部分可用作补强的截面积；
—开孔处的厚度。
（3-14）式中：—接管厚度在补强区域内超出计算厚度的部分可用作补强的截面积；
—接管的厚度；
—接管的计算厚度；
—补强区内的接管长度，2.5倍壁厚；
（3-15）式中：—补强板的截面积
—补强板的厚度。
—补强板外半径与内半径之差。
最后要求满足：
（3-16）表错误!文档中没有指定样式的文字。.4罐壁开孔接管
及补强圈规格
公称直径接管规格补强圈的尺寸
25 40 50 80 100 ———