油罐及管道强度设计第7章.
7-16-19-油罐及管道强度设计
油罐及管道强度设计
《油罐及管道强度设计那些事儿》
嘿，咱今天就来聊聊油罐及管道强度设计这档子事儿。
我记得有一次去一个工厂参观，那里面有好多巨大的油罐啊，一个个就像超级大胖子一样立在那里。
我就好奇啊，这么大的家伙，得有多结实才能撑得住啊。
然后就看到那些管道，弯弯曲曲的像大蛇一样在那盘着。
当时就有个师傅在那检查，我就凑过去问：“师傅，这油罐和管道强度咋保证啊？”师傅笑了笑说：“这可复杂咯，就像给它们打造一副超级坚固的铠甲一样。
”
师傅给我详细讲了讲，说什么要考虑材料的强度啊，焊接的质量啊，还有各种压力啥的。
我听着就觉得好厉害，原来这里面有这么多门道。
比如说材料吧，可不是随便啥材料都能用，得挑那种特别能抗的。
焊接那就更得精细了，不能有一点马虎，不然说不定哪天就“噗”的一下出问题啦。
而且啊，这设计可不是一次性的事儿，还得经常检查维护。
就像人得定期体检一样，油罐和管道也得时常看看有没有啥小毛病。
我看着那些复杂的设计图，脑袋都大了，心想这得是多厉害的人才能搞出来啊。
总之呢，油罐及管道强度设计可不是闹着玩的，这关系到好多方面呢，一旦出问题那可不得了。
咱可得重视起来，让这些油罐和管道稳稳当当的，为我们的生活和工作服务。
哎呀，说了这么多，我感觉自己都快成这方面的专家啦！哈哈！。
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 6.4-6.52 课程设计大纲及各类数据的计算图书馆 6.6-6.83 数据的校核与检查图书馆 6.11-6.134 拱顶罐装配图图书馆 6.145 拱顶罐罐体图教室 6.156 课程设计初稿修订教室 6.197 上交课程设计说明书办公室 6.208 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。
油罐及管道强度设计第6章
这种罐底的特点如下。 (1)罐底液体放净口处于罐内周边较低的部位， 可以基本满足污泥杂质、存液的排净。 (2)储罐经水压试验及长期使用，正圆锥形罐 底逐渐变平。但由于基础沉降不均匀以及罐 底钢板的弯曲和压缩变形，使基础及罐底局 部变得凹凸不平。此时液体放净口不一定处 于罐底的最低处，造成罐内液体不易排净。 (3)所形成的凹凸坑，易造成积水、积液和杂 质沉积，从而加剧了罐底的腐蚀。加之罐底 板尤其是中幅板厚度较薄，易使罐底腐蚀穿 孔而造成介质泄漏。 正圆锥形罐底是传统的罐底形式，目前在 国内仍广泛应用。
(1)第一圈罐壁板的挠度方程式
(2)罐壁x1=0处的边界条件 (3)图4-23的力平衡关系
通过对国内20000m3及50000m3浮顶油罐的 应力应变测试，得出边缘板的径向应力σx及 环向应力σy 分布(见图4-24、图4-25 )，由 图可看出如下内容。
(1)罐底边缘板靠近角焊缝处的σx 值很高(20000m3罐 达440MPa， 50000m3罐达532MPa)，径向应力和 环向应力略向中心移动便迅速衰减。 (2)高应力和应力急剧变化的区域均在边缘板上，中幅 板只要地基不发生问题，受力很小。 (3)在罐底边缘板处的应力值虽然很高，但属二次应力， 虽超过屈服极限，但未造成破坏。可用σx＜2 σs 进 行校核。 此法用于100000m3储罐，计算结果比实测结果 要大23. 8%，其原因是边缘板与中幅板采用了搭接 形式，且没有考虑边缘板伸出罐壁外表面宽度的影 响。
§6.5罐底防水结构 根据大量现场调查，了解到影响大型储 罐使用寿命的重要因素是罐底的腐蚀渗漏， 而造成底板腐蚀渗漏的重要原因之一是罐 底板与基础之间的雨水渗入。为防止雨水 渗入罐底造成底板背面腐蚀，目前有多种 方法。 (1)用橡胶沥青密封条封闭 [见图4-22(a)]。也有采用石棉绳镶填在 边缘板与基础的缝隙里，外面再用玻璃纤 维布与防水胶(聚氨脂弹性涂料、沥青等)封 闭。此法国内过去较为流行，但效果不佳， 弊病较多。
油罐及管道强度设计
80
裂纹率， %
73 48 33
74
60 40 20 0
0～10 10～15 15～20 20～25 25～30 30～50 球罐钢板厚度区间， mm
Ⅱ、油罐大型化带来的新课题
③钢板强度等级越高，其可焊性越低，这 要求设计者选材时注意其可焊性，同时采 取合适的焊接工艺。
可焊性：接头焊接的可能性（针对施工而 言）和使用时的可靠性（针对使用而言）。 ④随着油罐的大型化，壁厚t与直径D之比 t/D降低，油罐钢性降低，导致油罐抵抗 风荷的能力下降。
罐顶
罐顶通气孔
罐壁通气孔
密封装置 自动通气孔 单盘人孔 内浮顶 罐顶支柱
浮顶支柱
导向板
内浮顶油罐 Enclosed Floating-Roof Tanks
③内浮顶油罐
结构特点：兼有拱顶罐和浮顶罐的结构特点。
优点：a）蒸发损失大大减少；
b）空气污染很小，油品质量易保证；
c）罐顶和罐壁腐蚀小，罐寿命长；
Cone Roof Tanks
内外檩lin 罐壁
中心立柱
内立柱
外立柱
底板
④锥顶油罐
结构特点：
a）自支承式：顶为圆锥形，载荷由罐顶自 承，并且传递到罐壁。 b）桁架式：载荷由桁架承担并传递到罐壁， 为了防止因横向载荷所产生的旋转，需要 采用装入斜支承等措施。
④锥顶油罐
结构特点：
c）梁柱式：罐顶载荷由梁柱承担并传递到 罐壁。梁柱按梁的弯曲理论设计。罐顶坡 度一般为1/16。在易地震的罐区，为了防止 顶板支承构件旋转，需要采用拉杆将外围 支柱相互连接等措施。
1、油库
定义：油库即收发和储存油品的独立的或 企业附属的仓库或设施。 组成：收发油系统和储存单元。 收发油系统的 主要设备 油库 泵、阀门和管线 各类仪表
060106油罐及管道强度设计-18
《油罐及管道强度设计》综合复习资料一、填空题1、罐壁板和管子的厚度负偏差是指。
2、罐壁厚度是根据荷载计算的。
3、立式圆柱形油罐罐壁开口补强原则是。
4、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。
是指。
5、柔性系数ij6、立式油罐直径小于12.5米时，罐底宜采用的排版形式；而大于12.5米时，罐底宜采用的排版形式。
7、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为、、三大种油罐。
8、当立式油罐的容积超过时必须设计成变壁厚罐。
9、10万米3油罐的直径大约为米。
10、在材料和设计压力相同的条件下，曲管的壁厚比直管的壁厚。
11、拱顶罐的罐顶曲率半径为倍罐壁筒体直径。
12、当操作温度高于安装温度时，通过可以减小Π型补偿器内的热应力。
13、我国的标准风速是以一般平坦地区、离地面米高、30年一遇的分钟平均最大风速为依据的。
14、我国抗风圈一般设计在的位置上。
15、管路的跨度可根据条件和条件进行设计，根据条件确定的跨度在任何条件下都必须得到满足。
二、简述题1、回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义。
2、各种罐常采用哪些抗风措施？3、设计油罐时的最大和最小壁厚要求分别与哪些因素有关？4、分别说明拱顶罐的顶和罐壁的第一曲率半径和第二曲率半径。
5、简述无力矩假定的适用条件。
6、分别可采用哪些措施来提高拱顶罐和浮顶罐罐壁的稳定性，增强它们的抗风能力？7、浮顶的设计必须满足哪些要求？8、推导圆柱形油罐壁厚计算的定点法公式，并说明其使用范围。
9、简述回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，并以拱顶油罐的罐壁和罐顶为例分别说明。
10、浮顶罐和拱顶罐可分别采用哪些抗风措施？试说明理由。
11、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？三、计算题1、一拱顶罐的拱顶为4mm 厚钢板，无加强筋，它与壁连接采用的包边角钢的横截面积F=7.28cm 2，包边角钢许用应力[σ]=160MPa ，油罐操作正压力200mm 水柱，真空度50mm 水柱，顶板自重340 N/m 2，活载荷（包括雪载）为800 N/m 2，油罐拱顶半径和罐壁直径R =D =7700mm ，顶板边缘切线与水平线的夹角ο30=α，焊缝系数η =0.85，弹性模量E =2.1×1011Pa 。
2020年中国石油大学网络教育060106油罐及管道强度设计-20考试试题及参考答案
《油罐及管道强度设计》课程综合复习资料
一、填空题
1、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为、、三大种油罐。
2、罐壁板和管子的厚度负偏差是指。
3、5万米3油罐的直径大约为米（40米、60米、80米）。
4、立式圆柱形油罐罐壁开口补强原则是。
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。
6、我国抗风圈一般设计在的位置上。
7、拱顶罐的罐顶曲率半径为倍罐壁筒体直径。
8、我国的标准风速是以一般平坦地区、离地面米高、30年一遇的分钟平均最大风速为依据的。
是指。
9、柔性系数
ij
10、管路的跨度可根据条件和条件进行设计，根据条件确定的跨度在任何条件下都必须得到满足。
11、Π型补偿器可采用或的办法来提高其补偿能力。
二、选择题
1、管道热应力计算的弹性中心法求出的弹性力是在（）。
A、管系的形心
B、固定支座处
C、管系的弹性中心
2、对管道热应力进行判断的经验公式如果得到满足，则管道（）。
A、不用校核其热应力；
B、也要校核其热应力；
C、不一定要校核其热应力
三、简答题
1、各种罐常采用哪些抗风措施？
2、简述回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，并以拱顶油罐的罐壁和罐顶为例分别说明。
3、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。
4、浮顶罐和拱顶罐可分别采用哪些抗风措施？试说明理由
5、平面管道热应力的大小与哪些因素有关？
6、分别举出2种以上人工管路补偿器和自然管路补偿器。
油罐及管道强度设计第1页共4页。
油罐及管道强度设计
油罐及管道强度设计第一篇：油罐及管道强度设计三、简述题1、简述回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，并以拱顶油罐的罐壁和罐顶为例分别说明。
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。
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，因而有最小厚度的要求。
油罐越大，所用钢板的最小厚度就越大。
由于施工现场难以对焊缝进行热处理，为了保证较厚的钢板的焊缝质量，许限制储罐的最大壁厚。
许用最大壁厚于材质、许用最低温度、焊接水平有关。
3、浮顶罐和拱顶罐可分别采用哪些抗风措施？试说明理由。
a.为了增加关闭的刚度，除在壁板上端设包边角钢外，在距壁板上缘1m处设抗风圈，拱顶罐不设抗风圈。
b.对于大型油罐，在抗风圈下面还要设一圈或数圈加强圈，以防止抗风圈下面的罐壁失稳.7.简述定点法和变点法设计油罐壁厚的优缺点及使用范围定点法，适用于中小容量储罐，优点：计算简单方便。
变点法:考虑到关闭相邻圈板之间的相互影响，确定各圈板环向应力最大处的位置，按该位置的环向薄膜应力计算各圈板的壁厚，优点：更符合罐壁应力的实际情况，用它计算大容量储罐时，可减小某些圈的壁厚和罐壁总用钢量，并在最大板厚限度范围内有可能建更大直径的储罐，更安全。
4、平面管道热应力的大小与哪些因素有关？5、浮顶的设计必须满足哪些要求？a对于单盘式浮顶，设计时应当做到单盘板和任意两个相邻的舱室同事破裂时浮顶不沉，对于双盘式浮顶，设计时应做到任意两个舱室同时破裂时浮顶不沉没。
b.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。
c.在正常操作条件下，半盘与储液之间不存在油气空间。
d.在以上各种条件下，浮顶能保持结构的完整性，不产生强度或失稳性破坏。
6、分别比较气压作用下曲管内外侧轴向应力和内外侧环向应力的大小。
7、试比较油罐罐壁厚度计算的两种方法。
第二篇：管道与储罐强度课程大作业管道与储罐强度课程大作业• 国内外管道与储罐事故调研及发生原因分析。
060106油罐及管道强度设计期末考试复习资料
《油罐及管道强度设计》课程综合复习资料一、单选题1．“管道和储罐的失效判据具有通用性，也就是说任一判据都可以适用于任意场合。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：B2．“管道和储罐设计应遵循“先爆后漏”原则而不是“未爆先漏”原则。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：B3．“基于应变的设计方法是一种先进的设计方法，适用于一切管道任意工况的设计。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：A4．“高风险地区的管道设计时应具有更高的可靠度，实际设计时采用更大的安全系数。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：B5．“无力矩理论微元平衡方程中的曲率半径一定是正值。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：B6．下列说法中（）是正确的。
A．浮船的稳定性校核仅包括浮船的侧向稳定性校核和截面稳定性校核两部分B．根据“浮顶处于漂浮状态时，下表面应与储液全面接触”设计单盘板安装高度时，只要单盘板安装位置不超过其上限位置C max即可C．在计算浮顶积水时的抗沉性时，只要满足浮船的下沉深度不超过外边缘板高度，且留有一定裕量即可答案：C7．进行下节点强度校核时，下节点处的计算应力不宜超过（）。
A．2σsB．σsC．0.9σsD．[σ]答案：C8．圆柱形储罐罐壁下节点处的环向应力为（）。
A．接近于零B．C．约等于该处的弯曲应力D．约等于该处的剪切应力答案：A9．Π型补偿器可采用（）的办法来提高其补偿能力。
A．预先拉伸或预先压缩B．预先弯曲答案：A10．下列（）补偿器补偿能力最大。
A．L形补偿器B．Π型补偿器C．波纹管式补偿器D．球形补偿器答案：B11．下列（）补偿器可用于大压力的油气管道。
A．L形补偿器B．Π型补偿器C．波纹管式补偿器D．球形补偿器答案：B12．储罐和管道的连接一般使用（）补偿器。
A ．L 形补偿器 B ．Π型补偿器 C ．波纹管式补偿器 D ．球形补偿器 答案：C13．当[]cr P P >时，将式cr[]PP 按（）方法取整之后得到的的数值即为需要设置的中间抗风圈的数量。
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为考虑管道的这种工作状态，在计算截面系数时，应力分布 图形不采用三角形分布（图7-1b），而采用矩形分布（图71d），这时得出的截面系数称塑性截面系数，用W′表示。 由材料力学知，应力按三角形分布时，弹性截面系数W
W F y2dF ymax
应力按矩形分布时，塑性截面系数W′为
W F ydF
值约为
qL2 M
12
8
相应的最大弯曲应力为： 式中
w
M W
qL2 12W
q—管道单位长的荷重，包括管子自重、保温层重、充水重 量；
L—支座间的跨度； W—管道截面系数，
W 2I (D4 d 4) tD2
D 32D
4
此处D为管子外直径，d为管子内直径，t为壁厚。
9
10
由材料力学可知，根据平面截面假设，管道上的弯曲应力在 横截面上成三角形分布，如图7-1所示。
6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7.2管道跨度计算
无论是室内管道还是室外管道，隔一定的距离就用管架（管 墩）、吊架、托架来支承。
两支承之间的距离称为管道跨度。
跨度计算是地面管道设计中的一个重要组成部分。跨度越大， 将影响管道正常工作。跨度越小，则造成支承布置过密，投 资费用增加，不经济。
因此在确保管道安全和正常运行的前提下，应尽可能地扩大 管道的跨度。管道跨度的大小决定于管材的强度、管子截面 刚度、外载荷的大小、管道敷设的坡度以及管道允许的最大 挠度。通常管道的跨度可按管子的强度和刚度两个条件来确 定。
第7章． 管道强度设计
主要内容 管道厚度计算； 按强度条件确定管道跨度； 直管道热应力计算； 管道补偿器； 地下管道的强度计算； 管道径向和轴向的稳定性校核.
1
❖教学重点： 管道厚度计算、跨度计算、热应力计算及补 偿方法，
2
油库和炼油厂中的输油管道，常设置在地面管架 （管墩）上或地下管沟中。长距离输油管道一般都 埋置于地下，
地上管道除受输送介质内压作用外，它与地下管道不 同之处在于不受土压力，但在自重和风雪载荷作用下 受轴向弯矩作用，而且有温度变化引起的温度应力情 况与地下管道也有所不同。地上管道的强度设计包括 管道壁厚的计算，跨度计算，热应力计算和热补偿方 法
3
管子分无缝管和有缝管（电焊钢管）两类，
有缝管又分直缝管和螺旋管两类。上述各类管子均可 用于输油管道。 目前我国最常用于输油管道的是螺旋焊缝管，它是用 成卷的钢带卷成螺旋形焊制而成，在制造过程中钢板 不会变薄或变厚，加工精度高，直径不受钢板宽度限 制，螺旋焊缝处的应力只有相同情况下直缝处应力的 50-80%，而且价格也较为便宜。我国目前生产的螺 旋焊缝管规格为φ219-φ720，壁厚为6-9mm，管长812m，采用的钢材多为 Q235-B和16Mn 。
12
根据计算，圆管的塑性截面系数 W 1 (D3 d 3 ) tD2 6
由此可见
W ' 4 W 1.25W
将弹性截面系数W改用塑性截面系数W′代替，并考虑环向 焊缝系数后，式（7-3）即可改写为
W
qL2
12W
qL2
15W
13
使轴向弯曲应力， W [ ]W
即可求得连续梁中间跨的允许跨度。
15
L中跨
15[ ]W W
q
式中 η——环向焊缝系数；
pD 2
[ ]W
——许用外载综合应力。
W
1.21
2.3t
2
14
连续梁边跨（尽端直管）支座上的弯矩要比中跨支座上的弯 矩大，此时取
M qL2 8
W
M W'
M 1.25W
qL2 10W
L边跨＝
10
W
W
q
或 L边跨＝0.82L中跨
管道敷设中，除了管道末端的一跨为边跨外，凡由于管道上 安装了设备而破坏了管道连续性的地方，也均应视为边跨。
这时如果截面的外纤维的应力达到材料的屈服应力时，便人 为材料失去了承载能力，
对于简支梁，因为跨中弯矩最大，所以当跨中截面最大应力 达到材料屈服应力时，再继续加载，这时在梁的跨中形成塑 性铰，挠度将急剧增加，以至引起梁的破坏。
但该式不能反映连续梁的承载能力，因为连续梁的最大弯矩 产生在支座处。当支座上的管道的外纤维应力达到屈服极限 而继续加载时，这时外纤维的应力将保持不变，而应力图形 将由三角形逐渐变成矩形，如图所示，支座上的管道截面则 由连续关系转变成塑性铰，如图所示，但这时梁的工作并没 有破坏，它只不过相当于简支梁而已。
7
7.2.1按强度条件确定管道跨度
在外载荷作用下，管道截面上产生的最大应力不得超过管材 的许用应力，以保证管道强度方面的安全可靠。
根据这一原则确定的管道跨度称为按强度条件确定的管路最 大允许跨度。
计算时，把敷设在支承上的管道视为等跨连续梁，五跨以上
的管道，用三弯矩方程可求得在中间支座处有最大弯矩，其
4
7.1 管道壁厚计算
管道壁厚是根据圆周方向（环向）应力来决定，计算壁厚由
下式决定
t0
2
pD
式中 to — 管道的计算壁厚 P — 管道的工作压力 D — 管道的外直径 [σ] — 管材许用应力 η — 焊缝系数
5
该式认为管子不封闭，管内壁受压力p而求得，严格计算应 采用内外直径的平均值，为了方便起见，此处直接采用外直 径D计算，这是因为目前大量使用的螺旋缝钢管的名义直径 是直接用外直径表示的，公式中直接代入外直径D比较方便， 而且直接用外直径计算也偏于安全。