管道与储罐强度设计-题
管罐结构设计复习
管道部分第一章地下管道一、概述埋地管道的敷设程序①开挖管沟②管段组焊③试压检验④管沟回填二、管道载荷及受力分析1、载荷分类永久载荷、可变载荷、偶然载荷2、薄壁环向应力和轴向应力=2??????=4??3、厚壁管道的应力分析从图中的应力分布曲线可看出，内压引起厚壁圆筒的径向应力和环向应力沿壁厚均是变化的，且两向应力的最大值均在内壁面处，而轴向应力在横截面上则为一个常数三、许用应力与壁厚设计1、管道许用应力计算公式[σ]=K φ??K ——强度设计系数Ф——焊缝系数?——钢管的最低屈服强度2、管道壁厚设计输油管道直管段壁厚设计公式输气管道直管段壁厚设计公式t——温度折减系数注:实际使用壁厚需要加上腐蚀余量3、管材选择目前用于长输管道的钢管主要有无缝钢管和焊缝钢管两种。
(焊缝钢管是发展的主要趋势)焊缝钢管主要有直缝埋弧焊钢管和螺旋缝埋弧焊钢管两大类型:直缝埋弧焊钢管与螺旋缝埋弧焊钢管相比具有焊缝短、成型精度高、残余应力小、错边量小等特点,但受力状况不如螺旋缝埋弧焊钢管好四、地下管道轴向应力与变形1、轴向应力-热应力热应力：与A、L无关，仅与管材、温度、约束条件相关。
2、环向应力的泊松效应注：注意正负号（受拉为正，受压为负）3、埋地管道不同约束情况下的应力分析三种不同的热变形：嵌固段、过渡段、自由段过渡段管道单位长度上的摩擦阻力：平衡条件：fl=???∵∴即出/入土段伸缩变形量为同样长度管段自由伸缩量的一半。
注：自由段长度较短，产生的热变形量可以由垫片等一些设施吸收，而过渡段较长，产生的热变形量则需要固定支墩来吸收。
五、固定支墩的设计计算1、作用和位置把过渡段长度缩减为0的措施。
2、固定支墩的受力平衡推力P与摩擦力f（土壤对支墩抗力T）平衡。
注：上式用于支墩和土壤无相对滑移的情况支墩抗滑移校核条件：T>KΦP3、土压力种类：注：上式用于支墩和土壤有相对滑移的情况4、支墩的倾覆校核5、地耐压校核支墩前边缘对地基的压力最大，以表示，后边缘压力最小，以???表示校核条件：六、管道弯曲应力1、简单弯曲情况下的管道弯曲应力计算（嵌固）管壁外层纤维引起的轴向拉力：2、存在相对位移时的弯曲应力计算如果管道曲率很大（>125），那么???=4??，这时弯曲管道由于内压和温差引起的轴向应力恰好与直线管道相同。
2017-管道与储罐强度思考题
管道与储罐强度（思考题）第一章引言1、解释“强度”一词的含义。
2、怎样理解应变，正应变、剪应变的含义？3、试举出几个管材机械性能参数的例子。
4、管壁中的一点的应力状态？5、怎样进行管道的强度设计。
第二章应力与柔性6、管道的载荷形式。
7、怎样推导薄壁管道的环向应力公式？8、管道的环向应力计算公式有哪两种，适用条件，常用的是那种，写出其表达式。
9、力和力矩产生的应力的公式。
10、理想锚固管道的热应力？热应力的影响因素。
11、什么是持续应力和自限性应力？它们各自的特征。
12、怎样确定热膨胀应力的允许变化范围。
13、怎样利用导向悬臂梁公式计算平面管系的应力。
14、什么是弯管的特征，弯管的内压应力分布规律如何？15、弯管为什么会椭圆化，椭圆化的影响。
弯管的柔性系数、特征系数和应力增强系数如何？16、管件处的力矩怎样分解？怎样确定管件的弯曲应力以及合成应力？第三章线路管道17、土壤的颗粒组成？18、什么是土壤的内摩擦角？19、怎样认识土壤对管道的阻力？20、为什么输气管道划分地区等级，怎样划分？21、为什么取设计系数，怎样选取输油、输气管道的设计系数?22、什么是管道的规定最低屈服强度，举出几种强度级别管道钢的规定最低屈服极限，并说明其国际单位制和英制的数值换算关系。
23、管道产生轴向应力或变形的原因是什么？什么是埋地管道的过渡段？怎样确定过渡段的长度?24、埋地管道中的固定支墩的作用是什么？从哪几个方面进行固定支墩的设计计算？25、怎样计算管道对固定支墩的推力？为什么需要对管道作用在固定墩上的推力进行折减。
26、管道中弯曲应力与弯曲曲率的关系怎样？27、怎样计算管道下沉段的弯曲应力？28、分析管道中一点的应力状态，说明每个应力分量产生的原因。
29、怎样进行管道组合应力校核？30、埋地管道产生轴向屈曲的主要原因是什么？31、陆上埋地管道的稳定性验算时的安全系数一般取多少?32、什么极限状态的定义？33、什么是失效概率的定义？在干涉理论中怎样计算可靠性指标？34、什么是分项安全系数？举例说明典型的分项安全系数设计方程。
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。
10m3埋地卧式油罐图.
《管道及储罐强度设计》课程设计题目10m3埋地卧式油罐图所在院系石油工程学院专业班级学号学生姓名指导教师完成时间2011年7月9日课程设计任务书1.目录1 绪论 (3)1.1 金属油罐设计的基本知识 (3)1.1.1金属油罐的发展趋势 ................................................................. . (3)1.1.2对金属油罐的基本要求 (3)1.2 金属油罐的分类 (4)1.2.1地上钢油罐 (5)1.2.2地下油罐 (5)1.3 课题意义............................................................... .. (6)2 设计说明书 (7)2.1适用范围 (7)2.2设计、制造遵循的主要标准规范 (7)2.3主要设计内容 (7)2.3.1 油罐供油系统流程图 (7)2.3.2 100m3埋地卧式油罐加工制造图，基本参数和尺寸 (7)2.4安全 (8)2.5设计遵循参照的主要规范 .............................................. 错误!未定义书签。
2.6设计范围 .......................................................................... 错误!未定义书签。
2.7防腐 .................................................................................. 错误!未定义书签。
2.8油罐接管 .......................................................................... 错误!未定义书签。
2.9油罐容积的确定 .............................................................. 错误!未定义书签。
油罐与管道强度试题库
9. 为什么储罐壁板有最大厚度的限制：
10. 简述规范设计及其优缺点
11. 简述薄膜应力理论的适用条件
12. 为什么在压力容器设计中要考虑最小壁厚？
13. 油罐抗震加固措施有哪些？
14. 油罐基础的设计与施工必须满足以下基本要求
15. 改善地基承载力的方法有哪些？
16. 油罐罐底结构主要包括哪几个方面？其中边缘板设计又应注意哪几个方面？为什么对边
5．浮顶油罐的单盘由钢板搭接而成，排板的形式有条形和人字形两种，条形排版比人形排版 更容易错开焊缝。 6.高度危害（Ⅱ级） ：最高容许浓度 0.1～＜1.0 mg/m3 。 7．高压(H)容器 10 MPa＜p≤100 MPa。 （ × ） （√） （×）
（√） 8． 中压反应容器 （仅限易燃或毒性程度为中度危害介质， 且PV乘积大于等于 0.5MPa•m3） 9．油罐内径小于 12.5m 时，条形摊板方式；内径大于 12.5m 时，采用周边为弓形边缘板的排 板方式 。 （√）
地震影响系数最大值
设防烈度 设防地震基本加速度 amax 0.1g 0.23 7 0.15g 0.345
a max
8 0.2g 0.45 0.3g 0.675 9 0.4g 0.9
特征周期
设计组 第一组 第二组 第三组
Tg
(s)
Ⅲ 0.45 0.55 0.65 Ⅳ 0.65 0.75 0.9
场地条件 Ⅰ 0.25 0.30 0.35 Ⅱ 0.35 0.40 0.45
amax
Tg T
0.05amax Tg
0.9
α max
0.45amax
3.5Tg T2
3.5s
储罐与管道强度设计
1、载荷的分类。
1）.永久荷载2)。
可变荷载3）。
偶然荷载2、厚壁管道和薄壁管道的选择。
(如果D/〈20则按厚壁管考虑,油气管道多用薄壁管道考虑。
）3、管道许用应力的计算。
=K(K、强度设计系数。
、焊缝系数钢管的最低屈服强度。
）4、地下管道产生轴向应力的原因：1）温度变化2）环向应力的泊松效应。
5、支墩受力平衡的校核条件：T K P（K安全系数P管道作用在支墩上的推力T支墩受到的土壤阻力)6、当时弯管在内压作用下环向应力最小，当时弯管在内压作用下环向应力的最大。
在弯曲的外缘为轴向拉应力，而在弯曲的内缘为轴向压应力。
7、什么是简单管道弯曲，弹性管道弯曲的最小半径：指埋在土壤中的管道相对于土壤既不能做轴向移动也不能做横向移动.=8、弯管和直管的应力有什么区别壁厚有什么区别：1）弯管应力分布式不均匀的，最大应力一般高于直管的最大应力。
2）弯管和直管一样，内环向应力的决定壁厚再用轴向应力校核.9、管道的跨度计算,何种情况用刚度计算，何种情况用强度计算：对于输油和输气管道用强度条件决定跨度即可，对于蒸汽管道和其他对挠度有特殊限制要求的管道，应同时按强度条件和刚度条件计算跨度选数值较小者。
10、应力增强系数：指弯管在弯矩作用下的最大弯曲应力和直管受同样弯矩是的最大弯曲应力的比之。
11、埋地管道在地下所处的位置：一般情况下管顶覆土厚度1~1。
2m,热油管道深取1.2m穿越铁路和公路时管顶距铁轨底不小于1。
3m,距公路不小于1m。
12、固定支墩的的作用：可视为把过渡段缩减至零的措施，作用是限制管道的热伸长量。
13：管道补强的规定1:在主管上直接开孔焊接支管：当支管外径小于0。
5倍主管外径时，可采用补强圈进行局部补强，也可增加主管和支管壁厚进行整体补强。
2：当相邻两支管中心线的间距小于两支管开孔直径之和，但大于或等于两支管直径之和的三分之二时，应进行联合补强或增大主管管壁厚度.当进行联合补强时，支管中心线之间的补强面积不得小于两开孔所需总补强面积的二分之一.当相邻两支管中心线的间距小于两支管直径之和的三分之二时，不得开孔。
2008-2009管道与储罐强度作业答案
2008~2009第二学期《管道与储罐强度》习题答案（1~8周）第一次作业：1、已知管道外径φ1016，管材X70，设计压力10MPa ，试计算1-4类地区管道壁厚。
解：输气管道直管段管壁厚度计算公式为：2s PDFtδσ=Φ式中：δ——钢管设计壁厚，mm ；P ——设计压力，MPa ； D ——钢管外径，mm ；s σ——钢管的最低屈服强度，MPa ；F ——强度设计系数；φ——焊缝系数，取φ=1.0；t ——温度折减系数，取t=1.0。
X70管材的规定最低屈服极限s σ=485MPa ，各类地区管道的设计系数和壁厚计算如下：一级地区：F ＝0.72，10101614.5524850.72 1.0 1.0mm δ⨯==⨯⨯⨯⨯二级地区：F ＝0.6， 10101617.4624850.6 1.0 1.0mm δ⨯==⨯⨯⨯⨯三级地区：F ＝0.5， 10101620.9524850.5 1.0 1.0mm δ⨯==⨯⨯⨯⨯四级地区：F ＝0.4， 10101626.1924850.4 1.0 1.0mm δ⨯==⨯⨯⨯⨯2、管道外径φ1016mm ，壁厚20mm ，内压15MPa ，温度变化65℃，管材的弹性模量E ＝210GPa ，泊松系数ν0.3，线膨胀系数α＝1.2⨯10-5，计算管道中的轴向应力。
解：管道的轴向应力由泊松效应和温度变化产生，泊松效应的应力分量为2ap PDσνδ=式中：δ——钢管设计壁厚，mm ；P ——内压，MPa ；ν——泊松系数，取0.3； D ——管道外径，mm 。
代入已知数据，得1510160.3114.3()220ap MPa σ⨯=⨯=⨯热应力分量为：at E t σα=-∆式中，E ——管材的弹性模量， 取210GPa ；α——线膨胀系数，取1.2⨯10-5。
Δt ——温度变化，℃。
代入已知数据，得3521010 1.21065163.8()at MPa σ-=-⨯⨯⨯⨯=-总的轴向应力为：114.3163.849.5()a ap at MPa σσσ=+=-=-第二次作业：1、Ф1016ⅹ20mm 管道，材质X70，设计内压10MPa ，温差ΔT=65℃。
西安石油《管道强度设计》考前复习资料 小红
第一章1、荷载是管道及其附件的强度设计依据。
分析可能同时出现永久荷载、可变荷载、偶然荷载2、管道中的内压既产生环向应力，也引起轴向应力。
管道轴向应力和截面系数的近似值的保守性随比值D/δ增大而增大3、管道的许用应力：允许零件或构件承受的最大应力值。
4、为什么要考虑温度折点系数t，是因为城镇燃气的温度范围对管材的影响5、强度设计系数的原因：为了保障管道自身安全，确定管壁厚度时，按管道所在地区不同级别，采用不同的强度设计系数。
6、地下管道产生轴向应力的原因是温度的变化和环向应力的泊松效应7、管道出现温度变化的主要原因是：管道在敷设施工时的温度由外部气温决定，而在运行过程中则由输送产品的温度决定，两者之间依然存在差别，不可避免地在管道运行过程中产生应力或伸缩变形。
（管道工作温度高于安装温度时，热应力为压应力；管道工作温度低于安装温度时，热应力为拉应力）8、固定支墩的作用：为了防止因管道热膨胀推挤设备、阀门、弯头等而造成破坏或过量的变形，在地下管道出土进入泵房或阀室的地方和某些地下管道弯头的两侧，常需要设置固定支墩来加以保护。
（限制管道的轴向位移或限制管道的热量的热伸长量）9、固定支墩的设计主要确定它的长、宽、高尺寸，确定时主要从支墩的受力平衡、支墩不倾覆、支墩下面的土壤有足够的耐压三方面考虑。
弯管的环向应力σ2的分布：①当ψ=0°和ψ=180°时，即在弯管的中心处，也就是水平弯管的最上和最下处，σ2= ，和直管的环向应力相同。
②当ψ=270°时，即在水平弯管的内侧弧面上，可得σ2= ，此处有σ2的最大值。
③当ψ=90°时，即在水平弯管的外侧弧面上，可得σ2= ，此处有σ2的最小值。
13、管道发生弯曲的一种常见情形是地基沉陷。
14、弯管使管道增大了柔性或管系热胀的可能性。
管道的热应力由于弯管柔性的影响将降低。
15、弯管之所以有较大的柔性，主要是由于在弯管半径方向，管子截面上出现了扁率。
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《油罐及管道强度设计》综合复习资料
一、 选择，将选择项画“√”。
（10分）
（1）、立式油罐罐壁筒体的抗弯刚度与它的（高度 直径 壁厚）有关。
（2）、立式油罐罐壁最大环向应力的位置是在（罐壁最下端 罐壁最下端以上0.3m 处 不确定）。
（3）、使用一个加强圈以后罐壁可以承受的风压力是P ，如果不使用加强圈，则它能承受的风压力应（ 是P/2 是P/3 重新计算）。
（4）、罐底边缘板厚度与（油罐内径、板材强度、底圈罐壁厚度）有关。
（5）、两端固定的直管段的热应力要比同样条件下非直线布置的管段的热应力（大、小、不确定）。
（6）、当拱顶罐呼吸阀中真空阀开启进气时，包边角钢内承受（拉应力、压应力）。
（7）、罐壁下节点处的00θ与M 呈（线性、非线性）关系，而罐底下节点处的0M 与0θ呈（线性、非线性）关系。
（8）、对管道热应力进行判断的经验公式如果得到满足，则管道（1、不用校核其热应力；2、也要校核其热应力；3、不一定要校核其热应力）。
（9）、对于容积超过20003m 的油罐，其直径与高度的比值随容积的增大而（基本不变、增大、减小）。
（10）、罐底中幅板厚度与（油罐内径、地基状况、底圈罐壁厚度）有关。
（11）、一般埋地管线敷设在（地下水位线以上、地下水位线以下 、冰冻线以上）。
（12）、 下列（罐壁设加强圈、罐顶设加强筋、罐顶设置呼吸阀）措施可增强拱顶罐的抗风能力。
（13）、平面管道热应力计算时，弹性中心法求出的弹性力的作用点在（管系的形心、固定支座处、管系的弹性中心）。
（14）、门型补偿器可采用（预先拉伸或预先压缩、预先弯曲、预先扭转）的办法来提高其补偿能力。
（15）、两端固定的直管段的热应力要比同样条件下非直线布置的管段的热应力（大、小、不确定）。
二、填空题（2’×15=30’）
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、为满足强度要求，罐壁下节点处的轴向应力σ与其材料屈服极σ的关系为。
限
s
2、我国在设计油罐时，一般根据原则来
计算其直径和高度。
一般说来，等壁厚油罐的公称容积不超
过米3。
3、如果在壁厚为t的罐壁上开一直径为D的人孔，需用截面积
为的金属来进行补强。
当罐壁开孔接管的直径不超
过时，可不进行补强。
5、根据原则，拱顶油罐的罐顶曲率半径约
为倍罐壁筒体直径。
6、我国将抗风圈一般设计在的位置上。
某地区的瞬时风速为60s
m浮
m/，则在该地区建10,0003
顶罐时，所用抗风圈的最小截面系数为3
cm。
一般说来，抗风圈与罐壁连接处上下各倍壁板厚度能与抗风圈同时工作。
7、设计浮顶罐时，浮船外径比油罐内径小毫米。
W的关8、一般说来，管道的弹性截面系数W与其塑性截面系数,
系为，通常采用截面系数来进行管路跨度设计，使其满足强度要求。
9、直角弯管的柔性要比相同直径相同壁厚曲管的柔性。
10、Π型补偿器可采用或的办法来提高其补偿能力。
11、通常，管道的跨度可按管子的和两个条
件来确定。
12、某水平铺设的管道其中间跨度计算值为10米，则其边跨的计算值为 米；若将该管道铺设在30度斜坡上，则其中间跨的计算值为 米。
13、受均匀内压作用下的等壁厚曲管，其中最大应力发生在曲管 的 侧，该应力比同样状况下直管内的应力 。
14、某平面管系按正常方法铺设于两固定约束端之间，在某一温差∆t 下，用弹性中心法求得约束端的作用力比值为P x /P y =5,若将温差改变为2∆t ，则P x /P y = 。
15、一般地，公称容积5万3m 的浮顶罐，其直径约为 m 。
16、柔性系数ij δ是指 。
三、简答题(4’×5=20’)
1、设计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？
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、简述无力矩假定的适用条件。
4、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？试说明理由
5、浮顶的设计必须满足哪些要求？
四、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。
(10’)
五、某拱顶油罐的正操作压力为200mm水柱，真空度50mm水柱，油罐壁的内直径D=14.5m，罐壁共八层，各层高度均为1.6m，上部六层壁厚都是5mm，第二圈壁板厚度6mm，底圈板厚度7mm，该罐罐壁的设计腐蚀裕量为0.5 mm，K z=1，如果不设加强圈，该罐适合在标准风速多大的地区建造？(10’)
六、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=7.28cm2，包边角钢许用应力
[σ]=1600kgf/cm2，油罐操作正压力200mm 水柱，真空度50mm 水柱，顶板自重34kgf/m2，活载荷（包括雪载）为80kgf/m2，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
30=α，焊缝系数η=0.85，弹性模量E=2.1×106kgf/cm2。
（1）验算拱顶的稳定性；（5分）
（2）包边角钢是否满足强度要求。
（10分）
七、Φ159×4.5的A 3钢管铺设的L 平面管路，两端为固定端，几
何尺寸为m m 55⨯，不计曲管柔性；已知安装温度为-10℃，操作温度为85℃，管材的线膨胀系数为α=12×10-4cm/m ℃，弹性模量E=2×106kgf/cm 2，I=652cm 4，W=82cm 3，截面积F=21.7cm 2，已知[σ]η=1600kgf/cm 2。
（1） 计算A 点B 点的弯矩，并校核管路强度。
（2） 若要进一步提高管系的补偿能力，可采取哪些措施？
(10’)
C。