立式储罐设计
D-2705立式储罐设计、计算软件
tn
6 mm 1200 Pa
4.0 ton
234 Pa 1434 Pa P' Po фo a n Lo L1 R1 R2 L2 L3 l1 l2 h фo G扇形顶板 G中心顶板 Pcr P0 (°) (25) 30 2000 1900 6555 8009 951 2317 337 2325 338 1605 24.71 Pa 1200 Pa
0.185 ##### 0.329 0.697 0.697 1.980 ##### 1.728 Pcr P0 1158 Pa 1683 Pa 1 3.872 2.20 3.90 5.60 7.744 13.697 个 m m m mm m m
←←←←←←←←←←设加强圈-----设加强圈-----设加强圈
17.4
m
罐壁计算
第I圈罐壁板的实际高度hi(m) 设计温度下罐壁材料的许用应力[σ ]t 常温下罐壁材料的许用应力 [σ] 储存介质时设计厚度 t1(mm) 试水时设计厚度 t2(mm) 罐壁材料负偏差 C1s(mm) 罐壁板最小名义厚度 ti(mm) 顶层罐壁板的名义厚度 顶层罐壁板的有效厚度 第I圈罐壁板的板宽度Wi(m) 第I圈罐顶板的当量高度Hei(m) h1 14.35 130 137 9.46 8.98 0.80 12 h2 ##### 130 137 8.55 7.95 0.80 10 h3 10.75 130 137 7.64 6.91 0.80 10 h4 8.95 130 137 6.74 5.87 0.80 h5 7.15 130 137 5.83 4.84 0.80 8 8 h6 5.35 130 137 4.72 3.60 0.60 6 h7 3.37 130 137 3.72 2.46 0.60 6 h8 1.57 130 137 2.82 1.42 0.60 6 h9 h10 h11 h12
常压立式储罐设计
设计温度
罐顶材质
（碳钢：1，不锈钢：2）
罐顶形式
（锥顶：1，拱顶：2）
罐顶起始角
罐顶计算厚度（不包括附加量）
罐顶计算厚度（不包括附加量,乘以SQRT（设计外载荷/2.2KPa)
罐顶所需最小厚度t
罐顶材料负偏差
罐顶计算厚度（包括附加量,乘以SQRT（设计外载荷/2.2KPa)
罐顶名义厚度
t
θ t1 t2 t C1r t最终计算厚度 tn
h9 h10
tmin tmin h9 h10 He9 He10
h11 h12
6 mm 3.90 mm h11 h12 He11 He12
罐壁筒体的临界压力
Pcr
筒体设计外压
P0
←←←←←←←←←←设加强圈-----设加强圈-----设加强圈
加强圈数量
n
第一道中间抗风圈，离罐体顶部的当量高度（m)
Hale Waihona Puke H1设计条件设计内压
P
设计外压
Po
储液比重
ρ
储罐内径
D
罐壁高度
H
腐蚀裕量
C2
基本风压
Wo
风压高度变化系数
fi
焊接接头系数（最底屈服强度 >390MPa, 底圈罐壁板取 0.85 ）
φ
拱顶半径
11.6 ≤ Rn ≤ 17.4
Rn
罐壁计算
1500 Pa 400 Pa
0.830 14.50 m 14.35 m 1.50 mm
1158 Pa 1683 Pa
1个 3.872 m 2.20 m 3.90 m 5.60 mm 7.744 m 13.697 m
7.50 mm 8 mm
立式常压储罐的设计研究
立式常压储罐的设计研究摘要：在石油化工工程中需要利用立式常压储罐进行物品的储存，因此其作为储存是由原料、半成品与成品的设备。
下面将详细分析立式常压储罐的设计。
其中包括了储罐的高度、溢流保护以及伴热盘管计算或设计等方面出发，并且总结出溢流保护系统中溢流管与破虹吸管的设置方法，保证其设计具有一定的科学性与合理性。
关键字:常压储罐；立式；设计研究；立式常压储罐根据结构特点可以将其分为固定顶罐、内浮顶罐以及外浮顶灌三种。
在进行设计的过程中需要充分考虑其高度、溢流保护以及伴热盘管等内容。
一旦在设计的过程中出现问题，将会导致储罐的安全性得不到有效保障，进而将会对当地的经济造成一定程度上的影响。
1.立式常压储罐设计中的高度储罐的容积主要的含义就是正常操作条件下可用的有效容积、罐底部需要满足泵净正吸入压头或者用于保护浮盘等需要保留在馆内液体的最小操作容积以及灌顶部用于液体的膨胀或者保护浮盘等所需容积之和。
所以在设计储罐的过程中高是影响着容积的关键因素。
储罐的高度测量方式就是从罐壁顶部与高高液位，高高液位与高液位、高液位与低液位，低液位与低低液位以及低低液位到罐底板之间的高度相加。
在泡沫产生器下缘一直到罐壁顶端的高度，在无泡沫器产生的过程中，其高为零。
但如果是浮顶罐，其高度为管壁顶管与设计的浮顶地面最高位置之间的距离[1]。
在相关规定中明确规定了罐壁顶部与高高液位之间的高在0.45m或者1.5倍的溢流口工程直径，可以选择两者之间存在的最大值。
如果是外浮顶罐，则罐壁顶部与高高液位之间距离需要大于等于0.8m，如果是内浮顶罐，在储罐直径大于等于十五米时，其罐壁顶部与高高液位之间距离也需要大于等于0.8m。
在储罐直径小于十五米时，则罐壁顶部与高高液位需要将数值控制在大于等于0.6。
而对于高高液位与高液位之间的距离，不管是固定顶罐还是浮顶罐都是规定其在十到十五分钟储罐最大进液量折算高度与包括泡沫混合液层厚度与液体膨胀高度的安全量之和，进过研究可以控制在0.3米左右。
立式储罐抗震设计计算
2.5.12 罐壁其它各圈壁厚抗震设计要求
2.6、液面晃动波高计算 序号 2.6.1 罐内液面晃动波高hv(m) 2.6.2 罐顶设计结构 2.6.3 浮顶影响系数ζ1 2.6.4 阻尼修正系数ξ2 2.6.5 罐顶缓冲高度校核
三、计算总结及优化设计建议
计算项目
0.000817 147000000 129705822.9
合格 合格
参见《钢结构》附表11 第4.1.5条 公式7.5.3-3 公式7.5.3-4 公式7.5.3-2
根据上述抗震验算所得的第一圈罐壁厚度大于根据静液压力计算所得的厚度(两 者均不包括腐蚀余量)时，其他各圈罐壁壁厚可在按静液压力计算所得厚度的基 础上，以同样的比例增大，否则上面各圈罐壁也应进行抗震计算，并验算各圈底 部的抗失稳能力。
公式7.3.1-1 公式7.3.3
计算值 27033108.52 0.178959178 18022072.35
1.00
公式7.4.1-1 公式7.4.1-2 第7.4.2条 表4.1.2
说明
计算值 69236.71238 28314.7992 1293058.917 0.41594686 1.37608616 7648666.895
合格 请设计锚固螺栓
公式7.5.1 公式7.5.2-1 公式7.5.2-2 A1=∏*D1*δ1 Z1=0.785*D12*δ1 公式7.5.4-1/2 公式7.5.3-2
说明
13.41 M36 24
第 3 页，共 4 页
2.5.9.4 锚固螺栓的有效截面积Abt(m2) 2.5.9.5 锚固螺栓许用拉应力[σbt](Pa)
GB50341储罐设计计算
1.设计基本参数：
设计规 范设：计压 力设：计温 度设：计风 压：
GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》
P
2000 Pa
-490 Pa
T
70 °C
ω0
500 Pa
设计雪压
Px
350 Pa
附加荷 载地：震烈 度罐：壁内 径罐：壁高 度充：液高 度液：体比 重罐：顶半 径焊：缝系 数腐：蚀裕 量钢：板负偏 差：
ths=0.42RsPower(Pw/2.2,0.5)+C2+
设计外载 荷
C1 Pw=Ph+Px+Pa
9.15 mm 4.98 KPa
注：按保守计算加上雪压值。
实际罐顶取用厚度为
th=
6
mm
本设计按加肋板结构
顶板及加强筋（含保温层）总质量 md=
53863 kg
罐顶固定载荷 4.2顶板计算
Pa
3429.03 N/m2
罐体总高
H'=H1+Hg
17.89 m
拱顶高度
Hg=Rs(1-COSθ)
1.89 m
7.2.2.空罐时，1.25倍试验压力产生的升举力之和：
N3=PtπD2/4
384845 N
罐体试验压力 7.2.3.储液 在最高液
7.3地脚螺栓计算：
Pt=1.25P N4=1.5PQπD2/4
2500.00 Pa 738841 N
μz—风压高度变化系数，
顶部抗风圈的实际截面模数 W=
∵ W>Wz故满足要求
0.690 KPa 0.500 KPa 1.00 1.00 1.38 500.00 cm3
玻璃钢HGT20696-1999设计计算
其中：
f： 每个螺栓的截面积，mm2
d— 螺栓的根径，mm 螺栓许用应力（Mpa）使用温度<100℃时取78
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，㎏
序号
第1段 第2段
总厚度 t(mm)
有效厚度δei（t× 90%)(mm)
各段高度hi（m)
各段当量高 度Hei(m)
30
27
1 0.3628874
20
18
2.5
2.5
δei δl——最薄层罐壁板的有效厚度，mm
第3段
25
第4段
20
22.5 18
3 1.7173002
3
3
小计：
9.5 7.5801876
Fk1 储罐的水平地震力，(N)
(4)储墩筒体、幼顶及附件
902766.5 9.5
190056.1
Cz：综合影响系数，对于常压立式储罐Cz=0.4
0.4
αmax：地震影响系数的最大值见右表，根据实测和 计算 ，一般立式储罐自振周期均小于0.2s
0.45
m：储罐总质量，(㎏)
107631.7
m1：贮罐内储液质量，(㎏)
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：
取值
δ： 圆筒的计算厚度（mm）
n： 安全系数
立式储罐课程设计说明书
立式贮罐设计前言玻璃钢罐分为立式、卧式机械缠绕玻璃钢储罐、运输罐、反应罐、各种化工设备，玻璃钢卧式罐、立式贮罐、运输罐、容器及大型系列容器、根据所用（贮存或运输)介质选用环氧呋喃树脂、改性或聚酯树脂、酚醛树脂为粘结剂,由高树脂含量的耐腐蚀内衬层、防渗层、纤维缠绕加强层及外表保护层组成。
玻璃钢具有耐压、耐腐蚀、抗老化、使用寿命长、重量轻、强度高、防渗、隔热、绝缘、无毒和表面光滑等特点。
机械缠绕玻璃钢容器可以通过改变树脂系统或采用不同的增强材料来调整产品的物理化学性能以适应不同介质和工作条件需要,通过结构层厚度、缠绕角和壁厚设计制不同压力，是纤维缠绕复合材料的显著特点。
由于有以上的特点，玻璃钢贮罐可广泛应用于石油、化工、纺织、印染、电力、运输、食品酿造、给排水、海水淡化、水利灌溉及国防工程等行业。
储存各种腐蚀性介质可以耐多种酸、碱、盐和有机溶剂，主要应用于石油、化工、制药、印染、酿造、给排水、运输等行业，适应于盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、双氧水、污水、次氯酸钠等多种产品的贮存、运输，也可作地下油槽、保温储槽、运输槽车等［1］。
本设计为容积180，贮存质量分数为的硫酸，使用温度为90℃的立式贮罐，设计中分别从造型、性能、结构、工艺、零部件、防渗漏、安装、检验等八个方面做了说明、计算和设计,整体介绍了立式贮罐的设计流程、方法及主要事项,最终设计出了满足设计要求的立式贮罐。
1．造型设计1.1设计要求立式玻璃设计，容积为140，贮存质量分数为的醋酸，使用温度为常温,拱形顶盖设计.1.2贮罐构造尺寸确定贮罐容积V140,取公称直径为D3800，则贮罐高度为 (式1。
1）初定贮罐结构尺寸为 D H1.3拱形顶盖尺寸设计与锥形顶盖相比，其结构简单、刚性好、承载能力强，是立式贮罐广为使用的一种形式.为取得罐顶和罐壁等强度，罐顶的曲率半径与贮罐直径差值不超过20%。
即（式1.2）式中——拱顶球面曲率半径，;——贮罐内径，,等于.取罐顶高为h，r为转角曲率半径，r小则h 小，一般取此时［1］。
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（㎜）
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1 储罐及其发展概况
油品和各种液体化学品的储存设备—储罐是石油化工装置和储运系统设施的重要组成部分。
由于大型储罐的容积大、使用寿命长。
热设计规范制造的费用低，还节约材料。
20世纪70年代以来，内浮顶储油罐和大型浮顶油罐发展较快。
第一个发展油罐内部覆盖层的施法国。
1955年美国也开始建造此种类型的储罐。
1962年美国德士古公司就开始使用带盖浮顶罐，并在纽瓦克建有世界上最大直径为187ft （61.6mm）的带盖浮顶罐。
至1972年美国已建造了600多个内浮顶罐。
1978年国内3000m3铝浮盘投入使用，通过测试蒸发损耗标定，收到显著效果。
近20年也相继出现各种形式和结构的内浮盘或覆盖物[1]。
世界技术先进的国家，都备有较齐全的储罐计算机专用程序，对储罐作静态分析和动态分析，同时对储罐的重要理论问题，如大型储罐T形焊缝部位的疲劳分析，大型储罐基础的静态和动态特性分析，抗震分析等，以试验分析为基础深入研究，通过试验取得大量数据，验证了理论的准确性，从而使研究具有使用价值。
近几十年来，发展了各种形式的储罐，尤其是在石油化工生产中大量采用大型的薄壁压力容器。
它易于制造，又便于在内部装设工艺附件，并便于工作介质在内部相互作用等。
故取2ζ=1.85-0.08W T =1.85-0.08×5.86=1.3；
m h V 22.43.1323.03.11=⨯⨯⨯=
3.3 罐壁结构
3.3.1 截面与连接形式
罐壁的纵截面由若干个壁板组成，其形状为从下至上逐级减薄的阶梯形，一般上壁板的厚度不超过下壁板的厚度，各壁板的厚度由计算可得，按标准规范，16MnDR 的最小厚度为6mm ，为由于该罐壁是不等壁厚度的且较厚，因此各板之间采用对接，这样可以减轻自重。
罐壁的下部通过内外角焊缝与罐底的边缘板相连，上部有一圈包边角钢，这样既可以增加焊缝的强度，还可以增加罐壁的刚性。
在液压作用下，罐壁中的纵向应力是占控制地位的。
即罐壁的流度实际上是罐壁的纵焊缝所决定的。
因而壁板的纵向焊接接头应采用全焊透的对接型。
为减少焊接影响和变形，相邻两壁板的纵向焊接接头宜向同一方向逐圈错开1/3板长，焊缝最小间距不小于1000mm 。
底圈壁板的纵向焊接接头与罐底边缘板对接焊缝接头之间的距离不得小于300mm 。
罐壁的环向焊接接头形式较多，主要为对接。
底层壁板与罐底边缘板之间的连接应采用两侧连续角焊。
在地震设防烈度不大于7度的地区建罐，底层壁板与边缘壁板之间的连接应采用如图的焊接形式，且角焊接头应圆滑过渡，而在地震小于7度的地区可取K 2=K 1[3] 。
图3.4底层壁板与边缘板的焊接
3.3.2 壁板宽度
壁板宽度越小，材料就越省。
但环向接头数就越多，增加安装工作量。
我国一般取壁板宽度不小于1600mm 。
根据GB709-2006选择B 类，板宽3000mm ，长度20m 。
m v h 22.4=
4 罐底设计
4.1 罐底的应力计算 中幅板的薄膜力
11
2
10)1(22Rt L M N μσβμβ-+= （4.1）
罐壁与边缘板之间的约束弯矩
3
10
11
10
11
02
14
13310)
(4017)1(211)1)1(22(4)(24011t l Rt Rt L l t M σμσββμσβββμ
ρσ+-+---++=
（4.2） 式中t —边缘板厚（mm ）；
1β—罐壁第一圈壁板特征系数，42
1
2
21)1(3σμβR -=；
μ—泊松比，0.3；
R —储罐半径，13.3m ；
1σ—储罐第一圈厚度，16.02mm ；
0t —中幅板的平均厚度，6mm ；
0L —底板上的液压高度，9.00m ； P —作用在罐底上的储液压力，P=0gL ρ ； ρ—储液密度，850Kg/m 3 ；
L —边缘板受弯宽度，50.00m ；
D —边缘板弯曲刚度)
1(1223
μ-=Et D ；
β—罐壁边缘板特征系数，42
22
)
1(3t
R μβ-=； Pa P 747900.98.9850=⨯⨯=∴ ；66.140)
3.01(12108101922
9
9=-⨯⨯⨯=-D ； 94.383.13)3.01(34222=⨯-=β ；78.202.163.13)3.01(342
22
1=⨯-=β； m
N M /1002.2)8
02.16(405017006
.03.131002.1678.22178.21]1006
.03.13)
7.01002.16(78.229
78.22[78.243.05074970)802.16(24011733
-3
-24330⨯=⨯+⨯⨯+
⨯--⨯⨯⨯+
⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=
N N 8
3
3271033.51083.137
.01002.1678.2293.078.21002.22⨯=⨯⨯⨯⨯⨯
⨯⨯+⨯⨯⨯=--
Pa P 5
2
721041.1)50
1002.2274970(512⨯=⨯⨯-⨯= 边缘板上表面的径向应力分布为 26t t N x
x μσ-=
（4.3）边缘板上表面的环向应力分布为 26t
M t N x
y μσ-=
（4.4） 式中x μ-边缘板受弯区域内任一点的弯矩 如图4.3所示的力的平衡关系
图4.3 力的平衡关系图
pa
p 74790=66
.140=D
78
.294
.3==ββ
7
01002.2⨯=M
N
N 81033.5⨯=
5
210
41.1⨯=P
参考文献
[1]徐英,杨一凡,朱萍等.球罐和大型储罐.第一版.化学工业出版社，
2004.11:158-303
[2]刘湘秋.常用压力手册.机械工业出版社，2004.11：19-80
[3]吴粤淼.压力容器安全技术手册.机械工业出版社，1989.6:32-90
[4]中国机械工程学会焊接会.焊接手册焊接结构第三卷.机械工业出版社，
2001.8:369-894
目录
1产品介绍 (1)
2 结构计算 (2)
2.1筒体长度计算 (3)
2.2容器壁厚计算 (3)
2.3封头厚度 (3)
3 焊接结构制造工艺 (7)
3.1结构材料预处理 (8)
3.2放样下料 (8)
3.3成形弯曲加工............................................................................................ ..9 3.4 坡口加工. (9)
4 装配与焊接 (13)
4.1部件焊接 (13)
5 焊后热处理 (16)
6 焊件质量检查 (18)
6.1焊接接头的无损检测 (18)
6.2致密性检验 (18)
6.3产品焊接试板的力学性能检验 (18)
7 焊接结构的涂装和发运 (18)
8参考文献 (19)。