储存设备设计

1、过程设备设计5.储运设备课件制作：尹华杰定义、应用范围l定义主要用于储存或盛装及运输气体、液体、液化气体等介质的设备。又称储罐。l应用范围化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业。如氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。储罐的主要结构形式l卧式储罐储罐的主要结构形式储罐的主要结构形式储罐的主要结构形式l立式储罐储罐的主要结构形式储罐的主要结构形式储罐的主要结构形式储罐的主要结构形式储罐的主要结构形式l球形储罐储罐的主要结构形式储罐的主要结构形式储罐的主要结构形式储罐的主要结构形式5.1概述l储运设备设计要考虑的两类问题工艺性要求：主要影响储罐的结构形式场地条件：主要影响储罐的强

2、度、刚度和稳定性计算工艺性要求容量大小钢材品种及耗量施工条件设置位置介质性质工艺性要求返回场地条件介质性质l介质性质是选择储罐形式和储存系统的一个重要因素l介质的重要性质有：介质重要性质可燃性饱和蒸汽压密度腐蚀性毒性化学反应活性温度返回工艺性要求场地条件场地条件环境温度风载荷、地震载荷、雪载荷地基条件5.1 概述l5.2卧式储罐l5.2.1基本结构基本结构地面卧式储罐地下卧式储罐l地面卧式储罐最基本组成部件l圆筒l封头l卧式支座：鞍式、圈式l人孔、接管l安全阀、压力表、液位计、温度计l地面卧式储罐设计依据的主要标准l钢制卧式容器JB4731l鞍式支座JB/T4712l椭圆形封头JB/T4737

3、 或旋压封头JB/T4729l容器人孔和手孔HG2151421536 或 人孔和手孔JB579592l补强圈HG21506 或补强圈JB/T4736l地面卧式储罐卧式容器的设计步骤l初定壳体壁厚（根据内压或外压容器的设计方法）l确定支座安装位置l计算支座反力和支座包角的影响l考虑各种附加载荷，校核筒体在全部载荷下的周向、轴向以及剪切强度和稳定性，确定壳体的实际壁厚l确定支座各部尺寸（或选用校核）l地面卧式储罐卧式储罐鞍式支座设计要点l支座数量的确定l支座安装位置l鞍座包角的选取l鞍座标准选用l 地面卧式储罐圈座l圈座结构l圈座的优缺点 优点：对筒体有较好的加强作用，防止筒体在支座部分产生较大变

4、形 缺点：加工费用高l地面卧式储罐圈座l采用圈座的场合 因自身重量而可能造成严重挠曲的薄壁容器 多于两个支座的长容器 除常温常压下操作的容器外，至少应有一个圈座是滑动支承结构l双圈座卧式储罐的设计同鞍式支座的卧式储罐l地下卧式储罐采用地下安装卧式储罐的目的l减少占地面积l减少安全防火间距l对液化气储罐埋地安装可避开环境温度对它的影响，维持地下卧式液化气储罐压力不变l地下卧式储罐卧式储罐地下安装的两种方法l安装在地下构筑空间，这种安装与地面卧式储罐相同l卧式储罐安放在地下设置的支座上，储罐外壳涂上沥青防锈层或其它的防腐蚀层。必要时再附加电化学保护（牺牲阳极保护或外加电流），最后采取地下埋设方法，

5、并达到预期的埋土深度。l地下卧式储罐地面与地下卧式储罐的结构异同l相同点：主要组成部分均有筒体、封头、支座、工艺接管、仪表管和安全泄放装置等l不同点：安装在地下室中的结构与地面相同外，土埋方法的储罐外壳涂有防腐层，必要时有电化学保护。接管或接口为了适应埋地状况的安装、检修和维护，一般采用集中安放在一个或几个人孔盖板上，并加保护罩体，保护罩体一般在地面以上5.2.2设计计算l计算模型由于筒体卧式放置在鞍座上，并且要安装相应的工艺接管，破坏了轴对称性，不能采用回转薄壳的无力矩理论求解。并且支座与筒体的接触面较大，支座也是变形体，支座与筒体的变形相互影响，属弹性理论的接触问题。这样按弹性力学的一般情

6、况板壳理论和接触问题求解十分复杂和困难。1951年Zick提出了近似分析方法，目前仍为多数国家卧式储罐设计标准采用。 Zick的近似分析方法，将双鞍座支承的卧式储罐简化成承受均布载荷两支点的外伸梁进行近似分析。并在理论分析的基础上，结合试验给出卧式储罐壳体应力的计算方法。pyqALHAFFHq32Hq32H83qHq32Hq32MMqHq32Hq32MM5.2.2设计计算l假设条件将双鞍座支承的卧式容器简化为承受均布载荷两支点的外伸梁进行近似分析，但与纯属受均布载荷的梁不同：l除均布载荷外，在封头还应考虑液体静压所引起的水平力矩，且封头部分的质量视为作用在其重心（重心位置距封头切线的距离约为3

7、H/8）的集中力考虑l由于纵向弯矩引起的应力还应与其它载荷（主要是设计压力）引起的应力相叠加l圆筒中的各项应力不仅与鞍座位置有关，而且随鞍座包角的大小而变化5.2.2设计计算l假设条件当鞍座靠近封头时，则封头对圆筒可起加强作用两个鞍座的位置是以容器的纵向中心对称的由于卧式储罐的受力分析是按均布载荷的梁进行分析的，需将容器的重量折算为作用于容器上的均布载荷对于凸形封头（椭圆形、碟形、半球形等），根据容积相等的原则，得出封头的容积近似等于直径相同，长为2H/3的圆筒容积，故两端凸形封头的当量长度为4H/3，其外伸梁的折算长度为L+ 4H/3。5.2.2设计计算l载荷分析卧式储罐的载荷分析l长期载荷

8、 压力 内压或外压 储罐重量 圆筒、封头及附件等的重量 物料重量 正常操作时的物料重量，水压试验时的充水重量l短期载荷 雪载荷 风载荷 地震载荷 冲击载荷5.2.2设计计算l 载荷分析支座反力和均布载荷l支座反力F由上面分析的各种载荷叠加得到的总载荷最大值的1/2为支座的反力Fl均布载荷 计算均布载荷的当量长度：L=L+4H/3 均布载荷： 近似均布载荷若储罐内介质的密度为，且略去储罐自重，可近似为：HLFLFq3422gRqi25.2.2设计计算l载荷分析内力分析l圆筒轴向弯矩 液体水平静压力施加在封头上产生的弯矩M0 作用在筒体直边段端部的弯矩M224iRHqMqMi4R205.2.2设计

9、计算l载荷分析内力分析l圆筒轴向弯矩 在鞍座处圆筒截面上的轴向弯矩M2时，上受拉、下受压式中，0,2,3411)2(32)(422232232222MLRHRCLHCCARCLACFAAqAHqAHRqMiiiiqHq32Hq32MM5.2.2设计计算l载荷分析内力分析l圆筒轴向弯矩 圆筒支座跨中截面处的弯矩M1，下部圆筒受拉压时，表示上半部圆筒受,3414)()(1式中，)(422232412211221oMLHLHLRCALCFLLqALFLHqHRqMiiqHq32Hq32MM5.2.2设计计算l载荷分析内力分析l剪力最大剪力在支座截面处，求该处的剪力 当支座离封头切线距离A0.5Ri时

10、，应计及外伸圆筒和封头两部分重量的影响，在支座截面上的剪力为：HLALFHAqFV34232qHq32Hq32MM5.2.2设计计算l载荷分析内力分析l剪力 当支座离封头切线距离A0.5Ri时，可忽略外伸圆筒和封头重量的影响，在支座截面上的剪力为： V=FqHq32Hq32MM5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核圆筒的轴向应力圆筒上的轴向应力由两部分组成：一部分由轴向弯曲力矩引起的轴向应力；另一部分由设计压力引起的轴向薄膜应力。l轴向弯曲应力 Zick的试验结论 跨中处圆筒截面的轴向弯曲应力 支座截面处圆筒截面的轴向弯曲应力5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核圆筒的轴向应力l由设计

11、压力引起的轴向应力上式在内压操作时应力为正值，外压或真空操作时为负值eippR25.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核圆筒轴向强度校核l在鞍座处截面上的合成应力（存在“扁塌”时在3点或不存在“扁塌”时在3点、4点）31234eieipRKMpR2123332或eieipRKMpR2224425.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核圆筒轴向强度校核l在跨中截面上的合成应力（1点、2点）31234eieipRMpR21112eieipRMpR212225.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核圆筒轴向强度校核l强度条件以上计算的各合成应力当为拉伸应力时，应t；当为压缩应力时应t和cr。l强度

12、校核应考虑的工况 操作工况 试验工况 充水工况5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的切向剪应力及封头的附加拉伸应力因支座处的剪应力最大，作为设计计算，只考虑此处的剪应力即可。根据支座截面处圆筒的不同加强方式，又可分为三种情况。l 第一种是支座截面处设置有加强圈的圆筒；l 第二种是支座截面处无加强圈且A0.5Ri的圆筒；l 第三种情况是被封头加强的圆筒。5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的切向剪应力及封头的附加拉伸应力l单位弧长切向剪力sinitRVV Vt5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的切向剪应力及封头的附加拉伸应力l在支座截

13、面处设置加强圈的圆筒，圆环形截面的剪应力HLALRFKHLALRFKRVKRVVeieieieiet342319.0,2,sin342sin1max333时5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的切向剪应力及封头的附加拉伸应力l在支座截面处无加强圈且A0.5Ri的圆筒当支座处圆筒无加强圈，又得不到封头的加强作用，支座上部圆筒由于载荷的作用产生变形，不能承受剪力的作用，从而使承受切向剪力的有效截面减小。根据Zick研究结论认为：切向剪力仅由一个包角为 的圆弧截面积称为“有效截面”承担，且最大切向剪应力出现在鞍座边角A点处，剪应力仍正比于sin2022d/20 xx/2A5.2.

14、2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的切向剪应力及封头的附加拉伸应力l在支座截面处无加强圈且A0.5Ri的圆筒设无加强圈且A0.5Ri时，圆筒上的切向剪应力是有加强圈时圆筒上的切向剪应力的C倍，即n=C。在“有效截面”内微内力ndA在竖向的合力等于支座截面上的剪力，即：cossinsin2sinsin22VCdCVdRRVCVieeid/20 xx/2A5.2.2设计计算cossinsincossinsin:cossinsincossin33maxKRVKRVRVCCeieiein时取得最大值5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的切向剪应力及封头的附加拉伸应力l

15、被封头加强的圆筒Zick提出支座（这里指左支座）左侧面上，0范围内剪力指向下方，切向应力分布规律与有加强圈的圆筒相同；在范围内，剪力朝上，切向剪应力是有加强圈时圆筒上剪应力的C倍。达到静力平衡，左侧截面上朝下的力必须与朝上的力相等。/20 xx/2A5.2.2设计计算cossincossinsincossincossinsin,0;,cossincossinsinsincossincossincossin2sin21sin2cossin2sin21sin2sinsin2sinsin233max20020KRFKRFRFRFCCdddRRFCdRRFeieieieiieeiieei剪应力为零时剪

16、应力最大时/20 xx/2A5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的切向剪应力及封头的附加拉伸应力l封头中的附加拉伸应力（A0.5Ri，封头对圆筒起加强作用时）当圆筒被封头加强时，封头中的剪应力按上图分布，此时封头中由微内力dA组成的内力系在水平方向会对封头产生附加拉抻应力作用，作用范围为沿封头的整个高度。显然，附加拉伸应力值与凸形封头的型式有关，在计算封头中的附加拉伸应力时作如下简化。/20 xx/2A5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的切向剪应力及封头的附加拉伸应力 封头中附加应力计算时的假定 设封头为平封头，其受载面积为2Rihe（he为封头的有效

17、厚度） 凸形封头中的附加拉伸应力为按平封头计算值的1.5倍 作用于封头的附加水平力为：5.2.2设计计算cossinsin8325.1cossinsin2cossinsin2coscossincossinsincossin244220KRFKRFFdRRFdRRFheiheihieeiieei封头的附加拉伸应力为5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的切向剪应力及封头的附加拉伸应力l圆筒和封头中的切向剪切强度条件t=0.8tl封头上的附加拉伸应力和由内压引起的拉伸应力（h）相叠加后的强度条件 h+ h 1.25t当封头承受外压时不必计算内压引起的拉伸应力h5.2.2设计计算l

18、圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的周向应力l支座截面处圆筒的周向压缩力 未用任何形式加强圆筒的周向压缩力TZick假设，鞍座和圆筒之间无磨擦，支座作用于圆筒的反力指向圆筒中心，即圆筒仅在接合面的局部地区承受一非均匀布的“外压”，在圆筒上产生周向压缩应力。在角处的周向压缩应力沿壳体厚度的合力T对圆筒中心o的矩应与从 间剪应力对圆筒中心o的矩。即：/20 x/2o切向剪力径向力TmaxTdRTRdRTRieniieni5.2.2设计计算/20 x/2o切向剪力径向力TmaxTcossincos1cossincos1:,cossin)coscos(cossinsincossinsin55maxK

19、FKFTVFVdVTRVein得近似代替用时取得最大值5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的周向应力l支座截面处圆筒的周向压缩力 被封头加强圆筒的周向压缩力因圆筒受到封头加强，圆筒能保持圆形，在支座截面处其情况类似用加强圈加强的圆筒，在该截面上圆筒中的周向压缩力计算与用加强圈加强的圆筒采用相同的方法。5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的周向应力l支座截面处圆筒的周向压缩力 用加强圈加强圆筒的周向压缩力这种情况推导过程较复杂，直接给出结论，式中的KA、Kt、K7在下面给出788max1cos1KKKKFKTtA5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支

20、座截面处圆筒的周向应力l支座截面处圆筒的周向压缩应力 圆筒承受周向压缩应力的“有效长度”b为鞍座宽度，见书图5-21（P215） 周向压缩应力eiRbb56. 12eeieTRbTbT56. 125.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的周向应力l支座截面处圆筒的周向压缩应力 圆筒横截面最低点的周向压缩应力 鞍座角边处的周向压缩应力理论上应在T的计算式中取角度为鞍座角边处的值，但按Zick试验，对于无加强圈的圆筒，取周向压缩力为F/4eeiRbFK56. 155eeiRbF56. 14615.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的周向应力l支座截面处圆筒的周向弯

21、矩支座截面处圆筒的周向弯矩是由该截面上的切向剪应力引起的，然而只有支座处圆筒被加强时，才能得出周向弯矩的解析解。当支座截面处的圆筒无加强圈，且A0.5Ri，即圆筒不受任何形式的加强，以及当A8Rm时，取4Rm；当L8Rm时，取L/2。12L6L21W时R8L3R26lW时R8L2e2em2em2em5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的周向应力l支座截面处圆筒的周向弯曲应力 有加强圈加强的圆筒的周向弯曲应力276276128238eimemLFRKRLFKRL时时5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核支座截面处圆筒的周向应力l支座截面处圆筒的周向弯曲应力 无加强圈加强的

22、圆筒的周向弯曲应力266266128238eimemLFRKRLFKRL时时5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核周向弯曲应力和周向压缩应力的强度校核l支座截面上圆筒最低处l支座截面上鞍座边角处（无加强圈加强时） teeiRbFK 56. 155 teieeiiteeeiiLFRKRbFRLFKRbFRL 25. 11256. 14825. 12356. 148266266 5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核周向弯曲应力和周向压缩应力的强度校核l关于强度校核计算时，e值的确定的说明 鞍座板起加强作用的条件当圆筒上鞍座板的宽度不小于b2，且鞍座板的包角达到（+12）时，可认为鞍座板起

23、加强作用，并与圆筒一起承受压缩应力及周向弯曲应力。以上两个条件均不满足，则认为鞍座板不起加强板的作用，即仅由圆筒承受周向压缩应力和周向弯曲应力 鞍座板起加强作用时e值的确定在强度校核式中用（ 1 + e ）代替e ；用（ 1 2+ e 2）代替e 2。 1为满足加强板设置条件的鞍座板厚度5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核圆筒上设置加强圈时圆筒和加强圈上的强度校核卧式储罐支座因结构原因不能设置在靠近封头处（A0.5Ri），且圆筒不足以承受周向弯矩时，需在支座截面处圆筒上设置加强圈。鞍座截面处的圆筒上和靠近鞍座截面处的圆筒上设置加强圈时，其受力分析与前述的周向弯曲应力分析方法相似5.2.2

24、设计计算l圆筒应力计算和强度校核圆筒上设置加强圈时圆筒和加强圈上的强度校核l加强圈设置的型式 内加强圈 外加强圈Ab3edb1xx xeAb3b1x xeb3edb1x5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核圆筒上设置加强圈时圆筒和加强圈上的强度校核l鞍座截面处设置加强圈时鞍座边角处圆筒周向应力的强度校核Ab3edb1xx xe 轴的惯性矩轴的惯性矩图中的阴影截面对图中的阴影截面对轴的惯性矩轴的惯性矩壁的组合截面积对中性壁的组合截面积对中性加强圈与有效宽度内筒加强圈与有效宽度内筒图中的阴影面积图中的阴影面积壁的组合截面积壁的组合截面积加强圈与有效宽度内筒加强圈与有效宽度内筒xxIAAFKIe

25、FRKti ,25. 10080770 5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核圆筒上设置加强圈时圆筒和加强圈上的强度校核l鞍座截面处设置加强圈时鞍座边角处加强圈的内缘或外缘表面周向应力的强度校核Ab3edb1xx xe tiAFKIdFRK 25. 108078 5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核圆筒上设置加强圈时圆筒和加强圈上的强度校核l靠近鞍座截面处鞍座截面处设置加强圈时鞍座边角处圆筒周向应力的强度校核 量量每个支座处加强圈的数每个支座处加强圈的数轴的惯性矩轴的惯性矩图中的阴影截面对图中的阴影截面对轴的惯性矩轴的惯性矩壁的组合截面积对中性壁的组合截面积对中性加强圈与有效宽度内筒

26、加强圈与有效宽度内筒图中的阴影面积图中的阴影面积壁的组合截面积壁的组合截面积加强圈与有效宽度内筒加强圈与有效宽度内筒 nxxIAnAFKnIeFRKti,25. 10080770 Ab3b1x xeb3edb1x5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核圆筒上设置加强圈时圆筒和加强圈上的强度校核l靠近鞍座截面处设置加强圈时鞍座边角处加强圈的内缘或外缘表面周向应力的强度校核 tinAFKnIdFRK 25. 108078 Ab3b1x xeb3edb1x5.2.2设计计算l圆筒应力计算和强度校核圆筒上设置加强圈时圆筒和加强圈上的强度校核l靠近鞍座截面处设置加强圈时鞍座处圆筒截面最低点的周向应力的

27、强度校核Ab3b1x xeb3edb1x teeiRbFK 56. 1555.2.2设计计算l鞍座强度校核鞍座包角一般为120150。增大鞍座包角可使圆筒中的应力降低，但鞍座重量将显著增加，同时增加了鞍座承受的水平推力；而鞍座包角过小时卧式储罐的稳定性较差。一般规定钢制鞍座的宽度b可取大于或等于8 ，初步决定鞍座宽度b值后，必须通过上述一系列校核后，最终确定b值。如难以满足周向应力的校核条件，可增加鞍座托板宽度到不小于 ，以降低圆筒上的周向应力水平。对鞍座而言，圆筒对其施加径向载荷，此径向力的水平分量即为鞍座所承受的水平推力。径向力的作用下，鞍座托板内纵向截面内产生周向拉力。径向力可通过求出鞍

28、座托板内的周向拉力求得iReiRbb56. 12/20 x/2o切向剪力径向力FT5.2.2设计计算l鞍座强度校核鞍座托板内的周向拉力这里鞍座托板内的周向拉力和前面圆筒内的周向压缩力的求解方法相同，只把那里的角换成角就可以了。鞍座上的径向反力准确地求得鞍座上的径向反力必须用数值方法。这里采用近似方法，利用薄壁圆筒的周向应力与介质压力的关系式cossin)coscos(cossinsinFdFTcossincoscosiiiiRFRTqRqTRq/20 x/2o切向剪力径向力FT5.2.2设计计算l鞍座强度校核鞍座上的水平推力cossinsin21cos1cossinsin21cos1sin29

29、92KFKFdqF/20 x/2o切向剪力径向力FT5.2.2设计计算l 鞍座强度校核鞍座上的强度校核上面的推导是对圆筒未被加强时得到的，Zick认为，对于圆筒被封头加强以及加强圈加强时，用同样的K9值计算鞍座上的水平推力，其结果是安全的。 Zick指出，仅在圆筒最低部位以下Ri/3范围内的鞍座腹板承受此水平推力，考虑到此时未计及圆筒上的周向弯矩影响，推荐采用较低的许用应力，其值取正常许用应力的2/3，强度条件为式中b0-钢制鞍座的腹板厚度或混凝土制鞍座的宽度 鞍座的实际高度小于Ri/3时，用实际高度计算鞍座有效截面的平均应力9 tibRFK3231099/20 x/2o切向剪力径向力FT5.

30、3球形储罐l球形储罐的分类按形状分：圆球形和椭球形；按壳体构造方式：单层球壳和多层球壳；按球壳的组合方式：桔瓣式、足球瓣式、混合式；按支承方式：支柱式支承、筒形或锥形裙式支承。5.3球形储罐纯桔瓣式罐体5.3球形储罐足球瓣式罐体5.3球形储罐混合式罐体5.3球形储罐支柱式支承桔瓣式支柱式支承桔瓣式圆筒形裙座支承5.3球形储罐l球罐的组成罐体（包括上下极板、上下温带板和赤道板）、支柱或裙座、拉杆、操作平台、盘梯、各种附件（人孔、接管、液面计、压力计、温度计、安全泄放装置等）、保温层、防火水幕喷淋管等附属设施5.3球形储罐l 罐体常用三种罐体的比较罐体名称纯桔瓣式足球瓣式混合式结构特点球壳全部按桔

31、瓣瓣片的形状分割再组合取尺寸相同或相似的四边形或六边形球瓣组焊赤道带和温带采用桔瓣时，极板采用足球瓣式优点球壳拼装焊缝规则，施焊容易；接头受力均匀，质量可靠球瓣尺寸相同，下料成形规格化，材料利用率高，互换性好，组装焊缝较短，焊接及检验工作量小板材利用率高，焊缝长度较短，球壳板数量减少，应力分布均匀缺点球瓣尺寸大小不一，只能在本带内或上、下对称的带之间互换；下料及成型较复杂，板材利用率低，球极板尺寸较小，焊缝不易错开焊缝布置复杂，施工组装困难，对球壳板的制造精度要求高应用适用于各种容量的球罐，为世界各国普遍采用的球罐国内不常用国外广泛采用，用于大形球罐5.3球形储罐l支座分类l柱式（赤道正切柱式

32、用的最多） 赤道正切柱式支座结构特点多根圆柱状支柱在球壳赤道带等距离布置，支柱中心线与球壳相切或相隔而焊接起来。支柱之间设连接拉杆 优点受力均匀，弹性好，能承受热膨胀的变形，安装方便，施工简单，容易调整 缺点球罐重心高，相对而言稳定性差5.3球形储罐l支座分类l裙式支座只在小型球罐中有使用。稳定性好支柱的结构l支柱的主要组成：支柱、底板、端板。l 分类：单段式和双段式 单段式由一根圆管或卷制圆筒组成，主要用于常温球罐。 双段式结构复杂，常用于低温球罐。5.3球形储罐l支座支柱结构图5.3球形储罐l支座支柱与球壳的连接l直接连接：适用于大型球罐。l加托板的结构型式：可解决由于连接部下端夹角小，间

33、隙狭窄难以施焊的问题。l U型柱结构：适合低温球罐对材料的要求。l 翻边结构形式：不但解决了连接部位下端施焊的困难，而且确保了焊接质量。5.3球形储罐l 支柱与球壳连接结构图l 支柱与球壳连接端部结构平板式易造成高应力状态半球式椭圆式半球式和椭圆式属弹性结构，不易造成高应力状态，抗拉断能力强直接连接U形柱结构加托板结构支柱翻边结构5.3球形储罐l支座拉杆l作用承受风载荷和地震载荷，增加球罐的稳定性l分类 可调式包括：单层交叉可调式、双层交叉可调式、相隔一柱单层交叉可调式优点：随时可以调节，能获得更好的稳定性 固定式优点：制作简单，施工方便5.3球形储罐5.3球形储罐5.3球形储罐l人孔和接管人

34、孔球罐的人孔应开设两个，分别设置在上下极板上，一般设在上下极板的中心。球罐的人孔直径以DN500为宜。人孔结构在球罐上最好采用带整体锻件凸缘补强的回转盖或水平吊盖型式，在有压力情况下人孔法兰一般采用带颈对焊法兰，密封面大都采用凹凸面形式接管接管与球壳连接处是强度的薄弱环节，一般采用厚壁管与整体锻件凸缘等补强措施以提高其强度。设计时采取的措施：接管与壳体的材质相容；尽量布置在上下极板上；球罐上的所有接管均需设置加强筋，小接管群可采用联合加强；球罐接管法兰应采用凹凸面法兰5.3球形储罐l附件操作、安装和检查、温度控制附件：梯子、平台、水喷淋装置、绝热设施；安全附件：液面计、压力表、温度计、安全阀或

35、爆破膜、联锁装置l球壳设计标准钢制球形储罐GB12337、钢制球形储罐型式与基本参数GB/T17261地面卧式储罐人孔鞍式支座进料接管放料接管封头筒体地面卧式储罐安全阀快开门地面卧式储罐安全阀排放管避雷针液位计围堰护栏扶梯地面卧式储罐地面卧式储罐压力表安全阀地下卧式储罐返回地下卧式储罐可燃性l可燃性的等级和分类对流体按石油化工企业设计防火规定GB50160对固体按建筑设计防火规范GB50016返回介质重要性质饱和蒸汽压l 饱和蒸汽压是指在一定温度下的密闭容器中，当达到气液两相平衡时气液分界面上的蒸汽压，它随温度而变化，但与容积的大小无关。对于液化石油气和液化天然气之类，都不是纯净物，而是一种混

36、合物，此时的饱和蒸汽压与混合比例有关，可根据道尔顿和拉乌尔定律进行计算。当储存的介质为具有高粘度或高冰点的液体时，为保持流动性，就需要对储存设备进行加热或保温，使其保持便于输送的状态。返回介质重要性质温度l 介质温度影响介质的物理化学性质温度不同，介质的饱和蒸汽压不同温度升高，介质的粘度减小温度对密度有影响：对气体介质影响大，对液体介质影响小，对固体介质影响更小液化气体的体积随温度上升而膨胀，温度下降而收缩返回介质重要性质密度l储存液体的密度直接影响载荷的分析与罐体应力的大小返回介质重要性质腐蚀性l介质的腐蚀性是储存设备材料选择的首要依据，它将直接影响制造工艺与设备造价返回介质重要性质毒性l介

37、质的毒性程度直接影响设备制造与管理的等级（容器类别的划分）和安全附件的配置返回介质重要性质容量大小l决定储罐的几何尺寸当储罐装满液态液化气时，如果温度升高，罐内压力会升高。压力变化程度与液化气体的膨胀系数和温度变化量成正比，而与压缩系数成反比。在储存设备使用时，必须严格控制储罐的充装量。充装量：指装量系数与储罐实际容积和设计温度下介质的饱和液体密度的乘积。固定式压力容器安全技术监察规程明确规定装量系数0.95，一般取0.9。返回工艺性要求设置位置l设置位置影响储罐的结构形式立式或卧式支承形式l鞍式或圈式l腿式、支承式、耳式l裙座工艺性要求钢材品种及耗量l钢材品种影响储罐的制造安装方法l钢材品种

38、不同机械性能不同，适用范围不同，必须根据介质的性质和钢材的性质，以及场地条件，正确选材l钢材耗量决定于储罐的结构形式、钢材的品种、加工方式返回工艺性要求施工条件l施工环境条件l制造安装条件l道路运输条件l政治、经济、社会条件l人员素质、管理体制等返回工艺性要求环境温度l 环境温度影响饱和蒸汽压、热损失，常与工艺温度条件一起决定设备是否采取保温措施l 当储罐的金属温度受大气环境温度影响时，其最低设计温度可按该地区气象资料，取气象局实测的10年逐月平均最低气温的最小值。l 月平均最低气温是指当月各天的最低气温相加后除以当月天数。l 随着液化气体的温度下降，罐内压力将大幅下降，此时罐体的应力水平有较

39、大的降低。为此，在确定储罐设计温度时，可按有关规定进行低温低应力分析。l 当储罐内因温度降低而使内压低于大气压时，还应进行罐体的稳定性校核，以免发生失稳失效。风载荷、地震载荷、雪载荷l当储存设备安装在室外时，必须考虑风载荷、地震载荷和雪载荷l风载荷、地震载荷均引起储存设备的振动，要校核自振频率和弯曲应力，以及竖直压力l雪载荷属静载荷返回施工条件地基条件l地基条件影响储存设备的振动频率l地基条件与基础设计密切相关返回施工条件人孔人孔人孔人孔返回地面卧式储罐储罐鞍式支座(滑动式S)鞍式支座(固定式F)圈座安全阀支座数量的确定l一般采用双支座采用多鞍座难于保证各鞍座均匀受力，由于不均匀受力，承受较大

40、力的鞍座处地基下沉，该鞍座处承受的力更大，造成壳体失效。双支座可有效保证两支座均匀受力。l双支座一个为固定式（代号为F），另一个为活动式（代号为S）固定式的地脚螺栓孔为圆孔，活动式的地脚螺栓孔为长圆孔。其它结构相同。目的是防止卧式储罐因操作温度与安装温度不同引起热膨胀以及由于圆筒及物料重量使圆筒弯曲等原因对卧式储罐引起附加应力。支座安装位置切线切线HHLAAbbRiJB4731规定：A0.2L，最大不得大于0.25L， A0.5Rm。（Rm=Ri+n/2）支座安装位置理论依据l 假设双鞍座卧式储罐为受均匀分布载荷的外伸简支梁根据材料力学理论，梁长为L的外伸简支梁，外伸长度A=0.207L时，双

41、支座处的弯矩和跨中截面的弯矩绝对值相等。这三处的弯矩是最大值，属等强度设计。l 实际卧式储罐的支承不是简支、壳体是薄壁、封头是曲面结构支承处的应力分布较复杂，准确求解困难。JB4731规定取A0.2L，并且这里的L是圆筒与椭圆相切处之间的距离。l 若支座靠近封头，封头的刚度大于筒体，封头有加强作用。为了充分利用这一特点，最好使A 0.5Rm鞍座包角的选取l包角大对鞍座的水平推力大，对壳体的法向分布面力小，对壳体有利。l包角小时鞍座重量轻，储罐支座系统的重心高，储罐的稳定性下降，鞍座处圆筒上的应力较大。l常用包角有：120、135、150。lJB/T4712规定的鞍座包角为120 和150 两种

42、鞍座标准选用l 鞍座标准：鞍式支座JB/T4712l 鞍座标准的设计条件：设计温度200，地震设防烈度8度（类场地土），材料为Q235AF，可改用其它材料l 鞍座允许载荷：查标准中的允许载荷，当鞍座高度增加时，要根据标准提供的曲线图降低允许载荷l 鞍座型式的选取：按鞍座实际承载的大小确定选用轻型或重型鞍座。按容器圆筒强度的需要确定选用包角为120或150包角的鞍座鞍座标准选用l 鞍座垫板的选用：公称直径900mm的容器，鞍座分为带垫板和不带垫板两种结构形式，当符合下列条件之一时，必须设置垫板： 容器圆筒有效厚度3mm时； 容器圆筒鞍座处的周向应力大于规定值时； 容器圆筒与鞍座间温差大于200时

43、； 当容器圆筒材料与鞍座材料不具有相同或相近化学成分和性能指标时。l 基础垫板的选用：当容器基础为钢筋混凝土时，滑动鞍座底板下面必须安装基础垫板，基础垫板必须保持平整光滑，垫板尺寸参见标准JB/T4712鞍座标准选用l 当容器操作壁温与安装环境温度有较大差异时，应根据容器圆筒金属温度、两鞍座间距，按标准JB/T4712附录A查取活动鞍座长圆孔长度返回设计要点dyyyxpyRisin1cos,sin,cosiiyiiigRgyRpdRdyRyRxqgRdgRxdyypMiiiRRyii4R4sin1cossin222422240返回作用在筒体直边段端部的弯矩M M可分解成两部分。一是液体水平静压力施加在封头上产生的弯矩M0；另一是封头质量引起的偏心载荷，对筒体直边段部位产生的弯矩M2202448332iRHqMMMqHHHqM返回l Zick对卧式储罐进行了大量的试验和调查研究，对实验与调查的结果总结得出结论：除支座附近截面处，其它各处圆筒在承受轴向弯矩时，仍可看成抗弯截面模量为 的空心圆截面梁，而并不承受周向弯矩的作用。如果圆筒上不设置加强圈，且支座的设置位置A0.5Ri时，由于支座处截面受剪力作用而发生周向弯矩，在周向弯矩的作用下，导致支座处圆筒的上半部发生变形，产生所谓“扁塌”现象。 “扁塌”现