立方米浮顶油罐设计tianzhen

1、目录1 文献综述11.1 油罐开展历史11.2 油罐开展趋势11.3 油罐种类11.3.1 金属油罐21.3.2 非金属油罐21.3.3 地下油罐21.3.4 半地下油罐21.3.5 地上油罐21.4 油罐的设计要求31.5 钢材选择31.6 油罐附件41.7 浮顶罐现状51.8 油罐的安装工艺及方法51.8.1 大型储罐施工方法51.8.2 油罐常用施工方法的比拟61.8.3 立式浮顶金属油罐72 浮顶罐经济尺寸的选择82.1浮顶罐经济尺寸的计算82.2载荷的计算92.2.1 静载荷92.2.2罐顶设计压力93 罐壁设计103.1罐壁的强度计算103.1.1 变截面罐壁的应力分析103.1.

2、2 罐壁厚度计算103.1.3 罐壁下节点边缘应力的校核113.2浮顶罐的风力稳定计算143.2.1 抗风圈的计算143.2.2 加强圈设计143.3浮顶罐的抗震设计计算163.3.1 水平地震载荷163.3.2 地震弯矩的计算173.3.3 第一圈罐壁底部的最大应力173.3.4 第一圈壁的许用临界应力173.4 罐壁的结构设计183.4.1 截面与联接形式183.4.2 圈板宽度183.4.3 包边角钢183.4.4 罐壁开孔补强193.4.5 贮罐进出口管结构设计203.4.6 其他结构设计213.4.7防腐蚀结构设计214 罐底设计214.1罐底的应力计算214.2罐底结构设计224.

3、2.1 排板224.2.2 坡度234.2.3 厚度234.2.4 宽度235 罐顶设计(专题浮顶)245.1 浮顶结构设计245.2 第一准那么的计算和校核245.3 第二准那么的计算和校核295.3.1 单盘挠度及的计算305.3.2 的计算335.3.3 的计算345.4 第三准那么的计算和校核365.4.1 的计算36 的计算375.5 浮顶的强度及稳定性校核375.5.1 单盘的强度验算375.5.2 浮船的强度校核405.5.3浮船稳定性校核415.6油罐的密封装置445.6.1机械密封445.6.2软泡沫塑料密封445.6.3管式密封445.6.4唇式密封446 贮罐附件设计与选

4、用456.1概述456.2常用附件457 平安及消防设计497.1概述497.2消防设施507.3其他平安设施538 设计说明书588.1储罐制造588.1.1板材588.1.2板材检验588.1.3钢材的矫形、净化与板边加工588.1.4焊接材料的选用588.1.5贮罐底板、壁板、顶板的制造、组装与焊接598.2贮罐的验收618.2.1贮罐几何尺寸公差618.2.2凸凹变形628.2.3防腐蚀628.3贮罐的使用考前须知628.3.1贮罐容量628.3.2贮罐布置628.3.3贮罐的现场条件638.3.4贮存液体的性质648.3.5贮罐的消防及其他平安设施64附录一 英文文献67附录二 英文

5、文献翻译77致谢861 文献综述1.1 油罐开展历史 近一、二十年来，油罐的设计与施工技术都较过去有了更快的开展。由于能源危机，许多原油进口国都增加了原油储量，如日本在70年代中期60日的储油量就到达了5010万吨，比60年代初期增长了许多倍。这一经济需求不仅促进了油罐事业的开展，也使越来越多的工程技术人员从事油罐的设计和研究工作。我国在石油战略储藏上的总投资将超过1000亿元，主要包括油库等硬件设施以及储藏油投入。1.2 油罐开展趋势 总体来讲，开展趋势分为两方面：大型化，操作管理自动化。大型化： 1962年美国芝加哥桥梁公司首建10万m浮顶罐，直径87m，高21m； 1964年Shell公

6、司在欧洲建成10万m浮顶罐；日本在1971年建成16万m罐，80年代初建成20万m罐； 目前我国修建中的最大的原油储罐为25万m，位于茂名石化北山岭油库。大型化优点： 占地面积小 节省钢材 便于操作管理 减少管罐附件及管线长度 减少投资 油罐大型化有许多经济利益，这也就是出现这种趋势的动力。1.3 油罐种类 储油罐是储存油品的容器，它是石油库的主要设备。储油罐按材质可分金属油罐和非金属油罐；按所处位置可分地下油罐、半地下油罐和地上油罐；按安装形式可分立式、卧式；按形状可分圆柱形、方箱形和球形。1.3.1 金属油罐金属油罐是采用钢板材料焊成的容器。普通金属油罐采用的板材是一种代号叫A3F的平炉沸

7、腾钢；寒冷地区采用的是A3平炉镇静钢；对于超过10000m的大容积油罐采用的是高强度的低合金钢。 1.3.2 非金属油罐非金属油罐的种类很多，有土油罐、砖油罐、石砌油罐、钢筋混凝土油罐、玻璃钢油罐、耐油橡胶油罐等等。 1.3.3 地下油罐地下油罐指的是罐内最高油面液位低于相邻区域的最低标高0.2m，且罐顶上覆土厚度不小于0.5m的油罐。这类油罐损耗低，着火的危险性小。 1.3.4 半地下油罐半地下油罐指的是油罐埋没深度超过罐高的一半，油罐内最高油面液位比相邻区域最低标高不高出2m的油罐。 1.3.5 地上油罐地上油罐指的是油罐根底高于或等于相邻区域最低标高的油罐，或油罐埋没深度小于本身高度一半

8、的油罐。地上油罐是目前炼油企业常见的一类油罐，它易于建造，便于管理和维修，但蒸发损耗大，着火危险性较大。 1.4 油罐的设计要求1 具有足够的强度：不产生塑性变形卸载后。2 具有足够的韧性：在水压试验或操作状态下，油罐不产生断裂破坏。3 具有良好的刚性：整体稳定，具有良好抗风能力。4 具有一定抗地震能力：在罐区最大地震烈度下不产生破坏。5 罐根底均匀稳定：罐根底的不均匀沉陷量要在允许范围内，否那么，储罐产生的应力水压试验时的应力。 1.5 钢材选择 原那么：平安可靠，经济合理。考虑因素：1 油罐的设计因素：设计压力，设计温度，介质的化学性质特别是腐蚀性以及材料的部位等。2 材料的机械性能，化学

9、成分，焊接性能和抗腐蚀性能等。3 价格合理。 对于小型油罐10001万m，我国一般用A3和A3F。 对于中型油罐2万m，3万m，5万m：罐壁上部，我国多用16MnR，按强度条件设计壁厚；罐壁上部，我国多用A3F，按刚度条件设计壁厚。对于7万和10万m的大型油罐，我国可供选用的钢板为16MnR或15MnVR；对于更大的油罐那么需开展更高强度的新钢种。 由强度决定的罐壁、罐底的边板、开口接管、补强板等原那么上应选择同一种钢材。由刚性决定的罐壁局部由于受力小、钢板薄610mm，帮在非严寒地区采用沸腾钢不会有危险。 1000至10000m的小型油罐，由强度决定的罐壁局部，根据用途及建罐地区最低日平均温

10、度，一般可分别采用A3F和A3钢板。当这些小型油罐储存原油时，因罐内均设置加热盘管以防止原油凝固，罐壁温度不会太低，故罐壁材料取A3F。但不应在气温低于A3F的最低使用温度下进行油罐的水压试验。1.6 油罐附件 油罐附件是油罐的重要组成局部。1梯子和栏杆 梯子是为操作人员上到罐顶进行量油、取样等操作而设置的，目前应用最广泛的是罐壁盘梯，罐壁盘梯自上而下沿罐壁作逆时针盘旋，使工作人员下梯时能右手扶栏杆，保证平安，在罐顶周圈上高0.8 1m高的栏杆，或至少在量油孔或透光孔旁的罐顶四周高局部栏杆，以保证工作人员操作平安。2人孔 在油罐进行安装、清洗和维修时，工作人员可经人孔进出油罐，也可利用人孔进行

11、通风。3透光孔 透光孔设在罐顶，用于油罐安装和清扫时采光或通风。保险活门的操纵装置失灵时，还可利用系于透光孔处的钢索来找开保险活门。它设置的数目与人孔相同，而且人孔位置与透光孔、清扫孔相对应，以全球采光通气，要避开罐内附件，并设在操作方便的方位。4量油孔 量油孔是为了测量油面上下、取样、测温而设置的。每个油罐设一个量油孔，装设在梯子平台附近，以利操作。量油孔一般为铸铁的，为了防止关闭孔盖时因撞击而产生火花，量油孔孔盖上镶嵌有软金属铜、铝、塑料或耐油橡胶制成的垫圈。在量油孔内壁的一侧装有铝制或铜制的导向槽，以便检测油高时每次都沿导向槽下尺。正对量油孔下方的油罐底板不应有焊缝，必要时可在该处焊接一

12、块计量基准板，以减少各次测量的相对误差。量油孔距管壁的距离一般不小于1m。量油孔启闭频繁，易损坏漏气，因此应经常检查其垫圈的严密性。5进出油管 进出油接合管装在油罐最下层圈板上，其外侧与进出油管道连接，内侧与保险活门或起落管连接。进出油接合管的底缘距罐底一般不小于200mm，以防沉积在罐底的水或杂质随油品排出。6保险活门 保险活门是安装在进出油接合管罐内一侧的平安启闭装置。其作用是防止油罐控制阀破损或检修时罐内油品流出。7放水管及排污孔 放水管是为了排放油罐底水而设置的。常用的放水管有固定式放水管和装在排污孔盖上的放水管。放水管内经常有底水，所以需做好保温，以防底水冻结在管子中。排污孔设置在油

13、罐底板下面，伸出罐外一端有排污孔法兰盖，法兰盖上附设放水管。排污孔及附设的放水管主要用于轻油罐，固定式放水管和排污孔在油罐上的安装位置应根据放水和排污的便利来确定，但与人孔的水平夹角应不小于90。8清扫孔 清扫孔是为了去除罐底积物而设置的。清扫孔多用于大型原油罐和重油罐。1.7 浮顶罐现状 到目前为止，国内大型油罐大开展大约经历了四个阶段。第一阶段为整套技术的引进，包括设计，高强度钢板，热处理成品部件和施工技术；第二阶段为国内自行设计和施工，仅引进高强度钢板和热处理部件；第三阶段为国内自行设计，仅引进高强度钢板，焊后消除热应力在国内完成；第四阶段从设计，高强度钢板和焊后热处理全部国产化。经过上

14、述四个阶段，我们的设计和施工水平有了很大提高。2005年，由中国石化工程建设公司和洛阳石化工程公司联合设计的国内最大原油罐在江苏仪征输油站建成，并顺利通过水压试验和中国石化公司的交公验收，目前已完全具备进油条件。这标志着我国超大型油罐的设计和施工已进入世界先进水平。1.8 油罐的安装工艺及方法 1.8.1 大型储罐施工方法国内外大型储罐的施工方法主要有：正装法、倒装法。其中倒装法又分为水浮倒装法、 抱杆倒装、 气顶倒装法、液压提升倒装法以及机械提升倒装法等。 1.水浮正装法，是适用于大容量的浮船式金属储罐的施工，它是利用水的浮力和浮船罐顶结构的特点，给罐体组装提供方便； 2.顺装法，顺装法与倒

15、装法相反，自下而上一层层的拼装； 3.液压顶升法机械倒装法，是倒装法的一种形式； 4.抱杆倒装，同正装法相反，从上到下进行安装；械正装法，将罐壁预先制成的整幅钢板沿罐体设计的圆弧线展开，一边展开，一边焊接； 5.充气升顶是罐壁倒装法的另一种形式，它是利和鼓风机向罐内送人压缩风所产生的浮力使上部罐体，罐壁有多层板组装而成，组装顺序与液压倒装顶升法相同。 1.8.2 油罐常用施工方法的比拟 1.一般来说，正装法适用于任何型式的储罐施工，但由于其脚手架工作量大，消耗材料多，高空作业多，施工效率低，除非是很特殊的情况，已很少采用。 正装法的将罐壁预先制成的整幅钢板沿罐体设计的圆弧线展开，一边展开，一边

16、焊接，组装顺序是：底板 第一层罐壁 第二层罐壁 最顶层罐壁 罐顶安装 附件安装 水压试验。 2.倒装法的主要优点是减少了高空作业的工作量，从而节约脚手架材料，减少了高空作业 ， 也使工作效率提高，但各种倒装法也各有优缺点。 1水浮倒装法一般适用于外浮顶罐，此法是最早施工方法，目前很少采用； 2机械提升倒装法一般采用手拉葫芦提升，体积在 1000m3 左右的油罐也有采用立中心柱用卷扬机提升的，因受提升重量和手工操作不均匀性的限制，一般仅适用于 5000m3 以下的储罐施工； 3气顶倒装法施工机械简单，相对来说施工费用较低，但由于受其风机的风压限制，一般 5000m3 以下的储罐的施工，不宜采用气

17、顶倒装法。从理论上说，储罐体积越大，其单位面积分布的重量就越小，采用气顶倒装法施工应该越容易，但由于气顶时其顶升速度需要人工控制，各方向的偏差需要人工调节，储罐越大，需要参与调节的人手越多，互相的配合越困难，施工危险性越大，因此， 20000m3 以上的储罐施工，也很少采用气顶倒装法； 4液压提升倒装法介于几种施工方法之间，其特点一是适应范围广，理论上可适用于任意大小的储罐，二是操作控制简单、可靠、危险性小，因此已经越来越多的被采用，其主要缺点是目前成套设备价格较贵，设备购置一次性投入较大。 3.球罐的拼装方法 1分片组装法。及优点是施工准备工作量少，组装速度快，组装应力小，而且组装精度易于掌

18、握，不需要很大的吊装机械，也不需要太大的场地。缺点是高空作业量大、需要相当数量的夹具。全位置焊接技术要求高，而且施焊条件差，劳动强度大。 2拼大片组装法。由于在地面上进行组装焊接，减少了高空作业，并可以采用自动焊进行焊接，从而提高了焊接质量。 3环带组装法。各环带纵缝的组装精度高，组装的约束力小，减少了高空作业和全位置焊接，施工进度快，提高了工效。同时也减少了不平安因素，并能保证纵缝的焊接质量。环带组装法一般适用于中、小环罐的安装。 4拼半环组装法。该法高空作业少，安装速度快，但需用吊装能力较大的起重机械等，故仅适用于中、小型球罐的安装。 5分带分片混合组装法。该法适用于中、小型球罐的安装。在

19、施工中较常用的是分片组装法和环带组装法。1.8.3 立式浮顶金属油罐立式浮顶金属油罐是近几年来得到广泛使用的一种油罐，根据油罐外壳是否封顶分为外浮顶油罐和内浮顶油罐两种。外浮顶油罐通常用于储存原油，内浮顶油罐一般用于储存轻质油品。浮顶油罐的根底，底板，壁板与拱顶油罐大同小异，主要区别是增加了一个浮顶，其结构和操作使用比拱顶油罐复杂。浮顶是一个覆盖在油面上并随油面升降的盘状物。由于浮顶与油面间几乎不存在气体空间，可以极大地减少油品的蒸发损耗，减少油气对人身的危害，减少油气对大气的污染，减少油气发生火灾的危险性。同时，浮顶油罐也可减缓油品的质量变化。浮顶油罐广泛使用用于原油，汽油等易挥发性油品。这

20、种结构的油罐投入较大，但从减少的油品损耗中可得到补偿，经济效益客观。2 浮顶罐经济尺寸的选择2.1浮顶罐经济尺寸的计算 计算公式的选择：因为容积为10000m，由于当容积大于1000 m,应采用不等壁的浮顶罐参考文献1第32页。所以尺寸的计算按不等壁厚贮罐的经济尺寸计算公式计算： 式中：罐顶板厚度，取为6mm； 罐底板厚度，取为8mm； 钢板许用应力，材料选为Q235AF,取为157Mpa； 引自参考文献2第178页表71 焊接接头系数，取为0.9； 贮液重量，=所以：D=28.9m 由于当D20时，中幅度最小公称厚度为6mm(引自参考文献1第122页表41)，取中幅板厚度为6mm；故1000

21、0拱顶厚为6mm。引自参考文献1第136页表53，所以初选的贮罐顶板和底板厚度符合要求。2.2载荷的计算2.2.1 静载荷1 贮液本身的自重包括附件，指焊与罐体上的固定件，如通气孔，透光孔，人孔，梯子，平台等；配件指装在罐体开口接管法兰和管件接头上的部件，如呼吸阀，阀门，固定泡沫消防堰板等。2 贮存液体载荷贮存液体的重度一般按水的重度0.001kgf/cm3计算3 附加载荷雪或活载荷：这里取70kgf/m2引自参考文献【1】第37页F1=70kgf/m23.1428.924=45894.79kgf2.2.2罐顶设计压力（一） 在贮液容重为0.0007kgf/cm3的条件下能承受积存在单盘上25

22、0mm降雨量的载荷。二浮顶支撑在立柱上时应能承受120kgf/m2的附加载荷。3 罐壁设计3.1罐壁的强度计算3.1.1 变截面罐壁的应力分析 大型贮罐的圆筒罐壁承受贮液的静压，此静液压是按照三角形分布，由上至下逐渐增大，故罐壁厚度也由上至下逐渐增厚。在实际工程不可能采用连续变化截面厚度的钢板去制造贮罐，故在设计中只能根据钢板规格，采用逐级增厚的阶梯变截面壁。3.1.2 罐壁厚度计算 参见参考文献1第55页【例3-1】引入公式3-14和3-15，按规定单位代入数据，按水压考虑。试水时：由此时计算出各圈板的厚度，计算结果列于下表3-1，如下：表1 计算厚度 单位：mm)圈板号1234567891

23、5261360119010208506805103401701496133011609908206504803101401.52591.35661.18321.0098083640.66300.48960.31620.1428考虑到钢板规格和最小壁厚要求等因素最终确定圈板的名义厚度为：16；14；12；11；9；7；6；6； 6 单位：3.1.3 罐壁下节点边缘应力的校核 根据底层圈板厚度=16，查文献1第122页表4-2选定边缘板厚度，罐壁材料为Q235AF，罐底突出距离；罐底地基系数罐壁重： =7.8510-33.142890170(0.6+0.6+0.6+0.7+0.9+1.1+1.2+

24、1.4+1.6) =105357.47kgf罐体总重量：=(1+20%)=105357.47 120%=126428.96 kgf用于罐底周边重量：作用于单位面积罐底的液重：0.000851526=1.29贮罐壁圆筒刚性：罐壁弹性系数：罐壁特性系数：底的圆筒刚性：底的特征系数：罐壁单位变位系数由文献1第60页表3-6IV查得相当于IV中的y：罐壁载荷变位系数由扰度方程求得，其符号与文献1第57页图3-8所示方向一致者取正号：查文献1第61页表3-7得：由内差法计算得： 罐底单位位变系数由文献1第60页表3-6I查得相当于I中的y：=12.19罐底载荷变位系数由文献1第60页表3-6III查相当

25、于III中的y，由文献1第60页表3-6II查得相当于II中的y： =0.0066然后将上述系数代入文献1第58页表3-5弹性连接公式，求得： = (剪力与原来假设方向相反)罐壁最大弯曲应力：，故为平安。下节点贴角焊缝高度h取为10，那么：焊缝抗剪强度：因为，故为平安。3.2浮顶罐的风力稳定计算3.2.1 抗风圈的计算 浮顶罐没有固定顶盖，为了使贮罐在风压作用下仍保持上口圆度，以维持贮罐整体形状，故需在贮罐上部整个圆周上设置一个抗风圈。这里抗风圈设置在离罐顶端0.5m的外壁上。 1. 抗风圈所需最小截面系数WZ ： WZ =0.058D2H=0.05828.9215.26=739.228cm3

26、抗风圈的外周边可以是圆形或多边形，它可以采用型钢或型钢与钢板的组合件制成。为满足强度要求，抗风圈本身的接头必须采用全焊透的对接焊缝，抗风圈与罐壁之间的焊接，上外表采用连续满角焊，下面可采用间断焊。在选择抗风圈的截面时，应满足使抗风圈的截面系数WminWz 2. 抗风圈下支托的最大间距： Lmax=(1824)b1 (cm)式中：b1I字形截面简支梁受压翼缘宽度在此指抗风圈边缘高度，cm 为使支托能起到阻止抗风圈侧向失稳的作用，支托上缘应与抗风圈焊劳。3.2.2 加强圈设计按英国BS2654方法计算，根据文献1第77页式3-41，算出各层圈板的当量高度，列于下表：表2 当量高度 单位：m)圈板层

27、次1234567891.661.71.71.71.71.71.71.71.716141211976660.1460.2040.3010.3740.6171.1561.71.71.7 根据文献1第77页3-401.7+1.7+1.7+1.156+0.617+0.374+0.301+0.204+0.146=7.898m 设计真空度引自参考文献3第124页 由文献1第77页式3-43：K= 由文献1第77页式3-43： 因为2H pHE3H p ，所以需要设置2个加强圈。 由文献1表3-1查得，其位置在，和处，也即在当量筒体上距罐顶2.633m，5.265处。加强圈的实际位置： 因为第一个加强圈位于

28、最小壁厚处，不需折算，第二个加强圈不在最小壁厚处需折算，该加强圈距抗风圈的实际尺寸为：检验与环焊缝的距离：第一个加强圈 ：3.4-2.633=767mm150mm，满足要求，不需要调整；第二个加强圈：5.265-5.1=165mm150mm，,满足要求，不需要调整。 当时，加强圈的尺寸为。引自参考文献【1】第79页表3-12 由于油罐的直径D=28.9m.所以加强圈的尺寸为。 综上所述，设置两个加强圈，加强圈的位置距罐壁顶端为2.633m及5.265m处，加强圈角钢的尺寸为。3.3浮顶罐的抗震设计计算 按我国常压立式贮罐抗震验算方法。3.3.1 水平地震载荷 液面至罐顶的距离按50考虑。式中：

29、综合影响系数，取 地震影响系数的最大值，根据烈度8级，查文献1表313， 产生地震载荷的浮顶罐总重量，取： 动液系数，根据 查文献1表3-14由内插法求得 浮顶罐内贮液重量，所以： 3.3.2 地震弯矩的计算 水平地震载荷对浮顶罐底面的弯矩：3.3.3 第一圈罐壁底部的最大应力 式中： 3.3.4 第一圈壁的许用临界应力，故第一圈壁满足抗震要求。3.4 罐壁的结构设计3.4.1 截面与联接形式 罐壁的纵截面为由下至上逐级减薄的阶梯形，系各种厚度的钢板焊制而成。各相邻圈板的厚度可根据计算取得相等，但上圈板的厚度不得超过下圈板厚度。 浮顶罐圈板本身，圈板与圈板之间联接采用焊接。所有纵焊缝均采用对接

30、。罐壁纵焊缝直接承受液压产生的环向拉力，应力水平比环焊缝高，故要求所有纵焊缝必须做到全焊透。为了减少焊接影响和变形，相邻两圈板的纵焊缝宜逐圈错开板长，焊缝之间间距不小于500。焊接接头的设计标准按?焊接接头的根本形式与尺寸?选定。罐壁的环焊缝在采用对接时，内侧外表应保持齐平，这便于浮顶的升降和密封。外侧采用连续焊，焊缝高度不小于较薄圈厚度。圈板之间的搭接宽度一般为，且不小于30。3.4.2 圈板宽度圈板宽度应结合罐壁厚度分布图考虑，圈板宽度越小，阶梯形折线趋近理论计算直线，材料就越省，但环焊缝数就越多，增加了制造安装的工作量。根据国内钢板的供货情况及施工经验，钢板宽度下限选取如下：根据直径以上

31、的浮顶罐，壁板宽度不得小于1000。3.4.3 包边角钢为了加固罐体上部边缘，罐体上缘须设置包边角钢。浮顶贮罐的包边角钢根据英国标准，如下选取：包边角钢尺寸为：。3.4.4 罐壁开孔补强 根据使用要求，必须在浮顶罐罐壁开许多管孔，例如进料管、消防管、清扫孔、人孔等。开孔会造成附近的罐壁应力集中，使强度削弱，故必须进行补强。补强计算与一般的钢制石油化工设备开孔补强相同，采用等面积法。罐壁允许不补强的最大孔径为。 当开孔直径不超过250时，补强板可采用环形板，环形板的外直径取为内直径的2倍左右。当开孔直径超过250时补强板采用多边形板，其内切圆直径取为补强板内孔直径的2倍左右。 按等面积补强原那么

32、计算方法如下： 需要补强的金属截面积 式中： 沿油罐壁纵向开孔直径； 开孔处罐壁的计算厚度。 ； ； ； 式中：在补强区域内罐壁实际厚度超出计算壁厚的局部可用作补强的截面积 接管厚度在补强区域内超过计算壁厚的局部可用作补强的截面积 补强板的截面积 开孔处罐壁的厚度 接管的壁厚 接管的计算壁厚 补强区域内接管的长度，或，取两式中较小值作为h代入值。 补强板的厚度 补强板外半径与内半径之差值对于多边形板，取多边形内切圆半径为补强板外半径。最后要求满足：。参见文献2第188页。具体数值根据内部管设计尺寸确定。参见文献2第187页罐壁开补强圈外缘与纵焊缝的间距，一般不应小于罐壁板厚度的3倍，且不小于1

33、00。3.4.5 贮罐进出口管结构设计1.进液口的结构形式：如图2-1所示，进液管插入液体中，对减少罐内液面的冲击而产生泡沫和稳定液面是有好处的。在上部开小孔或在管的上部采用敞开结构，可以防止液体的虹吸现象。从静电效应看，一般推荐插入深度为全高的。图2-1进液管插入液体中管上部敞开2.出液口结构形式：图 2-2 贮罐出液口 采用如图2-2的结构，贮液的放净和清理更加彻底。3.4.6 其他结构设计1 贮罐出液口防涡流挡板的装置当贮罐出液口有以下情形时，应装设防涡流挡板。与泵直接相连的底部出口罐内贮液需要分层或有沉淀的底部出口防止漩涡将贮罐底部杂物带出影响产品质量或使泵阻塞的出口。2 防爆泄压设施

34、有些储液在储存中易产生爆炸，在罐顶就设有一个防爆膜，其尺寸为500。3 储罐撇液器由于工艺的要求，某些物料罐内需撇液器。3.4.7防腐蚀结构设计 浮顶罐材料为不锈钢，在化工产品的贮存中使用。不锈钢贮罐，在制作焊接后，咦产生刀口腐蚀晶间腐蚀的变种。实践证明不锈钢在使用中发生的事故，大多数是由于焊接接头的缺陷引起的，尤其是焊接中最易产生的晶间腐蚀倾向。因此对于晶间腐蚀的奥氏体不锈钢贮罐。如需在罐体上焊接异种钢，那么在罐体与异种钢之间嘉鱼罐体材料相同的中间垫板，并采用复合钢板过渡层用的焊条。不锈钢外表质量的好坏，对抗腐蚀性能有很大的影响，因此对于不锈钢贮罐内外表及其焊缝应进行酸洗和钝化处理，使其外表

35、形成均与的氧化膜。4 罐底设计4.1罐底的应力计算 罐壁作用在底板上的集中载荷：作用在底板上贮液静压力： 底的特征系数 由下节点计算所得的方向与文献1表3-6方向相同，故将上述数据代入文献1式4-8中求得边缘弯矩： 边缘板中的弯曲应力：，故为平安。4.2罐底结构设计4.2.1 排板罐底的排板形式根据浮顶罐大小而定。对于较大的浮顶罐，罐底外缘受罐壁作用力及边缘力较大，故底板的外周需比中部为厚。 中幅度板采用搭接焊，为单面连续角焊接，焊缝高度等于板厚，搭接宽度不应小于5倍板厚。中幅板要搭在边缘板上，连接采用单面连续角焊，搭接宽度不小于60。 扇形边缘板是由假设干块切割好的扇形板组成。它是外周为圆形

36、，内周为正方多边形的环状，这种结构排板容易，受力均匀。板与板之间对接焊缝，为加强焊缝，防止贮液渗漏腐蚀基地，连接处常垫以垫板，垫板截面不小于，须卧在根底环梁内。 在罐底与罐壁的连接焊缝处，因受到液柱高度变化、内压及内载荷等变化而造成的重复弯曲载荷，再加上载荷根底下沉会引起角变形，所以对焊接的要求较高。罐底与罐壁底圈的内外角焊缝均须采用连续焊，焊接高度等于罐底边缘板厚度。为改善受力情况，应防止应力集中，内侧角焊接应焊成圆滑的不等边角焊。4.2.2 坡度罐底直接与根底接触，在长期液压作用下，罐底和根底中心部位的扰度最大，当超过限度时，会造成钢板焊缝开裂。为消除或补偿因根底下沉而引起的中部凹陷，同时

37、也便于排出残液，底板应具有和根底同样的坡度。一般情况下取为。4.2.3 厚度 中幅板受力较小，几乎没什么强度要求，但考虑到焊接变形，地基不平产生挠度以及贮液及水气腐蚀等因素，也不宜取得过薄，其最小公称厚度按参考文献【1】第122页表4-1选取。边缘板受力比中幅板复杂，为简单设计，参照各国规定，其最小公称厚义按参考文献【1】第122页表4-2选取。4.2.4 宽度 为减小罐底组焊时的工作量及变形，改善受力，减少焊缝及泄露时机，罐底中幅板的最小宽度不宜太窄，当罐径超过16.5m时，中幅板最小宽度为，罐底最大径向应力在距离罐壁处，因此设计中规定边缘板在沿浮顶罐半径方向的最小宽度为。边缘板伸出罐壁外侧

38、的距离为。5 罐顶设计(专题浮顶)5.1 浮顶结构设计浮顶油罐是目前国内外在大中型油罐中最常用的一种结构型式。浮顶有两种，一种为双盘式的，一种为单盘式的。双盘式多用于或更小的油罐，单盘式的多用于以上的油罐，本人设计的是10000m3的油罐，因此采用单盘式的。浮顶的设计应满足以下四个条件：1 对于单盘式浮顶，设计时应做到单盘板和任意两个相邻舱室同时破裂时顶不漂浮。2 在整个罐顶面积上降雨量的水积存在单盘上浮顶不漂浮。3 在正常操作条件下，单盘与储液之间不存在油气空间。4在以下各种条件下，浮顶能保持结构的完整性，不产生强度和失稳性破坏。以上四条为设计准那么，下面将逐条进行详细讨论。5.2 第一准那

39、么的计算和校核如前所述，第一准那么是单盘板和任意两个相邻舱室同时破裂泄露时浮顶不漂浮。为满足这条件，那么要求： 下沉深度不大于外边缘板的高度，且有一定裕量，以免油品由浮顶外侧经过外边缘板流入浮顶并罐进舱室内，参阅参考文献【3】第101页图5-4，可用下式表式： 3-1式中：外边缘板的高度， 在这种情况下，当时的下沉深度， 由于而引起的浸没深度的增加量， 平安裕量， 取8cm 下沉深度不大于内边缘板的高度，且应留有一定裕量，以免油品由浮内侧漫过内边缘板进入舱室此时单盘破裂，浮船内外两侧均有油，并导致浮顶漂浮，参阅参考文献【3】第101页图5-4可用下式表达： 3-2式中：内边缘板的高度， 浮船尺

40、寸，见图5-4，式3-1和3-2中，均为数；为平安裕量，系控制的数字一般以1020为宜，最低不得小于5。由以上看出，只要求出和便可进行校核，现分别求和。一假设时，下沉深度的计算下沉深度由三项组成，即 3-3式中：浮船本身的浸没深度假设， 破坏的单盘使浮船下沉的增加量， 由于两个舱室泄露而使浮船下沉深度的增加量， 1的计算 假设，那么浮船本身的漂浮深度 3-4式中：浮顶的重量， 浮船的外径， 浮船的内径， 储液的容重， API650和JISB8501均规定，当储液比重在0.7以下时，按0.7计算，比重在0.7以上时，按实际容重计算。由于此设计的贮液重度：液=850=。所以取。为简化计算，令，那么

41、式3-4可改写为 3-5其中： 浮船内径， 浮船外径， 内边缘板高度， 外边缘板高度， 隔板数， 外边缘板厚度， 内边缘板厚度， 船舱顶板和船舱底板厚度， 隔板厚度。 =16560，又根据我设计的是10000的浮顶贮罐，所以依照参考文献【3】第99页表5-1有浮船外径取2810浮船内径取2510。 2的计算单盘破裂以后浸泡于油品中，此时单盘除其自身的体积所排开的储液能提供微小的浮力外，不再提供任何浮力。把破裂的单盘连接到浮船上将使浮船下沉量增加值，按平衡条件可列出 3-6式中： 单盘板厚度， 单盘单位面积的重量，单盘总重 3-7将式3-6化简整理得： 3-8盘本身的重量： 单盘配件的重量：由于

42、是浮顶,那么不得小于60kgf，那么。单盘总重=单盘自重+单盘配件=单盘总重=3的计算两个舱室泄漏将使船下沉深度增加，在计算时可把舱室看成未泄漏，但在两个舱室的浮力中心增加重量G，而G与泄漏前这两个舱室所排开的液体重量相等，即 3-9式中： 舱室总数1万油罐分成14个舱室取14加上重量G以后有两个结果：(1) 把G加在中部，使浮船下沉(2)把G移至两个舱室的浮力中心处，浮船倾斜边缘下沉量增加。 3-10可根据平衡条件按下式求出：= 3-11将式3-9中的G代入式3-11，并化简得 3-12可根据船舶静力学的一般原理求出：= 3-13式中：-每个舱室所对应的圆心角 将式3-123-13代入3-1

43、0可得： 3-14令 3-15 3-16式中：由于两个舱室泄漏使浮船下沉的影响系数。将式3-16代入式3-3，得 即 3-17 二 的计算浮船底是斜的而不是平的，为了解决这个问题，可先把船底按平的考虑，然后再加上由于这样考虑带来的下沉量的误差的值。参阅参考文献【3】第103页图5-5，虚线是把倾角为的底板折算为平底的线，三角形截面积所围成的环形体积为= 将和代入上式，经整理得 矩形截面积所围成的环行体积为： 因为浮力相等，即二者排开的液体的体积相等，故由次求出 3-18由式3-18看出，为浮船几何形状的函数，几何形状确定后，便可求出。底板倾角取见参考文献【1】第142页。 . 因为已经求出按3

44、-1式校核有： 取即： 满足条件。按3-2式有： 即： 满足条件。5.3 第二准那么的计算和校核第二准那么是在整个罐顶面积上有250降雨量的水积存在单盘上时浮顶不漂浮，在下暴雨时，由于雨量过大或中央排水管不畅甚至堵塞，那么单盘上将出现积水。设计容许的积水量为Q： 3-19式中： 单盘上容许的最大积水重量， 油罐内径， 水的重量， 容许的降雨量，取=。在的作用下，浮顶的下沉量吃水量增加。但设计要求，即使在这种情况下罐内的油品也不得越过浮船的外边缘，且应留有一定裕量。否那么油品就会经过外边缘板流入浮顶，灌进舱室，最终导致浮顶漂浮。以上的校核条件可用下式表达： 3-20式中： 浮船本身的漂浮深度，

45、加上单盘以后浮船下沉增加量， 由积水重量引起的浮船下沉增加量， 平安裕量，一般取最小不得低于。在式3-20中为值 3-21按式3-4或式3-5计算，按式3-18计算。式3-20中的，均与载荷单盘自重积水重作用下单盘的挠度有关，因为挠度越大，那么向下挠凸局部的体积越大，排水量越多，亦即浮力越大，从而使和减小。故在下面先讨论单盘和浮船的力学特性。5.3.1 单盘挠度及的计算单盘是一个大挠度圆形薄板，其中心的挠度可按下式计算： 3-22式中：单盘中心挠度， 与浮船径向刚性有关的系数， 单盘上所受的当量均布载荷， 单盘的外径， 钢材的弹性模量， 单盘板的厚度， 单盘直径，cm。单盘上任意点的挠度可按下

46、式计算： 3-23式中： 从单盘中心至计算点的距离，由式3-23看出，当时，即在单盘的中心，；当时，即在单盘的边缘。式3-22，3-23的建立有三个假设条件，只有满足或根本满足这些假设条件时，使用以上公式才是正确的，三个假设是： 薄膜应力假设 均匀载荷假设 边界为铰支假设实际情况与式3-22，3-23的根本假设相符，故可以大胆使用。式3-22中的是一个与浮船径向刚性有关的系数，可以把浮船看成是一个受径向力力的方向指向圆心的受压圆环。在次力作用下，受压环产生径向位移，而这一位移将会造成单盘挠度的增加。值可按下述方法计算：首先求出无量纲参数 3-24式中： 无量纲参数； 浮船的平均半径，； 3-2

47、5 用于刚度计算的浮船有效面积，。 3-26式中：-折减系数，；浮船上加强圈的截面积，如连接角钢等均可做为加强角钢看待， 。将式3-25代入式3-24得 3-27由于我设计贮罐的顶圈板厚度为，根据英国BS2654标准应选取 截面积为：用线性插入法求即： 表3-1 的函数值00.2560.7061.1222.083.120.6540.7120.7830.8420.9311.01254.15.286.197.218.349.601.0781.1451.1941.2391.2861.336当浮船刚性加大，即增加时由式3-27知减小，从而减小见表3-1，由式3-22求出的值减小，即浮船刚性越大那么单盘

48、的挠度越小，这一结论完全为实验所证实。当趋近于无穷大时，那么浮船为刚性环，此时5.3.2 的计算式3-20中的为加上单盘以后浮船下沉深度的增加量。加上单盘以后，由于下沉深度增加，使排水体积增加和和三个局部。参阅参考文献【3】第107页图5-7，为加上单盘以后浮船体积的增加量，为加上单盘以后单盘局部不计单盘挠度，即把单盘假设成平的的排水体积，为因单盘有自然下挠而增加的排水体积。 3-28式3-28中的为距单盘中心处的自然下挠，可参考单盘的挠度曲线式3-23写出，即： 为单盘中心的自然下挠，将式3-28积分后，求出 根据平衡条件得出：化简得出 3-29式3-29中有两个未知数和，故需找另一个关系式

49、才能求解。在单盘上任一点处的平衡条件可用下式表达： 3-30式中： 单盘在方向单位长度上所受的力； 该点在方向的曲率半径。在中心处，故 故在中心处可得出下式： 3-31将式3-29，3-31联立消去，可得： 3-32式中取。 5.3.3 的计算为整个浮顶面积上有降雨量的水积存在单盘上时，浮船下沉的增加量。在整个浮顶面积上有降雨量的积水时，积水的重量可按式3-19计算。把重量为的水加到单盘上以后，一方面浮船下沉从而使排水体积增加；另一方面单盘的挠度由增至从而使排水体积增加，由平衡条件可知： 3-33 3-34 3-35的计算参阅式3-28。把式3-19.3-34.3-35代入式3-33，化简可得

50、： 3-36式3-36为与的关系式，该式右侧为常数。由式中看出增加那么减小，上式含有两个未知数为求解还需找另外的关系式。参阅参考文献【3】第109页图5-8，单盘所受向下的力为水重和单盘自身的重量，向上的力为浮船通过连接角钢给予单盘的向上分力，以及储液对单盘的浮力。由单盘的平衡条件可以得出： 3-37 其中： 3-38式中： 单盘上的当量载荷，可按式3-22计算 储液对单盘浮力的总和，。可按下式计算 3-39 将式3-39积分并注意到，可得 3-40在式3-37中，将用式3-38代入，用式3-40代入，用式3-19代入，而可由式3-29求出，代入后化简可得： 3-41上式为的关系式，与式3-3

51、6联立消去可得： 3-42式3-42为与的关系式，将式3-22中的代入并化简可得的方程式： 3-43式中： 3-44 3-45 3-46 5.4 第三准那么的计算和校核第三准那么为在操作时单盘与储液之间不存在油气空间，这一条件是从减少单盘的腐蚀考虑的。单盘的安装参阅参考文献【3】第111页图5-9，其上限为即值到达时单盘的底面尚与储液全部接触，此时假设再将单盘向上移那么单盘底面与储液脱开。单盘安装位置的下限为，此时浮力恰好与单盘的重量相平衡，单盘成水平的，此时假设将单盘继续下降，单盘将在浮力的作用下向上凸起而不利于排水，因此单盘的安装高度应满足以下条件： 3-475.4.1 的计算在等于时，单

52、盘的重量与浮力相等，此时浮船不再在垂直方向负担单盘传来的载荷，即式3-32中的单盘成为平的，即将和代入式3-29，并将该为那么有 3-48 的计算把单盘的安装位置向上移，随着值的增加储液对单盘的浮力将减小。随着的减小，将有越来越多的单盘重量由浮船承当，从而造成由于装上单盘以后浮船下沉量的增加值的增加。当到达时，那么到达，这时液面与单盘的安装位置平齐。假设将在单盘与浮船的连接处出现油气空间，故 3-49将式3-49代入式3-32，并将式3-32左面的改写为那么得出： 3-50整理后得： 3-51将上式代入式3-49得 3-52 此时可取5.5 浮顶的强度及稳定性校核前面已经计算了浮顶的第一、二、

53、三设计准那么，但为符合这几个准那么的要求还要保证在上述三个条件下，浮顶不会因强度不够而破坏，也不会因失去稳定而失效，这一条也可称为第四准那么。5.5.1 单盘的强度验算在单盘中心的应力和边缘上的应力可按下式计算： 3-53 3-54式中：单盘边缘上的拉应力， 单盘中心处的拉应力， 与浮船径向刚性有关的系数。其余符号的意义与式3-22中的相同。在按式3-27求出以后，由表3-2和表3-3查得和。按式3-27 得用线性插入法求 表3-2 的函数值00.2560.7061.1222.083.120.3340.2960.2540.2360.2020.1824.15.286.197.218.349.60

54、0.1690.1580.1510.1440.1360.132表3-3 的函数值00.5481.111.611.942.342.823.424.205.210.4320.3920.3740.3640.360.3540.3510.3470.3430.34由以上两表看出，对应于同一值，故在校核单盘的强度时，只求出便可。在式3-53和式3-54的计算中，值应选取第一准那么和第二准那么两种不同工作情况下值的较大值。如按第一准那么值可按下式计算： 3-55式中：单盘板的厚度， 钢板的容重，取 油的容重，我国通常取单盘板的厚度为，考虑到单盘上一些配件的影响后，可取。如按第二准那么，值可按式3-43计算：按第

55、一准那么求q：按式3-43求得。取二者较大值 取以上两种工况下的较大值，并按式3-54进行计算，求出后按下式进行校核： 3-56式中：焊缝系数，单面搭接焊去取；双面塔接焊取；上面连续焊，下面间断焊取。 许用应力， 材料的屈服极限，。由式3-54得： 按式3-56校核， 满足条件。应当指出，理论分析及应力实验说明：在单盘的边缘应力值颇高，但向中心移动时应力迅速衰减。当风由罐的顶部吹过时，会造成单盘的振动，这一振动会造成单盘边缘高应力低循环疲劳，对这一问题还有待今后进一步探讨。5.5.2 浮船的强度校核由单盘边缘传来的径向应力使浮船成为一个受压的圆环，由平衡条件可得出浮船断面所受的压应力为 3-5

56、7式中： 单盘边缘的径向应力， 单盘板的厚度， 浮船内径， 用于强度计算的浮船有效截面积，可按式3-53计算，计算时值应取第一二准那么中较大者。q值取为 浮船顶板和底板既宽且薄，其临界稳定应力很低，故浮船断面压应力校核时往往把这局部忽略不计，于是 3-58参阅参考文献【3】第113页图5-10，为连接角钢的面积。计算出的值通常不得大于。由式3-58得：代入式3-57得： 校核： ，满足条件。5.5.3浮船稳定性校核如前所述，浮船是一个受压圆环，此圆环不可能产生平面内失稳或平面外失稳，参阅参考文献【3】第113页图5-10，如对轴的惯性矩不够大，那么会产生平面内失稳，这种失稳可使圆环变成椭圆形或

57、梅花形。如对轴的惯性矩不够大，那么会产生平面外失稳，即侧向失稳。这种失稳可使圆环翘曲，这两种情况均使浮船无法继续工作，因而要分别进行校核。 浮船平面内稳定校核 浮船在平面内单位长度上的临界压力可按下式计算： 3-59式中： 浮船在圆环平面内的临界失稳载荷， 浮船的平均半径， =1330 浮船截面对轴的惯性矩，参阅参考文献【3】第113页图5-10，假设为截面重心，那么 3-60 在近似计算时，可把浮船重心假设在处，那么=150求出后，可按下式校核稳定性 3-61式中： ； 稳定平安系数，一般取。中国科学院力学研究所建议采用下式校核： ， 取和以前计算一样，在计算时应取第一二准那么中的较大值。按

58、式3-60求参阅参考文献【3】第113页图5-10 =2356875 校核： 取 满足条件。浮船平面外侧向稳定性校核 浮船平面外临界失稳载荷按下式计算： 3-62式中： 浮船在圆环平面外的临界失稳载荷， 浮船截面对轴的惯性矩， 材料的剪切模量， 波桑系数，； 浮船截面对轴的惯性矩，。其它符号与前同，和可按下式计算： 3-63 3-64以上两式中，； 式3-62中后面一项考虑到浮船底板下面储液的支撑作用对稳定的有利条件，当时，即无支撑时那么为一般圆环平面外失稳临界载荷公式。的计算：取见参考文献【1】第141页 3-62式中因此，满足条件。5.6油罐的密封装置在浮船与罐壁之间设有密封装置。密封装置

59、固定于浮船的外边缘板上，并与浮船共同上下移动。5.6.1机械密封对机械密封有两个根本要求，一是把滑板紧密地推在罐壁上；二是可以调心，即浮顶由于外向一边偏移时，机械密封可以产生相反的力，使浮顶回到中心位置。机械密封的缺点是密封间隙处仍存在油气空间，其大小呼吸损耗虽远比拱顶罐的小，但与其它密封结构相比，其损耗仍较大。机械密封的另一缺点是适应性差，它对罐壁的不圆度。局部凹凸等十分敏感。5.6.2软泡沫塑料密封这种密封结构是靠经常处于压缩的聚氨酯软泡沫塑料的回弹力来实现密封的。这种密封的油气损耗较机械密封小，且适应性好。其缺点是由于泡沫塑料长期处于压缩状态，从而产生塑性变形，使其密封力逐渐减弱，最终造

60、成失败。5.6.3管式密封管式密封是依靠橡胶管内液体的侧压力实现密封的。这种密封的优点是液体能在密封管内流动，对罐壁的压紧力比拟均匀，它不会因为罐壁局部凸起而使密封压力骤增，也不会因为罐壁与浮船的间隙局部过大而压力骤减。5.6.4唇式密封除了以上几种常见的密封形式外，日本千代田公司最近还生产一种唇式密封。该密封与软泡沫塑料密封相似，只是外形做成唇形。这种密封在上下唇处有两道密封线，故气密性较一般软泡沫塑料密封好，而且没有一般软泡沫塑料密封在浮船上下移动时易产生滚动。扭转的现象。其缺点是结构复杂.难于加工.价格较贵。6 贮罐附件设计与选用6.1概述为了保证贮液的贮存平安及计量，收发等操作的方便，