大型立式储罐计算-课件

大型立式储罐计算2015.3.11大型立式储罐计算

储罐是工业中广泛使用的储存设备，用以储存石油、石化产品及其类似液体。本课件讲述的常压储罐，为内部气相空间有直接与大气相通的开口（即常压）和存在微内压的大型储存设备，而罐壁承受储液压力的作用会产生很高的应力，为保证储罐安全、可靠地运转，对储罐的设计、施工提出严格的要求，认为常压储罐而随意放松设计要求会导致灾难性后果，因此必须严格遵循有关的设计规范要求。本课件重点介绍在常温和接近常压的条件下储存液体的立式圆筒形储罐，储罐由平罐底、圆柱形罐壁、角钢圈和罐顶组成，在施工现场进行组装焊接。罐底与罐壁采用T型接头，罐顶与罐壁采用搭接结构。罐顶结构形式只限为锥顶、拱顶两种。大型立式储罐计算大型立式储罐计算承受载荷主要分为静载荷、操作载荷、动载荷三大类。1．静载荷：储罐自重、隔热层重量、附加载荷、储存液体静压力、雪载荷。2．动载荷：风载荷、地震载荷。3.操作载荷：正压（操作条件决定的气相空间）、负压（抽排液或温度变化形成）。大型立式储罐计算目前国内常用的设计规范：1)设计压力：-490Pa～6000Pa，容积大于100m3储罐应按GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》；SH3046-1992《石油化工立式圆筒形制焊接储罐设计规范》。这两个设计标准主要是参考美国API650《钢制焊接油罐》编制的。对于埋地、储存极度和高度危害的介质、人工制冷液体的储罐不适用这两个标准。对于极度和高度危害介质，一般参考美国API650设计。2)设计压力：6000Pa～18kPa，应按美国API650；3)设计压力：18kPa～103.4kPa低压储罐，应按美国API620。本课件使用计算程序引用GB50341-2003设计规范。大型立式储罐计算

目前我公司现有的计算程序：1.1SEI公司：石油化工静设备计算辅助设计桌面系统中圆筒形储罐计算程序；1.2天辰公司：EXCEL表格式计算程序。1.3京鼎公司：EXCEL表格式计算程序。1.4中航黎明锦化机：EXCEL表格式计算程序。因常压储罐设计天辰设计院较多，我公司使用频率较高为天辰公司计算程序。该程序界面简洁，数据输入简单，结论直观，修改及打印计算书方便，深受我公司工程技术人员喜欢。本课件使用天辰计算程序讲述GB50341-2003需要的计算内容。大型立式储罐计算计算机的广泛应用有效地提高了我们的工作效率，使我们从设计工作中需要反复进行设备零部件强度，刚度计算过程解脱出来，虽然大部分计算内容由专业计算程序支持完成，但工程技术人员对形成计算书数据正确性、完整性负有法律责任。由于计算模块不可能囊括所有技术细节，技术标准不断更新，与设计模型的不符，常需要我们对简单计算程序进行修改。办法：深入学习标准，明确计算步骤，正确填写数据，学会分析重要数据合理性。大型立式储罐计算1设计压力：1.1定义：罐顶部气相空间的最高压力（表压），其值不应低于正常使用时可能出现的最高操作压力。压力范围：-490~6000Pa1.2如何输入：设计内压：常压、满液输0Pa；微内压输具体数值；设计外压一般输安全阀负压开启压力490Pa或给定负压值，没有输0Pa。2.设计温度：2.1定义：在正常使用状态时罐壁及主要受力元件可能达到的最高或最低金属温度。温度范围：<250℃2.2如何输入：操作温度为常温或低于50℃时，设计温度取50℃。操作温度为大于等于50℃，小于90℃时，设计温度取90℃。操作温度为大于等于90℃时，设计温度取最高操作温度加上20℃。2.3设计温度大于等于90℃，小于250℃时，按附录B附加要求修正程序内容：1）罐顶构件许用应力，还应乘表B2.2(P77)确定的设计温度下材料的屈服强度与210MPa的比值（不得大于1）大型立式储罐计算2）罐顶计算厚度还应乘设计温度与常温下钢材的弹性模量之比3）抗风计算中，罐壁的许用临界压力应乘设计温度与常温下钢材的弹性模量之比4）微内压储罐设计压力公式中系数1.1还应乘设计温度下材料的屈服强度与210MPa的比值（不得大于1）5）有保温的锚栓的许用应力应为常温下许用应力乘以表2.2（P22）设计温度下屈服强度降低系数3.许用应力如何选取：碳钢和低合金钢可直接按GB50341查取，高合金钢许用应力确定按SH3046-1992查取，不能用GB150中数值。4.焊接系数:一般取0.9,当标准规定的最低屈服强度大于390MPa时取0.85，储存极度和高度危害的介质时，天辰取1.05.直径范围：公称直径5m<DN<32m，公称直径小于等于5米常压储罐一般不用计算。大型立式储罐计算设计条件输入可按图纸技术特性表数据给出。设计条件设计内压

PaP

2000设计外压

PaPo

0设计温度

0Ct

100储液密度

kg/m3ρ

973储罐内径

mD

10.5罐壁腐蚀裕量

mmC2s

6罐顶腐蚀裕量

mmC2r

1基本风压

PaWo

550基本雪压

Pa

300地震烈度

6风压高度变化系数

(按p29页计算)

μz

1大型立式储罐计算壳体计算第I圈罐壁板的实际高度hih1

h2h3h4

h5

h6h7h8h9h10h111.81.81.80.9

各圈壁板材料Q235BQ235BQ235BQ235B

设计温度下罐壁许用应力157157157157

常温下罐壁材料许用应力157157157157

罐壁材料负偏差0.30.30.30.3焊接接头系数0.90.90.90.9储存介质时计算厚度

8.437.797.156.51储存水时计算厚度2.481.831.170.52罐壁最小公称厚度(P27)5.005.005.005.00///////罐壁板名义厚度12101010

大型立式储罐计算每层罐壁重量kg5600466546652333各圈罐壁板的有效厚度tn-C1s-C2s5.73.73.73.7最薄圈罐壁板的有效厚度

mm3.70罐壁筒体的实际高度

mHe

6.30第I圈罐顶板的当量高度Hei[hi*(tmin/ti)2.5]He1

He2He3

He4

He5He6He7He8He9He100.6111.81.80.9/

///罐壁筒体的当量高度

mHE

5.11罐壁材料（碳钢cs：1，不锈钢ss：2,碳锰钢3）

1设计温度下和常温下的弹性模量之比k1

1.00罐壁筒体的临界压力

16480D(tmin/D)2.5/HE

PaPcr2486储罐类型:敞口的外浮顶:1与大气连通的内浮顶:2存在内压的固定顶:33筒体设计外压PaP0P01238**********不设加强圈**********加强圈数量

int(P0/Pcr)

nn0设置加强圈后，每段筒体的当量高度

HE/(n+1)mLeLe5.11大型立式储罐计算1.遵循设计原则：a.强度要求：罐壁承受储液静压力，静压力从上至下逐渐增大，即沿着罐壁高度方向每一点的承受压力不同，因此在静压力作用下罐壁中每一点的应力不得大于钢材的许用应力；b.稳定性方面：罐内的负压和风载的作用可能会使罐壁发生稳定失效破坏，因此要考虑罐壁的加强（增加罐壁厚或采用加强圈）。2.对于大容量或多台不同容量的储罐，设计排版时应考虑钢板规格尽可能少，天辰统一规定碳钢按1.8m板幅排版，不锈钢按1.5m板幅排版。3.罐壁计算模块包括壁厚、是否设置中间抗风圈及数量、位置两部分计算。1)当P≤2000时，td=4.9Dρ(H-0.3)/([σ]dφ)+C1s+C2s

[储存介质条件下

]

tt=4.9D(H-0.3)/([σ]tφ))+C1s+C2s[储水条件下]

当P>2000时，td=4.9Dρ(H-0.3)/([σ]dφ)+0.5PD/([σ]tφ)+C1s+C2s[储存介质条件下]大型立式储罐计算罐壁名义厚度不得小于计算厚度加壁厚附加量的较大值，且不得小于表6.3.3规定值(P27)。由于罐壁高度通常大于钢板宽度，所以罐壁总是用多圈钢板组焊而成;壁厚从下向上逐层递减,相邻壁厚差最好不超过2mm;底圈壁板是产生周向拉应力及纵向弯曲应力最大部分，所以有意将底圈壁板加厚。2)判别设置中间抗风圈数量、位置步骤：A.核算区间的罐壁筒体许用临界压力PcrB.计算存在内压的固定顶油罐罐壁筒体的设计外压PoC.判断中间抗风圈数量、位置(P33-6.5.4)注意：天辰计算程序只给出一个中间抗风圈位置，当需设两个以上数量时，设置位置按标准具体给出。大型立式储罐计算大型立式储罐计算罐底计算不包括腐蚀裕量底板边缘板最小公称厚度(P20页)

mm

6.00不包括腐蚀裕量底板中幅板最小公称厚度(P20页)

mm

6.00是否需要环形边缘板

不需要设环形边缘板罐底不包括腐蚀裕量底板环形边缘板的最小公称厚度mmtb

12.00充装系数

0.900设计最高液位mHw5.67环形边缘板与中幅板焊缝与罐壁板内表面距离mm/大型立式储罐计算说明：1）设置环形边缘板依据：DN≥12.5m2）罐壁内表面至边缘板与中幅板之间的连接焊缝的最小距离，取Lm=215tb/sqr(Hw*ρ），600间大值。需按实际图纸上尺寸放样比较设置是否合理。3）罐底板、边缘板厚度常取最底圈壁厚。大型立式储罐计算罐顶计算设计温度

0Ctt

100罐顶材料

（碳钢cs：1，不锈钢ss：2,碳锰钢3）

1罐顶形式

（锥顶：1，拱顶：2）

2罐顶设计外压

PaPPo

1800罐顶材料设计温度下的弹性模量

Pa

EtEt191000罐顶材料常温下的弹性模量与设计温度下的弹性模量之比

0.994791666罐顶材料的负偏差

mm0.3顶起始角

(锥顶取15o,拱顶按下面计算)

°θ

24.77拱顶半径锥顶时,不输入（常用0.8D~1.2D）

Rs12600罐顶计算厚度（包括附加量）

锥顶:0.21D/sinθ+C1r+C2r

拱顶:0.42Rs+C1r+C2rmmths6.59罐顶最小厚度t

mmtmin

5.5罐顶名义厚度

mmtm

6大型立式储罐计算拱顶计算与罐内壁距离

(包边角钢在内侧为正,外侧为负)

mma

-30扇形顶板个数

D*π/1800

n

18.420中心板直径

mmLo

1500拱顶半径

mmRs

12600展开长度

mmL1

4748大端展开半径

mmR1

5815小端展开半径

mmR2

701大端弦长

mmL2

1693小端弦长

mmL3

258大端弧长

mml1

1699小端弧长

mml2

260拱顶高度

mmh

1172拱顶起始角

°θ

24.77扇形顶板重量

kgGs

218.03中心顶板重量

kgGc

83.23无肋板时罐顶的临界压力

0.1*Et((trn-c1r-c2r)/Rs/1000)2

PaPcr

2658罐顶设计外压

PaPo

1800*****需加厚拱顶或加肋*****大型立式储罐计算加强肋计算拱顶有效厚度

trn-cr1-cr2mmth

6.2经向肋的厚度

mmb1

5.7纬向肋的厚度

mmb2

5.7经向肋的宽度

mmh1

50纬向肋的宽度

mmh2

50经向肋的最大间距

mmL1s

1699纬向肋的最大间距

mmL2s

1200经向带肋组合截面型心到顶板中心面的距离

mme1

0.57纬向带肋组合截面型心到顶板中心面的距离

mme2

0.81经向带肋截面的面积折算系数

mmn1

1.02纬向带肋截面的面积折算系数

mmn2

1.03经向带肋截面平均抗弯刚度值

D1

28075199纬向带肋截面平均抗弯刚度值

D2

37943925壳板抗弯刚度值

D

3793387带肋拱顶的折算厚度

mmtm

10.50带肋拱顶许用临界压力

0.1*Et(tm/Rs/1000)2(th/tm)0.5PaPcr

10185罐顶设计外压

PaPL

1800**********校核合格**********大型立式储罐计算1.罐顶计算：罐内液面以上的气相空间的压力是变化的，在此空间内会产生正压或负压，因此罐顶具有承受内压作用的强度和承受负压作用的稳定性。2.GB50341-2003罐顶只讲自支撑式锥顶和自支撑式拱顶两种：(1)自支撑式锥顶：用于直径不大于10m；(2)自支撑式拱顶：a.光面拱顶：用于直径D≤12m；

b.带筋拱顶：常用直径12m＜D＜32m；3.罐顶主要由中心顶板和扇形板两部分组成。规定：VN<1000m3时，中心顶板直径为1500mm，

1000m3<VN<5000m3时，中心顶板直径为2000mm，

VN>5000m3时,中心顶板直径为2100mm。扇形板的块数为4的倍数。大型立式储罐计算4.经向肋的最大间距=扇形板大端弧长纬向肋的最大间距=径向等分间距5.罐顶设计外压P的确定

P1—主要考虑罐顶自重N/m2(Pa)：单位面积的重力，当有保温层时应考虑保温层的重量；

P2—罐内操作负压（取1.2倍呼吸阀的负压定压压力）Pa；

P3—附加载荷（如雪载荷或活动载荷）一般不小于700Pa。为保证罐顶具有足够的稳定性，P2与P3之和不应小于1200Pa,当雪载超过600Pa时，应加上超过的部分；

计算外压：P=P1+P2+P3（简化P=P1+1200）6.随着储罐容量和直径的增大，光面球壳的设计厚度随之增大，从而使罐顶的钢材用量增大，投资费用增高。对于由外压起控制作用的球壳，为了减轻罐顶的重量，节约成本，当12m<DN<32m时，基本上采用带肋球壳罐顶，其受力特点是：承载主体为球壳板和肋条构成的组合截面。大型立式储罐计算连接处的有效面积

包边角钢规格

80x80x10

包边角钢面积

mm2A1

1500壳体侧的面积0.6(1000D/2*tmin)0.5*tmin

mm2A2

309.41罐顶侧的面积

max(0.3(1000D/2/sinθ*th)0.5,300)*thmm2A3

518.39罐壁与罐顶连接处的有效面A1*(δ角钢-C2s)/δ角钢+A2+A3

mm2Aa

1428罐壁与罐顶连接处所需面积

拱顶:见P41页和P73页

锥顶:见P40页和P73页

mm2An1

609带筋拱顶罐壁与罐顶连接处所需面积

4.6DRnPL/2200/1000

mm2An2

609**********校核合格---Passed**********大型立式储罐计算罐顶与包边角钢的焊接：罐顶与包边角钢采用较弱连接方式，在其外侧采用单面连续焊保证罐体封闭，其焊角高度不大于罐顶板厚度的3/4,且不大于4mm。目的在于当罐内超压或安全装置失灵时，尽可能从此处破坏掀开，减少罐壁及罐底破坏而造成重大损失。包边角钢的选取：大型立式储罐计算

微内压储罐计算

罐壁与罐顶连接处的有效面积

mm2A

1428设计内压

1000(1.1Atgθ/D2+0.08th)

PaP

7071罐壁和由罐壁及罐顶所支撑构件(不包括罐顶)重量

kgmt

17500罐底板不被抬起的最大内压1000*(0.00125mt*g/D2+0.08th)

PaPmax

2440破坏压力

1000(1.6P-0.047th)

PaPf

11313**********罐壁与罐顶连接处校核合格-----passed********************需要进行地脚螺栓计算**********大型立式储罐计算说明：1.计算罐底板不被抬起的最大内压Pmax2.计算罐壁与罐顶连接处发生屈曲破坏时压力Pf3.结论1：Pf≥Ps;罐壁与罐顶连接处满足内压下破坏压力的要求。4.结论2：若Pmax≥Ps校核合格，可不进行地脚螺栓计算。若Pmax<Ps校核不合格时，需要进行地脚螺栓计算。5.常压计算可不计算此模块。大型立式储罐计算罐壁和罐顶及其附件的重量kgmg

22450气体内压升举力

P*πD2/4/1000

kNP1

173.18由风产生的升力o*μz*He^2+Wo*μz*π*D^2/4)/1000

kNP269.45自重产生的下压力

mg*9.8/1000

kNg220.23是否需地脚螺栓（比较P1和g的大小来判断）

需要地脚螺栓地脚螺栓的计算地脚螺栓材料

Q235B常温地脚螺栓材料的屈服限

MPaσst235设计温度时地脚螺栓的屈服限MPaσsd

235

地脚螺栓腐蚀裕量

mmC

3

地脚螺栓直径

(>=24,有腐蚀时取30)

mmd

36地脚螺栓个数

n

2024设计压力时地脚螺栓的许用应力

σsd/2

118

设计压力加风载加地震载荷时许用应力

2σsd/3MPaFt1

157试验压力时许用应力2σst/3

MPa

157

1.5倍破坏压力时许用应力σsd

MPa

235

螺栓根径截面积(D根径-2*π/4)

mm2A

518

空罐时1.5倍设计压力与设计风压下地脚螺栓应力

(1500*P1+1000P2-+Gc)/n/AmMPaFt1"

17空罐时1.25倍试验压力下地脚螺栓应力

(1.25*1.25*P*πD2/4-G)/n/AmMPaFt2"

4满液时1.5倍破坏压力下地脚螺栓应力

(1.5Pf*πD2/4-G)/n/AmMPa101**********校核合格-----Passed**********大型立式储罐计算大型立式储罐计算抗震计算储液耦连振动基本周期

sTc

0.0922747储罐内半径

mR

5.25罐壁距底板1/3高度处有效厚度

mδ3

0.0037油罐设计最高液位

mHw

5.67耦连振动周期系数

Kc

0.0004320晃动周期系数

Ks

1.068074074液体晃动基本周期

sTw

3.46095