油罐的尺寸选择和强度设计

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1、教学内容教学内容第三章第三章 立式圆柱形油罐的尺寸选择和立式圆柱形油罐的尺寸选择和罐壁强度设计罐壁强度设计 3-1 罐壁结构罐壁结构 3-2 罐壁钢板厚度计算罐壁钢板厚度计算 3-3 立式圆柱形油罐直径和高度的选择立式圆柱形油罐直径和高度的选择* 3-4 罐壁边缘应力计算（下节点计算）罐壁边缘应力计算（下节点计算） 3-5 罐壁的开孔补强罐壁的开孔补强教学目标教学目标1、了解罐壁结构，熟练掌握罐壁厚度的、了解罐壁结构，熟练掌握罐壁厚度的定点定点设计法设计法;会用会用变点设计法变点设计法来计算罐壁厚度。来计算罐壁厚度。2、学会结合油罐结构特点，并按、学会结合油罐结构特点，并按材料最省材料最省和和

2、投资费用最低投资费用最低两种类型来确定油罐的基本尺两种类型来确定油罐的基本尺寸寸油罐的直径和高度。油罐的直径和高度。3、了解罐壁开孔补强的原因，掌握补强的方、了解罐壁开孔补强的原因，掌握补强的方法及相关的计算公式。法及相关的计算公式。3-1 罐壁结构罐壁结构 罐壁排板罐壁排板 罐壁的纵截面一般为由下至上的逐级减薄的罐壁的纵截面一般为由下至上的逐级减薄的阶梯形，是由不同厚度的钢板焊接而成的。各阶梯形，是由不同厚度的钢板焊接而成的。各相邻圈板的厚度，可根据计算取相等，但上圈相邻圈板的厚度，可根据计算取相等，但上圈板的厚度不得大于下圈板的厚度，即板的厚度不得大于下圈板的厚度，即titi+1。 连接形

3、式连接形式对接对接 所有纵焊缝均采用对接，所有纵焊缝均采用对接，且必须且必须全焊透全焊透。 原因：由于罐壁纵焊缝直接原因：由于罐壁纵焊缝直接承受液压产生的环向拉应力，承受液压产生的环向拉应力，且且。3-1 罐壁结构罐壁结构 为减少焊接影响和变形，相邻两圈板的纵为减少焊接影响和变形，相邻两圈板的纵向焊缝宜错开向焊缝宜错开1/3板长（向同一方向），焊缝板长（向同一方向），焊缝间距间距500mm。 浮顶油罐各圈板之间的连接必须采用对接，浮顶油罐各圈板之间的连接必须采用对接，且内壁齐平。否则，浮顶难以随液面升降而且内壁齐平。否则，浮顶难以随液面升降而上下移动。上下移动。3-1 罐壁结构罐壁结构 连接形

4、式连接形式搭接（即套筒式）搭接（即套筒式）拱顶罐相邻上下圈板的连接可拱顶罐相邻上下圈板的连接可用套筒式搭接，如右图所示。用套筒式搭接，如右图所示。圈板间的搭接长度常取为圈板间的搭接长度常取为3560mm或或(68)t（t为壁厚），为壁厚），但但L搭搭 30mm。3-1 罐壁结构罐壁结构3-1 罐壁结构罐壁结构大型立式油罐如果不是浮顶罐，大型立式油罐如果不是浮顶罐，下部下部16mm的圈板之间也采用的圈板之间也采用对接，以保证焊接质量，而上部对接，以保证焊接质量，而上部较薄的圈板仍可采用套筒式搭接，较薄的圈板仍可采用套筒式搭接，这样就变成了对接这样就变成了对接搭接的混合搭接的混合式连接，如右图所示

5、。式连接，如右图所示。 连接形式连接形式混合式混合式3-1 罐壁结构罐壁结构 若对接钢板厚度若对接钢板厚度6mm，则必须开坡口；，则必须开坡口； 罐壁上下圈板采用套筒式搭接时，罐壁外罐壁上下圈板采用套筒式搭接时，罐壁外侧角焊缝采用连续焊，其焊脚高度侧角焊缝采用连续焊，其焊脚高度 焊缝上焊缝上侧壁厚的侧壁厚的2/3，且，且 4mm，罐壁内侧角焊缝常，罐壁内侧角焊缝常采用间断焊；但对腐蚀性介质，仍采用连续采用间断焊；但对腐蚀性介质，仍采用连续焊，以避免搭接缝隙的腐蚀。焊，以避免搭接缝隙的腐蚀。 连接注意事项连接注意事项3-1 罐壁结构罐壁结构 圈板宽度越小，阶梯形折线越趋近于理论圈板宽度越小，阶梯

6、形折线越趋近于理论计算直线，材料也就越省，但环焊缝数就越计算直线，材料也就越省，但环焊缝数就越多，增加了制造安装工作量。多，增加了制造安装工作量。 圈板宽度圈板宽度hi 若底层圈板太窄，则由边缘力所引起的最若底层圈板太窄，则由边缘力所引起的最大环向应力有可能落在上层圈板的下部，从大环向应力有可能落在上层圈板的下部，从而造成上圈板比底圈板厚的不合理现象。而造成上圈板比底圈板厚的不合理现象。故故圈板宽度不宜太窄！圈板宽度不宜太窄！ ?3-1 罐壁结构罐壁结构根据根据API650推荐，圈板推荐，圈板hmin 1.83米，而根米，而根据我国实际，钢板宽度下限为：据我国实际，钢板宽度下限为： D16.5

7、m，h1m D16.5m，h0.5m3-2 罐壁钢板厚度计算罐壁钢板厚度计算 理论基础：理论基础：轴对称回转薄壳的无力矩理论和第一轴对称回转薄壳的无力矩理论和第一强度理论。强度理论。第一强度理论认为：不论材料处于何种应力状态，只要材第一强度理论认为：不论材料处于何种应力状态，只要材料最大拉应力料最大拉应力1达到材料单向拉伸断裂时的最大拉应力即达到材料单向拉伸断裂时的最大拉应力即强度极限强度极限b，材料将发生断裂。故材料的断裂条件为：，材料将发生断裂。故材料的断裂条件为：b 1当该理论应用于构件的强度计算时，其强度条件为：当该理论应用于构件的强度计算时，其强度条件为： 11ornb油罐在接近常压

8、的条件下贮存油品时，罐壁油罐在接近常压的条件下贮存油品时，罐壁沿高度所受内压力主要是液体静压和较低的沿高度所受内压力主要是液体静压和较低的蒸汽压力。蒸汽压力。在液面以上罐壁仅受蒸汽压力在液面以上罐壁仅受蒸汽压力p0的影响，而距的影响，而距罐底罐底y处的压力为处的压力为py=p0+(H-y)g。一、罐壁强度条件一、罐壁强度条件一、罐壁强度条件一、罐壁强度条件业已导出罐壁经向与环向应力业已导出罐壁经向与环向应力和和分别为：分别为：tDp40HygyHptDHyHtDp022000显然：显然：D一、罐壁强度条件一、罐壁强度条件故按液面以下即故按液面以下即Hy0处的最大环向应力进处的最大环向应力进行罐

9、壁强度设计。行罐壁强度设计。由第一强度理论得：由第一强度理论得： tDgyHp200max最大环向应力所在处最大环向应力所在处！ 靠近罐底部的圈板按强度条件计算，靠近靠近罐底部的圈板按强度条件计算，靠近罐顶部的圈板按刚度条件设计；罐顶部的圈板按刚度条件设计； 按强度条件设计的圈板应以该圈板上的最按强度条件设计的圈板应以该圈板上的最大环向应力计算；大环向应力计算； 储存油品密度（即容重）比水小，则按静储存油品密度（即容重）比水小，则按静水压考虑；反之，按油品实际密度计算。水压考虑；反之，按油品实际密度计算。二、罐壁钢板厚度设计原则二、罐壁钢板厚度设计原则 中小型油罐的壁厚计算可采用定点法，而中小

10、型油罐的壁厚计算可采用定点法，而大型油罐多采用变点法。大型油罐多采用变点法。 定点设计：按距各圈板下端相同位置的环向应力定点设计：按距各圈板下端相同位置的环向应力计算各圈板的壁厚。计算各圈板的壁厚。三、中小型油罐壁厚的定点设计三、中小型油罐壁厚的定点设计 壁厚计算：壁厚计算：据理论分析和实验测定，对于中小型罐，各圈板环据理论分析和实验测定，对于中小型罐，各圈板环向应力最大的点不一定在圈板的最下端，而在向应力最大的点不一定在圈板的最下端，而在圈板圈板下端以上约下端以上约0.3m的位置，则：的位置，则：注意各量意注意各量意义及单位义及单位！23.00DHt（3-2）上式中：上式中：H 计算圈板底边

11、至罐壁顶端（当设有溢流口时，应计算圈板底边至罐壁顶端（当设有溢流口时，应至溢流口下沿）的垂直高度，至溢流口下沿）的垂直高度，m；D 油罐直径，油罐直径，m；t0由强度条件计算的壁厚，由强度条件计算的壁厚，mm；设计温度下罐壁钢板的许用应力，设计温度下罐壁钢板的许用应力，kgf/mm2；储液容重储液容重，当，当储液储液1t/m3时，取储液实际容重；时，取储液实际容重；当当储液储液1t/m3时，取时，取1t/m3 ；焊缝系数，取焊缝系数，取0.9。三、中小型油罐壁厚的定点设计三、中小型油罐壁厚的定点设计 式中：式中： t 罐壁设计厚度，罐壁设计厚度，mm； t0 罐壁计算厚度，罐壁计算厚度，mm；