1000立方米拱顶油罐.docx
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1000立方米拱顶油罐.docx
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1000立方米拱顶油罐
*******学院课程设计
课程名称
****
****
****
学生姓名
****
****
****
指导教师
2018年6月**日
培黎石油工程学院课程设计任务书
题目名称
♦**♦*♦♦*♦♦*♦♦*
系部
♦**♦*♦♦*♦♦*♦♦*
专业班级
********卄*卄*
学生姓名
**************
一、课程设计的内容
此次课程设计的是IooOm3拱顶罐,包括罐体材料的选择、罐壁的计算、加强圈的选择、开孔补强、罐底基础设计、罐顶的设计、油罐附件的选择。
二、课程设计的要求与数据
课程设计的要求有以下四点:
1.了解拱顶汕罐的基本结构和周部构件:
2.根据给定油罐大小,査阅相关标准确定相岚构件的规格尺寸;
3・学会使用AUTOCAD制图;
4.相关技术要求参考有关规范。
设计原始数据:
设计压力正压
负压
设计温度
雪载荷
196OPa
490Pa
19oC≤t≤90oC
441Pa
抗震设防烈度
储液密度
腐蚀裕量
焊接接头系数
8度
860kg∕m3
1mm
0.9
三、课程设计应完成的工作
1.IOOOm3拱顶汕罐装配图一张:
2.1000m3拱顶油罐罐体图一张:
3.课程设计说明书一份;
、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
拱顶罐相关资料査阅
图书馆
6.4-6.5
2
课程设计大纲及各类数据的计算
图书馆
6.6-6.8
3
数据的校核与检査
图书馆
6.11-6.13
4
拱顶罐装配图
图书馆
6.14
5
拱顶罐罐体图
教室
6.15
6
课程设计初稿修订
教室
6.19
7
上交课程设计说明书
办公室
6.20
8
课程设计答辩
教室
6.22
五、应收集的资料及主要参考文献
[1]潘家华,郭光臣,高锡祺等.汕罐及管道强度设计[M].北京:
石油工业出版社,1986.
[2]GB50205-2001钢结构匸程施匸质最验收规范[S].北京:
中国标准出版社,2001.
[3]王立业.《罐体开口补强设计》[M]GB150-1998.116-118.
[4]郭光臣.油库设计与管理[M].山东:
石油大学出版社.1990.
指导教师:
年
月
日
系部主任:
年
月
0
教学院长:
年
月
日
摘要
油罐是储存原油或其他石油产品的容器。
用在炼油厂、油田、油库以及其他工业中。
随着我国各项技术的发展,储罐的发展趋势越来越趋于大型化、H动化、全能化。
本次主要设计的是IOOOm3拱顶罐,包扌舌罐体材料的选择、罐壁的计算、罐底基础设计、储罐浮顶的设计、油罐附件的选择。
关键词:
拱顶讎:
罐壁壁厚:
罐底:
罐顶
第I章绪论1
1.1拱顶罐的发展现状及其基本要求1
1.2储罐的用途2
1.3储罐的分类3
1.4拱顶罐在工业生产中的应用3
1.5设计、制造遵循的主要指标规范3
第2章设计原始数据4
第3章拱顶罐罐壁设计5
3.1材料的选择5
3.2直径与高度的确定5
3.3罐壁设计5
第4章罐底设计11
4.1罐底的排版形式11
4.2油罐罐底直径的计算11
第5章罐顶设计12
5.1球顶的曲率半径12
5.2油罐罐顶的校核12
第6章油罐附件选择14
6.1罐壁人孔14
6.2量油孔14
6.3透光孔14
6.4呼吸阀14
6.5排水槽14
6.6盘梯15
结论16
参考文献17
附录18
附录A拱顶油罐系列参数与尺寸18
Pf寸录BIOOOnV油罐装配图18
附录CIOOOnV油罐罐体图18
第1章绪论
1.1拱顶罐的发展现状及其基本要求
长期以來,我国库存轻质汕品,广泛采用固定顶油罐和拱顶油罐。
由于固定顶汕罐在存贮和收发油品时存在“小呼吸”种吠呼吸”,油品蒸发损耗较大,而且会因为油气逸散到空气中造成环境污染,危害人们身体健康。
因此汕品及化学品的蒸发损耗一直是石油、化学工业关心的问题。
人们最初关心的是经济损失和安全,近年来还关心生态、环境保护方面的问题。
发展现状U在容积小TlOOOm3的油罐中,拱顶油罐是最常用的,近十余年來拱顶罐儿乎全部代替了在五、六十年代曾在我国广泛使用的悬链式无力矩油罐。
目前,我国最大的油罐为2万m3,世界上最大的为5万m3。
拱顶罐的刚性好,施工方便,由于能承受较髙的内压力,有利于降低油品损耗,因此ITJm3以下的汕罐广泛采用拱顶罐。
基本要求:
自大庆油田发现以来,我国的油罐事业得到了较快的发展。
七十年代初期,由于长距离输送管道的建设,使这一发展得到了加速。
我国目前最大的油罐为5万m3,始建于1973年。
至今,已有7座5万m?
油罐投入使用,预计在不久的将來会建成更大的油罐。
1962年美国芝加哥桥梁公司首先建成10万m?
浮顶油罐,直径87m,髙约21m01964年,壳牌石油公司在欧洲建成10万m3油罐。
1967年,委内瑞拉建成15万m3油罐,其直径为115m,高为14.6m。
1971年,日本建成16万n?
浮顶油罐,直径为109m,高为17.8mo目前世界上最大的油罐打24万m—
由以上看出,油罐的发展总趋势是走向大型化,是因为大型化具有以下优点:
1.节省钢材。
表1.1列出了不同容积的油罐单位容积所需钢材的净重。
2.减少投资。
3.占地而积小。
因罐与罐之间要有防火距离,所以在总容积相同的情况下,儿台大讎要比一群小罐的占地面积节省的多。
4.便于操作管理。
几台大罐与一群小罐比,在检尺、维护、保卫方面都比较方便。
5.节省管线及配件。
儿台大罐与一群小罐比,库区管网要简单的多,而且罐前的阀门、仪表、消防设施等配件也可以节省。
表1.1钢油罅单位容积所需钢材净重
油罐容量,∏?
单位容积所盂钢材净重,kgf∕m3
5000
26.2
IOOOO
23.0
20000
21.5
50000
19.2
IOOOOO
15.0
200000
10.0
由表1.1可以看出,油罐容量越大,单位容积所需的钢材量越少。
油罐的大型化给人们带来了一些利益,但是另一方面随着油罐的大型化,也出现了一些问题。
因此,需要满足以下几个要求:
1•强度雯求。
油罐在卸载以后不应留下塑性变形。
2.有抵抗断裂的能力。
无论在水压试验或操作状况下,油罐不得产生断裂破坏。
3.有抵抗风荷的能力。
在整个建造及使用期间在建罐地区最大风荷下不应该产生破坏。
4.有抗地震的能力。
在整个使用期间,在建罐地区的最大震裂度下不应产生破坏。
5.汕罐要坐落在稳固的基础上。
汕罐在使用期间的不均匀沉降要在允许范围之内。
上述要求是就总体而言的,具体某一构件还应有其他要求。
1.2储罐的用途
储存设备乂称储罐,主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备,在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用,如氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。
储罐内的斥力直接受温度影响,且介质往往易燃、易爆或有毒。
储罐的结构形式主要有卧式储罐、立式储罐和球形储罐。
用F储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐,我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制储罐,钢制储罐在国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的。
钢制储罐是储存各种液体(或气体)原料及成品的专用设备,对许多企业來讲没有储罐就无法正常生产,特别是国家战略物资储备均离不开各种容量和类型的储罐。
我国的储油设施多以地上储罐为主,且以金属结构居多。
1.3储罐的分类
按材料分为钢、钢筋混凝土和砖石三种。
按储存的汕品性质可分为重油罐和轻汕罐。
油罐的主要类型:
立式圆筒形拱顶钢汕罐。
容量一般在一万立方米以下。
壁板采用套筒式连接(贴角焊缝)。
施工时常用倒装法(从罐顶开始,白上而下逐层安装罐壁,并用风机送风使罐体上升)。
与正装法(从罐壁底圈板开始,口下而上逐层安装罐壁)比较,减少了高空作业。
立式圆筒形浮顶钢油罐。
设有能上下浮动的双盘式浮顶或单盘式浮顶。
双盘式浮顶能减少热辐射影响,因此,油品蒸发损失小。
但在容量较大时(大于一万立方米),为了降低造价,一般采用单盘式浮顶。
这类汕罐应注意选择合理的密封装置耍求密封效果好、安装和维修方便。
壁板采用对焊连接,施工常用止装法。
立式圆筒形内浮顶钢汕罐。
兼有拱顶和内浮顶,内浮顶在拱顶油罐内部漂浮在液而上,可上下浮动。
它除具有浮顶油罐特点外,还能保证油品的清洁度。
球形钢油罐。
可承受0.45-3MPa的工作压力,,常用于储存液化石油气。
卧式钢油讎。
容最一般在50π?
以下。
可以储存汽油和易挥发的石油产品。
1.4拱顶罐在工业生产中的应用
随着我国石油工业的飞速发展,拱顶油罐的发展也很快,除了石油系统,供销系统,和军事系统一系列专用的石油储罐,还有其他企业,如铁路,交通,电力,冶金等部门也建有各种类型的储罐,以保证运输和生产的正常进行,拱顶储油罐作为储罐系统的產要组成部分。
在石油化工行业中应用格外突出,通过它协调原油生产,原油加工,成品油供应及运输的纽带。
拱顶罐是储存各种液体原料及成品的专用设备,对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产,无法保证石油化工下游产业的稳定生产,特别是国家战略石汕储备均离不开各种容最的拱顶储罐,战略石油储备是防止石油供应中断,保障国家石油安全的重要手段。
1.5设计、制造遵循的主要指标规范
《GBJ128立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》
《GB50205钢结构工程施工质量验收规范》
《GB50341-2003_立式圆筒形钢制焊接油罐》
油罐用于储存柴汕
设计压力
正压:
1960匕
负压:
490匕
设计温度
19oC≤t≤90oC
基本风压
686Pa
雪裁荷
441Pa
第2章设计原始数据
抗震设防烈度8度储液密度860kg∕m3腐蚀裕暈1mm
焊接接头系数0.9
第3章拱顶罐罐壁设计
3.1材料的选择
通过《GB50341-2003_立式圆筒形钢制焊接油罐》设计观范进行设计选择。
罐壁、罐顶、罐底采用Q235钢。
3.2直径与高度的确定
在容积一定的条件下,汕罐〔4】的直径、高度的选择遵循材料最省或费用最低的原则。
对于小型等壁油罐来说,按金属用量最省的方法更为准确。
查阅相关书籍⑴,容积为IOOOzn3的汕罐宜设计为等壁封闭油罐。
查表3.1有:
HZ2R
表3.1油罐经济高度与半径的关系
油罐形式
材料最省的髙度
费用最低的高度
等壁敞口油讎
HMR
HZR
等壁封闭油罐
H=2R
HZ2R
变壁封闭油罐
H=√αλ
C2+C3
H竺乂R
油罐的体积公式:
V=πR2H(3-1)
则有:
2πR3=1000(3-2)
R=5.41926m
向上圆整取R=5750mm,即H=IO650mm。
此时油罐的计算容积:
V=πR2H(3-3)
=π×5.75"×10.65
=1106m3>1000m3
即油罐内径D=11500mm,高度H=IO65Ommn
3.3罐壁设计
3.3.1壁厚的确定
罐壁厚度可以用定点法和变点法来计算,这里用定点法计算罐壁的壁厚,油罐所用材选择Q235-A,查表设计温度下的罐壁钢板的许用应力[σ]=16kgf∕mm2,查得壁厚计算公式代入数值有:
._γ(H-03)D
5=丽厂
l×(10.65-0.3)×11.5
=2X16X0.9
=4.1328mm
式中:
t0—罐壁的计算厚度,mm;
Y—储罐容重,取γ=l;
D-油罐内径,m;
[σ]—设计温度下钢板的许用应力,[σ]=16kgf/mm2:
η—焊缝系数,q=0.9.
罐壁厚度的计算公式为:
t=to+^Co+C
式中:
t_罐壁设计厚度,mm;
t0—罐壁的计算厚度,mm;
CO-钢板厚度允许负偏差,数值见表3.2,mm:
C—腐蚀裕最,mm,取ImmO
则罐壁计算厚度为:
t=to+^Cq+C
1
=4.1328÷-×(-0.3)+l
=4.9828mπι
(3-4)
(3-5)
(3-6)
罐壁圈板由多块钢板焊成,他们之间的焊缝采用对接连接:
罐壁上下圈板之间采用套筒式搭接,搭接长度取50mm。
圈板的层数计算过程如下:
油罐罐壁钢板的尺寸规格定为1750×5200mm:
油罐周长:
L=πD=3.14×11500=36110mm;
每圈罐壁筒节所需钢板:
每块钢板的加工余量取IOmm(经验值:
)
这样除去边缘的加工余量后,每块钢板的实际可用长度
L1=5200-2X10=5180mm
实际每圈所需钢板数:
油罐的高度H=Io65Omm,则每块钢板除去余最后实际宽度B为:
B=175-2×10=1730mm
罐罹钢板层数:
由以上得出,油罐罐壁由7层钢板,每层7块钢板组焊而成。
表3.2钢板厚度允许负偏差
厚度,mm
钢板宽度,mm
IOOI-I800
1801-2000
2001-2500
4
4.5-5.6
6-7
8-25
26-30
32-34
36-40
・0.3
・0.5
・0.6
・0.8
・0.9
-1.0
・1.1
-0.3
-0.6
-0.8
・0・9
・1.0
・1.1
・0.3
・0.8
・0.9
・1.0
-1.1
332加强圈设计
由于内浮顶罐顶部有固定顶,不需加设抗风圈⑹,但随着储罐高度的增长(主要是为了减少材料、降低成本),使得汕罐中部的筒体有被风吹瘪的危险。
在风载荷的作用下,为防止储罐被风吹瘪,必须对罐壁筒体进行稳定性校核,并根据需要在适当的位置设置加强圈。
(3-10)
判定储罐的侧圧稳定条件为:
[Perl≥Pθ
式中:
[PcrJ-罐壁许用临界丿玉力,Pa:
Po—设计外压,Pa:
当[Perl>P0时,就可以认为罐壁具备了足够的抗风能力,否则必须设置加强圈以提高储罐的抗外压能力。
下面介绍《GE50341・2003_立式圆筒形钢制焊接汕罐》推荐的加强圈的设计方法。
该
方法是根据薄壁短IMl筒在外床作用下的临界床力得到的,
%】=韻
罐壁的许用临界床力:
(3-11)
式中:
[%]—罐壁许用临界压力,kgf∕m2,
E—圆筒材料的弹性模量,192X109巳:
D-油罐内径,m:
δ—圆筒的厚度,m:
L-圆筒的高度,m。
将D=11.5m,L=10.65m,δ=0.006m,E=192×109Pa代入式(3-11)得:
r2.59Eδ2-52.59×192×109×0.0062∙5
c,D1-5L11.51∙5×10.65a
从上面的计算结果来看,[匕]>Po,故本文设计的储罐可不设置加强圈。
3.3.3开口补强
由于使用的要求,必须在罐壁上开口并连接管,例如进出油管,清扫口,人孔,在罐壁上开口后,将在开孔的附近产生应力集中,其峰值通常达到罐壁基本应力的3倍,其至更高,这样的同部应力,如果不采取适当的补强措施,就很可能在孔口造成疲劳破坏或脆性裂口,使孔口处开裂,补强〔刃的办法就是在孔口的周I制焊上补强圈板,以增大开孔周I制的壁厚,降低孔周围的应力。
补强的开孔可为圆形,椭圆形,或长圆形。
当罐壁开孔管直径不超过50mm时,可不进行补强。
如需要补强,在实际工作中均采用这种“等截面”补强的方法。
按照“等截面”补强的原则,补强板的厚度和尺寸确定如下:
需要补强的金属截面积A为:
(3-12)
A=CIto
式中:
d—沿油罐壁纵向的开孔直径;
5—开孔处罐壁的计算厚度;
可用于补强的金属截面积由A】、A?
和A3三部分组成。
Al=d(t1-t0)(3-13)
式中:
血一在补强区域内罐壁实际厚度超出计算壁厚的部分可用作补强的截面积:
耳一开孔处的厚度。
A?
—2h(tβ—14)(3-14)
式中:
力2—接管厚度在补强区域内超出计算厚度的部分可用作补强的截面积:
S-接管的厚度;
.—接管的计算厚度:
ZI_补强区内的接管长度,2.5倍壁厚:
A3=2ab(3-15)
式中:
人3—补强板的截面积
Q—补强板的厚度。
方一卜强板外半径与内半径之差。
最后要求满足:
Aji+A?
+人3—3-16)
表3-3罐壁开孔接管及补强圈规格
公称直径
接管规格
补强圈的尺寸D外ID内
Dg25
φ32×5
—
Dg40
φ45×5
—
Dg5O
φ57×5
—
Dg8O
φ89×6
φl80∕φ93
DgiOO
φl08×6
φ200∕φll2
Dg150
φl59X7
φ300∕φl63
Dg200
φ219X8
φ400∕φ223
Dg250
φ273×9
φ480∕φ227
Dg300
φ325×10
φ550∕φ329
Dg350
φ377×ll
φ620∕φ381
Dg400
φ426×12
φ680∕φ430
Dg450
φ489×12
φ760∕φ484
Dg500
φ530×14
φ810∕φ534
Dg600
φ630×14
φ980∕φ634
计算过程如下:
人孔开孔直径为600mm,查表3.3有接管规格为φ630X14,补强圈的尺寸D外ID内为
φ980∕ψ634,
人孔安装在距离罐底80Omm处,此时:
A=CitO=II500×4.1328=47527.2mm2
AI=Ci(t1-to)=115OO×(4.9828-4.1328)=19775mm2
A2=2h(t3-t4)=2×4.9828×(14-0.2)=2137.5mm2A3=2ab=2×27×346=26684mm2
Al+A2+A3=48596.5mm2>A
所以补强合适。
第4章罐底设计
罐底一般是直接放在地基的砂垫层上,汕罐内的油品重量可直接传给地基。
底板仅受一个简单的斥缩力,这对钢板来说,是及其微小的。
因此,对钢板來说,理论上儿乎没有强度要求,只盂耍将汕品与地基隔开,不渗漏就行了。
4.1罐底的排版形式
罐底板的排版形式,主要是考虑使焊接变形最小,易于施工,以及节约钢材等因素來决定的。
一般采取两种形式:
当D<16.5m时,采用矩形中幅板和边缘板组成的形式;当D>16.5m时,采用周边为弓形边缘板组成,有外形美观,焊缝收缩量小的优点。
罐底板的中间部分称为中幅板,边缘的一圈称为边板,有时也称为环板。
边板的材质与罐壁相同,其最小宽度我国观定为600mm,o罐底边缘板伸出罐壁外表面的宽度取边缘板厚度的6倍左右,且不得小于40mm,大于80mm。
罐底板的接缝除弓形边缘板之间为对接外其余全部为塔接,塔接长度应大于5倍板厚且不小于25mmo边缘板与罐壁相焊接的部位应做成平滑支撑而。
底圈罐壁与边缘板的连接应采用两侧连续角焊,焊脚高度等于边缘板的厚度。
4.2油罐罐底直径的计算
油罐罐底直径的计算公式如下:
D]=D+2t°+26(4-1)
式中:
Dl—罐底直径,mm;
6—边缘板外伸屋,为50mm;
D—油罐内径,
S—罐壁厚度
此时,査表中幅板与边缘板厚度为7mm,边缘板外伸量为边缘板厚度的6倍,取50mm:
贝∣J:
DI=II500+2×4.9828+2×50=11610mm
第5章罐顶设计
5.1球顶的曲率半径
拱顶是一种自支承式的罐顶,形状近似球面,其周边支承与包边角钢上,球面有中心盖板和瓜皮板组成。
瓜皮板一般取为偶数,对称安排,板与板之间互相搭接,搭接宽度不小于5倍板厚,且不小于25mm,实际搭接宽度多采用40mm,搭接的瓜皮板在外侧采用连续焊,内侧采用间断焊。
中心盖板搭在瓜皮板上,搭接宽度一般取50mmo
因为在气体压力作用下,球顶与罐壁厚度相等时,球顶的强度为等直径立式圆柱形罐壁强度的2倍。
为取得等强度,球顶直径应是罐壁直径的2倍,即球顶的曲率半径R等于汕罐直径D,—般取球顶曲率半径⑺与油罐直径的差值不超过20%,即
R=(0.8-1.2)D(5-1)
式中:
R-拱顶球顶曲率半径,cm;
D—油罐内径,CmO
R=0.9×11500=103.5cm
如图1所示为球顶形状,球顶与罐壁连接处需要匀调转角过渡,受载时该出不出现横推力,受力情况较好。
5.2油罐罐顶的校核
根据古典球克临界載荷公式[⑴
式中:
PCr—临界载荷,kgf∕cm2:
T—板厚,cm:
E弹性模量,kgf∕cm2;
R—球壳曲率半径,cm;
V—波桑系数,取0.3。
试验值比上述理论小2~2.5倍,而工程上拱顶为钢板拼焊,儿何形状误差大,取许用圧力[P]为PCr的1/12(安全导数n=12),则光球浇许用外压力(外载荷)
76065.7
[P]=I?
=6338.8匕
因为设计床力P=1910Pa,[P]>P,所以球壳安全。
第6章油罐附件选择
为保证各种汕品的储存、发放、计量和油罐维修的要求,在罐体上需要安装一些不同用途的附属配件,通常称为油罐附件〔%
6.1罐壁人孔
罐壁人孔均安装于罐樂最底圈壁板上,其中心距离罐底约80Ommo人孔位置应与透光孔相对应,以便采光通气。
6.2量油孔
量汕孔一般适用于人工检尺的汕罐,其公称直径为DN150ιmno安装位置应在罐顶平台附近并与透光孔相对应。
以便测定储液计量或取样。
表6.1人孔、透光孔及量油孔选用表
容积IIp
罐壁人孔
透光孔
量油孔
数量
直径
nun
质量kg
数量
直径
IIilll
质量kg
数量
直径
IlInl
质量
kg
40-700
1
600
126
1
500
47.7
1
150
7.6
IOOO-200
O
1
600
126
2
500
47.7
1
150
7.6
3000
1
600
126
2
500
47.7
1
150
7.6
5000-100
OO
1
600
126
3
500
47.7
1
150
7.6
6.3透光孔
透光孔主要用于油罐放空后的通气和检修时的采光,安装在灌顶半台附近,与人孔对称或在同一方向上布置。
6.4呼吸阀
呼吸阀主要用于固定油罐上的通风装置,一般安装在灌顶中心附近,起呼吸作用。
6.5排水槽
用于汕罐排水或排污,带放水管的排污孔装于轻质汕罐,清扫罐时从此孔排除污泥,
平时可从放水管排除罐内的污水。
表6-2呼吸阀选用表
输液量m3∕h
管径Ililll
数量
规格
质量kg
连接尺寸及标
准
<100
100
1
DNIOO
4.7
IOI-150
150
1
DN150
9.4
PN6.DNXX
151-250
200
1
DN200
14.4
251-300
250
1
DN250
19.6
JB/T81-94
>300
300
1
DN300
34.0
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