大型立式儲(chǔ)罐計(jì)算

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1、淺談大型立式儲(chǔ)罐的計(jì)算,中航黎明錦西化工機(jī)械（集團(tuán)） 有限責(zé)任公司技術(shù)中心 韓滔 2015.3.11,一、概述,儲(chǔ)罐是工業(yè)中廣泛使用的儲(chǔ)存設(shè)備，用以儲(chǔ)存石油、石化產(chǎn)品及其類似液體。本課件講述的常壓儲(chǔ)罐，為內(nèi)部氣相空間有直接與大氣相通的開(kāi)口（即常壓）和存在微內(nèi)壓的大型儲(chǔ)存設(shè)備，而罐壁承受儲(chǔ)液壓力的作用會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力，為保證儲(chǔ)罐安全、可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)、施工提出嚴(yán)格的要求，認(rèn)為常壓儲(chǔ)罐而隨意放松設(shè)計(jì)要求會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性后果，因此必須嚴(yán)格遵循有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范要求。 本課件重點(diǎn)介紹在常溫和接近常壓的條件下儲(chǔ)存液體的立式圓筒形儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐由平罐底、圓柱形罐壁、角鋼圈和罐頂組成，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝焊接。罐

2、底與罐壁采用T型接頭，罐頂與罐壁采用搭接結(jié)構(gòu)。罐頂結(jié)構(gòu)形式只限為錐頂、拱頂兩種。,一、概述(續(xù)),二、主要載荷,承受載荷主要分為靜載荷、操作載荷、動(dòng)載荷三大類。 1靜載荷：儲(chǔ)罐自重、隔熱層重量、附加載荷、儲(chǔ)存液體靜壓力、雪載荷。 2動(dòng)載荷：風(fēng)載荷、地震載荷。 3. 操作載荷：正壓（操作條件決定的氣相空間）、負(fù)壓（抽排液或溫度變化形成）。,三、 設(shè)計(jì)建造規(guī)范,目前國(guó)內(nèi)常用的設(shè)計(jì)規(guī)范： 1) 設(shè)計(jì)壓力：-490Pa6000Pa ，容積大于100m3儲(chǔ)罐應(yīng)按 GB50341-2003立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范； SH3046-1992石油化工立式圓筒形制焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范。 這兩個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要是參

3、考美國(guó)API650鋼制焊接油罐編制的。對(duì)于埋地、儲(chǔ)存極度和高度危害的介質(zhì)、人工制冷液體的儲(chǔ)罐不適用這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于極度和高度危害介質(zhì)，一般參考美國(guó)API650設(shè)計(jì)。 2) 設(shè)計(jì)壓力：6000Pa18kPa，應(yīng)按美國(guó)API650； 3) 設(shè)計(jì)壓力：18kPa103.4kPa低壓儲(chǔ)罐，應(yīng)按美國(guó)API620。 本課件使用計(jì)算程序引用GB50341-2003 設(shè)計(jì)規(guī)范。,四、計(jì)算程序種類,目前我公司現(xiàn)有的計(jì)算程序： 1.1 SEI公司：石油化工靜設(shè)備計(jì)算輔助設(shè)計(jì)桌面系統(tǒng)中圓筒形儲(chǔ)罐計(jì)算程序； 1.2 天辰公司：EXCEL表格式計(jì)算程序。 1.3 京鼎公司：EXCEL表格式計(jì)算程序 。 1.4 中航黎

4、明錦化機(jī)： EXCEL表格式計(jì)算程序。 因常壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)天辰設(shè)計(jì)院較多，我公司使用頻率較高為天辰公司計(jì)算程序。該程序界面簡(jiǎn)潔，數(shù)據(jù)輸入簡(jiǎn)單，結(jié)論直觀，修改及打印計(jì)算書(shū)方便，深受我公司工程技術(shù)人員喜歡。 本課件使用天辰計(jì)算程序講述GB50341-2003 需要的計(jì)算內(nèi)容。,五、如何正確使用計(jì)算程序,計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用有效地提高了我們的工作效率，使我們從設(shè)計(jì)工作中需要反復(fù)進(jìn)行設(shè)備零部件強(qiáng)度，剛度計(jì)算過(guò)程解脫出來(lái)，雖然大部分計(jì)算內(nèi)容由專業(yè)計(jì)算程序支持完成，但工程技術(shù)人員對(duì)形成計(jì)算書(shū)數(shù)據(jù)正確性、完整性負(fù)有法律責(zé)任。 由于計(jì)算模塊不可能囊括所有技術(shù)細(xì)節(jié)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷更新，與設(shè)計(jì)模型的不符，常需要我們對(duì)簡(jiǎn)單計(jì)

5、算程序進(jìn)行修改。 辦法：深入學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)，明確計(jì)算步驟，正確填寫數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)分析重要數(shù)據(jù)合理性。,六、重要參數(shù)釋義,1設(shè)計(jì)壓力： 1.1定義：罐頂部氣相空間的最高壓力（表壓），其值不應(yīng)低于正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的最高操作壓力。壓力范圍：-4906000Pa 1.2如何輸入：設(shè)計(jì)內(nèi)壓：常壓、滿液輸0Pa；微內(nèi)壓輸具體數(shù)值；設(shè)計(jì)外壓一般輸安全閥負(fù)壓開(kāi)啟壓力490Pa或給定負(fù)壓值，沒(méi)有輸0Pa。 2.設(shè)計(jì)溫度： 2.1定義：在正常使用狀態(tài)時(shí)罐壁及主要受力元件可能達(dá)到的最高或最低金屬溫度。溫度范圍：250 2.2如何輸入：操作溫度為常溫或低于50時(shí)，設(shè)計(jì)溫度取50。 操作溫度為大于等于50，小于90時(shí)，設(shè)計(jì)溫度

6、取90。 操作溫度為大于等于90時(shí)，設(shè)計(jì)溫度取最高操作溫度加上20 。 2.3設(shè)計(jì)溫度大于等于90，小于250時(shí)，按附錄B附加要求修正程序內(nèi)容： 1）罐頂構(gòu)件許用應(yīng)力，還應(yīng)乘表B2.2(P77)確定的設(shè)計(jì)溫度下材料的屈服強(qiáng)度與210MPa的比值（不得大于1）,六、重要參數(shù)釋義（續(xù)）,2）罐頂計(jì)算厚度還應(yīng)乘設(shè)計(jì)溫度與常溫下鋼材的彈性模量之比 3）抗風(fēng)計(jì)算中，罐壁的許用臨界壓力應(yīng)乘設(shè)計(jì)溫度與常溫下鋼材的彈性模量之比 4）微內(nèi)壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力公式中系數(shù)1.1還應(yīng)乘設(shè)計(jì)溫度下材料的屈服強(qiáng)度與210MPa的比值（不得大于1） 5）有保溫的錨栓的許用應(yīng)力應(yīng)為常溫下許用應(yīng)力乘以表2.2（P22）設(shè)計(jì)溫度下屈服

7、強(qiáng)度降低系數(shù) 3.許用應(yīng)力如何選?。禾间摵偷秃辖痄摽芍苯影碐B50341查取，高合金鋼許用應(yīng)力確定按SH3046-1992查取，不能用GB150中數(shù)值。 4.焊接系數(shù):一般取0.9,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低屈服強(qiáng)度大于390MPa時(shí)取0.85， 儲(chǔ)存極度和高度危害的介質(zhì)時(shí)，天辰取1.0 5.直徑范圍：公稱直徑5mDN32m，公稱直徑小于等于5米常壓儲(chǔ)罐一般不用計(jì)算。,七、設(shè)計(jì)條件輸入,設(shè)計(jì)條件輸入可按圖紙技術(shù)特性表數(shù)據(jù)給出。,八、罐壁計(jì)算模塊,八、罐壁計(jì)算模塊(續(xù)),八、罐壁計(jì)算模塊（續(xù)）,1.遵循設(shè)計(jì)原則： a.強(qiáng)度要求：罐壁承受儲(chǔ)液靜壓力，靜壓力從上至下逐漸增大，即沿著罐壁高度方向每一點(diǎn)的承受壓力

8、不同，因此在靜壓力作用下罐壁中每一點(diǎn)的應(yīng)力不得大于鋼材的許用應(yīng)力； b.穩(wěn)定性方面：罐內(nèi)的負(fù)壓和風(fēng)載的作用可能會(huì)使罐壁發(fā)生穩(wěn)定失效破壞，因此要考慮罐壁的加強(qiáng)（增加罐壁厚或采用加強(qiáng)圈）。 2.對(duì)于大容量或多臺(tái)不同容量的儲(chǔ)罐，設(shè)計(jì)排版時(shí)應(yīng)考慮鋼板規(guī)格盡可能少，天辰統(tǒng)一規(guī)定碳鋼按1.8m板幅排版，不銹鋼按1.5m板幅排版。 3.罐壁計(jì)算模塊包括壁厚、是否設(shè)置中間抗風(fēng)圈及數(shù)量、位置兩部分計(jì)算。 1)當(dāng) P 2000時(shí)，td=4.9D(H-0.3)/(d)+ C1s+C2s 儲(chǔ)存介質(zhì)條件下 tt=4.9D(H-0.3)/(t) )+ C1s+C2s 儲(chǔ)水條件下 當(dāng) P 2000時(shí)，td= 4.9D(H-

9、0.3)/(d)+ 0.5PD/(t)+C1s+C2s 儲(chǔ)存介質(zhì)條件下 ,八、罐壁計(jì)算模塊(續(xù)),罐壁名義厚度不得小于計(jì)算厚度加壁厚附加量的較大值，且不得小于表6.3.3規(guī)定值(P27)。由于罐壁高度通常大于鋼板寬度，所以罐壁總是用多圈鋼板組焊而成;壁厚從下向上逐層遞減,相鄰壁厚差最好不超過(guò)2mm;底圈壁板是產(chǎn)生周向拉應(yīng)力及縱向彎曲應(yīng)力最大部分，所以有意將底圈壁板加厚。 2) 判別設(shè)置中間抗風(fēng)圈數(shù)量、位置步驟： A.核算區(qū)間的罐壁筒體許用臨界壓力Pcr B.計(jì)算存在內(nèi)壓的固定頂油罐罐壁筒體的設(shè)計(jì)外壓Po C.判斷中間抗風(fēng)圈數(shù)量、位置(P33-6.5.4) 注意：天辰計(jì)算程序只給出一個(gè)中間抗風(fēng)圈

10、位置，當(dāng)需設(shè)兩個(gè)以上數(shù)量時(shí)，設(shè)置位置按標(biāo)準(zhǔn)具體給出。,八、罐壁計(jì)算模塊(續(xù)),九、罐底計(jì)算模塊,九、罐底計(jì)算模塊(續(xù)),說(shuō)明： 1）設(shè)置環(huán)形邊緣板依據(jù)：DN12.5m 2）罐壁內(nèi)表面至邊緣板與中幅板之間的連接焊縫的最小距離，取Lm=215tb/sqr(Hw*），600間大值。需按實(shí)際圖紙上尺寸放樣比較設(shè)置是否合理。 3）罐底板、邊緣板厚度常取最底圈壁厚。,十、罐頂計(jì)算模塊,十、罐頂計(jì)算模塊(續(xù)),十、罐頂計(jì)算模塊(續(xù)),十、罐頂計(jì)算模塊（續(xù)）,1. 罐頂計(jì)算： 罐內(nèi)液面以上的氣相空間的壓力是變化的，在此空間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生正壓或負(fù)壓，因此罐頂具有承受內(nèi)壓作用的強(qiáng)度和承受負(fù)壓作用的穩(wěn)定性。 2.GB50

11、341-2003罐頂只講自支撐式錐頂和自支撐式拱頂兩種： (1)自支撐式錐頂：用于直徑不大于10m； (2)自支撐式拱頂：a.光面拱頂：用于直徑D12m； b.帶筋拱頂：常用直徑12mD32m； 3. 罐頂主要由中心頂板和扇形板兩部分組成。 規(guī)定：VN5000m3時(shí),中心頂板直徑為2100mm。 扇形板的塊數(shù)為4的倍數(shù)。,十一、罐頂計(jì)算模塊(續(xù)),4.經(jīng)向肋的最大間距=扇形板大端弧長(zhǎng) 緯向肋的最大間距=徑向等分間距 5.罐頂設(shè)計(jì)外壓P的確定 P1主要考慮罐頂自重N/m2(Pa)：?jiǎn)挝幻娣e的重力，當(dāng)有保溫層時(shí)應(yīng)考慮保溫層的重量； P2罐內(nèi)操作負(fù)壓（取1.2倍呼吸閥的負(fù)壓定壓壓力）Pa； P3附加

12、載荷（如雪載荷或活動(dòng)載荷）一般不小于700Pa。 為保證罐頂具有足夠的穩(wěn)定性，P2與P3之和不應(yīng)小于1200Pa,當(dāng)雪載超過(guò)600 Pa時(shí)，應(yīng)加上超過(guò)的部分； 計(jì)算外壓：P= P1+ P2+ P3（簡(jiǎn)化P=P1+1200） 6. 隨著儲(chǔ)罐容量和直徑的增大，光面球殼的設(shè)計(jì)厚度隨之增大，從而使罐頂?shù)匿摬挠昧吭龃螅顿Y費(fèi)用增高。對(duì)于由外壓起控制作用的球殼，為了減輕罐頂?shù)闹亓?，?jié)約成本，當(dāng)12mDN32m時(shí)，基本上采用帶肋球殼罐頂，其受力特點(diǎn)是：承載主體為球殼板和肋條構(gòu)成的組合截面。,十二、罐頂與包邊角鋼連接處計(jì)算模塊(續(xù)),十二、罐頂與包邊角鋼連接處計(jì)算模塊（續(xù)）,罐頂與包邊角鋼的焊接：罐頂與包邊角

13、鋼采用較弱連接方式，在其外側(cè)采用單面連續(xù)焊保證罐體封閉，其焊角高度不大于罐頂板厚度的3/4,且不大于4mm。目的在于當(dāng)罐內(nèi)超壓或安全裝置失靈時(shí)，盡可能從此處破壞掀開(kāi)，減少罐壁及罐底破壞而造成重大損失。 包邊角鋼的選?。?十三、微內(nèi)壓儲(chǔ)罐計(jì)算模塊,十三、微內(nèi)壓儲(chǔ)罐計(jì)算模塊,說(shuō)明： 1.計(jì)算罐底板不被抬起的最大內(nèi)壓Pmax 2.計(jì)算罐壁與罐頂連接處發(fā)生屈曲破壞時(shí)壓力Pf 3.結(jié)論1：PfPs;罐壁與罐頂連接處滿足內(nèi)壓 下破壞壓力的要求。 4.結(jié)論2：若Pmax Ps 校核合格，可不進(jìn)行 地腳螺栓計(jì)算。 若PmaxPs校核不合格時(shí)，需要進(jìn)行 地腳螺栓計(jì)算。 5.常壓計(jì)算可不計(jì)算此模塊。,十四、地腳螺

14、栓計(jì)算模塊,十四、地腳螺栓計(jì)算模塊（續(xù)）,十五、抗震計(jì)算,十五、抗震計(jì)算（續(xù)）,十五、抗震計(jì)算（續(xù)）,十五、抗震計(jì)算（續(xù)）,1.由于地震原因使得儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)、爆炸和環(huán)境污染事故，因此，在地震設(shè)防區(qū)（防烈度79度）建造儲(chǔ)罐時(shí)，為了保證其安全運(yùn)行必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。 2抗震設(shè)計(jì)步驟： A.計(jì)算地震設(shè)防條件下，罐壁底部的豎向壓應(yīng)力c的計(jì)算過(guò)程： 1.計(jì)算儲(chǔ)罐的罐液耦連振動(dòng)基本自振周期T1 2.計(jì)算儲(chǔ)罐的水平地震作用力FH 3.計(jì)算水平地震作用力對(duì)儲(chǔ)罐底面的力矩M1 4.計(jì)算罐壁底部的豎向壓應(yīng)力c B.計(jì)算底圈罐壁的許用臨界應(yīng)力cr C.滿足抗震設(shè)計(jì)條件：ccr,符合抗震設(shè)防烈度的要求。不滿足，應(yīng)采取增加底圈、底板壁厚的辦法。,謝謝大家！,