管道及储罐强度设计.doc

1管道：用管子连接件和阀门连接而成的用于输送气体液体和带固体颗粒的流体的装置（用于给排水，供气供热，供煤气，长距离输送石油和天然气，灌溉）。2储罐：用于存放酸，醇，气体等提炼的化学物质的装置（用于炼油厂，油田，联合站或集输站）。3油罐：储存原油或其他石油产品的容器。4管道的失效后果：人员伤亡，环境污染，停输给下游造成经济损失和一定的社会影响。5油气管道的失效机理：材料：a.塑性失稳 b.断裂 c.应力腐蚀开裂 d.氢致开裂 e.裂纹的动态扩展；结构丧失了稳定性。6塑性失稳：由于变形引起的截面几何尺寸的改变而导致的丧失平衡的现象。7.断裂 由于裂纹的不稳定扩展造成的8疲劳;构建在交变力下产生的破坏。8止裂原理:止裂还是快速、持续扩展。取决于裂纹的扩展速度V1，管内介质在管道破裂的时候的减压波的速度V2。(v1v2,快速扩展；v1v2,止裂) 减压波380440mm/s;油1500mm/s.9管道的结构失稳：a 轴向载荷-轴向失稳；b.外压-径向失稳c.弯曲-径向失稳 d.联合载荷-径向失稳.10.弹性敷设：是利用管道在外力或自重作用下产生弹性弯曲变形来改变管道的走向或适应高程的变化。11一般情况下管顶覆盖土厚度为11.2m。热油管道管顶埋深取为1.2m。管道顶部距铁路轨底应不小于1.3m。距公路路面应不小于1m。管道应埋在略低于冰冻线处12永久荷载：施加在管道上不变的，其变化与平均值相比可以忽略不计，其变化是单调的并且趋于限值的荷载13可变载荷：施加在管道结构上由人群、物料、交通工具引起的使用或占用荷载14偶然荷载：设计使用期内偶然出现或不出现，其数值很大，可持续时间很短的荷载15环向应力产生的原因：输送介质的内压，土壤的压力16地下管道产生轴向应力的原因;温度变化和环向应力的泊松效应17管道出现温度变化的主要原因是:管道在敷设施工时的温度由外部气温决定，而在运行过程中则由输送产品的温度决定，两者之间必然存在差别，不可避免在管道运行过程中产生应力或伸缩变形18固定支墩按型式可以分：上托式和预埋式19管道发生下沉会在管道上产生两种新的应力：一是由于管道偏离原来的直线位置产生弯曲，从而产生新的弯曲应力；二是由于管道弯曲而使管道的长度有所增加而产生的拉伸应力20弯管环向应力的分布特点=0或180，即在弯管的中心线处，和直管段的环向应力相等；=270，即在水平弯管的内侧弧面上，最大；=90，即在水平弯管的外弧面上，最小。21应力增强系数：弯管内弧环向应力比直管环向应力增大的倍:22轴向应力特点：弯管在内压作用下其轴向应力和直管相等23弯管柔性产生的原因：在直管弯曲半径方向，管子截面上出现了扁率（弯管制造上的原因，热胀产生的弯矩）23管道三通有以下制造形式：热冲压法制造成的三通，它主要用于小口径管道；由两个冲压成型的零件焊接成的冲压焊接三通；以及专门的补强圈和无补强圈的焊接三通。补强原则等面积补强法24三通补强的原因：由于三通处曲率半径发生突然变化以及方向的改变，为了保持主支管接管处的变形协调，必将导致在主直管接管处出现相当大的应力集中现象，常可比完整管道的应力高出5到7倍。25三通补强的方式：只要将接管出的主管或支管加厚（或两者同时加厚）或采用补强的方法，便可降低峰值要求，满足强度要求。26开孔补强设计计算方法，主要有等面积法，极限分析法和安定性理论.27管壁上任意一点的应力状态：环向应力：由管道的内压产生，再有外压的情况下，管道外压也引起环向应力；轴向应力：内压、外压、热膨胀以及其他力和弯矩都可能产生轴向应力28地上敷设管道的支承形式：按支架高低分类（低支架敷设，中支架和高支架敷设，沿墙敷设），按管架的结构形式分类（独立式管架和组合式管架），按支架对管道的约束形式分类（又分为固定支架和活动支架），按管道的跨越形式分类29固定支架：在固定支架处，管子焊接在固定支架处，管道与管家之间不能发生相对位移。30活动支架：两个固定支架之间的若干管架，只作为管道支撑，不约束管道的热膨胀31管道的十种跨越;梁式管道跨越，形钢架，桁架式，轻型托架式，单管拱，组合管拱,悬缆式，悬垂式，32管道支撑件：管架，吊架，托架。33按强度条件确定管道的最大允许跨度：在外载荷作用下，管道截面上产生的最大应力不得超过管材的许用应力，以保证管道强度方面的安全可靠34按刚度条件确定管道跨度：管道在一定的跨度下总有一定的挠度，根据对挠度的限制所确定的管道允许跨度35弹性中心：在管道的c端连接一根钢臂，另一端固定，假设钢臂有无限大的刚性，只能传递作用力而本身不产生任何变形，这样加上钢臂后不改变原结构的变形特点。36当管线需要跨越很大的跨度时，可采用小垂度悬索管线。常见悬索管线组成：管架，主索，吊架，调节件及固定索线的金属夹具，管架柱，斜拉杆及锚板等组成37拱形管道：利用拱管本身的刚度来跨越铁路，公路，河流等障碍区的一种大跨度的管道跨越敷设方式，其特点是：拱管内部供输送介质，拱管本身作支承结:38大型化油罐的特点：节省钢材，节省投资，占地面积小，便于操作管理(检尺、维护、保卫），节省管线及配件39大型化过程中遇到的问题：强度越高，断裂韧性越低； 钢板越厚，在焊缝热影响区易产生裂纹，易产生断裂；钢板强度等级越高，可焊性越低；）D减小，刚性降低，抗风载荷能力下降；抗震能力设计及措施；对大型化油管的基础设计如何恰当提出沉陷要求及采取何种措施增加油管抵抗不均匀沉陷的能力。40管壁的结构形式;对接，搭接，混合41油罐钢材选择要求：强度要求，可焊性要求，冲击韧性要求42边缘应力：剪力，弯矩是由罐底约束弯壁的边缘变形产生的，同时有相反方向的M0和a0作用在和罐壁相连接的罐底环板上，这种效应叫做边缘效应，所产生的应力叫做边缘应力43薄膜理论：对于壳体很薄，具有连续的几何曲面，所受外载荷连续，边界支承是自由的，壳体的弯曲应力与中间面的拉应力或压应力相比可以忽略不计，认为壳体的外载荷只是由中间面的应力束平衡44定点法与变点法的区别：1)定点设计法能在一定范围内较好地反应各层圈罐壁板的实际应力水平，计算简单，得到了广泛应用。2) 变点设计法能考虑罐底板的约束对罐壁受力的影响，同时也考虑了下层厚壁板对上层薄壁板的影响。确定各圈环向应力最大处的位置，按该位置的薄膜环向应力计算各圈板的壁厚。这样，各圈板壁厚的计算，就不是统一地以距各圈底边0.3m为计算点，而是各圈将有不同位置的计算点45.罐壁开孔补强的原因、方法、原则：1）原因：在罐壁上开孔后将在孔的附近产生应力集中，其峰值应力通常达到罐壁基本应力的3倍，甚至更高。这样的局部应力，再加上开孔结构在制造过程中不可避免地会形成缺陷和残余应力，如不采取适当的补强措施，就很有可能在孔口造成疲劳破环或脆性裂口，使孔口处撕裂。2）方法：开孔的周围焊上补强圈板；原则，等面积补强46罐壁边缘应力的位置：罐壁与地板连接处，壁厚突变处47小变形假设: 油罐壁的变形可以看作是静水压力作用下罐壁的自由变形和在罐底受约束力（弯矩和剪力）作用下罐壁变形的叠加48包边角钢的作用：起到加强罐壁顶圈 ,起到和罐顶板连接的作用49支柱的下端与罐底接触处要做垫板，以便将支柱传给地基，避免产生过大的局部沉陷。50罐底板的排板方式，主要是考虑到底板焊接的变形量小，易于施工，以及节约钢材等因素来决定的。当油罐内径不超过12.5m时，可采用巨型的中幅板和边缘版组成的条形排板方式；当油罐内径大于12.5m时，采用周边为弓形边缘板的排板方式51油罐基础的形式做法及应用:油罐基础：钢筋混凝土环梁基础,砂垫基础,砂置换基础,砂基础,碎石基础,桩基础52油罐基础的形式的应用：钢筋混凝土环梁基础的特点：这种基础是直接在油罐罐壁底板下设置钢筋混凝土环梁，以支持圈板传来的荷载。应用：这种做法一般只使用在土质较好，或经专门处理不产生不均匀沉陷的地方。砂垫基础的应用：应用于有足够地耐压的地基。砂基础：这种基础可适用于一般油罐，特别是沉陷量大的大型油罐；碎石基础：这种形式比较经济，适用于一般油罐；桩基础的应用：一般用于刚性基础，当地基软弱，作直接基础不可能时，利用桩向持力层传递荷载，可根据地基情况和桩的强度来选用桩的种类 53油罐基础的沉陷类型：均匀沉陷，整体倾斜不均匀沉陷，盘形不均匀沉陷，壁板周边的不均匀沉陷，壁板周边的局部沉陷（壁板周边的不均匀和壁板周边的局部沉陷实际上属于同一类型，是最危险的一种沉陷）54在罐的外壁，在迎风面上只有大约60范围是受压的，而其他部分是吸力。在受压的60范围内，大约有20范围的一段弧长受压近似为常数。其值近似为0，而整个60范围的风压图形近似为正弦曲线，正对着的风一点称为驻点。在驻点处所受的风压值是最高的，此点压力为055当量高度：把壁厚大于min的各筒节厚度折算成直径相同、稳定性相同但壁厚为油罐罐壁最小厚度min的筒节。经折算后的筒节高度称为当量高度56设置了抗风圈原因;罐体的上部保持了圆度，但抗风圈下面的筒体仍有可能局部被吹瘪，为了解决这个问题，需在下部适当的位置设置加强圈。57加强圈的设计与计算存在的问题：1)罐外壁风压分布不均匀。2）油罐为阶梯形变截面圆筒，筒体母线无法用一个单一的方程式来表达，这给计算带来困难58地震中油罐的破坏类型：金属罐壁失稳,罐壁与罐底间角焊缝开裂,顶盖与罐壁上部失稳,管道接头破坏59地震的影响因素：震级，震源深度，震中距，土壤的情况60地震的震级是衡量一次地震释放能量大小的尺度。地震烈度是指某一个地区、地面及房屋建筑等工程结构遭受到一次地震影响的强烈程度。地球内部岩层破裂引起振动的地方称为震源。地面任意一点到震中的直线距离称震中距。61油罐抗震加固的措施：.增加罐底边缘板厚度b 。增大底层壁板厚度。改变油罐的径高比，一般来说，容积不变的情况下，D增大H减小可使M减。加设锚固螺栓。在组合应力最大的部位加上预应力钢筋及垫板防止出现“象足。62浮顶罐的附件及作用：中央排水管：为了及时排放汇集于浮顶上的雨水转动扶梯：作为到达浮顶的通道浮顶立柱：在页面较低位置时，浮顶随之下降并支承在立柱上，二是为了检修时，浮顶立于柱上，以便维修人员由人孔进入罐底与浮顶之间的空间内进行检修或清扫罐底上的沉积物。自动通气阀：一是当浮顶支于立柱上之后如继续发油时，不致在浮顶下出现真空，以免将浮顶压坏。二是浮顶在上述位置进油是，避免在浮顶与液面间出现空气层。紧急排水口：当中央排水管失效或因雨量过大中央排水管来不及排水而造成单盘积水时，使水由紧