油罐及管道强度设计课程设计.doc

油油罐罐及及管管道道强强度度设设计计 课课程程设设计计 题 目 10000m 拱顶油罐装配图 所在院 系 石油工程学院 1 油罐及管道强度设计油罐及管道强度设计 课程设计任务书课程设计任务书 题 目10000m3拱顶油罐装配图 学生姓名 学号专业班级 设 计 内 容 与 要 求 一 原始数据 1 适用范围及设计条件 油罐用于储存柴油及不易挥发的相类似油品 1 设计压力 正压 1960Pa 负压 490Pa 2 设计温度 19 t 90 3 基本风压 686Pa 4 雪载荷 441 Pa 5 抗震设防烈度 8 度 6 场地土类型 II 类 7 储液密度 850kg m3 8 腐蚀裕量 1mm 2 设计基本参数和尺寸 1 罐体 10000m3罐体的基本参数和尺寸见表一 表一 10000m3拱顶油罐基本参数和尺寸 容积 m3 高度 mm 底板 厚度 mm 公 称 计 算 油罐 内径 m m 罐底 直径 m m 壁 高 顶 高 总 高 顶 板 厚 度 m m 中 幅 板 边 缘 板 主体 材料 油罐 总质 量 kg 100 00 10 90 7 3120 0 3135 0 142 83 34 07 176 90 679 Q23 5 A 220915 2 油罐附件 a 罐壁人孔 罐壁人孔安装于罐壁最底圈壁板上 其中心距离罐底约 800mm 人孔 位置应与透光孔相对应 以便采光通气 当只有一个透光孔时 人孔应设 在透光孔至 180 度位置上 人孔的规格及制造目前已定型化 其规格及选 用见表二 表二 人孔 透光孔及量油孔选用表 罐壁人孔透光孔量油孔 容积 m3 数量直径质量数量直径质量数量直径质量 2 mm kg mm kg mm kg 5000 1 0000 1600126350047 711507 6 b 量油孔 量油孔一般适用于人工检尺的油罐 其公称直径是 DN150mm 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 其选 用见表二 c 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 安装在罐顶平台 附近 与人孔对称或在同一方位上布置 其中心距罐壁 1000mm 透光孔 的公称直径为 DN500mm 其规格及选用见表二 d 呼吸阀 呼吸阀主要用于固定顶油罐上的通风位置 一般安装在罐顶中心附近 起呼吸作用 其规格及选用见表三 表三 呼吸阀选用表 输液量 m3 管径 mm 数量规格 质量 kg 连接尺寸 及标准 3003001DN30034 PN6 DNX X JB T81 94 二 设计要求 1 了解拱顶油罐的基本结构和局部构件 2 根据给定油罐大小 查阅相关标准确定相应构件的规格尺寸 3 学会使用 AUTOCAD 制图 4 相关技术要求参考有关规范 三 完成内容 1 10000m3拱顶油罐装配图纸一张 2 2 课程设计说明书一份 起止时间 2009 年 月 日 至 2009 年 月 日 指导教师 签名 2009 年 月 日 系 教研 室 主任 签名 2009 年 月 日 3 学生签名2009 年 月 日 目 录 1 设计说明书设计说明书 4 1 1适用范围 4 1 2 设计 制造遵循的主要指标规范 4 1 3 罐体规格尺寸范围 4 1 4 罐顶盘梯及平台 4 1 5 罐体的防腐 4 1 6 油罐附件 5 1 7 接口 5 1 8 液位指示计口 5 1 9 消防设施 5 1 10 避雷及防静电 5 1 11 油罐基础 5 1 12 罐体保温 6 1 13 罐体外壁涂漆 6 1 14 选用说明 6 1 15 油罐的制造 检验及验收 6 1 16 原始数据 6 1 17 开口说明 7 1 18 技术要求 7 2 设计计算书设计计算书 8 2 1 设计原始数据 8 2 2 油罐尺寸的确定 8 2 3 油罐罐壁的设计计算 8 2 3 1 油罐罐壁钢板的尺寸 排板确定 8 2 3 2 罐壁各层钢板厚度的计算 8 2 4 油罐罐底的设计计算 11 2 5 罐顶的设计计算 12 2 5 1 计算载荷 设计压力 的确定 13 2 6 油罐罐顶的校核 13 3 参考文献参考文献 16 4 5 1 设计说明书设计说明书 1 1 适用范围适用范围 此设计中油罐储存介质为柴油及不易挥发的相类似油品 设计条件 设计压力 正压 1960Pa 负压 490Pa 设计温度 19 t 90 基本风压 686 Pa 雪载荷 441 Pa 抗震设防烈度 8 度 近震 场地土类型 类 储液密度 1000kg m3 腐蚀裕量 1mm 当介质腐蚀性较强 腐蚀速率超过 0 1mm a 时 应根据介质对碳钢腐蚀速 率确定适当的腐蚀裕量 并相应增加油罐壁板及油罐底版的厚度或采取其 它防腐措施 1 2 设计 制造遵循的主要指标规范设计 制造遵循的主要指标规范 SH3046 石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范 GBJ128 立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范 SH3048 石油化工钢制设备抗震设计规范 GB50205 钢结构工程施工质量验收规范 1 3 罐体规格尺寸范围罐体规格尺寸范围 4 1 3 1 公称容积 10000m3 4 1 3 2 公称直径 DN 31200 mm 1 4 罐顶盘梯及平台罐顶盘梯及平台 此设计中所有油罐均采用 45 升角的螺旋盘梯 盘梯均按左旋布置 用户 可根据实际情况自行改动 1 5 罐体的防腐罐体的防腐 此设计中对油罐内壁防腐未做具体规定 当用户根据介质情况需要对油罐 做内防腐时 选用者可根据具体要求确定防腐级别 并提出相应的技术要 求 一般防腐可采用刷二遍底漆 二遍面漆 1 6 油罐附件油罐附件 1 6 1 罐壁人孔 6 罐壁人孔均安装于罐壁最底圈壁板上 其中心距离罐底约 800mm 人孔位 7 置应与透光孔相对应 以便采光通气 当只有一个透光孔时 人孔应设在 透光孔之 180 位置上 1 6 2 量油孔 量油孔一般适用于人工检尺的油罐 其公称直径为 DN150mm 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 1 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 安装在罐顶平台附近 与人孔对称或在同一方位上布置 其中心距罐壁 1000mm 透光孔的公称 直径为 DN500mm 1 6 4 呼吸阀 呼吸阀只要用于固定油罐上的通风装置 一般安装在罐顶中心附近 起呼 吸作用 1 6 5 排水槽 排水槽用于油罐排水 污 放净之用 1 7 接口接口 此设计中所设置的接口数量 规格及用途是推荐性的 选用者可根据需要 参照表中给出的各种管口要求 自行变更其规格 数量 安装方位及标高 1 8 液位指示计口液位指示计口 此设计中未设液位指示计口 选用者可根据具体情况设定液位指示计口的 规格 定位尺寸 方位 定货时须注明油罐高度 1 9 消防设施消防设施 此设计中油罐采用泡沫消防 根据油罐容积大小不同 设置不同数量 不 同规格的泡沫发生器 本图集中仅提供泡沫发生器与罐壁连接的开孔数量 规格尺寸及方位 泡沫发生器由选用者确定 并应根据储存介质的特性 校核空气泡沫发生器的规格和数量 1 10 避雷及防静电避雷及防静电 此设计中油罐未设置避雷及防静电设施 选用时由选用单位相应专业根据 有关规范确定设置避雷及防静电设施 1 11 油罐基础油罐基础 1 11 1 基本要求 油罐基础应符合 GBJ128 立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范 和 SH3046 石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范 中的规定 其基本 要求如下 8 1 基础面层应为绝缘防腐层 基础表面任意方向上不应有凸起的棱角 基 础表面凹凸度从油罐中心向周边测量不应超过 25mm 2 基础锥面坡度 对一般地基应为 15 1000 对软弱地基一般不应大于 35 1000 基础沉降基本稳定后的锥面坡度应不小于 8 1000 1 11 2 油罐基础设计条件 选用者可按工程实际情况 对其中的空白项加以补充后 提供给土建专业 作为油罐基础的设计依据 1 12 罐体保温罐体保温 此设计中油罐的罐体保温应由选用者按照工程的具体情况 确定保温材料 保温结构及保温厚度 1 13 罐体外壁涂漆罐体外壁涂漆 此设计中油罐的罐体外壁无保温时要求涂两遍底漆 两遍面漆 当油罐有 外壁保温时 不涂刷面漆 1 14 选用说明选用说明 1 14 1 选用原则 1 油罐的工作条件必须满足本说明的设计条件 如不能满足上述设计条件 应由选用者重新校核所选用的油罐厚度及稳定性 2 油罐的进 出口管的规格与本系列推荐的不同时 应对油罐附件 呼吸 阀 的规格尺寸按工艺条件核算后方可选用 必要时应加大其规格尺寸或 增加数量 3 喷淋管的支架由选用者根据需要现场焊接 其它支架允许现场焊接 但 支架的载荷不能过重 1 15 油罐的制造 检验及验收油罐的制造 检验及验收 此设计中油罐的制造 检验及验收按 GBJ128 立式圆筒形钢制焊接油罐施 工及验收规范 进行 1 16 原始数据原始数据 1 16 1 适用范围及设计条件 拱顶油罐储存介质为柴油及不易挥发的相类似油品 1 设计压力 正压 1960Pa 负压 490Pa 2 设计温度 19 t 90 3 计算风压 686Pa 4 雪载荷 441Pa 5 抗震设防烈度 8 度 9 6 场地土地类型 II 类 7 储液密度 850Kg m3 8 腐蚀余量 1mm 1 17 开口说明 1 进油口公称直径为 50mm 伸出高度 H 为 200mm 2 出油口公称直径为 50mm 伸出高度 H 为 200mm 3 透光孔公称直径为 500mm 4 呼吸阀公称直径为 100mm 5 量油孔公称直径为 150mm 6 温度计开口公称直径为 25mm 伸出高度 H 为 200mm 7 罐壁人孔公称直径为 600mm 8 排水口公称直径为 50mm 伸出高度 H 为 200mm 1 17 开口说明开口说明 1 进油口公称直径为 50mm 伸出高度 H 为 200mm 2 出油口公称直径为 50mm 伸出高度 H 为 200mm 3 透光孔公称直径为 500mm 4 呼吸阀公称直径为 100mm 5 量油孔公称直径为 150mm 6 温度计开口公称直径为 25mm 伸出高度 H 为 200mm 7 罐壁人孔公称直径为 600mm 8 排水口公称直径为 50mm 伸出高度 H 为 200mm 1 18 技术要求技术要求 1 本油罐按 GBJ128 立式圆筒行钢制焊接油罐施工及验收规范 进行 制造 试验和验收 2 本油罐罐体在基础检查验收合格后方可进行整体安装 3 本油罐所用钢板的技术条件应符合 GB3274 碳素结构刚和低合金结 构刚热轧厚钢板和刚带 的有关规定 4 所有罐壁开口应避开罐壁焊缝 开口接管或补强圈边缘距罐壁焊缝应 大于 100mm 5 油罐安装完毕后 罐体外表面刷二遍底漆 二遍面漆 有保温时不 刷面漆 6 管口及梯子方位按图所示 10 2 课程设计课程设计说明书说明书 2 1 设计原始数据设计原始数据 1 罐容积 10000m3 2 储存介质 柴油 密度 850kg m3 3 地震烈度 8 级近震 4 风压 400N m2 5 风压变化系数 1 0 6 温度 19 90 2 2 油罐尺寸的确定油罐尺寸的确定 参考中华人民共和国行业标准钢制立式圆筒形固定顶储罐系列 HG 21502 1 92 确定 D 31200 H 14274 拱顶高度为 3416mm 总高为 17690mm 2 3 油罐罐壁的设计计算油罐罐壁的设计计算 2 3 1 油罐罐壁钢板的尺寸油罐罐壁钢板的尺寸 排板确定排板确定 上下圈板之间采用套筒式搭接 搭接长度取 50mm 油罐罐壁钢板的尺寸规格 按 2 2 1 定为 1750 5200mm 油罐周长mmDL979683120014 3 每圈罐壁筒节所需钢板195200 Ln 每块钢板的加工余量 10mm 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 L 为 L 5200 2 10 5180mm 实际每圈所需钢板数195180 97968 LLn 油罐的高度 H 14274mm 每块钢板除去余量后实际宽度 B 为 B 1750 2 10 1730mm 罐壁钢板层数 取 m 925 8 1730 14274 m 由以上得出 油罐罐壁由 9 层钢板 每层 19 块钢板组焊而成 2 3 2 罐壁各层钢板厚度的计算罐壁各层钢板厚度的计算 罐壁各层钢板厚度的计算由文献 油罐及管道强度设计 中 5 3 1 1 和 5 3 1 2 进行 并针对 3 2 1 进行了材料选取时的安全性厚度校核设计计 算 公式 5 3 1 1 和 5 3 1 2 分别为 11 3 211 3 0 0049 0 tCC DH t 1 3 12 3 0 9 4C DH t 2 式中 储存介质时的设计厚度 mm 1 t 储存水时的设计厚度 mm 2 t 储液密度 Kg m3 H 计算的罐壁板至罐壁顶端的垂直距离 m D 储罐内径 m 设计温度下罐壁钢板的许用应力 Mpa t 常温下罐壁钢板的许用应力 Mpa 焊缝系数 取 0 9 钢板的厚度负偏差 mm 1 C 腐蚀余量 mm 2 C 每层罐壁钢板取 中的最大值 最后按 709 88 进行钢板厚度 1 t 2 t 的向上圆整 在设计中取为 3mm 2 C 通过查 6654 96 确定 0 6mm 1 C 1 C 由前面介绍知钢板选材为 20R 壁厚确定公式是将油罐视作薄壁容器 根 据薄膜理论 按所选壁板能够承受的最大应力作为临界应力值 将公式反推回 来成为关于求解壁厚的计算式 油罐的上两层圈板是按照刚度条件来确定其厚 度的 下部的 4 层圈板则是按照强度条件确定它们各自的厚度的 1 第一层壁板的厚度计算 从底部算起 设此时的厚度在 6 16mm 之间 由文献 5 立式圆筒型钢制焊接储罐 设计规范 中表 3 2 2 得出 157Mpa t 第一层壁板高度 H 14 283m mm46 1416 0 9 0157 2 31 3 0283 14 850 0049 0 1 t mm73 156 0 9 0157 2 31 3 0283 14 9 4 2 t 所以向上圆整为 18mm 2 第二层壁板的厚度计算 第二层壁板计算时的高度为 H 14 283 1 73 12 553m 12 mm87 1216 0 9 0157 2 31 3 0553 12 850 0049 0 1 t mm21 146 0 9 0157 2 31 3 0553 12 9 4 2 t 圆整为 16mm 3 第三层壁板的厚度计算 第三层壁板计算时的高度为 H 12 553 1 73 10 823m mm28 1116 0 9 0157 2 31 3 0823 10 850 0049 0 1 t mm99 116 0 9 0157 2 31 3 0823 10 9 4 2 t 圆整为 14mm 4 第四层壁板的厚度计算 第四层壁板计算时的高度为 H 10 823 1 73 9 093m mm69 9 16 0 9 0157 2 31 3 0093 9 850 0049 0 1 t mm11 106 0 9 0157 2 31 3 0093 9 9 4 2 t 圆整为 12mm 5 第五层壁板的厚度计算 第五层壁板计算时的高度为 H 9 093 1 73 7 363m mm1 816 0 9 0157 2 31 3 0363 7 850 0049 0 1 t mm24 8 6 0 9 0157 2 31 3 0363 7 9 4 2 t 圆整为 11mm 6 第六层壁板的厚度计算 第六层壁板计算时的高度为 H 7 363 1 73 5 633m mm5 616 0 9 0157 2 31 3 0633 5 850 0049 0 1 t mm36 6 6 0 9 0157 2 31 3 0633 5 9 4 2 t 圆整为 9mm 7 第七层壁板的厚度计算 第七层壁板计算时的高度为 H 5 633 1 73 3 903m mm91 4 16 0 9 0157 2 31 3 0903 3 850 0049 0 1 t mm50 4 6 0 9 0157 2 31 3 0903 3 9 4 2 t 圆整为 7mm 13 8 第八层壁板的厚度计算 第八层壁板计算时的高度为 H 3 903 1 73 2 173m mm37 3 16 0 9 0157 2 31 3 0173 2 850 0049 0 1 t mm63 2 6 0 9 0157 2 31 3 0173 2 9 4 2 t 圆整为 7mm 9 第九层壁板的厚度计算 第九层壁板计算时的高度为 H 2 173 1 73 0 443m 圆整为 7mm 表表 3 13 1 罐壁钢板材料及厚度罐壁钢板材料及厚度 名称材料厚度 mm 第一层罐壁 20R18 第二层罐壁 20R16 第三层罐壁 20R 14 第四层罐壁 20R12 第五层罐壁 20R11 第六层罐壁 20R9 第七层罐壁 20R7 第八层罐壁 20R7 第九层罐壁 20R7 罐壁顶端装置的包边角钢按文献 5 表 5 2 1 进行选取定为 875 2 4 油罐罐底的设计计算油罐罐底的设计计算 a 油罐罐底直径的计算 D1 D 2 1 2 式中 D1 罐底直径 mm 边缘板外伸量 为 50mm 3 24 D1 31200 2 18 2 50 31336mm b 边缘板的设计 边缘板的块数确定按选取的边缘板尺寸 内长为 4712mm 外缘弦长为 5297mm 最小宽度为 1314mm 最大宽度为 1580 mm 每块边缘板圆心角为 2arctg 5297 4712 2 1314 25 边缘板的块数 m 360 25 15 块 经验算满足 14 其中边缘板的内伸量计算按 JISB8501 1979 中的推荐进行了计算 外伸量 50mm 实际在设计中取外伸量为 100mm 内伸量 Lm 600mm Lm 280ta H 0 5 3 25 式中 ta 边缘板厚度 H 最大液面高度 Lm 从罐壁外侧起边缘板向内径方向的伸出量 mm ta的确定按 5 表 4 1 2 选取最小值为 9mm 结合 2 3 的说明 将底板 腐蚀余量定为 5mm 所以得出 ta值为 ta 9 5 14mm Lm 280 14 12 53 0 5 1107mm 按照铺排方便节约钢板的原则 每块钢板的实际内伸量再加上 111m 对边缘板的最小宽度为 w 100 1107 111 1318mm 最小宽度定下后 加上每块板所对圆心角为 25 即可确定其它尺寸 内长 ed 2ad 2 od sin12 5 od 7998 1318 6680mm 所以 ed 2892mm 除去焊缝间隙等的影响 取 ed 2892mm 最大宽度 ab ob ao 7998 odcos12 5 1476mm c 中幅板的设计 中幅板的厚度选取先按文献 5 表 4 1 1 选取一个基值为不小于 6mm 设计时考虑了腐蚀余量以及焊接方法的选择及焊接的易操作性 加之其对 地基的影响 取中幅板的厚度为 w1 6 5 1 12mm 其中 6mm 为中幅板必需的最小值 5mm 是为腐蚀余量较严重 焊接及地基要求而增加的 1mm 为腐蚀余量 2 5 罐顶的设计计算罐顶的设计计算 顶板的块数确定按选取的顶板尺寸 大端弦长 16362 3mm 小端弦长 1149mm 中心板取半径为 1050mm 拱顶曲率半径 R 1 2D 15 所以 R 1 2 31200 37440mm 罐顶起始角 R D5 0 arcsin 3 26 式中 D 油罐直径 R 罐顶曲率半径 62 24 37440 312005 0 arcsin 拱顶顶板长Rl 2 360 16079 81mm 每块顶板所对的圆心角为 D l 360 59 09 顶板块数6 09 59 360 n块 所以罐顶由 6 块 每块长为 16079 81mm 大端弦长 16362 3mm 小 端弦长 1149mm 的板组成 3 5 1 计算载荷 设计压力 的确定计算载荷 设计压力 的确定 罐顶向下外载荷 设计外压 应包括自重 罐内真空 排油时 度 雪载 活载荷组成 设计外压会使球壳受压失稳 也会使包边角钢被拉坏 横推力 设计外压 qe q1 q2 q3 q4 Pa 3 27 式中 1 q 顶结构单位面积自重 Pa 2 q 为操作时最大真空度 一般取 500Pa 1 2 倍呼吸阀开启压力 3 q 雪载荷 取 441Pa 4 q 活载荷 Pa 通常取 400Pa 通常当雪载Pa600 时 取 q2 q3 q4 1200 Pa mm kgNmkgmmm q 11 8 9 1085 7 11014 0 33 1 1077Pa 4004415001077 e q 2418Pa 罐顶内载荷 设计内压 由 油气压力 重力 这一载荷使球壳产生薄膜 应力破坏 并使包边角钢成为受压环 内载荷 ql 1 2q5 q2 3 16 28 式中 q5 呼气阀的开启压力 通常取 q5 2000Pa q2 最大真空度 一般取 500Pa 50020002 1 l q 1900Pa 拱顶设计压力 P 取设计外压与设计内压的最大值 所以设计外压 E q 1900Pa 2 6 油罐罐顶的校核油罐罐顶的校核 大端展开半径 31 tgRR n 28709 tg24 3785 13009 99mm 小端展开半径 42 tgRR n 28709 tg3 027 1518 14mm 大端弦长 AB n D214 3 mm 3 1636250 6 3031200 14 3 小端弦长 CD n r14 3 2 mm114950 6 105014 3 2 根据古典球壳临界载荷公式 1 3 2 22 2 vR Et Pcr 3 29 式中 cr P 临界载荷 kgf cm 2 t 板厚 cm E 弹性模量 kgf cm 2 R 球壳曲率半径 cm V 波桑系数 取 0 3 3 01 33744 4 1102002 22 29