储存设备(详细)

1、过程设备设计过程设备设计第五章第五章 储存设备储存设备第二节第二节 卧式储罐卧式储罐第三节第三节 球形储罐球形储罐过程设备设计过程设备设计教学重点：教学重点： 基本概念介绍。基本概念介绍。教学难点：教学难点： 无。无。5.1 概述概述5.1 概述概述过程设备设计过程设备设计5.1 概述概述第一节第一节 概述概述应用应用举例举例特点特点储存或盛装气体、液体、液化气体储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备。等介质的设备。石油、化工、食品、制药、轻工、石油、化工、食品、制药、轻工、能源、环保等行业。能源、环保等行业。过程设备设计过程设备设计应用应用举例举例特点特点氢气储罐、液化石油气储罐、石油储

2、氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等；罐、液氨储罐等；燕化炼油厂储罐区燕化炼油厂储罐区5.1 概述概述过程设备设计过程设备设计应用应用举例举例特点特点储罐内的压力直接受温度的影响；储罐内的压力直接受温度的影响；介质往往易燃、易爆或有毒。介质往往易燃、易爆或有毒。5.1 概述概述过程设备设计过程设备设计结构形式结构形式卧式卧式 立式立式 球形储罐球形储罐常识常识石油化工工业中，储罐可按照储存介质的石油化工工业中，储罐可按照储存介质的物理状态、储罐形状、储罐内部压力物理状态、储罐形状、储罐内部压力三种三种方法分类方法分类5.1 概述概述过程设备设计过程设备设计介质的物理状态介质的物理状态

3、储存气体的储存气体的大气环境温度下，储存接近常压气体的储罐大气环境温度下，储存接近常压气体的储罐 =气柜；气柜；大气环境温度下，储存经过加压的气体，通大气环境温度下，储存经过加压的气体，通常采用卧式、球形储罐和高压气瓶。常采用卧式、球形储罐和高压气瓶。5.1 概述概述过程设备设计过程设备设计储存液体的储存液体的大气环境温度和气相压力接近于常压的条件下，储大气环境温度和气相压力接近于常压的条件下，储存液体（如石油、汽油、煤油、柴油等石油液体产存液体（如石油、汽油、煤油、柴油等石油液体产品），一般用立式圆筒形储罐；当在容量不大于品），一般用立式圆筒形储罐；当在容量不大于100m3 条件下，也经常用

4、卧罐。条件下，也经常用卧罐。大气环境温度下，压力储存的液化气体（如液化石大气环境温度下，压力储存的液化气体（如液化石油气体）容量大于油气体）容量大于 100m3时，通常用球形储罐；容时，通常用球形储罐；容量不大于量不大于100m3时，常用卧罐。时，常用卧罐。在低温和接近于常压条件下，储存液化石油气，通在低温和接近于常压条件下，储存液化石油气，通常用立式圆筒形储罐。常用立式圆筒形储罐。5.1 概述概述过程设备设计过程设备设计介质的物理状态介质的物理状态储存固体的储存固体的称为料仓称为料仓5.1 概述概述储罐的设计储罐的设计应考虑哪些因素应考虑哪些因素介介质质性性质质场场地地条条件件液液化化气气体

5、体过程设备设计过程设备设计介介质质性性质质可燃性可燃性饱和蒸气压饱和蒸气压密度密度腐蚀性腐蚀性毒性毒性化学反应活性等化学反应活性等5.1 概述概述过程设备设计过程设备设计介质特性介质特性可燃性可燃性饱和蒸气压饱和蒸气压密度密度腐蚀性腐蚀性毒性毒性化学反应活性等化学反应活性等可燃性的分类和登记可以可燃性的分类和登记可以在有关消防规范中查得在有关消防规范中查得。5.1 概述概述过程设备设计过程设备设计介质特性介质特性可燃性可燃性饱和蒸气压饱和蒸气压密度密度腐蚀性腐蚀性毒性毒性化学反应活性等化学反应活性等一定一定温度温度下的密闭容器中，达下的密闭容器中，达到气液两相平衡时气液到气液两相平衡时气液分界

6、面分界面上的蒸气压力上的蒸气压力，随温度而变化，随温度而变化与容积大小无关与容积大小无关5.1 概述概述过程设备设计过程设备设计介质特性介质特性可燃性可燃性饱和蒸气压饱和蒸气压密度密度腐蚀性腐蚀性毒性毒性化学反应活性等化学反应活性等重力载荷重力载荷选材的首要依据选材的首要依据毒性程度直接影响设备制毒性程度直接影响设备制造技术与管理登记，以及造技术与管理登记，以及安全附件的配置。安全附件的配置。5.1 概述概述过程设备设计过程设备设计场场地地条条件件环境温度环境温度保温与否保温与否室内、外室内、外载荷的影响载荷的影响地基地基影响振动频率，影响振动频率，还与基础的设计密切相关还与基础的设计密切相关

7、5.1 概述概述过程设备设计过程设备设计盛装液化气体盛装液化气体介质特性介质特性场地特性场地特性液化气体的液化气体的膨胀性、压缩性膨胀性、压缩性充装量充装量失稳校核失稳校核设计温度下介质的设计温度下介质的饱和液体密度饱和液体密度温度过低温度过低5.1 概述概述装量系数过程设备设计过程设备设计第五章第五章 储存设备储存设备第一节第一节 概述概述第二节第二节 卧式储罐卧式储罐第三节第三节 球形储罐球形储罐过程设备设计过程设备设计5.2.1 基本结构基本结构5.2.2 设计计算设计计算第二节第二节 卧式储罐卧式储罐过程设备设计过程设备设计教学重点：教学重点： 卧式储罐的设计计算。卧式储罐的设计计算。

8、 教学难点：教学难点： 卧式储罐的设计计算。卧式储罐的设计计算。5.2 卧式储罐卧式储罐本章重点本章重点本章计算本章计算难点难点本章计算本章计算重点重点过程设备设计过程设备设计5.2.1 基本结构基本结构一一 、地面卧式储罐、地面卧式储罐1.基本结构基本结构图图5-1 地面储罐的基本结构（鞍式支座）地面储罐的基本结构（鞍式支座）过程设备设计过程设备设计鞍式支座鞍式支座过程设备设计过程设备设计图图5-1 地面储罐的基本结构（圈座）地面储罐的基本结构（圈座）根据内压或外压设备的设计方法根据内压或外压设备的设计方法初步初步计算厚度计算厚度考虑支座形式及结构的影响考虑支座形式及结构的影响校核附加载荷下

9、周向、轴向强度和稳定性校核附加载荷下周向、轴向强度和稳定性从而确定实际的圆筒厚度从而确定实际的圆筒厚度5.2.1 基本结构基本结构圈座圈座过程设备设计过程设备设计A.鞍式支座鞍式支座设计要点设计要点支座数量的决定支座数量的决定安装位置的安排安装位置的安排鞍座包角的选取鞍座包角的选取鞍座标准的选用鞍座标准的选用5.2.1 基本结构基本结构过程设备设计过程设备设计支座数量的决定支座数量的决定安装位置的安排安装位置的安排双鞍座结构较普遍，多支座结构难双鞍座结构较普遍，多支座结构难于保证各支座受力均匀于保证各支座受力均匀一般，一般，A 0.2L，且最好，且最好A 0.5R m A 最大不超过最大不超过

10、0.25L双支座双支座鞍座包角的选取鞍座包角的选取影响鞍座处圆筒截面上的应力分布，影响鞍座处圆筒截面上的应力分布，影响稳定性和储罐影响稳定性和储罐-支座系统重心的高低支座系统重心的高低常用包角常用包角120、135 、150我国我国JB/T4712用用120、150为什么为什么?一个固定（重量大，配管较多的一侧）一个固定（重量大，配管较多的一侧）一个可沿轴线移动（操作时和安装时的一个可沿轴线移动（操作时和安装时的温度不同可能引起热膨胀以及可能出现温度不同可能引起热膨胀以及可能出现弯曲造成附加应力）弯曲造成附加应力）5.2.1 基本结构基本结构过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计鞍座

11、标准鞍座标准的选用的选用利用标准选用支座时利用标准选用支座时要充分考虑要充分考虑设计温度设计温度地震设防烈度地震设防烈度支座允许载荷支座允许载荷是否设有垫板等是否设有垫板等B.B.圈座圈座应用情况应用情况因自身重量而可能造成严重因自身重量而可能造成严重挠曲的薄壁容器挠曲的薄壁容器多于两个支承的长容器多于两个支承的长容器5.2.1 基本结构基本结构过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计二、地下卧式储罐二、地下卧式储罐1-牺牲阳极牺牲阳极2-浮子液面计浮子液面计3-金属导线金属导线4-电线保护测试点电线保护测试点5-压力表压力表6-护罩护罩7-安全阀安全阀8-罐装气相阀门罐装气相阀门9-

12、罐装液相阀门罐装液相阀门10-排污和倒空管阀门排污和倒空管阀门11-罐间气相连接管罐间气相连接管12-罐体罐体13-罐间液相连接管罐间液相连接管14-支座支座图图5-2 地下储罐结构示意图地下储罐结构示意图5.2.1 基本结构基本结构过程设备设计过程设备设计结构结构过程设备设计过程设备设计优点优点减少占地面积和安全防火距离减少占地面积和安全防火距离避开环境温度的影响避开环境温度的影响埋地措施埋地措施地下室地下室埋土埋土地下支座地下支座涂沥青防锈层或牺牲阳极法涂沥青防锈层或牺牲阳极法地土埋设，达到预期埋土高度地土埋设，达到预期埋土高度5.2.1 基本结构基本结构过程设备设计过程设备设计过程设备设

13、计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.2.1 基本结构基本结构5.2.2 设计计算设计计算第二节第二节 卧式储罐卧式储罐过程设备设计过程设备设计给定设计条件：压力、温度、直径、长度、材料等给定设计条件：压力、温度、直径、长度、材料等计算圆筒和封头厚度计算圆筒和封头厚度n ，h设置鞍座位置设置鞍座位置A 计算容器质量、鞍座反力、轴向弯矩计算容器质量、鞍座反力、轴向弯矩m 、F、M1、M 2卧式储罐的计算过程卧式储罐的计算过程计算轴向应力计算轴向应力1 4计算切向应力计算切向应力、h计算周向应力计算周向应力5-8 、 6计算鞍座应力计算鞍座应力9四类应力按此四类应力按此顺序逐一符合要求，顺序逐

14、一符合要求，则设计结束。则设计结束。若四类应力中有任何一个不符合若四类应力中有任何一个不符合许用要求，则需要做相应调整。许用要求，则需要做相应调整。5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计调整方法调整方法增加圆筒或封头厚度增加圆筒或封头厚度调整鞍座位置调整鞍座位置调整鞍座形式调整鞍座形式设置加强件、加强板或加强圈设置加强件、加强板或加强圈调整方法和顺序，见课本调整方法和顺序，见课本238页页5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计一、卧罐的载荷分析一、卧罐的载荷分析1.压力：内压或外压压力：内压或外压2.储罐重量：圆筒储罐重量：圆筒+封头封头+附件的总重量附件的总重量3

15、.物料重量：正常操作时物料重量：正常操作时=物料重量物料重量 水压试验时水压试验时=充水重量充水重量4.其他载荷：环境影响下的载荷，如风载、雪载、地震载等其他载荷：环境影响下的载荷，如风载、雪载、地震载等卧罐总重量作用的总长度为卧罐总重量作用的总长度为L=L+（4/3）H两凸形封头折算成两凸形封头折算成同直径圆筒长度同直径圆筒长度5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计单位长度的均布载荷单位长度的均布载荷若忽略储罐自身重量若忽略储罐自身重量将储罐简化后的力学模型将储罐简化后的力学模型gRqi2HLFLFq34225.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计简化过程简化过程图

16、图5-3 双鞍座卧式储罐受力分析（双鞍座卧式储罐受力分析（a )受力分析受力分析5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计力学模型的简化力学模型的简化简化为长度简化为长度L，受均布载荷，受均布载荷q作用的外伸简支梁作用的外伸简支梁图图5-3 双鞍座卧式储罐受力分析（双鞍座卧式储罐受力分析（b) 两支点外伸梁两支点外伸梁5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计封头本身和其中物料的总量封头本身和其中物料的总量作用在其重心上作用在其重心上凸形封头（包括物料）重心近似凸形封头（包括物料）重心近似到封头切线距离到封头切线距离凸形封头（包括物料）重量近似在简支梁端点的等效载荷为凸形封

17、头（包括物料）重量近似在简支梁端点的等效载荷为剪力：剪力：力偶：力偶：Hq32He83HqFq32qHm4215.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计图图5-4 液体静压力液体静压力及其合力及其合力罐内充满的液体对平板封头推力力矩近似：罐内充满的液体对平板封头推力力矩近似：过程设备设计过程设备设计4422iiicqRRqRSym对其他凸形封头的对其他凸形封头的推力力矩均简化为推力力矩均简化为5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计得梁端点的力偶得梁端点的力偶通过以上简化通过以上简化卧罐的力学简化模型卧罐的力学简化模型过程设备设计过程设备设计)(42212HRqmmMi5

18、.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计剪力剪力弯矩弯矩过程设备设计过程设备设计5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计（1）弯矩）弯矩A. 圆筒在支座跨中截面处的弯矩圆筒在支座跨中截面处的弯矩简化简化整理几何参数整理几何参数正：上半部圆筒受压缩正：上半部圆筒受压缩 下半部圆筒受拉伸下半部圆筒受拉伸过程设备设计过程设备设计)4)(2()2()2(32)(4221LLqALFLHqHRqMi)341 (4)()(21221LHLHLRCi)(11ALCFM5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计B. 圆筒在支座截面处的弯矩圆筒在支座截面处的弯矩简化简化整理几何参

19、数整理几何参数负：上半部圆筒受拉伸负：上半部圆筒受拉伸 下半部圆筒受压缩下半部圆筒受压缩过程设备设计过程设备设计)2(32)(4222AqAHqAHRqMiLHC3412LRHRCii222323221CARCLACFAMi5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计（2）剪力）剪力A. 支座跨距中点处截面的剪力等于支座跨距中点处截面的剪力等于0B. 支座截面上的剪力：支座截面上的剪力：a.当当A0.5Ri 时：时：b.当当A0.5Ri 时：时：FV 保守做法保守做法应计及外伸圆筒应计及外伸圆筒和封头两部分和封头两部分重量的影响重量的影响过程设备设计过程设备设计HLALFHAqFV34

20、232（5-5a）（5-5b）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计三、圆筒应力计算和强度校核三、圆筒应力计算和强度校核（1）圆筒上的轴向应力）圆筒上的轴向应力（2）支座截面处圆筒和封头上的切向切应力）支座截面处圆筒和封头上的切向切应力 和封头的附加拉伸应力和封头的附加拉伸应力（3）支座截面处圆筒的周向弯曲应力支座截面处圆筒的周向弯曲应力（4）支座截面处圆筒的周向压缩应力支座截面处圆筒的周向压缩应力（5）周向弯曲应力和周向压缩应力的强度校核）周向弯曲应力和周向压缩应力的强度校核（6）加强圈设计）加强圈设计圆筒圆筒周向应力周向应力过程设备设计过程设备设计5.2.2 设计计算设计计算

21、过程设备设计过程设备设计（1）圆筒上的轴向应力）圆筒上的轴向应力除支座附近截面外，其他各处圆筒在承受轴向弯矩时，除支座附近截面外，其他各处圆筒在承受轴向弯矩时，仍然可以看成抗弯截面模量为仍然可以看成抗弯截面模量为Rie的空心圆截面梁，的空心圆截面梁，而并不承受周向弯矩的作用。而并不承受周向弯矩的作用。如果圆筒不设加强圈，且如果圆筒不设加强圈，且A0.5Ri，由于支座处截面受，由于支座处截面受剪力作用而产生周向弯矩，在周向弯矩的作用下，导致剪力作用而产生周向弯矩，在周向弯矩的作用下，导致支座处圆筒的上半部发生变形，产生所谓支座处圆筒的上半部发生变形，产生所谓“扁塌扁塌”现象，现象，见图见图5-5

22、。“扁塌扁塌”一旦发生，那么支座处圆筒截面的上部就成为难一旦发生，那么支座处圆筒截面的上部就成为难以抵抗轴向弯矩的以抵抗轴向弯矩的“无效截面无效截面”，而剩下的圆筒下部截面，而剩下的圆筒下部截面才是能够承担轴向弯矩的才是能够承担轴向弯矩的“有效截面有效截面”。“扁塌扁塌”现现象象过程设备设计过程设备设计25.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计齐克据实验测定结果齐克据实验测定结果认为，与认为，与“有效截面有效截面”弧长对应的半圆心角弧长对应的半圆心角等于鞍座包角等于鞍座包角之半之半加上加上/6，即，即图图5-5“扁塌扁塌”现象现象过程设备设计过程设备设计)5360(12162“扁塌

23、扁塌”现象引起的无效区现象引起的无效区无效截面积无效截面积有效截面积有效截面积d5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计跨距中点处圆筒截面跨距中点处圆筒截面由轴向弯矩引起的轴向应力由轴向弯矩引起的轴向应力跨距中点处圆筒截面跨距中点处圆筒截面由内压引起的轴向应力由内压引起的轴向应力跨距中点处圆筒截面跨距中点处圆筒截面总的轴向应力总的轴向应力a最高点（压缩应力）最高点（压缩应力）最低点（拉伸应力）最低点（拉伸应力）过程设备设计过程设备设计eiRM211eiRM212eipR2eieipRRM2211eieipRRM2212（5-6）（5-7）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程

24、设备设计b支座截面处圆筒支座截面处圆筒由轴向弯矩引起的轴向应力由轴向弯矩引起的轴向应力 惯性矩、惯性矩、抗弯截面模量抗弯截面模量变化变化支座截面处圆筒由轴向弯矩引起的轴向支座截面处圆筒由轴向弯矩引起的轴向(拉伸拉伸)应力应力3 当圆筒在鞍座平面上有加强圈或被封头加强当圆筒在鞍座平面上有加强圈或被封头加强（即（即A0.5Ri 的筒体：的筒体：=时，时，最大最大当当o120=、o135、o150时，可对应求得时，可对应求得=K31.171 、 0.958 和和 0.799图图5-7未被加强圆筒上未被加强圆筒上的切向切应力的切向切应力过程设备设计过程设备设计cossinsineinRVCeieiRV

25、KRV3maxcossinsin其中，剪力其中，剪力HLALFV342（5-11）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计CD图图5-8 被封头加强的圆筒被封头加强的圆筒 上的切向切应力上的切向切应力c.被封头加强的圆筒：被封头加强的圆筒：此时外伸部分重量忽略，由此此时外伸部分重量忽略，由此假设外伸部分无剪力，看右图假设外伸部分无剪力，看右图截面上上下力相等截面上上下力相等其中，剪力其中，剪力V=F当当分别为分别为120、135和和150时，时，K3 =0.880、0.645和和0.485。最大值在最大值在 C、D位置位置过程设备设计过程设备设计eieiRFKRF3max)coss

26、incossin(sincossincossinsin3K（5-12）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计d.封头中的附加拉伸应力（封头中的附加拉伸应力（A0.5Ri，封头对圆筒起加强作用），封头对圆筒起加强作用）0.401、0.344和和0.297 和的汇总见表和的汇总见表 5-2。4K过程设备设计过程设备设计heiheihRFKRF4225 . 1cossinsin2cossinsin8324K（5-13）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计切向切（剪）应力的校核切向切（剪）应力的校核筒体中的切向切应力，应小于材料的许用切应力筒体中的切向切应力，应小于材料的

27、许用切应力,即即作用在封头上的附加拉伸应力和由内压所引起的拉伸作用在封头上的附加拉伸应力和由内压所引起的拉伸应力相叠加后应力相叠加后其中，其中，K是椭圆形封头形状系数，是椭圆形封头形状系数，如果是碟形或圆形，请同学考虑。如果是碟形或圆形，请同学考虑。当封头承受外压时，当封头承受外压时，5-14中不必计算内压引起的拉伸应力中不必计算内压引起的拉伸应力h过程设备设计过程设备设计tt 8 . 0thh25. 1heiKpDh2（5-14）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计（3）支座截面处圆筒的）支座截面处圆筒的周向弯曲应力周向弯曲应力（4）支座截面处圆筒的）支座截面处圆筒的周向压缩

28、应力周向压缩应力+周向应力周向应力过程设备设计过程设备设计5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计（3）支座截面处圆筒的）支座截面处圆筒的周向弯曲应力周向弯曲应力支座截面上的切向切应力引起的支座截面上的切向切应力引起的周向弯矩周向弯矩有加强圈、无加强圈、封头是否加强的周向弯矩有加强圈、无加强圈、封头是否加强的周向弯矩M有加强圈、无加强圈、封头是否加强的抗弯截面模量有加强圈、无加强圈、封头是否加强的抗弯截面模量W周向弯矩引起的周向弯曲应力周向弯矩引起的周向弯曲应力与周向压缩应力一同校核与周向压缩应力一同校核过程设备设计过程设备设计5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计a

29、.在支座截面上有加强圈的筒体周向弯矩在支座截面上有加强圈的筒体周向弯矩M图图5-9 在鞍座平面内有加强圈时半环上的作用力在鞍座平面内有加强圈时半环上的作用力在圆环顶点在圆环顶点A处处,存在周向弯存在周向弯矩和周向力。利用边界条件矩和周向力。利用边界条件,即即A点的水平位移和转角为点的水平位移和转角为零零,可以确定可以确定MA 和和Pt。在在MA 、Pt 和圆环上切向和圆环上切向切应力切应力作用下作用下,可得出任意可得出任意角度角度处的周向弯矩处的周向弯矩M为：为：过程设备设计过程设备设计cosiRcosiR （ 1- ）MAdlPtU/2KdRiN0siniRFA5.2.2 设计计算设计计算过

30、程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计)sin(cos412cossin23sin2cosiFRM222sin21cossincos2sin649（5-15）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计由图由图5-11查查K6从而得从而得M图图5-10 周向弯矩周向弯矩M在圆筒上的分布在圆筒上的分布过程设备设计过程设备设计iFRKM6)( 、fFRMi当当=时时 具有最大值具有最大值iFRM （5-16）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计b.在支座截面处没有加强圈的筒体周向应力在支座截面处没有加强圈的筒体周向应力包括包括A0.5Ri ，封头对支座处截面的筒体不

31、起加强作用以封头对支座处截面的筒体不起加强作用以及筒体虽有加强圈，但加强圈不是位于支承截面附近时。及筒体虽有加强圈，但加强圈不是位于支承截面附近时。由切向切应力分布可知，在鞍座边角处的最大周向弯矩小于由切向切应力分布可知，在鞍座边角处的最大周向弯矩小于按有加强圈时推导得出的按有加强圈时推导得出的 值，按值，按 值计算。值计算。齐克研究指出，在支座截面处筒体承受周向弯矩的有效宽度，齐克研究指出，在支座截面处筒体承受周向弯矩的有效宽度，可取可取4Ri或或L/2中的较小值，因此筒体的抗弯截面模量中的较小值，因此筒体的抗弯截面模量W为：为：过程设备设计过程设备设计iFRK 6iFRK6iRL8iRL8

32、2232)4(61eieiRRW22121)2(61eeLLW5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计则在支座截面处没有加强圈的筒体周向应力为则在支座截面处没有加强圈的筒体周向应力为: :包括包括A0.5Ri，封头对支座处截面的筒体不起加封头对支座处截面的筒体不起加强作用以及筒体虽有加强圈，但加强圈不是位于强作用以及筒体虽有加强圈，但加强圈不是位于支承截面附近时支承截面附近时过程设备设计过程设备设计iRL8iRL826623eFKWM26612eiLFRKWM（5-17）（5-18）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计c.被封头加强的圆筒的周向弯曲应力被封头加强的圆

33、筒的周向弯曲应力过程设备设计过程设备设计弯矩：弯矩：表表5-3中的中的K6 已经包含了已经包含了5-17、5-18式式中的中的K6 和和5-19、5-20式中的式中的K6iFRKM66641KKiRL8iRL826623eFKWM26612eiLFRKWM（5-19）（5-20）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计（4）支座截面处圆筒的）支座截面处圆筒的周向压缩应力周向压缩应力通过鞍座作用于筒体上的载荷导致通过鞍座作用于筒体上的载荷导致在支座截面处筒体上产生在支座截面处筒体上产生周向压缩周向压缩a.用加强圈加强圆筒用加强圈加强圆筒b.未用任何形式加强的圆筒未用任何形式加强的圆筒

34、c.被封头加强的圆筒被封头加强的圆筒无加强圈无加强圈过程设备设计过程设备设计（在（在“加强圈设计加强圈设计”中讨论）中讨论）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计b.未用任何形式加强的圆筒未用任何形式加强的圆筒由支承反力对筒体截面处所由支承反力对筒体截面处所引起的周向压缩载荷，可由引起的周向压缩载荷，可由筒体上的微内力筒体上的微内力 和鞍座和鞍座作用于筒体的径向反力作用于筒体的径向反力 对筒体中心取力矩平衡求取。对筒体中心取力矩平衡求取。图图5-12 周向压缩载荷周向压缩载荷过程设备设计过程设备设计dA q/2qTmaxcossinsinaRFei)cossincoscos()c

35、ossin(sinFRdRFTeiieFKFT5maxcossincos1（=时）时）（5-21）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计c.被封头加强的圆筒被封头加强的圆筒过程设备设计过程设备设计cossincossinsinsindRRFdRRFTieeiieicossincoscosFFKFT5maxcossincos1（=时）时）（5-22）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计未被加强的筒体和被封头加强的筒体在截面最低处存在最大的未被加强的筒体和被封头加强的筒体在截面最低处存在最大的压缩力压缩力Tmax , 但在此处不存在周向弯矩但在此处不存在周向弯矩M;

36、而在鞍座边角处存在而在鞍座边角处存在最大的周向弯矩最大的周向弯矩M,并存在一定的周向压缩力并存在一定的周向压缩力T , 齐克认为齐克认为,其值其值可取可取 T=F/4周向压缩应力为周向压缩应力为承受周向压缩力的承受周向压缩力的“有效长度有效长度”过程设备设计过程设备设计eTbT2eiRbb56. 12（5-23）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计（5）周向弯曲应力和周向压缩应力）周向弯曲应力和周向压缩应力 的强度校核的强度校核(3)、(4)求得的应力叠加后，进行校核求得的应力叠加后，进行校核过程设备设计过程设备设计5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计（5）周向

37、弯曲应力和周向压缩应力的强度校核）周向弯曲应力和周向压缩应力的强度校核无垫板或垫板不起加强作用时无垫板或垫板不起加强作用时垫板起加强作用时垫板起加强作用时横截面最底点处横截面最底点处5鞍座边角处鞍座边角处6横截面最底点处横截面最底点处5鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力6鞍座边角处鞍座边角处6566过程设备设计过程设备设计5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计无垫板或垫板不起加强作用时无垫板或垫板不起加强作用时横截面最底点处横截面最底点处5鞍座边角处鞍座边角处6过程设备设计过程设备设计teeiRbFK)56. 1(55teeeiFKRbF25. 123)

38、56. 1(4266teieeiLFRKRbF25. 112)56. 1(4266iRL8iRL8（5-24）（5-25a）（5-25b）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计teeeiFKRbF25. 1)(23)(56. 1(4212616teieeiLFRKRbF25. 1)(12)(56. 1(4212616垫板起加强作用时垫板起加强作用时横截面最底点处横截面最底点处5鞍座边角处鞍座边角处6过程设备设计过程设备设计teeiRbFK)56. 1(155iRL8iRL85.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力鞍座垫板边缘处圆筒中的周向

39、应力6过程设备设计过程设备设计teeeiFKRbF25. 123)56. 1(4266teieeiLFRKRbF25. 112)56. 1(4266iRL8iRL85.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计（6）加强圈设计）加强圈设计如卧式储罐支座因结构原因而不能设置如卧式储罐支座因结构原因而不能设置在靠近封头处，且圆筒不足以承受周向在靠近封头处，且圆筒不足以承受周向弯矩时，就需在支座截面处的筒体上设弯矩时，就需在支座截面处的筒体上设置加强圈，以便与圆筒一起承载。置加强圈，以便与圆筒一起承载。过程设备设计过程设备设计5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计位置位置加强圈可

40、设置于鞍座截面或靠近鞍座截面的筒体上，加强圈可设置于鞍座截面或靠近鞍座截面的筒体上，可设置在筒体内侧或外侧，见图可设置在筒体内侧或外侧，见图5-13。图图5-13 加强圈结构加强圈结构过程设备设计过程设备设计xxb1deeAeiRb56. 11eiRb56. 11Ab1b1xxedeAeiRb56. 11xxxb1b1de在鞍座截面上在鞍座截面上的加强圈的加强圈靠近鞍座的靠近鞍座的内加强圈内加强圈靠近鞍座的靠近鞍座的外加强圈外加强圈e5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计情况情况I：鞍座截面处设置内加强圈时：鞍座截面处设置内加强圈时鞍座边角处筒壁外缘周向应力鞍座边角处筒壁外缘周向

41、应力78鞍座边角处加强圈内缘或鞍座边角处加强圈内缘或外缘表面的周向应力外缘表面的周向应力过程设备设计过程设备设计tiAFKIeFRK25. 108077tiAFKIdFRK25. 108078（5-26）（5-27）5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计情况情况II: 靠近鞍座截面处设置加强圈时靠近鞍座截面处设置加强圈时图图5-13 加强圈结构加强圈结构靠近鞍座的靠近鞍座的内加强圈内加强圈靠近鞍座的靠近鞍座的外加强圈外加强圈过程设备设计过程设备设计5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计teiRbK)56. 1(F055圆筒截面最低处圆筒截面最低处鞍座边角处鞍座边角处

42、过程设备设计过程设备设计tinAFKnIeFRK25. 108077（5-28）（5-29）（5-30）tinAFKnIdFRK25. 1080785.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计内 加 强 圈外 加 强 圈8 87 75 55 58 87 7/2/25.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计tibRFK3231099iR8四、鞍座强度校核四、鞍座强度校核鞍座包角鞍座包角一般为一般为120 150一般规定钢制鞍座的宽度一般规定钢制鞍座的宽度b一般可取大于或等于一般可取大于或等于 ，初，初步决定鞍座宽度步决定鞍座宽度b值后，必须通过上述一系列

43、校核后，最终值后，必须通过上述一系列校核后，最终确定确定b值。如难以满足周向应力的校核条件，则可增加鞍座值。如难以满足周向应力的校核条件，则可增加鞍座托板宽度至不小于托板宽度至不小于 ，以降低筒体上的周，以降低筒体上的周向应力水平。向应力水平。 鞍座有效断面的平均应力鞍座有效断面的平均应力JB/T4712过程设备设计过程设备设计eiRbb56. 125.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计 注意：如鞍座的实际高度小于注意：如鞍座的实际高度小于 ， 则以鞍座的实际高度计算鞍式支座有效截则以鞍座的实际高度计算鞍式支座有效截 面的平均应力面的平均应力3iR9过程设备设计过程设备设计5.2

44、.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计给定设计条件：压力、温度、直径、长度、材料等给定设计条件：压力、温度、直径、长度、材料等计算圆筒和封头厚度计算圆筒和封头厚度n ，h设置鞍座位置设置鞍座位置A 计算容器质量、鞍座反力计算容器质量、鞍座反力F、轴向弯矩、轴向弯矩m 、M1、M 2卧式储罐的计算过程卧式储罐的计算过程计算轴向应力计算轴向应力1 4计算切向应力计算切向应力、h计算周向应力计算周向应力5-8 、 6计算鞍座应力计算鞍座应力9四类应力按此顺序四类应力按此顺序逐一符合要求，则逐一符合要求，则设计结束。设计结束。若四类应力中有任何一个不符合若四类应力中有任何一个不符合许用要求，则

45、需要做相应调整。许用要求，则需要做相应调整。过程设备设计过程设备设计5.2.2 设计计算设计计算过程设备设计过程设备设计随堂小测验随堂小测验一、请阐述一、请阐述“扁塌扁塌”现象。现象。二、双鞍座卧式容器设计中应计算二、双鞍座卧式容器设计中应计算 哪些应力？并简述这些应力是如哪些应力？并简述这些应力是如 何产生的。何产生的。过程设备设计过程设备设计第五章第五章 储存设备储存设备第一节第一节 概述概述第二节第二节 卧式储罐卧式储罐第三节第三节 球形储罐球形储罐过程设备设计过程设备设计5-3 球形储罐球形储罐5.3.1 罐体罐体5.3.1 支座支座5.3.1 人孔和接管人孔和接管5.3.4 附件附件

46、过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计教学重点：教学重点： 球罐的基本结构和支座。球罐的基本结构和支座。教学难点：教学难点： 无。无。5.3 球形储罐球形储罐过程设备设计过程设备设计分类分类外观外观壳体构造方式壳体构造方式支撑方式支撑方式球形球形椭球形椭球形单数单数球壳层数球壳层数多数多数桔瓣式桔瓣式足球瓣足球瓣混合式混合式支柱式支座支柱式支座筒形或锥形裙式支座筒形或锥形裙式支座球壳组合方案球壳组合方案过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计典型结构示例典型结构示例圆球形单层纯桔瓣式圆球形单层纯桔瓣式赤道正切球罐赤道正切球罐支柱支柱拉杆拉杆操作平台操作平台盘梯盘梯人孔、接管、

47、液面计人孔、接管、液面计压力计、温度计、压力计、温度计、安全泄放装置等安全泄放装置等上下极板、上下极板、上下温带板、上下温带板、赤道板赤道板附件附件罐体罐体过程设备设计过程设备设计图图5-16 赤道正切柱式支承单层壳球罐赤道正切柱式支承单层壳球罐1-球壳；球壳；2-液位计导管；液位计导管；3-避雷针；避雷针；4-安全泄放阀；安全泄放阀；5-操作平台；操作平台；6-盘梯；盘梯；7-喷淋水管；喷淋水管；8-支柱；支柱；9-拉杆拉杆过程设备设计过程设备设计5.3.1 罐体罐体5.3.1 罐体罐体作用作用球形储罐主体，储存物料、承受物料工作压力和液柱静压力球形储罐主体，储存物料、承受物料工作压力和液柱

48、静压力按其组合方式分按其组合方式分纯桔瓣式罐体纯桔瓣式罐体足球瓣式罐体足球瓣式罐体混合式罐体混合式罐体过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.1 罐体罐体（1 1）纯桔瓣式罐体）纯桔瓣式罐体球壳全部按桔瓣片球壳全部按桔瓣片形状进行分割成型形状进行分割成型后再组合后再组合过程设备设计过程设备设计图图5-16 赤道正切柱式支承单层壳球罐赤道正切柱式支承单层壳球罐1-球壳；球壳；2-液位计导管；液位计导管；3-避雷针；避雷针；4-安全泄放阀；安全泄放阀；5-操作平台；操作平台；6-盘梯；盘梯；7-喷淋水管；喷淋水管；8-支柱；支柱；9-拉杆拉杆过程设备设计过程设备设计5.3.1 罐体

49、罐体特点特点缺点缺点应用应用球壳拼装焊缝较规则，施焊组装容易，加球壳拼装焊缝较规则，施焊组装容易，加快组装进度并实施自动焊；便于布置支柱，快组装进度并实施自动焊；便于布置支柱，焊接接头受力均匀，质量较可靠。焊接接头受力均匀，质量较可靠。球瓣在不同带位置尺寸大小不一，互换有球瓣在不同带位置尺寸大小不一，互换有限；下料成型复杂，板材利用率低；球极限；下料成型复杂，板材利用率低；球极板尺寸往往较小，人孔、接管等容易拥挤，板尺寸往往较小，人孔、接管等容易拥挤，有时焊缝不易错开。有时焊缝不易错开。适用于各种容量的球罐。适用于各种容量的球罐。过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.1 罐体

50、罐体（2）足球瓣式罐体）足球瓣式罐体由四边形或六边形组成由四边形或六边形组成过程设备设计过程设备设计 图图5-17 足球瓣式球罐足球瓣式球罐1-顶部极板；顶部极板；2-赤道板；赤道板；3-底部极板；底部极板；4-支柱；支柱；5-拉杆；拉杆；6-扶梯；扶梯；7-顶部操作平台顶部操作平台过程设备设计过程设备设计特点特点缺点缺点应用应用每块球壳板尺寸相同，下料成型规格化，每块球壳板尺寸相同，下料成型规格化，材料利用率高，互换性好，组装焊缝较材料利用率高，互换性好，组装焊缝较短，焊接及检验工作量小。短，焊接及检验工作量小。焊缝布置复杂，施工组装困难，对球壳焊缝布置复杂，施工组装困难，对球壳板的制造精度

51、要求高。板的制造精度要求高。容积小于容积小于120m3的球罐。的球罐。5.3.1 罐体罐体过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.1 罐体罐体（3）混合式罐体）混合式罐体1-上极上极2-赤道带赤道带3-支柱支柱4-下极下极图图5-18 混合式球罐混合式球罐过程设备设计过程设备设计5.3.1 罐体罐体特点特点赤道带、温带赤道带、温带桔瓣式桔瓣式极板极板足球瓣式足球瓣式材料利用率材料利用率高高焊缝长度焊缝长度缩短缩短球壳板数量球壳板数量减少减少适用于适用于大型球罐大型球罐球罐支柱与球壳板焊接接头球罐支柱与球壳板焊接接头避免搭在一起，球壳应力分布均匀避免搭在一

52、起，球壳应力分布均匀极板尺寸极板尺寸比纯桔瓣式大，易布置人孔及接管比纯桔瓣式大，易布置人孔及接管过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.1 罐体罐体组组合合 方方式式 壳壳片片分分割割成成型型形形式式 优优点点 缺缺点点 应应用用 纯纯桔桔 瓣瓣式式 球球壳壳全全部部按按桔桔瓣瓣片片形形状状进进行行分分割割成成型型后后再再组组合合 球球壳壳拼拼装装焊焊缝缝较较规规则则， 施施焊焊组组装装容容易易， 实实施施自自动动焊焊； 便便于于布布置置支支座座， 焊焊接接接接头头受受力力均均匀匀， 质质量量较较可可靠靠。 球球瓣瓣在在不不同同带带位位置置尺尺寸寸大大小小不不一一，互互换换有有

53、限限；下下料料成成型型复复杂杂，板板材材利利用用率率低低；球球极极板板尺尺寸寸往往往往较较小小，人人孔孔、接接管管等等容容易易拥拥挤挤，有有时时焊焊缝缝不不易易错错开开。 适适用用于于各各种种容容量量的的球球罐罐。 足足球球 瓣瓣式式 由由相相同同或或相相似似的的四四边边形形或或六六边边形形组组焊焊而而成成 每每块块球球壳壳板板尺尺寸寸相相同同， 下下料料成成型型规规格格化化， 材材料料利利用用率率高高， 互互换换性性好好， 组组装装焊焊缝缝较较短短， 焊焊接接及及检检验验工工作作量量小小。 焊焊缝缝布布置置复复杂杂，施施工工组组装装困困难难，对对球球壳壳板板的的制制造造精精度度要要求求高高。

54、 容容积积小小于于1 2 0 m3球球罐罐。 混混合合式式 赤赤道道带带和和温温带带桔桔瓣瓣式式； 极极板板足足球球瓣瓣式式 材材料料利利用用率率高高 焊焊缝缝长长度度缩缩短短 壳壳板板数数量量少少 极极板板尺尺寸寸大大， 易易布布置置人人孔孔及及接接管管 避避免免球球罐罐支支座座与与球球壳壳板板焊焊接接接接头头搭搭在在一一起起，球球壳壳应应力力分分布布均均匀匀。 过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.1 罐体罐体过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.1 罐体罐体桔瓣式和混合式罐体基本参数见桔瓣式和混合式罐体基本参数见 - GB/T17261-钢制球形储罐型

55、式与基本参数钢制球形储罐型式与基本参数过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.2 支座支座5.3.2 支座支座作用作用用以支承本体重量和物料重量的重要结构部件用以支承本体重量和物料重量的重要结构部件分分类类柱式支座柱式支座裙式支座裙式支座赤道正切柱式支座结构特点：赤道正切柱式支座结构特点：多根圆柱状支柱在球壳赤道带等距离布置，多根圆柱状支柱在球壳赤道带等距离布置，支柱中心线与球壳相切或相割而焊接起来。支柱中心线与球壳相切或相割而焊接起来。相割时，支柱的中心线与球壳交点同球心连线相割时，支柱的中心线与球壳交点同球心连线与赤道平面的夹角约为与赤道平面的夹角约为100200。柱式之间

56、设置连接拉杆柱式之间设置连接拉杆稳定（风载、地震）稳定（风载、地震）优点优点受力均匀，弹性好，能承受热膨胀的受力均匀，弹性好，能承受热膨胀的 变形，安装方便；变形，安装方便；缺点缺点球罐重心高，相对而言，稳定性差。球罐重心高，相对而言，稳定性差。过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.2 支座支座图图5-19 支柱结构图支柱结构图 1-球壳球壳 8-可熔塞可熔塞 2-上部支柱上部支柱 9-接地凸缘接地凸缘 3-内部筋板内部筋板 10-底板底板 4-外部端板外部端板 11-下部支耳下部支耳 5-内部导环内部导环 12-下部支柱下部支柱 6-防火隔热层防火隔热层 13-上部支耳上部

57、支耳 7-防火层夹子防火层夹子 支柱的结构支柱的结构过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.2 支座支座支柱的结构支柱的结构支柱支柱底板底板端板端板单段式单段式双段式双段式单段式单段式由一根圆管或卷制圆筒组成，其上端与球壳相接的圆弧由一根圆管或卷制圆筒组成，其上端与球壳相接的圆弧形状通常由制造厂完成，下端与底板焊好，然后运到现形状通常由制造厂完成，下端与底板焊好，然后运到现场与球罐进行组装和焊接。场与球罐进行组装和焊接。主要用于常温球罐主要用于常温球罐过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.2 支座支座双段式双段式适用于低温球罐（设计温度为适用于低温球罐（设计温

58、度为-20 -100）；深冷球罐（设计温度）；深冷球罐（设计温度-100）等特殊材质的支座。）等特殊材质的支座。上段支柱上段支柱-必须选用与壳体相同的低必须选用与壳体相同的低温材料，温材料，一般在制造厂内与球瓣进行组一般在制造厂内与球瓣进行组对焊接，并对连接焊缝进行焊后消除应对焊接，并对连接焊缝进行焊后消除应力热处理，其设计高度一般为支柱总高力热处理，其设计高度一般为支柱总高度的度的30%40%左右；左右；下段支柱下段支柱-可采用一般材料；可采用一般材料；上下两段支柱采用相同尺寸的圆管或圆上下两段支柱采用相同尺寸的圆管或圆筒组成，在现场进行地面组对筒组成，在现场进行地面组对. . 双段式支柱结

59、构较为复杂，但它与球双段式支柱结构较为复杂，但它与球壳相焊处的应力水平较低，故得到广泛应用。壳相焊处的应力水平较低，故得到广泛应用。过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.2 支座支座我国我国GB12337钢制球形储罐钢制球形储罐标准还规定标准还规定 支柱应采用支柱应采用钢管制作钢管制作； 分段长度不宜小于支柱总长的分段长度不宜小于支柱总长的1/31/3，段间环向，段间环向 接头应采用带垫板对接接头，应接头应采用带垫板对接接头，应全熔透全熔透； 支柱顶部应设有球形或椭圆形的支柱顶部应设有球形或椭圆形的防雨盖板防雨盖板； 支柱应设置支柱应设置通气口通气口； 储存易燃物料及液化石油

60、气的球罐，还应储存易燃物料及液化石油气的球罐，还应设置设置 防火层防火层； 支柱底板中心应设置支柱底板中心应设置通孔通孔； 支柱底板的地脚螺栓孔应为支柱底板的地脚螺栓孔应为径向长圆孔径向长圆孔。过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.2 支座支座支柱与球壳支柱与球壳的连接的连接直接连接结构形式直接连接结构形式加托板的结构形式加托板的结构形式U U形柱结构形式形柱结构形式支柱翻边结构形式支柱翻边结构形式过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计5.3.2 支座支座直接连接结构形式直接连接结构形式加托板的结构型式加托板的结构型式对大型球罐对大型球罐比较合适比较合适可解决由于可