1000立方米拱顶油罐

1、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*学生姓名*一、课程设计的内容此次课程设计的是拱顶罐，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。、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。设计原始数据：设计压力正压负压设计温度雪载荷196明19190441耳抗震设防烈度储液密度

2、腐蚀裕量焊接接头系数8度860kg/m31mm0.9三、课程设计应完成的工作1.1000H?拱顶油罐装配图一张;2.1000kli斗拱顶油罐罐体图一张;3.课程设计说明书一份；四、课程设计进程安排厅P设计各阶段内容地点起止日期1拱顶罐相关资料查阅图书馆6.4-6.52课程设计大纲及各类数据的计算图书馆6.6-6.83数据的校核与检查图书馆6.11-6.134拱顶罐装配图图书馆6.145拱顶罐罐体图教室6.156课程设计初稿修订教室6.197上交课程设计说明书办公室6.208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.油罐及管道强度设计M.北京:石油工业出版

3、社,1986.2GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范S.北京：中国标准出版社,2001.3王立业.罐体开口补强设计MGB150-1998.116-118.4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：年月日教学院长：年月日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、自动化、全能化。本次主要设计的是拱顶罐，包括罐体材料的选择、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：拱顶罐；罐壁壁厚；罐底；罐顶第1章绪论1.1.1 拱顶罐的发展现状及

4、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.31.5 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114.1 罐底的排版形式1.14.2 油罐罐底直径的计算1.1第5章罐顶设计125.1 球顶的曲率半径1.25.2 油罐罐顶的校核1.2第6章油罐附件选择1.46.1 罐壁人孔146.3 透光孔146.4 呼吸阀146.5 排水槽146.6 盘梯15结论16参考文献1.7.附录1.8附录A拱顶油罐系列参数与尺寸1.8附录B1000m3

5、tt罐装配图1.8附录C1000m3tt罐罐体图1.8第1章绪论1.1拱顶罐的发展现状及其基本要求长期以来，我国库存轻质油品，广泛采用固定顶油罐和拱顶油罐。由于固定顶油罐在存贮和收发油品时存在小呼吸”和关呼吸”汕品蒸发损耗较大，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。因此油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1:在容积小于的油罐中，拱顶油罐是最常用的，近十余年来拱顶罐几乎全部代替了在五、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2万足肉世界上最大的为5万皿九拱

6、顶罐的刚性好，施工方便，由于能承受较高的内压力，有利于降低油品损耗，因此1万以下的油罐广泛采用拱顶罐。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5万始建于1973年。至今，已有7座5万由罐投入使用，预计在不久的将来会建成更大的油罐。1962年美国芝加哥桥梁公司首先建成10万皿?浮顶油罐，直径87n,高约23。1964年，壳牌石油公司在欧洲建成10万皿51油罐。1967年，委内瑞拉建成15万m3油罐，其直径为115nl，高为14.6m。1971年，日本建成16万a?浮顶油罐，直径为109hl,高

7、为17.8a。目前世界上最大的油罐打24万皿八由以上看出，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。表错误!文档中没有指定样式的文字。.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 .占地面积小。因罐与罐之间要有防火距离，所以在总容积相同的情况下，几台大罐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。几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。表错误!文档中没有指定样式的文字。.1钢油罐单位容积所需钢材净重油罐容量,

8、ma单位容积所需钢材净重，kgjm3500026.21000023.02000021.55000019.210000015.020000010.0由表错误!文档中没有指定样式的文字。.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 .强度要求。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

9、大震裂度下不应产生破坏。5 .油罐要坐落在稳固的基础上。油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又称储罐，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。储罐内的压力直接受温度影响，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。用于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

10、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，对许多企业来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。按储存的油品性质可分为重油罐和轻油罐。油罐的主要类型：立式圆筒形拱顶钢油罐。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，自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，自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。

11、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。这类油罐应注意选择合理的密封装置要求密封效果好、安装和维修方便。壁板采用对焊连接，施工常用正装法。立式圆筒形内浮顶钢油罐。兼有拱顶和内浮顶，内浮顶在拱顶油罐内部漂浮在液面上，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a433MH的工作压力,常用于储存液化石油气。卧式钢油罐。容量一般在50m3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

12、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重要组成部分。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，特别是国家战略石油储备均离不开各种容量的拱顶储罐，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-

13、2003_立式圆筒形钢制焊接油罐第2章设计原始数据油罐用于储存柴油设计压力正压：负压：Ml!设计温度19:C71000m3即油罐内径口=11500m】叫高度H=106S0nm。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ifC235-A,查表设计温度下的罐壁钢板的许用应力(T=16kgrmm2,查得壁厚计算公式代入数值有：_Yffl.q3)D2Ihi1X(10j60i3)X1152X16XM式中：0一罐壁的计算厚度，mill；V一储罐容重，取丫=1;口一油罐内径，m；一设计温度下钢板的许用应力，同=；n焊缝系数，号=。9罐壁

14、厚度的计算公式为：t=to+C4C(3-4)(3-5)式中：七一罐壁设计厚度，mm；t一罐壁的计算厚度，mm;q一钢板厚度允许负偏差，数值见表错误!文档中没有指定样式的女子。.3,mm；C一腐蚀裕量，mm,取Lmnio则罐壁计算厚度为：(3-6)=4.1328+-X(-0_3)+1=4.9S2&mn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Sdmrno圈板的层数计算过程如下：油罐罐壁钢板的尺寸规格定为L750XS2O0mm.;油罐周长：L=nD=3.14X11500=36110mm;每圈罐壁筒节所需钢板：(3-7)每块钢板的加工余量取10mm

15、（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小:L-5200-2X10=5180nun实际每圈所需钢板数:n=-=L1(3-8)油罐的高度H=10650mm,则每块钢板除去余量后实际宽度E为:0=1752X10=1750mm罐壁钢板层数:1065017306.16(3-9)由以上得出，油罐罐壁由7层钢板，每层7块钢板组焊而成。表错误!文档中没有指定样式的文字。.3钢板厚度允许负偏差厚度，mm钢板宽度，m.m1001-18001801-20002001-25004-0.3-0.3-0.34.5-5.6-0.56-7-0.6-0.68-25-0.8-0.8-0.826-30-0.9

16、-0.9-0.932-34-1.0-1.0-1.036-40-1.1-1.1-1.13.3.2 加强圈设计由于内浮顶罐顶部有固定顶，不需加设抗风圈6,但随着储罐高度的增长（主要是为了减少材料、降低成本），使得油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。判定储罐的侧压稳定条件为：1吃1兰玲（3-10）式中：RJ一罐壁许用临界压力，P.；外一设计外压，巴；当用时，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GB50341-2003_立式圆筒形钢制焊接油罐推荐的加强圈的

17、设计方法。该方法是根据薄壁短圆筒在外压作用下的临界压力得到的，罐壁的许用临界压力：匕1=喷？（3-11）式中：俨以1一罐壁许用临界压力，kgif/rn2；E一圆筒材料的弹性模量，192*109心；D一油罐内径，m;S一圆筒的厚度，m；L一圆筒的高度，mo将D=115h,L;1U.65ni,5=S006m,E=192X109月代入式（3-11）得：2,59E5i52-59X192X109XOl0062E_=一五一=干二334142与DL11.5lsX10j65a从上面的计算结果来看，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

18、，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，甚至更高，这样的局部应力，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9的办法就是在孔口的周围焊上补强圈板，以增大开孔周围的壁厚，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50nlm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：A=dt0（3-12）式中：d一沿油罐壁纵向的开孔直径；。一开孔处罐壁的计算厚度;可用于补强的金属截面积由熊

19、、A和Am三部分组成。A1=d(td-tJ(3-13)式中：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；J一开孔处的厚度。A2=2h(t3-t4(3-14)式中：用受一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；力一接管的厚度；J一接管的计算厚度；也一补强区内的接管长度，2.5倍壁厚；A2=2ab(3-15)式中：A=一补强板的截面积。一补强板的厚度。小一补强板外半径与内半径之差。最后要求满足：41+4?+从名之鼻(3-16)表错误!文档中没有指定样式的文字。.4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口Q去4254)32X5一D1s40445X5

20、一D&0*57X5一480489X6*180/493%1000108X6*200/4112DJ50D1*159X70300伸163%2004219X8。400伸223%25。*273X904Go伸227%300432SX1O。550伸329%350*377X114)620/438144004426X12。680/4向。与45044S9X124)760/4484叫500453OX144)810/41534%600463OX144900/4634计算过程如下：人孔开孔直径为600mm,查表错误！文档中没有指定样式的文字。.4有接管规格为630X14,补强圈的尺寸。掰，。序为4980/力634,人孔

21、安装在距离罐底800nini处，此时：A=dtfl=115Mx4-L328=47527.2mm2A尸d(t110A11500X(4.98284.1323)=1977Smm2A2=a(t3-tJ=2Xi9B28x(14-0J)=21375mm2Am=2ab=2X27X346=26684mm2Ai+A；+A3=48595mm2A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，油罐内的油品重量可直接传给地基。底板仅受一个简单的压缩力，这对钢板来说，是及其微小的。因此，对钢板来说，理论上几乎没有强度要求，只需要将油品与地基隔开，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

22、考虑使焊接变形最小，易于施工，以及节约钢材等因素来决定的。一般采取两种形式：当65m时，采用矩形中幅板和边缘板组成的形式；当D4165H1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，其最小宽度我国规定为6Whud,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fHtaini。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Z5皿。边缘板与罐壁相焊接的部位应做成平滑支撑面。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

23、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：口.=0+21*6(4-1)式中：口!一罐底直径，mm；丹一边缘板外伸量，为SOmm；。一油罐内径，如一罐壁厚度此时，查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，取则:DllSOO-F2X4.982842X50=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25min,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

24、用间断焊。中心盖板搭在瓜皮板上，搭接宽度一般取50mm。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等于油罐直径D,一般取球顶曲率半径7与油罐直径的差值不超过20%,即R=(08-12)D(5-1)式中：R一拱顶球顶曲率半径，cm;D一油罐内径，cnioR=0.9X11500=103Scm图1球顶如图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壳临界载荷公式112K工103*1皿狗=76065.71(5-2)式中：

25、P一临界载荷，kgErcm2;一板厚，cm；E弹性模量,图2球顶R一球壳曲率半径，cm；v波桑系数，取0.3。试验值比上述理论小2Z.5倍，而工程上拱顶为钢板拼焊，几何形状误差大，取许用压力巧为%的1/127606的（安全导数口=1为，则光球壳许用外压力（外载荷）=6338.81因为设计压力P=191明.，呼巴所以球壳安全第6章油罐附件选择为保证各种油品的储存、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，通常称为油罐附件网。6.1 罐壁人孔罐壁人孔均安装于罐壁最底圈壁板上，具中心距离罐底约8OOmm。人孔位置应与透光孔相对应，以便采光通气。6.2 量油孔量油孔一般适用于

26、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。表错误!文档中没有指定样式的文字。.5人孔、透光孔及量油孔选用表容积m3罐壁人孔透光孔量油孔数量直径mm质量kg数量直径mm质量kg数量直径mm质量kg40-7001600126150047.711507.6100g20001600126250047.711507.630001600126250047.711507.65000F00001600126350047.711507.66.3 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，安装在灌顶平台附近，与人孔对称或在同一方向上布置

27、。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 排水槽用于油罐排水或排污，带放水管的排污孔装于轻质油罐，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mm数量规格质量kg连接尺寸及标准3003001DN30034.0查表则有各类附件的公称直径如下：(1)进油口公称直径为100mm(2)出油口公称直径为100mm(3)透光孔公称直径为500mm(4)呼吸阀公称直径为150mm(5)量油孔公称直径为150mm(6)温度计开口公称直径为25mm(7)罐壁人孔公称直径为600mm。(8)排水口公称直径为50m

28、m6.6盘梯盘梯的设计应符合下列要求：1 .盘梯的最小宽度度为6Wmm;2 .盘梯的最大开角为SU，一般宜取15%同一罐区内盘梯升角宜相同；3 .踏步的最小宽度为200mm；整个盘梯踏步之间的高度应一致；踏步应采用栅格板或防滑板；4 .盘梯栏杆上部扶手应与平台栏杆扶手对中连接；5 .沿栏杆扶手轴线测量，栏杆立柱的最大间距为2400mm；6 .盘梯能承受5kN集中活荷载；栏杆上部任意点应能承受任意方向1kN的集中荷载。油罐均采用45。升角螺旋盘梯12。盘梯均按左旋布置，用户可根据实际情况自行改动。1 .此次课程设计基于以下三点进行设计：(1)节约能源；(2)降低油品的生产成本；(3)利于环境保护

29、。2 .原油储罐结构设计结论：本设计为lOOUm，柴油储罐结构设计。设计原始数据：设计压力正压：1%。%负压：490%；设计温度1，C旦山。町;雪载荷441巴；抗震设防烈度8度；储液密度860kg/m3;腐蚀裕量工皿n;焊接接头系数0.9。储罐尺寸为：公称容积：T000/；计算容积：llUGm储罐内径：11500mm；罐壁高度：10650mm；拱顶高度：1250mm；总高：11900mm；计算壁厚为4.9828mm；罐底直径为11610mm；罐顶球顶曲率半径为10350mm。经过计算不需要设计加强圈便可具备足够的抗风能力；油罐罐壁由7层钢板、每层7块钢板组成。3 .注意事项：油罐附件：为了保证

30、储液的储存安全和计量，收发等操作，储罐必须选用合适的附件，它为应满足下列要求：(1)保证能收进或发出合格的储液；(2)保证储罐和储液在储存过程中不发生事故；(3)万一发生事故，能将损失减少到最低限度；(4)能延长储罐的操作周期，并便于清理罐底残液等杂志。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漆参考文献1潘家华，郭光臣，高锡祺等.油罐及管道强度设计M.北京:石油工业出版社,1986.2陈希哲.土力学地基基础M.清华大学出版社,2005.17:59-64.3BS2654-2009.石油工业立式钢制焊接油罐M.石油化工出版社.4GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范S.北京：中国标准出版社,2001.5SH3046-92石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范S,北京：中国标准出版,1992.6余国琮.化工容器设计M.北京:化学工业出版社,