管道第六章之油罐的应力

第6章油罐的应力分析油罐是油品储存的主要设施；所有的石油产品都将在储罐中存放一段时间。浮顶储罐沿海油库

日本所用石油的99.8％靠进口。1992年石油储备8000万吨(111天),1994年至今,保持在150天的石油消费量。

美国是世界上最大的石油储备国，1992年其石油储备20170万吨，达到了93天的石油消费量。

要想达到这一要求需建造大量的大型储油罐，由于单罐的容量越大，其材料，占用的场地也越省，因而近30年来储罐向大型化迅速发展。

国外油罐建设现状

1962年美国首先建成10万方大型浮顶罐；

1967年在委内瑞拉建成15万方浮顶油罐。

1971年日本建成16万方浮顶油罐，储罐直径达109米，高17.8米；

沙特阿拉伯已建成20万方巨型油罐，直径达110米，高22.5米。

目前发达国家仍在不断研究更大型的储罐技术(拱顶铝网壳顶，玻璃钢内浮顶，外浮顶浮船)。而柱支撑锥顶罐由于建罐成本低，罐顶板腐蚀易更换，在腐蚀严重的沿海地区很受欢迎。我国油罐建设现状

我国每年进口1.5亿吨（占45％）

70年代国内首台5万方浮顶罐在上海陈山码头建成。

80年代中后期，国内开始建造10万方大型浮顶油罐

到目前为止，国内建成并投入使用的大型浮顶油罐最大容量为15万方大型浮顶油罐。

地下储油气库油罐的分类油罐分为：立式圆柱形油罐、卧式圆柱形油罐、双曲率油罐（滴状油罐和球形油罐）立式油罐分为：浮顶油罐、拱顶油罐、内浮顶油罐、锥顶油罐、悬链式油罐（无力矩）（1）浮顶油罐罐顶浮在油面上，随油品的收发上下浮动，浮顶与罐内壁之间的环行空间有可上下移动密封装置。优点：不存在气体空间，减少了油品的蒸发。罐顶的自重受储液支持，受力状况良好。2万的浮顶油罐国内80年代建造了4座10m3罐（2）拱顶合油罐罐顶店为球军面的岭一部馆分，哥由4~荷6m强m的薄糕钢板次和加法强筋钳组成私；优点央：施联工容傍易，大造价定低；缺点副：中春间无鉴支撑森，罐悬顶直叹径受窑到限盆制；（3）内浮宾顶油付罐拱顶派与浮绕顶的苍结合捞，储真存贵龙重油英品。（4）锥顶近油罐顶部镜为自形支承衰式、机梁柱填式等喂。（5）悬链谨式油同罐也神称无馋力矩害油罐耻。油罐器的发避展趋删势——大型州化大型堪化的卡优点维：节省著钢材贵；减少中投资特；占地冰面积查小；便于创操作燃管理调；节省讽管线屈及配芦件。对油圈罐的协基本饲要求强度湾要求吼：卸必载后调，不善应留童下塑谈性变呜形。抗断艘裂的虎能力王：无韵论在恒水压称试验圾或操弦作条被件下越，油丧罐不顾得产壮生断电裂。抗风味的能但力：上在建拳造及杠使用镜期间腊，在边建罐谎地区浇的最汗大风伙荷下喇不产广生破至坏。抗地钻震能润力：旅要求睛在整朴个使雹用期工间，妥在建标罐地黎区的放最大固地震用烈度咳下不钳产生肥破坏四。基础野稳固乓：油月罐基尸础在毫整个碰使用上期间挠的不嘱均匀脏沉陷谜要在总允许尊的范侮围内叨。油罐储设计闹规范英国BS业26复54日本JI嗽S担B8泽50卖1美国AP狮I6销50中国SH吐30转46壤-9金2《石油端化工森立式放圆筒娱形钢捧制焊牲接储触罐设樱计规突范》GB肉66临54被-1剑99钥6《压力规容器危用钢钉板》SH旺30蜻48搁-1晕99拢9《石油芽化工愉钢制怪设备肢抗震套设计弦规范》GB曲J1饶28狭-9胁0《立式驼圆筒最形钢表制焊照接油谢罐施艇工及量验收厌规范》GB犯98歉5-螺95《焊接轿接头嚼的基命本形忘式与颈尺寸》油罐启的选阔材大型躁油罐惜均采羽用高旷强度协钢。阔这类磨材料豪强度卵高、毒韧性连好、秃碳当毕量较蕉低、住焊接辱性能扁较好槽。国耳内10万方冬以上额浮顶布油罐雷大都殖采用49捎0M策Pa级的向高强贱度钢棚材。捞小罐毅用16天Mn滨R。日本SP仇V4弃90疏Q武钢WH凯61萄0D狱2具有掏高强卧度、事高韧叶性，冤而且勾具有池优良胜的焊亮接性那能，把尤其戚是能押够适民用于怖大线工能量希焊接降工艺见条件愚。此阀钢板抵的研丙制成各功，震结束孤了我黑国建胁造原撇油储尸罐长递期依法赖进禁口的趴历史鲁。舞阳稻钢铁12裁Mn逝Ni级VR与进漫口SP汽V4照90屈Q钢板蜜相差耳不大银。6.匆1立式静油罐咽的罐拴壁强雕度设补计一、弄几个色基本圣知识森点1板间犹的焊竭接方毒式罐壁洋圈板蛇由多番块钢扭板对悄接焊格成，密各圈捎罐壁师的纵对缝应弯错开陡，其僵间距熔不小贿于50愈0m盼m；罐壁伪相邻垒上下昼圈板乱的连想接可以采用：（a）套筒征式；（b）对接博式；（c）混合蓬式；6.占1立式婆油罐绳的罐嘱壁强衣度设赌计一、冈几个惯基本体知识壤点2最小爬壁厚对于搭油罐鞋上部啄的罐态壁，朱由于邪考虑带到安汇装和居使用秤的稳庸定性读要求补，因阳而有泡最小放厚度恰要求枝。油罐夜的稳扶定性杏与D/紧t有关邪，所面以油锄罐越野大，漠所用辰钢板巷的最挥小厚比度越券厚。3最大纲壁厚罐壁自钢板漂越厚矿，越巩难保咱证焊弓缝质斗量。疼由于慕施工跑现场左难以嘴对焊仗缝进尼行热战处理造，故秃须限兰制储盛罐的孙最大盒壁厚笑。最大漂许用盏壁厚诵与材臭质和缓许用芽最低专温度耀有关至，同章时也晕与一纪个国辽家的屡整体马焊接辣工艺裕水平仿有关旨。油罐冲的建令造罐壁肯承受难的储丙液静算压力按薄袭膜理钉论考超虑应力壁厚确定削罐壁烟厚度弦需要忌考虑损的因距素每层拖罐壁闯板的难厚度酸不同枪；每层翠罐壁合板中痛的应蹦力分联布不规均匀鞠：定点些法：渠罐壁启中最极大应陶力发屯生在撞距下纹端30康0m腰m（1英尺电）处蜓；变点葵法：怎按罐笔壁板摸中的咱最大竟应力毁考虑烧；焊缝判系数性；腐蚀寸裕量轰。6.织1.利1确定恭罐壁美厚度遗的几她种标夹准中国SH况30迹46标准旧（定羽点法妄）日本JI搏S谅B8栽50拦1标准石（定君点法款）英国BS吐26耕54标准兼（定赶点法泳）美国AP膊I6搭50标准纷（变劫点法太）1、中国SH着30彩46标准材（定河点法焦）t1—储存歉预定威介质巧时的羞设计干厚度懒，mm；ρ—储液臣密度滤，t/批m3；H—计算左的罐渴壁板忧底边撇至设烛计储望液高忙度的疮距离煤，m；D—储罐虎内直朵径，m；[σ闷]—常温胀下罐赔壁钢但板的郊许用吉应力旧，MP宵a；Φ—焊缝浮系数腐，一大般取0.誉9；C1—钢板磁厚度辣负偏别差，mm；C2—腐蚀垃裕量而，mm。2、日本JI破S姥B8咸50若1标准葱（定绢点法嘉）t—最小日板厚龙，mm；ρ—储液勿比重计（当而小于1时，辽取1）；H—由该贴段壁妄板的滴下端浩至设洲计液蓬位的薪高度刺，m；D—储罐酬内直悟径，m；fm—母材缎的许输用应眠力，MP盲a；Φ—焊缝殊效率舅，一跪般取1.案0，其时中第宗一层假取0.啊85；C—腐蚀识裕量愈，mm。3、英国BS疗26查54标准肯定点默法计邪算t—最小芹板厚植，mm；w—储液威密度冬，g/撇ml（取值练不得收小于1）；H—由该驱段壁演板的术下端收至设斜计液固位的请高度看，m；D—储罐结内直带径，m；S—设计团许用剂应力饿，MP蝴a；P—设计已压力葛，mb右ar(对无嗓压储磨罐可狐忽略纵不计)；C—腐蚀高裕量扩，mm。4、美狮国AP萍I6卖50标准尼（变毛点法孩）底圈闲罐壁相板计膨算厚还度两者葵之中般取最座小值底圈捕罐壁狡板设抗计厚屠度第二剑圈及傲其以抱上各类圈壁死厚的商变点瘦计算铲法hi-蜘1——计算凯圈的虫下面侨一圈倘的圈个板高舒，m；r——油罐据半径诵，m；t0i——所需窝计算右的第i圈的杜罐壁傍计算词厚度打，mm；tai——根据派变点框位置苦求得吼的第i圈的护壁厚扒值，mm。式中段：三式衔之中宫取最名小值定点扛法初失步计果算Xmi镰n=0楚.3例1已知50洲00弯0m3储罐株直径D=昨60辞m，罐设壁高H=税19币.3置5m，最叉高液滔位18弊.3验5m，每顺圈壁召板高严度为1.驳93挥m。试罢水时记的许序用应隔力[σ]携=2共1.者43昨kg敌f/倾mm2，焊嫁缝系占数η=幸0.收9。要简求用贵变点庆设计卧法计呈算在各充水五条件创下最扮下面3圈壁注板的烫计算淹厚度坛。答案地：

第一圈

第二圈

第三圈

壁板的计算厚度

28.07mm

25.76mm

21.07mm

例2试以欢变点清法确耀定在脏试水榨情况烦下的泥储罐暮底部苦三圈余壁板报厚度授。已绒知储糕罐直纪径D=您85慢.3求4m，高捆度H=织19砌.5勉1m，底珍部三斜圈高堵度均桌为2.之43辛8m。试斥水时捆的许俗用应性力[σ]恋=2六1.最09丑kg这f/镰mm2，焊坑缝系剃数η=聪1.邀0。

第一圈

第二圈

第三圈

变点法

定点法

38.19mm

38.87mm

35.96mm

33.93mm

31.68mm

29.00mm

答案希：立式极圆柱沃形油柏罐直并径和吓高度蹦的选按择设计震油罐报时首要先接鸟触到谷的问乖题便风是油料罐的伴基本搏尺寸拾即油愿罐的版直径蔽和高祝度。燃在一盖定容座积条阔件下罢，如是何确卫定直扁径和肤高度已使油欠罐的仁用钢校量最坊小？规范存规定屈罐壁呢最小振壁厚设计懂习惯庙罐顶椅板和丸罐地踪蝶板厚姻度为食罐壁述最小墙壁厚优化辨目标驴：费华用最受小或糠金属台用量励最小济。金属相用量印的计角算与哑油罐结的大前小有厅关：悼当时，倍，则跟取最，建控造等拿壁厚罐；泳当济时，雨必须国建造蓬变壁宵厚罐登。油罐降罐壁肾厚度件关系草图材料散最省况的油异罐直及径和催高度1.等壁映厚油致罐设罐科壁的浓最小峰厚度逮为烂；长罐顶象的厚卫度为勿罐头底的戒厚度政为碰，则使油罐败的罐疤壁、束罐顶筒、罐存底各盒部分赴的金浓属材良料用恨量分洋别为漠：罐壁卫：罐顶夸：罐底撑：油罐侄的用课钢量末：令：条，则条件屑：用拉件格朗避日乘题数法摘求极斗值构造距函数则：结论付：等壁删厚油留罐的翅最大筋容积2.变壁挣油罐为了嫩方便栏推导垄，忽磁略罐逆内气齐压的绑影响宫，壁改厚计算式伍取（1）金属摇用量锻的计昌算a:罐顶亚与罐壤底的压金属距用量b:为满蹄足液捎压载壁荷罐更壁所柴必需顾的金院属用言量c:上部我定壁剪部分倍无益吵消耗勿的金驻属d:以下蛮之变角壁部取分无忧益消穴耗的种金属设变臭壁部株分各罢圈的朱高度材均为h，相搜邻两肃圈壁毫板的高度掘差为e，则稀变壁简部分料的圈故数相似惕三角穗形所以充油罐缝的总卫金属抱用量油罐悄金属尸用量券最小郊时有即：因此熄，变杜壁厚醋油罐拍的经盈济高枕度与遭容积精无关彼。实饮际上沟，油酱罐的狱容积意越大稻，踩越过大，贫因而H也越盏大。形不过图，随韵着罐讯容的院增大煌，其抛罐壁痰高度堤的增兽加是羡缓慢惜的。罐壁团的开夹孔补瓦强由于槽使用喂要求炭，必漆须在禁罐壁凶上开这孔并创接管楼；开孔迈后的白罐壁唇将在调孔的闸附近沃产生增应力云集中拒，导志致孔揪口疲棵劳破泽坏或酬脆性毅裂口兆，使自孔口狠撕裂烘；补强班办法吃：在垫开孔情的周锄围焊霞上补琴强钢驰板，摩增大旨开孔靠周围遣的壁疗厚；“等截件面”补强酱方法闪。补强菌板形匀状开孔析直径售不超糠过25振0m巩m开孔忧直径状超过25搂0m担m6.馋2立式类钢油汤罐的兆抗风佳设计油罐恩抗风造稳定笛性差——直径爆大、束敞口姓、薄硬壁结北构抗风途措施——罐顶利设抗遍风圈倚；中煮间设刑加强拘圈（船一圈隆或数简圈）打。风载倦荷的晓分布啊和计少算一.风压第的计海算风以祸一定依速度遇吹在姓构筑叔物上税，产侵生风妥压；驻点惕两侧200弧长承的风尿压值陆最高乘，风慈压根碧据风光速计潜算。标准改风速萄以一占般平吩坦地暖区，们离地伏面10独m高，30年一功遇的10分钟慢平均衫最大河风速金为依挤据。风速暮与风私压的伴关系浅可按领牛顿俗公式震计算差：二.储罐看罐壁验的风亡压分继布分错析1.外壁亏的风命压分勺布对于攻固定触顶罐烛和敞秧口罐扇在试络验风域压为捐时侮，外患壁风盈压分降布是眯不均丧匀的道。从图阀中可拖看出锄，只狱有迎复风面帅中典心角从所对涉应的传罐壁工是受问压的但，其竞余罐有壁承述受的亮是张塔力。伤最大附风压退是陶所对痛应的稠弧长接上，挠风压炼近似玻为常浆数，抄最大扁风压建发生群在驻纺点，政其值栽为载。罐壁溪上风圆压分木布罐壁米上风补压分艘布图2.内壁剖的风今压分丛布对于裳固定柴顶储蔬罐风相载引接起的乔风压篇仅存信在罐践壁外永部，抖不存捆在内锋壁的裕风压武分布蛮问题急。对羽于敞榨口储趋罐，责由于狸风吹打过时近引起甚的抽以力，捎故罐胆内壁趟全部是负仇压，畜风洞翠试验护表明叫是负泰压值伸为仙，超位于驻点旧内侧声，而蹦其余蜡部分劫的负府压值呆变化奏不大巷，与本驻点唇值相冶近。3.罐壁友在外降压作祖用下棒的屈梦曲特就征同样甜的试篇验模快型、值实验汗表明丸：风柱压的鹊临界恨压力（即罢驻点戏处的晶最大题不失认稳压虚力）变比均现匀外厘压作私用下后的临狮界压傲力约丽高雷左衫右。罐壁够的外叶压失阴稳是叮由瞬罗时外物压控姓制，富当外度压保拣持在置比临顺界压眯力低滩一点弃时，飞模型校不会所出现蛮屈曲撇，一章旦增摔压至也临界受压力坏，立娱即发汇生凹庸瘪。蜻另外捏，若有是罐烟壁制付造时馅存在拘椭圆检度或钢存在脖局部捆凹瘪谷，这模些部根位在旦风压哪下会醒提前仿失稳手。4.储罐沾罐壁街的设丹计外刑压储罐博的外响压包匙括风医压和袖罐内诉负压都两部裁分。担浮顶效储罐晒、固多定顶第储罐娱以及高内浮烂顶罐它三者余的外毛壁风滑压分辞布相趁同，谷内壁窗各不蒸相同暮，故脱三者如的设迟计外膝压是刃不同引的。对于急敞口呢油罐宣，设颂计风须压按朱下式眠计算转换输系数厨－由10分钟侨最大患平均蛇风压揉折合嫩成瞬字时风沾压；高度下系数摇－离沈地面10米高超的基营本风先压折娇合成嫩实际雪高度高度陕系数——离地矩面10米高赛的基馋本风梁压折质合成携实际车高度离地面或海面高度，m陆上海（岛）上510152030400.781.001.151.251.411.540.841.001.101.181.291.37固定饲顶油仇罐式中违：内浮酱顶油倒罐抗风顾圈的使设计离和计感算抗风小圈设取置在和油罐铁的顶魔部，竖通常泼位于加包边虑角钢洗以下1m位置浊。抗风窑圈的假外形权可以恰是圆赖的，弦也可萄以是眉多边樱形的宫。抗风义圈是兰由钢鞋板和别型钢杠拼装舒成的肆组合善断面曲结构鸣。抗风络圈的哪刚度磨由截嫁面系目数确漆定。抗风及圈的夫结构SH桐30跨46基本州风压朝值取70厚0P话a，距北地面15贫m。假设弱迎风瓦面风怪压分渔布范谅围所究对应挪的抗喘风圈枕区段隶为两洞端饺宣支的接圆拱阔，沿芬拱铀桨线的添风呈扩正弦捧曲线姨分布承，圆仰拱所反对应费的圆显心角愁为60度，庄并假钓设罐吓壁上栽半部发分的趣迎风朗面风改压由滔抗风岩圈承构担。式中土：AP糖I6稀50BS终26蚕54式中闻：JI控S听B8刻50援1式中扯：加强莲圈的君设计登和计活算抗风傍圈以佣下罐错壁仍筋有可姐能被盯吹瘪叠，需济设置寻加强畅圈。油罐透是阶娃梯形夜变断吧面圆份筒，太按当口量高乱度折缘瑞算；将壁河厚不芝同的鸽各筒折节折订算成初直径董相同耻、稳喘定性便相同础的等责壁厚病圆筒西，折专算后治的筒碌节高什度称贱为当邀量高齐度；按折骨算后名的等表壁厚丽圆筒驼设计漫加强烛圈。当量弹高度炼计算一.SH霜30拼46推荐荐方法以薄酷壁短固圆筒助在外晋压作腿用下益的临岭界压野力计锁算公盟式基末础，溪参照呈当量爷高度嫁的概谅念：加强尺圈的禽数量企及其肿位置加强圈数加强圈的位置0n例题一台采浮顶拾油罐传内径60魔m，高18暖m，罐纳壁由9层2m宽的战圈板坦组成振，抗贝风圈寺设在弃离上从口1m处，盾罐壁训自上比而下洲的厚株度分跨别为10、10、10、12、14、16、18、20、23搁mm，建拳罐地袜区基核本风塘压狱求加错强圈淋的个蜂数，薪位置雕及尺超寸。解：（1）求设除计压廉力P（2）求其中芬：各圈谜的He值，纠列表冰如下挑：层次h，m

t，mmHe,m1234567891222222221010101214161820231221.2680.8620.6180.4600.3540.249（3）确广定加秆强圈顽的个坛数与抚位置所以励需设2个加冲强圈扣。第一杂个加律强圈掠：在沾当量场筒体印上距宰抗风批圈HE/3处；HE/3=8骡.8晃11化/3腊=2信.9竞37我m，因爆位于tm光in处，融故无酒需折愤算。第二商个加魄强圈判：在平当量派筒体驶上距讲抗风询圈2/锈3HE处；2/谦3HE=8落.8旺112/3凯=5堵.8株74盘m，因烘不在tmi辟n处，枪故需唇折算料，其炒距抗侍风圈背的实钥际距碧离为墓：（4）加挨强圈探的尺逝寸参阅汪下表泳，取载加强索圈角酒钢为20淹01舱00偿1砖2m旧m。油罐直径Dm角钢圈（或同样截面系数的型钢）mmD2020<D3636<D48D>481006081257581501001020010012加强牺圈数丹量和梁位置加强圈个数加强圈位置0n注：规范饶要求仗加强蔑圈与虎环焊亚缝之亿间的司距离治应不其少于15锡0m镰m，若匠计算魄值不尽满足赠此要可求，娃则需昨对加期强圈粒的位银置进吵行调斜整，隆要求货调整移后的食两个烦加强沙圈之已间的说距离感满足吃不大忌于串或加号强圈贝之间忠节筒炼的许去用临躺界压胶力大萄于设充计外谈压。6.玻3浮顶务的结胃构与基强度浮顶峡油罐慎是在职大中场型油回罐罐五顶中骂最常醒见的设结构第形式册；浮顶办有两跪种：双盘编式：窑有上痰下两别层盖糠板，从隔热温效果辨好，改用来介存放免轻质搅油等单，多装用于50农00及m3或更横小的所罐；单盘饶式：粮周边询为环翠形浮展船，述中间骆为单技盘，傲多用微于50技00渠m3以上妹的罐腔。一.双盘爬式浮俯顶二.单盘至式浮旗顶单盘焰式浮斗顶周臣边为银环形像浮船挂，中郊间为丙单盘窗。单盘州由钢雄板搭陡接而废成，泻排板创的形敲式有辰两种饺：单盘娇浮顶规结构环形娃浮船止：由剧隔板技分隔否成若潜干互啦不渗鬼漏的乖舱室坊；舱隆室的元数目汗根据液需要源确定逮。立柱竿：设兴置若乐干立兴柱的旋目的疗有两铜方面拥：当液聋面处悔于较借低的值位置干时，暗浮顶侍下降例并支流承在球立柱论上，猴避免命与罐滥内附尸件碰孙撞；检修酷时的字浮顶探支于戴立柱沙上。浮顶殊上有裤中央滩排水思管：涌由若以干段撒钢管暑组成献，管夜与管主之间枝有活纠动接另头。自动患通气巨阀：赚使罐或底与管浮顶锁之间洲的空替间接蹄通大棉气。转动卡扶梯川：作才为从旱罐壁裹盘梯莫的顶括平台凶到浮垦顶的土通道铸。