08立式油罐固定顶的设计——【管道与设计储罐强度】
油罐的尺寸选择和强度设计
油罐的尺寸选择和强度设计首先，尺寸选择是油罐设计的首要考虑因素。
决定油罐尺寸的要素主要包括以下几个方面：1.贮存容量：油罐的尺寸应能够满足储存所需的容量。
根据贮存的液体石油种类和需求量，可以确定油罐的贮存容量。
容量的确定涉及到储罐的高度、直径和长度等维度的选择，需要满足储存需求。
2.储存时间：根据油罐的使用目的，选择合适的储存时间是重要的。
如果需要长时间贮存液体石油，那么油罐的尺寸应相对较大，以满足长期贮存的需要。
反之，如果需要短期储存或周期性使用，可以选择较小的尺寸。
3.运输条件：如果油罐需要进行运输，尺寸的选择会受到运输方式和要求的限制。
如果需要陆上运输，尺寸应考虑道路和桥梁的通行要求。
如果进行海上运输，尺寸的选择会受到港口设施和水路运输条件的限制。
其次，强度设计是确保油罐的结构强度和耐久性，以应对外部和内部的力和压力。
强度设计需要考虑以下几个因素：1.外部力：油罐结构需要能够承受来自大气环境的外部力。
例如，风力、雪力和地震力等。
这些外部力会对油罐的强度和稳定性产生影响，需要进行合理的设计和计算。
2.内部压力：油罐内部液体的压力也是需要考虑的因素。
油罐中液体的体积和密度会产生一定的压力，油罐的结构需要能够承受内部压力，防止发生变形或破裂。
3.材料选择：油罐的强度设计也需要考虑材料的选择。
常用的材料包括钢材和混凝土。
钢材具有良好的强度和耐久性，适用于大型油罐的设计。
混凝土可以被用来制作较小规模的油罐，但需要同时考虑混凝土的强度和防渗透性。
4.安全因素：强度设计中还需要考虑安全因素。
设计应遵循相关的安全标准和规范，确保油罐能够在不同工况下安全运行。
此外，对于油罐的结构，应考虑到监测和检测装置的布置，以便能够及时发现结构安全隐患。
油罐及管道强度设计
三、简述题1、简述回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，并以拱顶油罐的罐壁和罐顶为例分别说明。
2、油罐罐壁为什么有最大和最小壁厚的要求，它们各与哪些因素有关。
对于油罐上部的罐壁，由于考虑到安装和使用的稳定性要求，因而有最小厚度的要求。
油罐越大，所用钢板的最小厚度就越大。
由于施工现场难以对焊缝进行热处理，为了保证较厚的钢板的焊缝质量，许限制储罐的最大壁厚。
许用最大壁厚于材质、许用最低温度、焊接水平有关。
3、浮顶罐和拱顶罐可分别采用哪些抗风措施？试说明理由。
a.为了增加关闭的刚度，除在壁板上端设包边角钢外，在距壁板上缘1m处设抗风圈，拱顶罐不设抗风圈。
b.对于大型油罐，在抗风圈下面还要设一圈或数圈加强圈，以防止抗风圈下面的罐壁失稳.7.简述定点法和变点法设计油罐壁厚的优缺点及使用范围定点法，适用于中小容量储罐，优点：计算简单方便。
变点法:考虑到关闭相邻圈板之间的相互影响，确定各圈板环向应力最大处的位置，按该位置的环向薄膜应力计算各圈板的壁厚，优点：更符合罐壁应力的实际情况，用它计算大容量储罐时，可减小某些圈的壁厚和罐壁总用钢量，并在最大板厚限度范围内有可能建更大直径的储罐，更安全。
4、平面管道热应力的大小与哪些因素有关？5、浮顶的设计必须满足哪些要求？a对于单盘式浮顶，设计时应当做到单盘板和任意两个相邻的舱室同事破裂时浮顶不沉，对于双盘式浮顶，设计时应做到任意两个舱室同时破裂时浮顶不沉没。
b.在整个罐顶面积上有250mm降雨量的水积存在单盘上时浮顶不沉没。
c.在正常操作条件下，半盘与储液之间不存在油气空间。
d.在以上各种条件下，浮顶能保持结构的完整性，不产生强度或失稳性破坏。
6、分别比较气压作用下曲管内外侧轴向应力和内外侧环向应力的大小。
7、试比较油罐罐壁厚度计算的两种方法。
油罐及管道强度设计
80
裂纹率， %
73 48 33
74
60 40 20 0
0～10 10～15 15～20 20～25 25～30 30～50 球罐钢板厚度区间， mm
Ⅱ、油罐大型化带来的新课题
③钢板强度等级越高，其可焊性越低，这 要求设计者选材时注意其可焊性，同时采 取合适的焊接工艺。
可焊性：接头焊接的可能性（针对施工而 言）和使用时的可靠性（针对使用而言）。 ④随着油罐的大型化，壁厚t与直径D之比 t/D降低，油罐钢性降低，导致油罐抵抗 风荷的能力下降。
罐顶
罐顶通气孔
罐壁通气孔
密封装置 自动通气孔 单盘人孔 内浮顶 罐顶支柱
浮顶支柱
导向板
内浮顶油罐 Enclosed Floating-Roof Tanks
③内浮顶油罐
结构特点：兼有拱顶罐和浮顶罐的结构特点。
优点：a）蒸发损失大大减少；
b）空气污染很小，油品质量易保证；
c）罐顶和罐壁腐蚀小，罐寿命长；
Cone Roof Tanks
内外檩lin 罐壁
中心立柱
内立柱
外立柱
底板
④锥顶油罐
结构特点：
a）自支承式：顶为圆锥形，载荷由罐顶自 承，并且传递到罐壁。 b）桁架式：载荷由桁架承担并传递到罐壁， 为了防止因横向载荷所产生的旋转，需要 采用装入斜支承等措施。
④锥顶油罐
结构特点：
c）梁柱式：罐顶载荷由梁柱承担并传递到 罐壁。梁柱按梁的弯曲理论设计。罐顶坡 度一般为1/16。在易地震的罐区，为了防止 顶板支承构件旋转，需要采用拉杆将外围 支柱相互连接等措施。
1、油库
定义：油库即收发和储存油品的独立的或 企业附属的仓库或设施。 组成：收发油系统和储存单元。 收发油系统的 主要设备 油库 泵、阀门和管线 各类仪表
油罐及管道强度设计
《油罐及管道强度设计》综合复习资料一、 选择，将选择项画“√”。
（10分）（1）、立式油罐罐壁筒体的抗弯刚度与它的（高度 直径 壁厚）有关。
（2）、立式油罐罐壁最大环向应力的位置是在（罐壁最下端 罐壁最下端以上0.3m 处 不确定）。
（3）、使用一个加强圈以后罐壁可以承受的风压力是P ，如果不使用加强圈，则它能承受的风压力应（ 是P/2 是P/3 重新计算）。
（4）、罐底边缘板厚度与（油罐内径、板材强度、底圈罐壁厚度）有关。
（5）、两端固定的直管段的热应力要比同样条件下非直线布置的管段的热应力（大、小、不确定）。
（6）、当拱顶罐呼吸阀中真空阀开启进气时，包边角钢内承受（拉应力、压应力）。
（7）、罐壁下节点处的00θ与M 呈（线性、非线性）关系，而罐底下节点处的0M 与0θ呈（线性、非线性）关系。
（8）、对管道热应力进行判断的经验公式如果得到满足，则管道（1、不用校核其热应力；2、也要校核其热应力；3、不一定要校核其热应力）。
（9）、对于容积超过20003m 的油罐，其直径与高度的比值随容积的增大而（基本不变、增大、减小）。
（10）、罐底中幅板厚度与（油罐内径、地基状况、底圈罐壁厚度）有关。
二、填空题（2’×15=30’）1、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为 、 、 三大种油罐。
2、为满足强度要求，罐壁下节点处的轴向应力σ与其材料屈服极限s σ的关系为 。
2、我国在设计油罐时，一般根据 原则来计算其直径和高度。
一般说来，等壁厚油罐的公称容积不超过米3。
3、如果在壁厚为t的罐壁上开一直径为D的人孔，需用截面积为的金属来进行补强。
当罐壁开孔接管的直径不超过时，可不进行补强。
5、根据原则，拱顶油罐的罐顶曲率半径约为倍罐壁筒体直径。
6、我国将抗风圈一般设计在的位置上。
某地区的瞬时风速为60sm浮m/，则在该地区建10,0003顶罐时，所用抗风圈的最小截面系数为3cm。
7、设计浮顶罐时，浮船外径比油罐内径小毫米。
储罐与管道强度设计
1、载荷的分类。
1）.永久荷载2）.可变荷载3）.偶然荷载2、厚壁管道和薄壁管道的选择。
（如果D/错误!未找到引用源。
<20则按厚壁管考虑，油气管道多用薄壁管道考虑。
）3、管道许用应力的计算。
错误!未找到引用源。
=K错误!未找到引用源。
（K、强度设计系数。
错误!未找到引用源。
、焊缝系数错误!未找到引用源。
钢管的最低屈服强度。
）4、地下管道产生轴向应力的原因：1）温度变化2）环向应力的泊松效应。
5、支墩受力平衡的校核条件：T错误!未找到引用源。
K错误!未找到引用源。
P(K安全系数错误!未找到引用源。
P管道作用在支墩上的推力T支墩受到的土壤阻力)6、当错误!未找到引用源。
时弯管在内压作用下环向应力最小，当错误!未找到引用源。
时弯管在内压作用下环向应力的最大。
在弯曲的外缘为轴向拉应力，而在弯曲的内缘为轴向压应力。
7、什么是简单管道弯曲，弹性管道弯曲的最小半径：指埋在土壤中的管道相对于土壤既不能做轴向移动也不能做横向移动。
错误!未找到引用源。
=错误!未找到引用源。
8、弯管和直管的应力有什么区别壁厚有什么区别：1）弯管应力分布式不均匀的，最大应力一般高于直管的最大应力。
2）弯管和直管一样，内环向应力的决定壁厚再用轴向应力校核。
9、管道的跨度计算，何种情况用刚度计算，何种情况用强度计算：对于输油和输气管道用强度条件决定跨度即可，对于蒸汽管道和其他对挠度有特殊限制要求的管道，应同时按强度条件和刚度条件计算跨度选数值较小者。
10、应力增强系数：指弯管在弯矩作用下的最大弯曲应力和直管受同样弯矩是的最大弯曲应力的比之。
11、埋地管道在地下所处的位置：一般情况下管顶覆土厚度1~1.2m，热油管道深取1.2m穿越铁路和公路时管顶距铁轨底不小于1.3m，距公路不小于1m。
12、固定支墩的的作用：可视为把过渡段缩减至零的措施，作用是限制管道的热伸长量。
13:管道补强的规定1：在主管上直接开孔焊接支管：当支管外径小于0.5倍主管外径时，可采用补强圈进行局部补强，也可增加主管和支管壁厚进行整体补强。
油气储运工程管道和油罐强度设计复习资料
绪论：失效机理：1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。
2结构--丧失稳定性。
A塑性失稳：由于变形引起的截面几何尺寸的改变导致的丧失平衡的现象。
B断裂：由裂纹的不稳定扩展造成的，裂纹残生的原因：制造--焊缝，母材缺陷（气孔，夹渣，未焊透，分层）施工--机械损伤（表面划度，凹坑）运行--腐蚀环境。
C疲劳：材料在交变作用下的破坏，原因：内压变化--间歇输送，正反输送，输气：外力变化--风载荷（跨越管段），卡曼涡游震动（悬空管段），埋于公路下未夹套管管道。
D应力腐蚀开裂：基本条件：局部环境，敏感援建：应力条件：114MM--1067MM，t：3.2MM--9.4MM。
强度等级241μPa--480μPa 电阻焊:双面埋弧焊E氢致开裂:H2S--酸性环境,腐蚀产生氢侵入钢内而产生的裂纹.F:裂纹的动态扩展，输气管道特有的现象，脆性断裂：平断口，塑形区尺寸小，低韧性，多焊接缺陷，延性断裂：宏观塑性变形大，焊缝母材的缺陷部位。
止裂原理：止裂还是快速，持续扩展，取决于裂纹的扩扎速度V1，馆内介质在管道破裂的时候的减压波的速度V2，V1＞V2是快速扩展，V1＜V2止裂。
减压波380--440MM/S。
油1500MM/S管道的结构失稳：1轴向载荷--轴向失稳。
2外压--径向失稳。
3弯曲--径向失稳。
4联合载荷--径向失稳地下管道：地下敷设的好处：施工简单，占地面积小，节省投资，埋于地下的管道容易保护，不影响交通和农耕，因此被长距离油气管道和矿场集输管道普遍采用1：地下敷设管道的埋设深度综合考虑农耕深度，地面负荷，热油管你到对土壤保温与约束等因素，一般情况下管顶覆盖土层厚度为1--1.2M，热油管道管顶埋深取为1.2M，管道顶部距铁轨不小于1.3M。
距公路不小于1M，管道埋在略低于冰冻线处。
2：当要求管道平面走向或高度发生变化时，采用弹性敷设或弯头。
3：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。
管道与储罐强度油罐的应力分析分解课件
油罐的应力计算
基于弹性力学理论的应力计算公式
根据材料属性、油罐尺寸和压力等参数，使用弹性力学理论计算油罐的应力分 布。
有限元分析方法
通过建立油罐的有限元模型，模拟油罐在不同工况下的应力分布，得到更精确 的结果。
油罐的应力分布
03
油罐底部的应力分布
油罐侧壁的应力分布
油罐顶部的应力分布
底部受到较大的压力和支撑反力，因此底 部区域的应力较高。
储罐的材料特性
储罐的材料特性对其强度分析至关重要。了解材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等参数 ，有助于准确评估储罐在不同工况下的应力响应。
管道与储罐的强度标准
国际标准
国际上存在一些通用的管道与储罐的强度标准，如ASME B31.3、API 650等。这些标准规定了管道与储罐的设计、制 造、检验等方面的要求，以确保其安全性和可靠性。
国家标准
各国根据自身实际情况制定了相应的国家标准。这些标准在 细节上可能与国际标准有所不同，但基本原理和要求是一致 的。在选择使用国际标准或国家标准时，需根据具体项目的 要求和所在地的法律法规进行考虑。
05
油罐的应力分析实例
油罐的设计案例
01
02
03
案例一
某石油公司设计了一个大 型油罐，考虑到储油需求 和安全因素，采用了特殊 的结构设计。
管道与储罐强度油罐的应力 分析分解课件
目录
• 引言 • 管道与储罐的基本知识 • 油罐的应力分析 • 管道与储罐的强度分析 • 油罐的应力分析实例 • 结论
01
引言
目的和背景
了解管道与储罐强度的基本概念和原理
掌握油罐应力分析的方法和步骤
了解油罐设计、制造、安装和使用过程中可能遇到的问 题和解决方案
油罐及管道强度设计课程设计——【管道与设计储罐强度】
3.
1.
1.1
此设计中油罐储存介质为压力 正压：2KPa
负压：0.5KPa
设计温度 -19℃≤t≤90℃
基本风压580Pa
雪载荷 441 Pa
抗震设防烈度 8度（近震）
场地土类型 Ⅱ类
储液密度840kg/m3
输液量
（m3）
管径
（mm）
数量
规格
质量
(kg)
连接尺寸及标准
<100
100
1
DN100
4.7
PN6,DNXX
JB/T81-94
101~150
150
1
DN150
9.4
151~250
200
1
DN200
14.4
251~300
250
1
DN250
19.6
>300
300
1
DN300
34
二、设计要求
1．了解拱顶油罐的基本结构和局部构件；
表二：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
(kg)
5000~10000
1
600
126
3
500
47.7
1
150
7.6
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。
油罐尺寸选择和罐壁强度设计
1 (16 . 42 0 . 934 ) 60
ta2
2 21 . 43 0 . 9
24 . 09 mm
t 02
24 .09
( 28 .07
24 .09 ) 2 .1
1 .25
1 .93 30 0 .02807
25 .76 mm
3、第 3 圈壁板的计算壁厚
r , r R q z H 0 .3
N r
qz
N H 0 .3 R
N
t0
t0
H 0 .3 R
t0
H x R
式中：
，焊 缝 系 数 ，取
0 .9
；x，折 减 高 度 。
美 国 标 准 A PI650 ， x= 0.305m ， x= 1ft ， 则
t0
h1 Rt 01
1 . 93 30 0 . 02807
2 .1
1 .3 7 5 < 2 .1 < 2 .6 2 5
t 02
t a 2 ( t 01
t a 2 )( 2 . 1
1 . 25
h1 Rt
)
01
用 试 算 法 求 t a 2 ，取 H 2 18 . 35 1 . 93 16 . 24 m
当1 .375
h1 Rt 01
2 .625
时，
t 02
t a 2 t 01
ta2
2 .1
1 .25
h1 Rt
01
此 时 ，罐 底 弯 曲 应 力 影 响 到 第 二 圈 壁 板 。当
h 1 1 .6 m 时，2~7 万m 3 中等油罐属于这一类。
当
h1 Rt 01
管道及储罐强度设计
▲管道：管子、连接件、阀门等连接而成用于输送气液体和带固体颗粒流体的装置▲强度：金属材料在外力作用下，抵抗永久变形或断裂的能力▲地面敷设的优缺点优点：不影响土壤环境，且不受地下水位影响，检修方便发现和清除事故容易。
缺点：管道直接设置在空气中，对于非常温管增加冷热能量的损失，限制了通道的高度，不美观。
●失效机理：①材料：a.塑性失稳b.断裂c.疲劳d.应力腐蚀开裂e.氢致开裂f.裂纹的动态扩展。
②结构—丧失了稳定性 a.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。
图 b.断裂：由于裂纹的不稳定扩展造成的。
产生原因：制造—焊缝，母材缺陷、夹渣、分层等；施工—机械损伤、表面划度、凹坑；运行—介质、腐蚀环境。
c.疲劳：材料在交变应力作用下的破坏。
原因：内压变化—间歇输送、正反输送、输气；外力变化—风载荷、海底管跨的涡激振动、公路下未加套管的管道d.应力腐蚀开裂：基本条件：局部环境；敏感元件；应力条件e.氢致开S-酸性环境，腐蚀产生氢侵入钢内而产生的裂纹。
f.裂纹的动态扩展：输气裂:H2管道特有的现象●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。
●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。
●按工艺分，弯头可以分为预制弯管、冷弯弯管、热煨弯管●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。
●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●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。
●环向应力是由管道输送介质的内压产生的。
●地下管道产生轴向应力的原因是温度变化和环向应力的泊松效应。
●管道热应力:在管道中由于温度变化产生的应力.●管道出现温度变化的主要原因: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。
油罐及管道强度设计
油罐及管道强度设计一、填空1、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为拱顶罐、外浮顶罐、内浮顶罐三大种油罐。
2、罐壁板和管子的厚度负偏差是指实际厚度与公称厚度之差。
3、罐壁厚度是根据最大环向应力荷载计算的。
4、立式圆柱形油罐罐壁开口补强原则是等截面原则。
5、如果沿壁厚t为的立式油罐罐壁开一直径D为的人孔，需要补强的金属截面积是Dt 。
6、拱顶罐的罐顶曲率半径为0.8~1.2 倍罐壁筒体直径。
是指j方向的单位载荷在i向产生的位移。
7、柔性系数ij8、我国的标准风速是以一般平坦地区，离地面10米高30年一遇的10分钟平均最大风速为依据9、我国的抗风圈一般设计在包边角钢以下1m的位置上。
10、立式油罐直径小于12.5米时，罐底宜采用由矩形的中幅板和边缘板组成的条形排版形式，而大于12.5米时，罐底宜采用周边为拱形边缘板的排版形式。
二、简述题1、回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，第一曲率半径：径线本身的曲率半径。
第二曲率半径：从回转壳上的点沿法线到回转轴的距离。
2. 油罐罐壁为什么有最大和最小壁厚的要求，它们各与哪些因素有关。
最大壁厚要求：由于现场难以进行回火处理，但要保证焊缝质量。
与材质和最低使用温度有关。
最小壁厚要求：为了满足安装和使用要求。
与油罐直径有关。
3. 各种罐采用哪些抗风措施？拱顶罐：设置加强圈，适当增加壁厚，尽量不空罐。
外浮顶罐：设置抗风圈，设置加强圈，适当增加壁厚，尽量不空罐。
4. 平面管道热应力的大小与哪些因素有关，它们的变化如何影响热应力的大小？平面管道热应力与温差，管系形状，补偿器设置，冷紧、约束状况等有关。
5. 浮顶的设计必须满足哪些要求？（1）对于单盘式浮顶，设计时应做到单盘板和任意两个相邻舱室同时破坏时浮顶不沉没，对于双盘式浮顶，设计应做到任意两个舱室同时破坏时浮顶不沉没2、在整个罐顶面积上有250mm降雨量的水积存在单盘上时浮顶不沉没3、在正常操作条件下，单盘与储液之间不存在油气空间。
管道强度与储罐设计复习提纲
1、立式圆柱型储罐:拱顶、内浮顶、外浮顶。
单盘式浮顶，适用于大容量油罐，省钢材。
双盘式浮顶，适用于小、特大型油罐，刚度大，隔热好，排水顺畅。
内浮顶优点：有效防止风沙雨雪，减少蒸发损耗；缺点：钢板耗量大，施工要求高，维修不便，不宜大型化。
球型储罐：适用于高压气体。
低压气柜：低压气体。
2、金属油罐大型化优势：节省材料、节约投资、占地面积小、节省配件和罐区管网、便于操作管理。
3、无力矩理论：N φR 1+N θR 2=−q z 2πrN φsinφ−2πr 0N φ0sinφ0+∫2πR 1R 2φφ0sinφ(q x sinφ+q z cosφ)dφ=04、立式圆柱形储罐壁厚设计：设计温度不高于90，大于最低月平均温度加13；设计压力：负压不大于0.25kpa ，正压不超过罐顶及附件总量一般为2kpa ；设计荷载；厚度附加量：C A =C 1+C 2 C1为腐蚀余量，C2钢材允许的负偏差。
5、罐壁排版与连接：纵向焊缝和环向焊缝定点法 设计厚度试水厚度设计温度下许用应力，常温许用应力焊接头系数=0.9变点法：须满足 （t 为底圈板有效厚度不包括附加量）6、储罐高度和直径设计：当等壁厚储罐用钢量最小时，罐顶底用钢量之和是管壁用钢量一半。
最省材料的壁厚计算式：7、开孔补强：等面积补强方法：相同材质的钢板做补强板，补强板的有效补强面积不小于孔口的截面积。
有效补强面积范围：沿罐壁竖向，开孔中心线上下各一倍开孔直径；沿管轴向方向，壁表面内外两侧各四倍管壁厚度。
包括：管壁富于壁厚提供的面积；补强板面积；接管富于提供面积；焊接金属面积。
接管直径小于50mm 可不进行补强 8、抗风圈设计：包边角钢下1m 为顶部抗风圈。
浮顶罐设计外压中间抗风圈数量 抗风圈与管壁环焊缝不小于150mm.阶梯型变截面罐H---等壁厚罐HE 9、立式圆柱形储罐罐底设计。
排版：直径<12.5m 不设环形边缘板，>相反。
罐底边缘板伸出罐底长度C(50-100mm)。
08立式油罐固定顶的设计——【管道与设计储罐强度】
P
0.1E
m
R
2
e m
1/ 2
e 球壳顶板的有效厚度 m 带肋球壳的折算厚度
‹# ›
带肋球壳的稳定性验算： P0<[P] P0——设计内压 [P]——许用外压
‹# ›
罐顶失稳破坏实例
例1 （《油气储运》1999年第3期）青岛石油化工厂507号 油罐为5000m3立式圆柱形拱顶钢油罐。罐顶各设一个DN250机 械呼吸阀和液压安全阀，下方均设有波纹型不锈钢丝阻火器； 顶板厚度6mm，顶板和肋板材质均为Q235-AF。此罐原设计储
存柴油，罐壁未作保本温处节理，内于容199结2年束11月投产。由于生产需
要，临时调用储存蜡油。1994年7月29日发生了罐顶凹陷事故 ，面积超过60m2，下陷最深处达50cm，罐顶部分焊缝被拉伤 ，罐壁上部几处略有凹陷。
原因分析：蜡油储存温度为65℃～75℃，由于油罐未作保温 处理，需要长时间加温，油气上升时，温降梯度太大，石蜡 油油气凝结于阻火器钢丝网上，使油罐呼吸通道堵塞。后来 的大流量付油，致使负压超限。当拱顶受到的外荷载超过许 用临界荷载时，拱顶失稳在所难免。
第四节 球壳的设计
拱顶顶板厚度与罐的大小有关。1000m3或更小的储罐，可采 用光球壳（不加肋），较大的储罐采用加肋拱顶（带肋球壳） 较为经济。
• 我国近几年所设计的拱顶罐， • 2000m3或更小的罐，取球壳厚度4.5mm, • 3000m3取球壳厚度5mm, • 5000m3取球壳厚度6mm, • 10000m3取球壳厚度8mm。
光球壳顶板设计厚度（SH3046-1992）
1
R
10P0 Et
2
顶板设本计节厚内度容，m结束
R 顶板曲率半径，m
立式储罐罐壁强度设计
立式储罐罐壁强度设计储罐是一种常用的容器，用于存储和运输各种液体和气体。
储罐的设计对于确保其安全运营非常重要，其中一个重要的设计参数就是罐壁强度。
罐壁强度设计旨在确保储罐能够承受内部和外部压力以及其他外力的作用而不发生破裂，从而保证储罐的安全性和可靠性。
储罐的罐壁强度设计涉及多个方面，包括材料选择、厚度计算、设计应力等。
以下是一个关于立式储罐罐壁强度设计的简要介绍。
第一步是材料的选择。
常见的储罐材料包括不锈钢、碳钢和合金钢等。
材料的选择要考虑到液体或气体的性质以及运行条件，例如温度、压力和腐蚀性。
材料必须具有足够的强度和耐腐蚀性能，以确保储罐的长期运行。
第二步是罐壁厚度的计算。
罐壁的厚度取决于多个因素，包括液体或气体的压力、温度和材料的强度。
根据设计准则和标准，可以使用厚度计算公式来确定最小的罐壁厚度。
这些公式通常考虑抗风压、储罐顶部荷载、液体或气体的压力以及储罐的几何形状。
同时，由于储罐通常在操作期间会经历温度变化，因此还需要考虑温度引起的热应力。
第三步是设计应力的计算。
在储罐运行过程中，罐壁会受到多种应力的作用，例如压力应力、拉伸应力、剪切应力和弯曲应力等。
设计应力的计算是为了确保罐壁在正常操作及应对紧急情况下不会超过材料的强度极限。
这通常涉及到应力的线性弹性分析和非线性弹塑性分析，考虑到材料的本构关系和屈服条件。
另外，对于一些特定应用的储罐，还需要进行其他的设计考虑。
例如，在液化气体储罐中，需要考虑罐壁的绝热性能，以减少温度下降和液体蒸发。
对于带有蒸汽加热设备的储罐，还需要考虑传热和热膨胀等因素。
在进行立式储罐罐壁强度设计时，需要参考一些相关的设计规范和标准。
例如，ASMEVIII-1和API650是常用的储罐设计规范，提供了关于材料选择、厚度计算和设计应力等方面的指导。
此外，还应遵循工程伦理，保证设计的合理性、科学性和安全性。
总之，立式储罐罐壁强度设计是确保储罐运行安全性和可靠性的重要环节。
油罐及管道强度设计课程教学(自学)基本要求_图文.
《油罐及管道强度设计》课程教学（自学）基本要求适用层次所有层次适应专业油气储运工程使用学期2008秋自学学时96面授学时32 实验学时使用教材教材名称管道及储罐强度设计编者帅健于桂杰出版社石油工业出版社参考教材参考《管道及储罐强度设计》课件课程简介本门课程是油气储运专业的一门技术基础课。
通过学习使学生掌握立式圆柱形储罐的设计和管道强度方面的设计。
学习建议学习本门课程要求学生具备一定的材料力学知识。
学习时既要注意基础理论的掌握，又要注意与生产实际相结合。
各章节主要学习内容及要求第一章地下管道第一节～第七节学时要求建议自学学时：12学时主要内容一、核心知识点薄壁管道环向应力，管道壁厚，热应力，弯管的强度和柔性二、教学基本要求【了解】1、厚壁管道环向应力计算 2、地下直管道内的热应力 3、简单弯曲情况下的管道弯曲应力4、固定支墩的设计5、弯管的柔性计算【掌握】1、薄壁管道环向应力及壁厚设计 2、固定约束条件下直管道内的热应力3、弯管在内压作用下的应力分布及弯管的壁厚设计【重点掌握】1、管道壁厚设计 2、直管道内热应力的影响因素 3、弯管在内压作用下的应力分布特点三、思考与练习1、内压作用下，直管道和弯管内的应力分布各呈现什么样的特点？2、弯管为什么柔性比直管大？弯管的柔性与哪些因素有关？上交作业作业附后第二章地上管道第一节～第六节学时要求建议自学学时：18学时主要内容一、核心知识点管道的跨度计算，平面管系的热应力计算，管道热应力的补偿方法二、教学基本要求【了解】1、地上管道的支承形式 2、架空管道的载荷 3、按刚度条件确定管道的跨度 4、考虑弯管柔性的平面管系热应力计算【掌握】1、按强度条件确定管道的跨度2、用弹性中心法计算平面管道内的热应力 3、补偿器的设计计算【重点掌握】1、地上管道的跨度设计设计 2、平面管道内热应力的影响因素 3、地上管道热应力的补偿方法三、思考与练习1、斜坡上的管道如何进行跨度设计？2、在两个固定约束段之间分别布置L型、Z型和门型补偿器，试比较补偿效果。
油罐及管道强度设计课程设计 概述及范文模板
油罐及管道强度设计课程设计概述及范文模板1. 引言1.1 概述油罐及管道的强度设计是工程领域中非常重要的一部分。
在石油、化工等行业中，油罐和管道承载着连接和输送液体和气体的关键任务。
因此，正确设计和构造油罐及管道以确保其结构强度与安全性至关重要。
1.2 文章结构本文将对油罐及管道强度设计课程进行概述，并提供相应的范文模板。
文章采用以下章节分类：2. 管道强度设计- 着重介绍了设计原则、应力分析方法以及管道选材和规格确定等内容。
3. 油罐强度设计- 重点探讨了设计要求与标准、应力分析方法以及板材焊接与检验等方面。
4. 强度设计案例分析- 分别通过管道设计案例和油罐设计案例来实际展示强度设计的过程和方法。
5. 结论- 总结前述要点，并对课程设计的启示及展望进行讨论。
1.3 目的本文旨在介绍油罐及管道强度设计课程，并提供概述及范文模板，为学习者提供参考和指导。
通过深入了解管道和油罐的强度设计原则、应力分析方法以及选材和检验等技术要点，读者将能够更好地理解和运用这些知识来进行实际工程项目的设计。
以上是“1. 引言”部分的详细内容概述。
接下来将逐步展开讨论其他章节所涉及的内容，以便读者更全面地了解油罐及管道强度设计课程。
2. 管道强度设计2.1 设计原则在管道强度设计中，有几个基本原则需要遵循。
首先，管道材料的选用应符合工程需求和设计规范要求，确保其能够承受所需的压力和载荷。
其次，在进行应力分析时，需考虑到各种荷载情况以及不同工况下可能发生的变形和破坏机制。
最后，设计过程中还应充分考虑安全因素，包括材料的抗腐蚀性能、施工及使用中可能面临的外界环境等。
2.2 应力分析方法管道强度设计需要进行应力分析，以判断管道在各种载荷作用下的稳定性和安全性。
常用的应力分析方法主要有静态力学方法和有限元方法。
静态力学方法包括弹性理论、塑性理论和变形固定法等，可通过简化计算快速得到结果。
而有限元方法则是一种更加精确的数值模拟手段，适用于复杂结构以及非线性、非均匀材料等情况。
大型立式固定顶的储罐强度及严密性试验记录
3、固定顶的强度及严密性试验，罐内水位在最高设计液位下1m时进行缓慢充水升压，当升至试验压力时，罐顶无异常变形，焊缝无渗漏为合格。
4、固定顶的稳定性试验应充水到设计最高液位用放水方法进行。试验时应缓慢降压，达到试验负压时，罐顶无异常变形为合格。
固定顶的储罐强度及严密性试验记录
工程名称：编号：
施工单位
监理单位
储罐编号
A1
储罐容积
3000吨
材料
5B
储存介质
食用油
试验项目
试验方法
试验结果
日期
罐底
严密性试验
充水试验
合格
罐壁
强度及严密性试验
充水试验
合格
固定顶
稳定性试验
放水降压
合格
强度及严密性试验
充水升压
合格
说明：
1、罐底的严密性，应以罐底无渗漏为合格。
建设单位
监理单位
施工单位
意见：
现场代表签名：
年月日
意见：
现场代表签名：
年月日
班（组）长：
质检员：
技术负责人：
年月日
管道及储罐强度设计
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。
(v1>v2,快速扩展；v1<v2,止裂) 减压波380—440mm/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1~1.2m。
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Φ=0或180，即在弯管的中心线处，和直管段的环向应力相等；Φ=270，即在水平弯管的内侧弧面上，σ最大；Φ=90，即在水平弯管的外弧面上，σ最小。
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• JIS8501规定，球壳板厚不小于下式计算值或 4.5mm,最
大12mm.
min 0.42R C
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一、光球壳
古典球壳失稳临界荷载
Pcr
本
节R 2
2E 2
内3(容1结 2
)束
若 0.3，则
Pcr
1.21E
R
2
P为罐顶外载荷，当P＜ Pcr时，则认为安全。 若不满足应加厚或加肋。
例2 （《石油化工设备》2001年增刊）洞庭氮肥厂于1988年建了一座10000m3 立式拱顶钢油罐用于储存重油（蒸汽盘管加热）。储罐罐壁直径和拱顶曲率半径相 同，皆为36000mm。顶板厚度5mm，加肋，加肋后的当量厚度为13.1mm。罐壁有 100mm厚的保温层，罐顶作了防腐处理。储罐投产后顶部通气孔（108×4）处于敞 开状态。1992年6月，一场持续了较长时间的暴雨使罐顶突然凹陷，凹瘪面积约 200m2，凹瘪部位最大深度估测为2.5～3.0m。
第八章 立式油罐固定顶的设计
本节内容结束
第一节 计算荷载的确定 外荷载
q3可取300Pa。
q2 q3 q4 1200 Pa
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q2常取500Pa。
•内荷载
qI 1.2 2000 500 1900 Pa
‹# ›
第二节 拱顶结构
• 结构组成： • 1、中心盖板（它搭载在瓜皮板上，搭接宽度一般取50mm） • 2、瓜皮板（板与板采用搭接，一般采用40 mm，外侧采用连续焊，
第四节 球壳的设计
拱顶顶板厚度与罐的大小有关。1000m3或更小的储罐，可采 用光球壳（不加肋），较大的储罐采用加肋拱顶（带肋球壳） 较为经济。
• 我国近几年所设计的拱顶罐， • 2000m3或更小的罐，取球壳厚度4.5mm, • 3000m3取球壳厚度5mm, • 5000m3取球壳厚度6mm, • 10000m3取球壳厚度8mm。
内侧采用间断焊） • 3、包边角钢
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第二节 拱顶结构
一、拱顶结构
拱顶盖是目前立式圆筒形储罐中使用很广的一种罐顶形 式，常用容积范围100～10000m3。
拱顶盖优点：结构简单，刚性好，能承受较高的剩余压
力，钢拱材顶耗盖量的少拱。顶是本球节的一内部容分，结由中束心顶板、扇形顶板组
成，当罐径较大、顶板较薄时，顶板内侧还焊有加强肋。 中心顶板又叫中心盖板，扇形顶板又叫瓜皮板。
P
0.1E
m
R
2
e m
1/ 2
e 球壳顶板的有效厚度 m 带肋球壳的折算厚度
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带肋球壳的稳定性验算： P0<[P] P0——设计内压 [P]——许用外压
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罐顶失稳破坏实例
例1 （《油气储运》1999年第3期）青岛石油化工厂507号 油罐为5000m3立式圆柱形拱顶钢油罐。罐顶各设一个DN250机 械呼吸阀和液压安全阀，下方均设有波纹型不锈钢丝阻火器； 顶板厚度6mm，顶板和肋板材质均为Q235-AF。此罐原设计储
罐顶——弱顶结构
• 球缺形顶：由中心盖板和若干扇形板组成。扇形板 之间搭接，中心盖板搭在扇形板上，罐顶的外侧采 用连续焊，内侧间接焊，利于爆炸时，首先掀掉罐 顶，而不危及罐壁。
球形拱顶油罐 1—加强筋；2—罐顶中心顶板；3—扇形顶板；4—角钢环
‹# ›
罐顶与罐壁的连接方式
两种形式： 一种是罐顶与罐壁的联接为圆弧过渡相焊的结构，它的边
4
q包=边m角ax钢{q受E，拉q应I}，力当，q本qEI较较节大大时时内，包容 结 束
F
边角钢受压应力。
qD2
8 tg
包边角钢的最小尺寸应符合表8-2的要求 。
‹# ›
JIS8501规范计算Amin。
Amin 4.6DR
本节内容结束
式中，Amin－－最小截面积，m2； D－－油罐内径，m； R－－罐顶曲率半径，m。
缘应力小，承压能力较高，但需要冲压力，施工比较困难； 另一种是采用包边角钢将拱顶与罐壁两部分焊接相联的结
构，制造较方便，广本泛用节于承内压容较低结的束液体储罐。
本压力作用下，拱顶与储 罐壁厚相等时，拱顶的强度为等直 径立式圆柱形罐壁强度的2倍。为了 取得等强度，拱顶直径是罐壁直径
本节内容结束
原因分析：在罐顶凹瘪后的检查中发现，加热蒸汽盘管焊缝处 泄漏点较多，蒸汽弥漫在罐内，且罐内油位较低。这样罐内形 成了很大空间的常压饱和蒸汽，当暴雨时，在罐顶形成强烈的 热交换，罐内蒸汽经热交换后迅速冷凝，由于通气孔直径较小 ，来不及进气补充，从而形成真空度，随着时间的延长，真空 度越来越大，致使油罐拱顶失稳破坏。
的 罐2直倍径，D。即一拱般顶取的拱曲顶率本曲半率节径半R等内径于与容油油结 束
罐直径的差值不超过20％，即
r 近似取中心盖板的半径减去搭接长度。
‹# ›
瓜皮板几何尺寸计算
本节内容结束
式中：n－瓜皮板的块数，一般取偶数； Δ－搭接宽度。
第三节 包边角钢
• 两种型式
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罐顶总垂直荷载：
F
Q D2q
第五节 柱支承锥顶的设计
结构：由顶板、斜椽（檩条）、横梁、支柱组成，锥顶坡度 1/40～1/20，斜椽和横梁的跨度小于7米，顶板厚度2.5～4mm 。
本节内容结束
一、斜椽间距的计算
光球壳顶板设计厚度（SH3046-1992）
1
R
10P0 Et
2
顶板设本计节厚内度容，m结束
R 顶板曲率半径，m
P0 罐顶设计外压，Pa
Et 设计温度下钢材的弹性模量，MPa
GB50341-2003立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范
本节内容结束
本节内容结束
本节内容结束
二、带肋球壳 超过1000m3的油罐要加肋。 使用范围 （1）储罐直径不宜大于32m。 （2）肋条间距不得大于1.5m。 许用外压
存柴油，罐壁未作保本温处节理，内于容199结2年束11月投产。由于生产需
要，临时调用储存蜡油。1994年7月29日发生了罐顶凹陷事故 ，面积超过60m2，下陷最深处达50cm，罐顶部分焊缝被拉伤 ，罐壁上部几处略有凹陷。
原因分析：蜡油储存温度为65℃～75℃，由于油罐未作保温 处理，需要长时间加温，油气上升时，温降梯度太大，石蜡 油油气凝结于阻火器钢丝网上，使油罐呼吸通道堵塞。后来 的大流量付油，致使负压超限。当拱顶受到的外荷载超过许 用临界荷载时，拱顶失稳在所难免。