管道及储罐强度设计
玻璃钢管道设计说明
玻璃钢管道设计说明玻璃钢管道因为其构成材料的特性具有一定的特殊性，因而在结构设计方面一般和其他各向异性材料有较大的差异。
针对使用场合一般设计分为地上管和地下管两种。
另外由于玻璃钢管道结构的设计不仅仅是力学上强度、刚度方面的计算更重要的是工艺设计的合理和完善，才能满足力学设计的要求。
因此，整个玻璃钢管道的设计程序是比较复杂的，它的设计过程有三大方面：1.性能（功能）设计2.结构（强度、刚度）设计3.工艺设计上述三个方面是不能截然分开的相互有关的几个部分，性能设计是要充分考虑最终产品的使用条件，设计出具有与几个有要求性能相符合的特性的纤维增强塑料（比如管道的耐磨蚀性能）结构设计是根据几个承受的载荷，使用环境，设计出不使材料产生破坏既有害的变形的结构尺寸，确保安全可靠，工艺设计则是要在保证上述两点要素的过程中尽可能使成型方便，成本低廉。
确定要求的性能（数据）当一确定几个要求的特性、规格和大致形状后（这方面的数据一般由用户提出）就必须确定实际使用中的载荷条件，然后再考虑纤维增强塑料的原材料、成型材料及由规定的试验方法测得的材料性能造出认为大致合适的材料，在规定的外力情况下，根据材料特性用结构计算方法求出几个产生的的应力、应变等。
在考虑了设计准则中几个规定的安全系数、许用应力等之后确定出结构尺寸，然后根据缠绕机的控制参数要求，设计出缠绕程序进行生产。
下面我们简要介绍纤维增强地上管道的结构和工艺设计过程。
主要公式和工艺按照意大利威德罗乐丙娜公司的工程设计手册：一、工艺设计对于一般的工业用耐腐蚀玻璃钢管的生产工艺，不论是地上管还是地下管基本的组成由几个部分组成：1.1内衬内一层“c”玻璃表面毡一层纤维含量为100g/m2的喷射纱和一层人造纤维网构成，整个内衬的树脂含量为2700g/m2,内衬的厚度为1-2.5mm，内衬的强度在计算管结构时不予考虑。
1.2大口径玻璃钢管道和储罐试生产工作总结：试生产的目的：大口径玻璃钢管道和储罐的生产和制造在我国是刚刚起步，在我们省内尚是首家，不论是在制造经验还是在使用效果上都缺乏数据，我们引进意大利威德罗乐丙娜公司的生产设备和工艺的技术上的先进性和合理性，必须等到考证才能进一步发挥其作用，同时对工厂的正式投产提供可靠的依据，全于此目的，我们厂于89年三月底即对意大利提供的设备和工艺在意方专家的指导下进行投料试生产。
《城镇燃气设计-规范》GB50028-2006-题库
《城镇燃气设计规范》GB50028—2006考试题库一、单项选择题1、根据《城镇燃气设计规范》臭剂的最小量应为达到燃气爆炸下限的( B )时A、10%B、20%C、30%D、50%参见规范2.05术语加臭剂2、根据《城镇燃气设计规范》吩时，加臭剂量不宜小于（C）毫克/标准立方米。
A、10B、15C、20D、30参见规范2.05术语加臭剂条文说明3、根据《城镇燃气设计规范》，下面关于加臭剂的说法不正确的是（D）A、加臭剂和燃气混合在一起后应具有特殊的臭味。
B、加臭剂不应对人体、管道或与其接触的材料有害。
C、加臭剂的燃烧产物不应对人体呼吸有害。
D、加臭剂应对燃气的燃烧起到催化作用。
参见规范3.2.4燃气质量4、根据《城镇燃气设计规范》，下列装置中不属于城镇燃气设施附属安全装置的是（D）A、紧急切断阀B、安全放散装置C、可燃气体报警装置D、加臭装置参见《城镇燃气技术规范》术语附属安全装置5、根据《城镇燃气设计规范》，城镇燃气管道的设计使用寿命不得少于（C）年。
A、10B、20C、30D、50参见《城镇燃气技术规范》6.1.26、根据《城镇燃气设计规范》，城镇燃气管道按照设计压力分为7级，设计压力为1.2MPa的燃气管道为( C )A、高压A 管道B、高压B 管道C、次高压A 管道D、次高压B管道参见《城镇燃气设计规范》燃气输配系统6.167、根据《城镇燃气设计规范》为7级设计压力为（D）MPa以下的燃气管道为低压管道A、0.1MPaB、0.05 MPaC、0.02 MPaD、0.01 MPa参见《城镇燃气设计规范》燃气输配系统6.168、根据《城镇燃气设计规范》GB50028—2006 的规定，中低压城镇燃气管道不得采用CA、聚乙烯管B、机械接口球墨铸铁管C、灰铸铁管D、钢骨架聚乙烯管参见《城镇燃气设计规范》燃气输配系统6.3,灰口铸铁管已禁用。
9、根据《城镇燃气设计规范》，下列管材中可以用于次高压燃气管道的是CA、聚乙烯管B、机械接口球墨铸铁管C、L245钢管D、钢骨架聚乙烯管参见《城镇燃气设计规范》燃气输配系统6.3及6.4.410、根据《城镇燃气设计规范》，地下燃气管道可以从下面穿越的建筑物或大型结构物是DA、居民楼B、办公楼C、工业厂房D、立交桥参见《城镇燃气设计规范》燃气输配系统6.3.311、根据《城镇燃气设计规范》，城镇地下中压燃气管道距城市污水、雨水排水管的水平安全间距为CA、0.75米B、1.0米C、1.2米D、1.5米12、根据《城镇燃气设计规范》，城镇地下中压燃气管道距街树的水平安全间距为AA、0.75米B、1.0米C、1.2米D、1.5米13、根据《城镇燃气设计规范》，城镇地下中压燃气管道与导管内通信、电力电缆的水平安全净距为BA、0.75米B、1.0米C、1.2米D、1.5米14、根据《城镇燃气设计规范》，城镇钢质地下中压燃气管道与直埋热力管道的水平安全间距为BA、0.75米B、1.0米C、1.2米D、1.5米15、根据《城镇燃气设计规范》，城镇地下中压燃气管道与直埋电缆的垂直安全净距为CA、0.15米B、0.3米C、0.5米D、1.0米参见《城镇燃气设计规范》燃气输配系统6.3.316、按照《城镇燃气设计规范》GB50028—2006高压燃气管道通过地区的分类方法，下面地区属于C级地区沿管路中心线两侧各200米范围内任意划分1.6公里长范围内有50个供人居住的建筑物。
060106油罐及管道强度设计期末考试复习资料
《油罐及管道强度设计》课程综合复习资料一、单选题1．“管道和储罐的失效判据具有通用性，也就是说任一判据都可以适用于任意场合。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：B2．“管道和储罐设计应遵循“先爆后漏”原则而不是“未爆先漏”原则。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：B3．“基于应变的设计方法是一种先进的设计方法，适用于一切管道任意工况的设计。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：A4．“高风险地区的管道设计时应具有更高的可靠度，实际设计时采用更大的安全系数。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：B5．“无力矩理论微元平衡方程中的曲率半径一定是正值。
”这种说法（）。
A．正确B．错误答案：B6．下列说法中（）是正确的。
A．浮船的稳定性校核仅包括浮船的侧向稳定性校核和截面稳定性校核两部分B．根据“浮顶处于漂浮状态时，下表面应与储液全面接触”设计单盘板安装高度时，只要单盘板安装位置不超过其上限位置C max即可C．在计算浮顶积水时的抗沉性时，只要满足浮船的下沉深度不超过外边缘板高度，且留有一定裕量即可答案：C7．进行下节点强度校核时，下节点处的计算应力不宜超过（）。
A．2σsB．σsC．0.9σsD．[σ]答案：C8．圆柱形储罐罐壁下节点处的环向应力为（）。
A．接近于零B．C．约等于该处的弯曲应力D．约等于该处的剪切应力答案：A9．Π型补偿器可采用（）的办法来提高其补偿能力。
A．预先拉伸或预先压缩B．预先弯曲答案：A10．下列（）补偿器补偿能力最大。
A．L形补偿器B．Π型补偿器C．波纹管式补偿器D．球形补偿器答案：B11．下列（）补偿器可用于大压力的油气管道。
A．L形补偿器B．Π型补偿器C．波纹管式补偿器D．球形补偿器答案：B12．储罐和管道的连接一般使用（）补偿器。
A ．L 形补偿器 B ．Π型补偿器 C ．波纹管式补偿器 D ．球形补偿器 答案：C13．当[]cr P P >时，将式cr[]PP 按（）方法取整之后得到的的数值即为需要设置的中间抗风圈的数量。
10m3埋地卧式油罐图.
《管道及储罐强度设计》课程设计题目10m3埋地卧式油罐图所在院系石油工程学院专业班级学号学生姓名指导教师完成时间2011年7月9日课程设计任务书1.目录1 绪论 (3)1.1 金属油罐设计的基本知识 (3)1.1.1金属油罐的发展趋势 ................................................................. . (3)1.1.2对金属油罐的基本要求 (3)1.2 金属油罐的分类 (4)1.2.1地上钢油罐 (5)1.2.2地下油罐 (5)1.3 课题意义............................................................... .. (6)2 设计说明书 (7)2.1适用范围 (7)2.2设计、制造遵循的主要标准规范 (7)2.3主要设计内容 (7)2.3.1 油罐供油系统流程图 (7)2.3.2 100m3埋地卧式油罐加工制造图，基本参数和尺寸 (7)2.4安全 (8)2.5设计遵循参照的主要规范 .............................................. 错误!未定义书签。
2.6设计范围 .......................................................................... 错误!未定义书签。
2.7防腐 .................................................................................. 错误!未定义书签。
2.8油罐接管 .......................................................................... 错误!未定义书签。
2.9油罐容积的确定 .............................................................. 错误!未定义书签。
管道及储罐强度设计教学设计 (2)
管道及储罐强度设计教学设计1. 背景在化工生产和石油开采中，管道及储罐是必不可少的设备。
其安全性能直接影响企业的生产和生产工人的生命财产安全。
因此，对于管道及储罐的强度设计是非常重要的。
在教学中，如何让学生能够深度理解强度设计原理和相关计算方法是教育界关注的热点问题之一。
2. 教学目标1.掌握管道及储罐的强度设计原理；2.熟悉管道及储罐的相关计算方法；3.能够独立完成管道及储罐的强度设计工作；4.培养学生的实际操作能力；3. 教学内容3.1 管道强度设计1.介绍管道的分类及基本结构；2.分析管道受力情况，了解应力分布；3.计算管道的安全壁厚；4.讲解管道的防腐措施；5.实战演示管道的强度计算过程。
3.2 储罐强度设计1.介绍储罐的分类及基本结构；2.分析储罐受力情况，了解应力分布；3.计算储罐的安全壁厚；4.讲解储罐的防腐措施；5.实战演示储罐的强度计算过程。
4. 教学方法1.理论讲解：通过PPT和白板等工具，向学生介绍管道及储罐的强度设计原理，并通过实例加深学生的理解；2.实例分析：根据教学内容，选取计算数值合理的实例，并进行详细讲解；3.实验操作：学生进行管道及储罐的强度计算实验操作，加深对理论知识的掌握；4.讨论答疑：在实验中，对学生的问题进行解答和讨论，及时纠正学生的错误。
5. 教学评估1.实验报告：学生完成管道及储罐强度设计实验操作后，需提交实验报告，对实验结果进行分析并总结实验过程；2.课堂小测：每章课程结束后进行一次课堂小测，以检验学生对课程的掌握情况。
6. 教学资源1.PPT课件：为学生提供图文并茂的课堂讲义；2.实验设备：提供相应的管道及储罐强度设计实验设备；3.相关法规及标准：提供国家有关管道及储罐强度设计的相关法规及标准文献。
7. 教学评价教学设计注重实践与理论相结合，通过教学内容和实验操作相结合，提高学生对管道及储罐强度设计的理解和掌握，培养学生独立开展强度设计工作的实践操作能力。
管道强度计算
A2 ------在补强区内，支管富裕壁厚
形成的面积。A2
L 2.5 H 或L 2.5 B M的值小者
A3 ------补强元件的面积。 AR ------主管开孔面积。
AR d h
例题：P27例1-4
第四节 三通强度计算
P27例1-4例题：一支管直径为0.219m壁厚8.2mm接在直径
Pr
2t
PD
4t
推导过程见P21。可见，曲管在内压作用下的轴向应力与直管相等。 曲管的壁厚一般按最大环向应力设计，因此它的壁厚比直管段要厚些。
t
m1 P D C 2[ ]
第三节 曲管的强度和柔性计算
二、曲管的柔性计算：曲管由于制造和热胀时受到纵向弯矩 作用，在管子截面上出现扁率（椭圆形），因此截面抗弯刚 度降低。 1 122 减刚系数 K 10 122 式中：λ ------曲管特征系数，
第三节 曲管的强度和柔性计算
由一个扇形短管组成的虾米弯头强度为同径同壁厚圆管弯 头强度的50%，由两个扇形短管组成的虾米弯头强度为同径同 壁厚圆管弯头强度的70%，由三个以上的扇形短管组成的虾米 弯头强度为同径同壁厚圆管弯头强度的90%
第三节 曲管的强度和柔性计算
曲管在内压作用下的轴向应力： 1
中心线处 0 0和 180 0 曲管内侧 270
0
Pr PD 2 t 2t P r 2R r 2 t 2( R r ) P r 2R r 2 t 2(R r )
曲管外侧 90
0
第三节 曲管的强度和柔性计算
R 1 2 rR 2 r 2 rR 2 r 2 m缩减系数 )(21 rRm增强系数 )(2 rR R 2( R )1 (2 )1 r r 增强系数是曲管曲率半径和曲管管子半径之比的函数。计算结果列表如下：
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/〈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。
=K(K、强度设计系数。
、焊缝系数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 K P（K安全系数P管道作用在支墩上的推力T支墩受到的土壤阻力)6、当时弯管在内压作用下环向应力最小，当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.=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。
2：当相邻两支管中心线的间距小于两支管开孔直径之和，但大于或等于两支管直径之和的三分之二时，应进行联合补强或增大主管管壁厚度.当进行联合补强时，支管中心线之间的补强面积不得小于两开孔所需总补强面积的二分之一.当相邻两支管中心线的间距小于两支管直径之和的三分之二时，不得开孔。
2008-2009管道与储罐强度作业答案
2008~2009第二学期《管道与储罐强度》习题答案（1~8周）第一次作业：1、已知管道外径φ1016，管材X70，设计压力10MPa ，试计算1-4类地区管道壁厚。
解：输气管道直管段管壁厚度计算公式为：2s PDFtδσ=Φ式中：δ——钢管设计壁厚，mm ；P ——设计压力，MPa ； D ——钢管外径，mm ；s σ——钢管的最低屈服强度，MPa ；F ——强度设计系数；φ——焊缝系数，取φ=1.0；t ——温度折减系数，取t=1.0。
X70管材的规定最低屈服极限s σ=485MPa ，各类地区管道的设计系数和壁厚计算如下：一级地区：F ＝0.72，10101614.5524850.72 1.0 1.0mm δ⨯==⨯⨯⨯⨯二级地区：F ＝0.6， 10101617.4624850.6 1.0 1.0mm δ⨯==⨯⨯⨯⨯三级地区：F ＝0.5， 10101620.9524850.5 1.0 1.0mm δ⨯==⨯⨯⨯⨯四级地区：F ＝0.4， 10101626.1924850.4 1.0 1.0mm δ⨯==⨯⨯⨯⨯2、管道外径φ1016mm ，壁厚20mm ，内压15MPa ，温度变化65℃，管材的弹性模量E ＝210GPa ，泊松系数ν0.3，线膨胀系数α＝1.2⨯10-5，计算管道中的轴向应力。
解：管道的轴向应力由泊松效应和温度变化产生，泊松效应的应力分量为2ap PDσνδ=式中：δ——钢管设计壁厚，mm ；P ——内压，MPa ；ν——泊松系数，取0.3； D ——管道外径，mm 。
代入已知数据，得1510160.3114.3()220ap MPa σ⨯=⨯=⨯热应力分量为：at E t σα=-∆式中，E ——管材的弹性模量， 取210GPa ；α——线膨胀系数，取1.2⨯10-5。
Δt ——温度变化，℃。
代入已知数据，得3521010 1.21065163.8()at MPa σ-=-⨯⨯⨯⨯=-总的轴向应力为：114.3163.849.5()a ap at MPa σσσ=+=-=-第二次作业：1、Ф1016ⅹ20mm 管道，材质X70，设计内压10MPa ，温差ΔT=65℃。
西安石油《管道强度设计》考前复习资料 小红
第一章1、荷载是管道及其附件的强度设计依据。
分析可能同时出现永久荷载、可变荷载、偶然荷载2、管道中的内压既产生环向应力，也引起轴向应力。
管道轴向应力和截面系数的近似值的保守性随比值D/δ增大而增大3、管道的许用应力：允许零件或构件承受的最大应力值。
4、为什么要考虑温度折点系数t，是因为城镇燃气的温度范围对管材的影响5、强度设计系数的原因：为了保障管道自身安全，确定管壁厚度时，按管道所在地区不同级别，采用不同的强度设计系数。
6、地下管道产生轴向应力的原因是温度的变化和环向应力的泊松效应7、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，两者之间依然存在差别，不可避免地在管道运行过程中产生应力或伸缩变形。
（管道工作温度高于安装温度时，热应力为压应力；管道工作温度低于安装温度时，热应力为拉应力）8、固定支墩的作用：为了防止因管道热膨胀推挤设备、阀门、弯头等而造成破坏或过量的变形，在地下管道出土进入泵房或阀室的地方和某些地下管道弯头的两侧，常需要设置固定支墩来加以保护。
（限制管道的轴向位移或限制管道的热量的热伸长量）9、固定支墩的设计主要确定它的长、宽、高尺寸，确定时主要从支墩的受力平衡、支墩不倾覆、支墩下面的土壤有足够的耐压三方面考虑。
弯管的环向应力σ2的分布：①当ψ=0°和ψ=180°时，即在弯管的中心处，也就是水平弯管的最上和最下处，σ2= ，和直管的环向应力相同。
②当ψ=270°时，即在水平弯管的内侧弧面上，可得σ2= ，此处有σ2的最大值。
③当ψ=90°时，即在水平弯管的外侧弧面上，可得σ2= ，此处有σ2的最小值。
13、管道发生弯曲的一种常见情形是地基沉陷。
14、弯管使管道增大了柔性或管系热胀的可能性。
管道的热应力由于弯管柔性的影响将降低。
15、弯管之所以有较大的柔性，主要是由于在弯管半径方向，管子截面上出现了扁率。
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。
05管道抗震设计计算——【管道与设计储罐强度】
引言
• 地震是最严重的自然灾害之一； • 1960年智利大地震，震级8.9级，震中烈度11度，引起地面
下沉、滑坡塌方、火山爆发、海啸，沿海一带的城镇、港 口等大都被海浪冲走或陷入海里； • 1976年唐山大地震，震级7.8级，震中烈度11度，唐山市房 屋绝大部分倒塌。 • 全世界平均每年发生5级以上的地震130次； • 我国地处环太平洋地震带与喜马拉雅-地中海地震带之间， 是世界上地震灾害频发的国家之一。
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• 2、对于初步判别认为需进一步进行液化判别的场地 土，应采用标准贯入试验判别法：
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• 3、存在液化土层的地基，应进一步探明各液化 土层的的深度和厚度，并计算液化指数。
根据液化指数I1E，将液化的地基土分为轻微 、中等和严重三级。
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液化区管道的抗震措施
• 合理选择管线走向，在允许的条件下，尽量避开液化区。 • 按下列原则，采取措施：
max b
• 管道截面轴向的组合应变与表5-7管道的设计允许应变进行校核， 如小于表明在该断层穿越处的管道设计是可行的，如大于则应采 取抗震措施 。
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穿越断层管道的抗震措施
1、正确选择管道穿越活动断层的位置。应根据历史记载，尽可能查找断层 位移和断裂带宽度最小的地方埋设管道。
2、调整管道与断层的交叉角度。原则是尽量使管道整体受拉，避免管道压 屈破坏。对于走滑断层，交角成锐角，并适当增大交角（接近900），对 于逆断层，交角合理范围为300---700。
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• 地震对管道的影响： • 土壤失去整体性和连续性，如断层、砂土液化、滑 坡等； • 地面波动：地震波在土壤中传播，引起土壤变形， 夹裹管道变形而破坏。
管道及储罐强度设计考试题
管道及储罐强度设计考试题年级: 专业: 姓名:一、填空题（20分）1．地下敷设管道的埋设深度的确定要综合考虑、、等因素。
2．输油管道的设计温度，当加热输送时应为；当不加热输送时，应。
3．弯头或弯管是整个管道系统的一个组成部分，其所能承受的温度和压力，应，以保证管道系统安全。
4．锚杆的锚固力，与、、、，以及等因素有关。
5．内管与外管的联结构造，其联结件包括、、、和等。
6．敷管船法敷设管线可细分为、、、、五种。
二、简答题（40分）1．管道或管道附件的开孔补强应符合哪些规定？2．地上敷设管道的支承形式按管道跨越形式分类有哪些？3．简介迄今国内外用于管道维修补强的方法。
4．简介光壳球在外载荷作用下的临界荷载计算和设计厚度的方法。
三、计算题（40分）1．管道外径237mm，管壁厚9mm，内压10MPa，分别按精确值和薄壁近似公式计算管道的轴向应力和管道横截面的截面稀疏，并比较两种计算方法的差别。
（6分）2．一条直径0.219m、壁厚8.2mm的支管接在一条直径0.400m、壁厚10mm的主管上，支管材料的屈服极限σs= 241MPa，主管材料的屈服极限σs=317MPa。
该管道的工作压力为10MPa，工作温度52℃，管道运行地区为一级地区。
试设计补强圈的厚度。
（12分）3．设油罐进出油管线为φ159×4.5 钢管，钢管材料的弹性模量为197.5GPa，热胀系数为1.22×10-51/℃，操作温度为100℃，若安装温度为0℃，当管线在1点处固定时，求管线的热应力和对油罐的推力。
（10分）4．已知有效波的高度H0=3.05m，有效波的周期T=10s，水深d=30.5m，波的方向和管子垂直。
其余参数为管子直径D=0.305m，海床坡度=0。
假定海堤围年地图，摩擦系数μ=0.5。
是根据以上条件确定管道受到的动水作用力。
（12分）。
管道强度计算演示文稿
s ：管材的屈服强度，P5，表1-1
第二节 地下管道强度计算
根据管道的环向应力计算壁厚，由薄壳应力公式得出：
1、液体管道直管段计算壁厚：
PD t 0 2[ ]
式中： P------管道的工作压力 D------管道的外直径
[σ]------管材许用应力，
2、气体管道直管段计算壁厚：
第一节 概述
管沟底宽度规定：当管沟深度小于等于3米时，管沟底宽度b为：
b Dg K
式中：K-------沟底加宽系时，管沟底宽度b按上式求得值再加宽0.2米。
管沟的边坡规定：根据土壤类别和土壤的物理力学性能确定。[1]P285表11-2
强度试验规定：管道在沟上或沟下焊接组装后，应进行分段试压。干线试压 管段长度10-15公里，自然高差不超过30米，以1.25倍的管道工作压力作为强 度试压压力。当管道最大操作压力大于8kgf/cm2时，应以水作为试压介质， 小于8kgf/cm2时，允许采用空气或其它气体作为试压介质。
一、管道所受轴向应力由不同情况确定： 1、直线埋土管段：完全嵌固段
1
PD
2
ET
2、靠近出土处的管截面：自由段
1 PDi 4
3、过渡管段：与自由端相距一段距离的埋土管段，管道所受轴向应力随土 壤对管道的约束程度的不同而逐渐改变，介于1、2情况之间。
石油、石油规划设计、石油工程建设、炼油技术与工 程、石油工程建设 5、 API650美国石油学会标准 6、 BS2654英国油罐规范 7、 JIS B8501日本工业标准
考核成绩评定
一、总成绩=考试成绩（90%）+平时成绩（10%） 二、考试形式：闭卷 三、试题类型：1、填空题（1*15=15分）
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
管道及储罐强度设计题目整合
管道及储罐强度设计题⽬整合管道及储罐强度设计（第⼆次）改动的地⽅:简答题第三题，计算题第⼀题，计算题第⼗⼀题名词解释1.⼯作压⼒在正常操作条件下，容器可能达到的最⾼压⼒2．材料强度是指载荷作⽤下材料抵抗永久变形和断裂的能⼒。
屈服点和抗拉强度是钢材常⽤的强度判据。
3．储罐的⼩呼吸罐内储液(油品)在没有收、发作业静⽌储存情况下，随着环境⽓温、压⼒在⼀天内昼夜周期变化，罐内⽓相温度、储液(油品)的蒸发速度、蒸⽓(油⽓)浓度和蒸⽓压⼒也随着变化，这种排出或通过呼吸阀储液蒸⽓(油⽓)和吸⼊空⽓的过程叫做储罐的⼩呼吸4.⾃限性局部屈服或⼩量塑性变形就可以使变形连续条件得到局部或全部的满⾜，塑性变形不再继续发展并以此缓解以致完全消除产⽣这种应⼒的原因。
5．⽆⼒矩理论(薄膜理论)假定壁厚与直径相⽐⼩得多，壳壁象薄膜⼀样，只能承受拉(压)应⼒弯曲内⼒的影响，⽽不能承受弯矩和弯曲应⼒，或者说，忽略这样计算得到的应⼒，称薄膜应⼒。
6．壳体中⾯壳体厚度中点构成的曲⾯，中⾯与壳体内外表⾯等距离。
7．安全系数考虑到材料性能、载荷条件、设计⽅法、加⼯制造和操作等⽅⾯的不确定因素⽽确定的质量保证系数。
8．容器最⼩壁厚由刚度条件确定，且不包括腐蚀裕量的最⼩必须厚度。
(1)对碳素钢、低合⾦钢制容器：(2)对⾼合⾦钢制容器：不⼩于2mm(3)对封头：9.⼀次应⼒⼀次应⼒:由于压⼒和其他机械荷载所引起与内⼒、内⼒矩平衡所产⽣的，法向或切向应⼒，随外⼒荷载的增加⽽增加。
10.储罐的⼩呼吸损耗罐内储液(油品)在没有收、发作业静⽌储存情况下，随着环境⽓温、压⼒在⼀天内昼夜周期变化，罐内⽓相温度、储液(油品)的蒸发速度、蒸⽓(油⽓)浓度和蒸⽓压⼒也随着变化，这种排出或通过呼吸阀储液蒸⽓(油⽓)和吸⼊空⽓的过程所造成的储液(油品)损耗称作储罐⼩呼吸损耗11耦联振动周期和波⾯晃动周期耦联振动周期：罐内液体和储罐结合在⼀起的第⼀振动周期。
波⾯晃动周期：罐内储液的晃动⼀次的时间12压⼒容器⼯艺设计⼯艺设计1.根据原始参数和⼯艺要求选择容器形式，要求能够完成⽣产任务、有较好的经济效益;2.通过⼯艺计算确定主要尺⼨。
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▲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。
●地下管道应力应变的特点:根据摩擦阻力与热伸缩力的大小，可以将埋地管道分成自由伸缩段、过渡段和嵌固段。
在自由伸长段，土壤与管壁的摩擦力为零，也即在该截面处不受约束可以自由伸长，其变形量也大，随着管道向埋地段延伸时，土壤与管壁之间的摩擦阻力越来越大，管段受到周围土壤的约束，使管道变形量越来越小，这段称为过渡段。
当这一变化达到某一长度时，摩擦阻力与热伸缩力相平衡，管段的伸缩完全被约束，即不会因温度的变化而产生伸缩变形，受到完全的强制补偿，此段称为嵌固阶段。
◆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。
◆支墩的作用是限制管道的热伸长量。
支墩按型式可以分为上托式支墩、预埋式支墩、卡式支墩◆应力增强系数：弯管内弧环向应力比直管环向应力增大的倍数。
应力缩减系数：弯管内弧环向应力比直管环向应力减小的倍数◆弯管的环向应力的分布规律：当α=0°或α=180°时，即弯管的中线处，也就是水平弯管的最上和最下处，和直管的环向应力相同。
的最大值。
当α=270°时，即在水平弯管的内侧弧面上可得此处有б2当α=90°时，即在水平弯管的外侧弧面上可得此处有б的最小值。
2◆轴向应力特点：弯管在内压作用下其轴向应力和直管相等。
◆弯管柔性比直管大，主要是由于在直管弯曲半径方向，管子截面上出现了扁率。
这个扁率①是由于弯管制造上的原因。
②来自热胀而产生的弯矩。
◆管道上的三通是由两个圆柱壳体成直角（也可以是斜角）的组合件，常用于主管与支管的连接。
◆管道三通有以下制造形式：热冲压法制造成的三通，它主要用于小口径管道；由两个冲压成型的零件焊接成的冲压焊接三通；以及专门的补强圈和无补强圈的焊接三通。
补强原则：等面积补强法。
◆三通分为整体三通和焊接三通◆三通补强的原因：由于三通处曲率半径发生突然变化以及方向的改变,为了保持主支管接管处的变形协调，必将导致在主支管接管处出现相当大的应力集中现象，常可比完整管道的应力高出5到7倍。
◆三通补强的方式：只要将接管出的主管或支管加厚（或两者同时加厚）或采用补强的方法便可降低峰值要求，满足强度要求。
◆开孔补强设计计算方法主要有等面积法，极限分析法和安定性理论。
◆管壁上任意一点的应力状态：⑴环向应力：由管道的内压产生，再有外压的情况下，管道外压也引起环向应力；⑵轴向应力：内压、外压、热膨胀以及其他力和弯矩都可能产生轴向应力。
■地上管道和地下管道的载荷的受力差异和相同点：①地下管道受的是永久载荷（主要输送介质的内压力）可变载荷（主要试运行时的水重量）偶然载荷②地上管道受的是垂直载荷（垂直载荷包括管道自重，保温结构重量，管内输送介质重量，管道附件重量）横向水平载荷（横向水平载荷主要风载荷），轴向水平载荷（轴向水平载荷包括三项：管道的轴向摩擦力，管道内压引起的不平衡轴向力，补偿器的反弹力）相同点：①都受输送介质内压作用②都是根据环向应力决定壁厚，再与轴向应力组合进行校核。
■地上敷设管道的支承形式分类：按支架高低分类（低支架敷设，中支架和高支架敷设，沿墙敷设）按管架的结构形式分类（独立式管架和组合式管架），按支架对管道的约束形式分类（又分为固定支架和活动支架），按管道的跨越形式分类。
■活动支架：在固定支架处，管子焊在固定支架上，管道与管架之间不能发生相移 ,两个固定支架之间的若干管架，只作为管道支承，而不约束管道的热膨胀，管道与支架之间可发生相对位移。
■架空管道的载荷根据作用方向的不同分为：垂直载荷，横向水平载荷，轴向水平载荷①垂直载荷包括管道自重，保温结构重量，管内输送介质重量，管道附件重量。
②横向水平载荷主要是风载荷。
③轴向水平载荷包括三项：管道的轴向摩擦力，管道内压引起的不平衡轴向力，补偿器的反弹力。
■管道跨度：两支承间的距离称为管道跨度。
管道跨度按管子的强度和刚度条件确定。
①按强度条件确定管道的最大允许跨度：在外载荷作用下，管道截面上产生的最大应力不得超过管材的许用应力，以保证管道强度方面的安全可靠。
②按刚度条件确定管道跨度：管道在一定的跨度下总有一定的挠度，根据对挠度的限制所确定的管道允许跨度。
■补偿器：在温度较高的管道系统中，一般采取某种形式的补偿，以增加管道的弹性，减小热胀效应。
这种能减小热应力的伸缩装置或弯曲的管段称为补偿器。
■按形成原因，补偿器可以分为自然补偿器（由于工艺需要，在布置管道时，自然形成的弯曲管段包括L型和Z型),人工补偿器（专门设置的用来吸收管道热膨胀的弯曲管段和收缩装置，主要包括π型或波纹型，填料函式）■在管路上设置弯曲管段的结构形式有：L 型,Z 型,π型，Ω型补偿器。
（π型的特点：补偿能力大)■补偿器的设计计算方法：弹性中心法，简化计算方法，图解法，计算程序法。
▲大型化油罐的优点：①节省钢材②节省投资③占地面积小④便于操作管理(检尺、维护、保卫）⑤节省管线及配件▲大型化过程中遇到的问题：①强度越高，断裂韧性越低②钢板越厚，在焊缝热影响区易产生裂纹③钢板强度等级越高，可焊性越低④δ／D减小，刚性降低，抗风载荷能力下降⑤抗震能力设计及措施⑥油罐基础设计地基沉陷能力计算▲钢油罐承载能力的基本要求：①足够的强度②足够的抵抗断裂能力③足够的抵抗风载荷能力④足够的抗震能力⑤油罐要有足够的稳固基础。
▲钢油罐分类①根据其形状分：立式圆柱形油罐，卧室圆柱形油罐，特殊性油罐②根据材质分类：a金属：立式圆柱形油罐，卧室圆柱形油罐，特殊性油罐 b 非金属③根据埋设方式分类：地上地下半地下▲卧式圆柱形油罐特点：卧室圆柱形油罐容积一般较小，但承压能力较高，易于运输，有利于工厂化制造；受力状况好、承压能力高、降低油品蒸发消耗效果显著，但是这类油罐施工困难。
应用：多用来储存需要量不大的油品，或用于工厂、农村的小型油库；目前只有球形管被广泛用于储运液化气和某些高挥发性的化工产品。
▲立式圆柱形钢油罐由底板、壁板、灌顶及一些油罐附件组成。
其管壁部分的外形为母线垂直于地面的圆柱体。
▲立式圆柱形油罐根据其顶部结构的不同又可分为：①浮顶油罐②拱顶油罐③内浮顶油罐④锥顶油罐⑤无力矩顶罐▲罐壁受力分析罐壁主要受储液静压力的作用，罐壁受力的另一个方面是边缘应力▲边缘应力：罐壁收到静水压力的作用，将沿径向发生变形，在罐底和壁的连接处，由于罐底对罐壁的约束，阻碍罐壁在下结点处的径向位移，因此在罐壁下端将受到纵向弯曲力矩M0和剪力Q，这个弯矩和剪力是由罐底约束弯壁的边缘变形产生的，同时有相反方向的M0和Q作用在和罐壁相连接的罐底环板上，这种现象叫做边缘效应，所产生的应力叫做边缘应力。
▲定点法与变点法的区别：①定点设计法能在一定范围内较好地反应各层圈罐壁板的实际应力水平，计算简单，得到了广泛应用②变点设计法能考虑罐底板的约束对罐壁受力的影响，同时也考虑了下层厚壁板对上层薄壁板的影响。
确定各圈环向应力最大处的位置，按该位置的薄膜环向应力计算各圈板的壁厚。
这样各圈板壁厚的计算，就不是统一地以距各圈底边0.3m为计算点，而是各圈将有不同位置的计算点。
▲罐壁开孔补强的原因、方法、原则：①原因：在罐壁上开孔后将在孔的附近产生应力集中，其峰值应力通常达到罐壁基本应力的3倍甚至更高。
这样的局部应力，再加上开孔结构在制造过程中不可避免地会形成缺陷和残余应力，如不采取适当的补强措施，就很有可能在孔口造成疲劳破环或脆性裂口，使孔口处撕裂②方法：由于应力集中的影响只在孔的附近，离孔边不远处应力就很快下降，因此补强金属应直接焊在孔的附近才能起到作用，一般做法都是将补强圈板紧贴孔口周围（补强金属紧贴孔口周围的原因）。
补强板厚度通常采用与罐壁厚度的相同值，通过计算就可以确定补强板的尺寸。
③原则：开孔补强的原则是‘等截面’。
即等面积补强。
▲罐壁边缘应力的位置：①罐壁与地板连接处②壁厚突变处。
▲对油罐与底板连接处应力分析的基本假设：①油罐充液以后，罐壁上不再内压作用下可以自由变形（径向）,但下部在罐壁与罐底连接处，因受罐底的约束，此处罐壁的径向位移为零;②在油罐荷载作用下，罐底板 L长的距离离开了基础。
▲油罐壁的变形可以看作是静水压力作用下罐壁的自由变形和在罐底受约束力（弯矩和剪力）作用下罐壁变形的叠加（小变形假设）。
★立式油罐常用的固定顶（包括内浮顶罐上的固定顶），按其支承形势可分为自支承拱顶、自支承锥顶和柱支承锥顶等形式。
★油罐固定顶的设计内容包括罐顶计算荷载的确定、罐顶结构、以及包边角钢、球壳和柱支承的设计等。
★罐顶的荷载包括外荷载和内荷载。
外荷载由球壳的自重、罐内在操作条件下可能产生的真空度、雪载、活荷载组成。