060106油罐及管道强度设计-18
油罐及管道强度设计第6章
这种罐底的特点如下。 (1)罐底液体放净口处于罐内周边较低的部位， 可以基本满足污泥杂质、存液的排净。 (2)储罐经水压试验及长期使用，正圆锥形罐 底逐渐变平。但由于基础沉降不均匀以及罐 底钢板的弯曲和压缩变形，使基础及罐底局 部变得凹凸不平。此时液体放净口不一定处 于罐底的最低处，造成罐内液体不易排净。 (3)所形成的凹凸坑，易造成积水、积液和杂 质沉积，从而加剧了罐底的腐蚀。加之罐底 板尤其是中幅板厚度较薄，易使罐底腐蚀穿 孔而造成介质泄漏。 正圆锥形罐底是传统的罐底形式，目前在 国内仍广泛应用。
(1)第一圈罐壁板的挠度方程式
(2)罐壁x1=0处的边界条件 (3)图4-23的力平衡关系
通过对国内20000m3及50000m3浮顶油罐的 应力应变测试，得出边缘板的径向应力σx及 环向应力σy 分布(见图4-24、图4-25 )，由 图可看出如下内容。
(1)罐底边缘板靠近角焊缝处的σx 值很高(20000m3罐 达440MPa， 50000m3罐达532MPa)，径向应力和 环向应力略向中心移动便迅速衰减。 (2)高应力和应力急剧变化的区域均在边缘板上，中幅 板只要地基不发生问题，受力很小。 (3)在罐底边缘板处的应力值虽然很高，但属二次应力， 虽超过屈服极限，但未造成破坏。可用σx＜2 σs 进 行校核。 此法用于100000m3储罐，计算结果比实测结果 要大23. 8%，其原因是边缘板与中幅板采用了搭接 形式，且没有考虑边缘板伸出罐壁外表面宽度的影 响。
§6.5罐底防水结构 根据大量现场调查，了解到影响大型储 罐使用寿命的重要因素是罐底的腐蚀渗漏， 而造成底板腐蚀渗漏的重要原因之一是罐 底板与基础之间的雨水渗入。为防止雨水 渗入罐底造成底板背面腐蚀，目前有多种 方法。 (1)用橡胶沥青密封条封闭 [见图4-22(a)]。也有采用石棉绳镶填在 边缘板与基础的缝隙里，外面再用玻璃纤 维布与防水胶(聚氨脂弹性涂料、沥青等)封 闭。此法国内过去较为流行，但效果不佳， 弊病较多。
18立方米卧式储油罐设计说明书
一设计产品概要：1.1产品概要金属油罐是采用钢板材料焊成的容器。
普通金属油罐采用的板材是一种代号叫A3F的平炉沸腾钢；寒冷地区采用的是A3平炉镇静钢；对于超过10000m3的大容积油罐采用的是高强度的低合金钢。
常见的金属油罐形状，一般是立式圆柱形、卧式圆柱形、球形等几种。
立式圆柱形油罐根据顶的结构又可分为桁架顶罐、无力矩顶罐、梁柱式顶罐、拱顶式罐、套顶罐和浮顶罐等，其中最常用的是拱顶罐和浮顶罐。
拱顶罐结构比较简单，常用来储存原料油、成品油和芳烃产品。
浮顶罐又分内浮顶罐和外浮顶罐两种，罐内有钢浮顶浮在油面上，随着油面升降。
浮顶不仅降低了油品的消耗，而且减少了发生火灾的危险性和对大气的污染。
尤其是内浮顶罐，蒸发损耗较小，可以减少空气对油品的氧化，保证储存油品的质量，对消防比较有利。
前内浮顶罐在国内外被广泛用于储存易挥发的轻质油品，是一种被推广应用的储油罐。
卧式圆柱形油罐应用也极为广泛。
由于它具有承受较高的正压和负压的能力，有利于减少油品的蒸发损耗，也减少了发生火灾的危险性。
它可在机械，一成批制造，然后运往工地安装，便于搬运和拆迁，机动性较好。
缺点是容量一般较小，用的数量多，占地面积大。
它适用于小型分配油库、农村油库、城市加油站、部队野战油库或企业附属油库。
在大型油库中也用来作为附属油罐使用，如放空罐和计量罐等。
球形油罐具有耐压、节约材料等特点，多用于石油液化气系统，也用做压力较高的溶剂储罐。
1.2设计特点：容器的设计一般由筒体，封头，法兰，支座，接口管及人孔等组成。
常低压化工设备通用零件大都有标准，设计时可直接选用。
本设计书主要介绍了卧式储罐的筒体，封头的设计计算，低压通用零件的选用。
各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理的进行设计。
1.3设计参数：产品主体尺寸：Ф2800×8×3200 mm工作压力：常压主体材质：Q235-A设计温度：0~350℃设计寿命：15年焊接接头系数：0.85腐蚀裕量：1.5 mm水压试验压力：盛水试漏装量系数：0.98操作介质：燃料油二产品结构分析：2.1 材料的选择[5]：选择Q235-A碳钢钢板作为筒体焊接材料，是因为它具有适当的强度和塑性，工艺性能良好，价格低廉，因而被广泛用来制造一般的中低压容器。
2020年中国石油大学网络教育060106油罐及管道强度设计-20考试试题及参考答案
《油罐及管道强度设计》课程综合复习资料
一、填空题
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、罐壁板和管子的厚度负偏差是指。
3、5万米3油罐的直径大约为米（40米、60米、80米）。
4、立式圆柱形油罐罐壁开口补强原则是。
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。
6、我国抗风圈一般设计在的位置上。
7、拱顶罐的罐顶曲率半径为倍罐壁筒体直径。
8、我国的标准风速是以一般平坦地区、离地面米高、30年一遇的分钟平均最大风速为依据的。
是指。
9、柔性系数
ij
10、管路的跨度可根据条件和条件进行设计，根据条件确定的跨度在任何条件下都必须得到满足。
11、Π型补偿器可采用或的办法来提高其补偿能力。
二、选择题
1、管道热应力计算的弹性中心法求出的弹性力是在（）。
A、管系的形心
B、固定支座处
C、管系的弹性中心
2、对管道热应力进行判断的经验公式如果得到满足，则管道（）。
A、不用校核其热应力；
B、也要校核其热应力；
C、不一定要校核其热应力
三、简答题
1、各种罐常采用哪些抗风措施？
2、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。
3、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。
4、浮顶罐和拱顶罐可分别采用哪些抗风措施？试说明理由
5、平面管道热应力的大小与哪些因素有关？
6、分别举出2种以上人工管路补偿器和自然管路补偿器。
油罐及管道强度设计第1页共4页。
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。
第六章-管罐强度设计2014
pR pD 利用前面建立的体素平衡方程可求得环向应力： 2 由静力平衡条件： 2R R 2 p
容易求得圆筒壳的轴向应力 ：
r R D / 2，r
pR pD 1 2 4 2
N N q z r r
储罐及管道强度设计
第六章 立式储罐罐壁强度设计
6.1 罐壁钢板厚度计算
学习内容：
基本计算公式 立式圆柱形油罐壁厚计算步骤
目的要求 ：
了解油罐罐壁钢板厚度的计算方法，掌握壁厚计算的
基本步骤。
西南石油大学
6.1 罐壁钢板厚度计算
一、罐壁构造要求
罐壁圈板由多块钢板焊成，它们之间的焊缝（纵焊缝） 采用对接连接。罐壁相邻上下圈板的连接可用套筒式搭 接，圈板间的搭接长度常取35～60mm或（6～8）δ(δ为 罐壁板厚度)，但最小不得少于30mm。 浮顶油罐的圈板之间均采用对接连接。 各圈罐壁的纵向焊缝应错开，其间距应不小于500mm。 对接连接的钢板若厚度大于6mm必须开坡口。 套筒式搭接焊时，罐壁外侧角焊缝采用连续焊，焊脚高 度不应小于焊缝上侧罐壁板厚的三分之二，且不小于4mm， 罐壁内侧角焊缝常采用间断焊。 出于稳定性要求的考虑，罐壁最小厚度应符合规定。
西南石油大学
6.2立式圆柱形油罐直径和高度的选择
一、材料最省的油罐直径和高度
2、变壁厚油罐
由此可见： ①变壁油罐的经济高度与容积无关； ②变壁油罐的经济高度仅取决于油罐顶底的厚度之和 以及材料强度 及所储液体的容重有关的值 。
可得变壁油罐金属最小用量：
Q min
h H 1h V 2 2 s min
油罐的总金属用量：
油罐与管道强度设计 地上管道
教学目标
1、了解地上管道强度设计的内容；掌握管道 壁厚的计算公式；理解决定管道跨度的主 要因素，掌握按强度条件确定跨度的方法。
2、理解热应力的基本概念和平面管系的热应 力和弹性力计算方法。
3、熟悉补偿器的概念及作用，学会利用经验 公式判断常用补偿器的补偿能力。
4、了解管架类型和管架载荷计算。
§10-1 概述
一、管道的计算壁厚
pD
t0 ? 2?? ??
式中（续）：
[σ]—管—材许用应力， [σ＝] （0.6～0.72）σs，根 据管道所处位置的重要性决定 [σ]值，重要处取较
低值； η—— 焊缝系数。无缝钢管 η＝1；直缝管 η＝0.8；
螺旋焊缝管（ SY5036-83）为埋弧双面焊时 η＝0.9， 为埋弧单面焊时 η＝0.7。美国API 标准5LS、5LX钢 管， η ＝1。
一、地上管道的强度设计内容
? 包括管道壁厚的计算、跨度计算、热应力计算、 热补偿方法的选择、管架受力计算等一系列内容。
二、管子的类型
? 管子分无缝管和有缝管两类，有缝管又分直缝 管和螺旋管两类。目前，我国油库管线多用无缝钢 管，长距离油气输送管线多用螺旋焊缝钢管。 ?螺旋焊缝钢管规格为 Φ219mm~ Φ 720mm ，壁厚 为6mm~9mm ，管长8m~12m ，多采用 A3F和16Mn 。
§10-3 管道跨度计算
一、管道跨度计算原则
? 管道每隔一定的距离采用管架、吊架、托架 来支撑，两支撑之间的距离即为管道跨度。 ? L太小，会使管架布置过密，投资费用增加， 因而不经济。L 太大，会使管架变形和受力过大， 将影响管道正常工作，因此管道跨度的计算是 在确保管道安全和正常运行的前提下，尽按强度条件确定管道跨度
油罐讲义06
市的基本风压都是10分钟内的Vmax ，故需乘以转
换系数K2，使其折合成3s的瞬时风压。
北 京 石 油 化 工 学 院
BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY
§6-1 风载荷的分布和计算
⑵对固定顶罐如拱顶罐（无风的吸力、但有罐内负 压），则：
P K2 K zW0 K3 p
③ 变壁厚
按tmin换算 D相同、Pcr不变 设抗风圈以下（对固定顶罐为包边角钢以下）每圈钢 等壁厚
板高为h，当量高度为hE，由Pcr不变，得：
tmin hE h t
2.5
∴ hE≤h
整个油罐的当量高度：
H E hE
北 京 石 油 化 工 学 院
BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY
罐壁 支承架 H1 b1
A-A
北 京 石 油 化 工 学 院
BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY
§6-3 加强圈的设计和计算
● 立式圆柱形油罐罐壁的稳定性
⑴ 薄壁短圆筒在外压下的临界压力
2.59Et Pcr 1.5 D H
⑵ 罐壁[Pcr]的计算
§6-2 抗风圈的设计和计算
● 抗风圈满足强度要求所必需的最小截面系数Wz
Wz
M max
式中 [σ]—材料的许用应力，kgf/cm2，考虑到载荷属 于非经常性的最不利情况，且应力是弯曲应力，故 取[σ]＝0.9σs;
Mmax—圆拱的跨中弯矩，kgf-cm， M max
P0 D 2 2 2 1 4
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。
油罐及管道强度设计课件
沸腾钢： 钢在冶炼时只进行部分脱氧， 出炉 时钢水中的剩余氧与碳相互作用，形成一氧化 碳， 在凝固过程中， 一氧化碳不断从钢水中溢出， 造成沸腾状态。 沸腾钢的优点： 强度极限、 屈服极限均与镇 静钢相同； 价格比同钢号的镇静钢低约 25％ （因 沸腾钢成材率高，所用还原剂少） 。 沸腾钢的缺点： （1） 时效倾向性强。 随着时间的延长， 其 强度和硬度略有提高，但塑性和韧性显著下降， 冷脆转变温度升高。 沸腾钢的时效现象在低温时 较弱，故沸腾钢的最高使用温度一般限制在 200 ℃以下。这一点对油罐钢材的选择无影响。
优 点 ： 施 工 容 易 ， 造 价 低 。 缺 点 ： 中 间 无 支 撑 ， 直 径 受 到 限 制 。 容 积 太 大 ， 蒸 汽 空 间 大 ， 呼 吸 损 耗 大 。 3 m 最 大 的 拱 顶 罐5万 （ D=50.3m,H=23.67m） 。 拱 顶 罐 的 组 成 ： 顶 ： 中 心 盖 板 ， 扇 形 盖 板 （ 瓜 皮 板 ） ， 加 强 筋 。 罐 壁 ： 从 上 而 下 由 薄 变 厚 的 钢 板 组 成 。 底 ： 边 板 （ 环 板 ） ， 中 幅 板 。
2．可焊性要求 可焊性两种指标的控制： (1)碳的当量含量（低好） 。 (2)热影响区（与碳当量含量和冷却速 率有关）硬度（低好） 。Ceq 越高，冷却速率 越快，热影响区硬度越高。 3．冲击韧性要求 防止油罐产生脆性断裂。 钢材的选择：沸腾钢和镇静钢。 镇静钢： 钢水在浇铸前完全脱氧， 因而 在浇铸过程中保持镇静状态。
第 一 节旋 转 薄 壳 的 几 何 特 征
一 、基 本 概 念 1、 下 图表 示一 般旋 转壳 体的 中面 。通 过旋 转 轴 OO1 作 一 纵 向 平 面 ， 它 与 旋 转壳 体 中 面 的 交 线 OB 称 为 经 线 。 (回转面的经线) (一般旋转壳体的中面） 经 线 上 任 一 点B 绕 轴 OO1旋 转 一 周 的 轨 迹 称 为 纬 线 或 平 行 圆 。 B点 的 法 线 必 与 旋 转 轴 相 交 ， 其 交 角 。 2、 坐 标 的 确 定 （壳体中面的几何特征） 经 线 的 位 置 由 从 母 线 平 面 量 起 的 角 度 确 定 ； 平 行 圆 的 位 置 由 角 确 定 。 壳 体 中 面 上 任 一 点 的 位 确 置 可 由 两 个 坐 标 和 定 。 沿 中 面 法 线 方 向 的 坐 标 z， z指 向 壳 体 中 面 的 曲 率 中 心 为 正 。
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。
（11）、一般埋地管线敷设在（地下水位线以上、地下水位线以下 、冰冻线以上）。
（12）、 下列（罐壁设加强圈、罐顶设加强筋、罐顶设置呼吸阀）措施可增强拱顶罐的抗风能力。
（13）、平面管道热应力计算时，弹性中心法求出的弹性力的作用点在（管系的形心、固定支座处、管系的弹性中心）。
（14）、门型补偿器可采用（预先拉伸或预先压缩、预先弯曲、预先扭转）的办法来提高其补偿能力。
（15）、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）。
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σ的关系为。
《油罐及管道强度设计》课程设计终稿
《油罐及管道强度设计》课程设计题目100m3埋地卧式油罐所在院（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《油罐及管道强度设计》课程设计任务书目录目录 (3)1 绪论 (4)1.1 金属油罐设计的基本知识 (4)1.1.1 金属油罐的发展趋势 (4)1.1.2 对金属油罐的基本要求 (4)1.2 金属油罐的分类 (5)1.2.1 地上钢油罐 (5)1.2.2 地下油罐 (6)1.3 课题意义 (7)2 埋地卧式油罐课程设计指导书 (8)2.1 设计说明书 (8)2.1.1 适用范围 (8)2.1.2 设计、制造遵循的主要标准规范 (8)2.1.3 主要设计内容 (8)2.1.3.1 油罐供油系统流程图 (8)2.1.3.2 m3埋地卧式油罐加工制造图，基本参数和尺寸 (8)2.1.4 安全 (9)2.1.5 设计遵循参照的主要规范 (9)2.1.6 设计范围 (9)2.1.6.1 防雷电与防静电措施 (9)2.1.7 防腐 (10)2.1.8 油罐接管 (10)2.1.9 油罐容积的确定 (10)2.1.10 其它 (11)2.2 设计计算书 (12)2.2.1 设计的基本参数 (12)2.2.2 壳体壁厚计算 (12)2.2.2.1 筒体壁厚计算 (12)2.2.2.2 封头壁厚计算 (12)2.2.3 鞍座的选择计算 (13)2.2.3.1 罐体重Q1 (13)2.2.4 鞍座作用下筒体应力计算 (13)2.2.4.1 筒体轴向弯矩计算 (13)2.2.4.2 筒体轴向应力计算 (14)2.2.4.3 筒体周向应力计算 (15)2.2.5 抗浮验算 (16)参考文献 (18)1绪论1.1 金属油罐设计的基本知识1.1.1金属油罐的发展趋势近一、二十年来，油罐的设计与施工技术都较过去有了更快的发展。
从世界范围来讲，这一状况与前一时期国际上的能源危机有关。
由于能源危机，近若干年来许多工业化的、靠进口原油的国家都增加了原油的储备量，这就迫使这些国家不得不建造更多更大的油罐。
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
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。
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。
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《油罐及管道强度设计》综合复习资料
一、填空题
1、罐壁板和管子的厚度负偏差是指。
2、罐壁厚度是根据荷载计算的。
3、立式圆柱形油罐罐壁开口补强原则是。
4、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。
是指。
5、柔性系数
ij
6、立式油罐直径小于12.5米时，罐底宜采用的排版形式；而大于12.5米时，罐底宜采用的
排版形式。
7、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为、、三大种油罐。
8、当立式油罐的容积超过时必须设计成变壁厚罐。
9、10万米3油罐的直径大约为米。
10、在材料和设计压力相同的条件下，曲管的壁厚比直管的壁厚。
11、拱顶罐的罐顶曲率半径为倍罐壁筒体直径。
12、当操作温度高于安装温度时，通过可以减小Π型补偿器内的热应力。
13、我国的标准风速是以一般平坦地区、离地面米高、30年一遇的分钟平均最大风速为依据的。
14、我国抗风圈一般设计在的位置上。
15、管路的跨度可根据条件和条件进行设计，根据条件确定的跨度在任何条件下都必须得到满足。
二、简述题
1、回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义。
2、各种罐常采用哪些抗风措施？
3、设计油罐时的最大和最小壁厚要求分别与哪些因素有关？
4、分别说明拱顶罐的顶和罐壁的第一曲率半径和第二曲率半径。
5、简述无力矩假定的适用条件。
6、分别可采用哪些措施来提高拱顶罐和浮顶罐罐壁的稳定性，增强它们的抗风能力？
7、浮顶的设计必须满足哪些要求？
8、推导圆柱形油罐壁厚计算的定点法公式，并说明其使用范围。
9、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。
10、浮顶罐和拱顶罐可分别采用哪些抗风措施？试说明理由。
11、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？
三、计算题
1、一拱顶罐的拱顶为4mm 厚钢板，无加强筋，它与壁连接采用的包边角钢的横截面积F=7.28cm 2，包边角钢许用应力[σ]=160MPa ，油罐操作正压力200mm 水柱，真空度50mm 水柱，顶板自重340 N/m 2，活载荷（包括雪载）为800 N/m 2，油罐拱顶半径和罐壁直径R =D =7700mm ，顶板边缘切线与水平线的夹角ο
30=α，焊缝系数η =0.85，弹性模量E =2.1×1011Pa 。
（1）验算拱顶的稳定性；
（2）包边角钢是否满足强度要求。
2、某拱顶油罐的正操作压力为200mm 水柱，真空度50mm 水柱，油罐壁的内直径D =14.5m ，罐壁共八层，各层高度均为1.6m ，上部六层壁厚都是5mm ，第二圈壁板厚度6mm ，底圈板厚度7mm ，该罐罐壁的设计腐蚀裕量为0.5 mm ， K z =1，如果不设加强圈，该罐适合在标准风速多大的地区建造？
《油罐及管道强度设计》综合复习资料参考答案
一、 填空
1、罐壁板和管子的厚度负偏差是指 实际厚度与标称厚度的差值 。
2、罐壁厚度是根据 液压 荷载计算的。
3、立式圆柱形油罐罐壁开口补强原则是 等截面原则 。
4、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 。
5、柔性系数ij 是指 j 方向的单位力在i 方向产生的位移 。
6、立式油罐直径小于12.5米时，罐底宜采
用 矩形边缘板和中幅板 的排版形式；而大于12.5米时，罐底宜采
用 弓形边缘板和矩形中幅板 的排版形式。
7、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为拱顶罐 、 浮顶罐 、 内浮顶罐 三大种油罐。
8、当立式油罐的容积超过 3
m 1000 时必须设计成变壁厚罐。
9、10万米3油罐的直径大约为 80 米。
10、在材料和设计压力相同的条件下，曲管的壁厚比直管的壁厚 大 。
11、拱顶罐的罐顶曲率半径为 0.8~1.2 倍罐壁筒体直径。
12、当操作温度高于安装温度时，通过 预先拉伸 可以减小Π型补偿器内的热应力。
13、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的。
14、我国抗风圈一般设计在 包边角钢以下1米 的位置上。
15、管路的跨度可根据 强度 条件和 刚度 条件进行设计，根据 强度 条件确定的跨度在任何条件下都必须得到满足。
二、 简述题
1.回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义。
答：第一曲率半径即经线的曲率半径。
第二曲率半径等于经线上的一点沿法线方向到回转轴的距离。
2.各种罐常采用哪些抗风措施？
答：浮顶罐的抗风措施：设置抗风圈、必要时设置加强圈、也可适当增加罐壁厚度；管理上尽量不允许出现空罐。
拱顶罐的抗风措施：适当减小呼吸阀的负压力、设置加强圈、也可适当增加罐壁厚度；管理上尽量不允许出现空罐。
3.设计油罐时的最大和最小壁厚要求分别与哪些因素有关？
答：由于安装和使用的稳定性要求，罐壁有最小壁厚要求，它与油罐直径有关。
由于现场难以进行退火处理，罐壁有最大壁厚的限制，它与材质和最低许用温度有关。
4.分别说明拱顶罐的顶和罐壁的第一曲率半径和第二曲率半径。
对罐壁：2/21D r r =∞=
对拱顶：D R r r )2.1~8.0(21===
5.简述无力矩假定的适用条件。
答：（1）截面连续，不突变；（2）荷载连续；（3）自由支承，且支承力与壳面相切。
6.分别可采用哪些措施来提高拱顶罐和浮顶罐罐壁的稳定性，增强它们的抗风能力？
答：浮顶罐的抗风措施：设置抗风圈、必要时设置加强圈、也可适当增加罐壁厚度；管理上尽量不允许出现空罐。
拱顶罐的抗风措施：适当减小呼吸阀的负压力、设置加强圈、也可适当增加罐壁厚度；管理上尽量不允许出现空罐。
7.浮顶的设计必须满足哪些要求？
答：见课本
8.推导圆柱形油罐壁厚计算的定点法公式，并说明其使用范围。
解：对于中小型油罐，每圈壁板的最大环向应力出现在该圈板底部向上0.3米处，油罐的壁厚就是根据最大环向应力设计的。
)3.0(2--==∞=H q D
r r z γθϕ
ϕσγθ][2)3.0(00=⋅-=t D H t N ϕ
σγ][2)3.0(0-=∴H D t 9.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。
（10分）
答：第一曲率半径即经线的曲率半径。
第二曲率半径等于经线上的一点沿法线方向到回转轴的距离。
对罐壁：2/21D r r =∞=
对拱顶：D R r r )2.1~8.0(21===
10.浮顶罐和拱顶罐可分别采用哪些抗风措施？试说明理由
答：浮顶罐的抗风措施：设置抗风圈、必要时设置加强圈、也可适当增加罐壁厚度；管理上尽量不允许出现空罐。
拱顶罐的抗风措施：适当减小呼吸阀的负压力、设置加强圈、也可适当增加罐壁厚度；管理上尽量不允许出现空罐。
11.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？
答：平面管道热应力的大小与下列因素有关：材质、管道刚度、管系形状、约束条件、补偿器设计状况、预拉伸的情况等
三、计算题
1、一拱顶罐的拱顶为4mm厚钢板，无加强筋，它与壁连接采用的包边角钢的横截面积F=7.28cm2，包边角钢许用应力[σ]=160MPa，油罐操作正压力200mm水柱，真空度50mm水柱，顶板自重340 N/m2，活载荷（包括雪载）为800 N/m2，油罐拱顶半径和罐壁直径R=D=7700mm，顶板边缘切线与水平线的夹角ο
α，焊缝系数η =0.85，弹性模量E=2.1×1011Pa。
=
30
（1）验算拱顶的稳定性；
（2）包边角钢是否满足强度要求。
解：（1）将算出的光面球壳许用临界压力与外载荷进行比较。
（2）算出承受罐顶上最大荷载所需的最小截面积，然后与包边角钢的横截面积比较即可。
2、某拱顶油罐的正操作压力为200mm水柱，真空度50mm水柱，油罐壁的内直径D=14.5m，罐壁共八层，各层高度均为1.6m，上部六层壁厚都是5mm，第二圈壁板厚度6mm，底圈板厚度7mm，该罐罐壁的设计腐蚀裕量为0.5 mm，Kz=1，如果不设加强圈，该罐适合在标准风速多大的地区建造？
答：将临界压力的公式求出实际能承受的最大外压，再通过设计外压的计算公式求所能承受的最大标准风速。