管道及储罐强度设计

2）拱顶油罐 3)内浮顶油罐 4）锥顶油罐 5）无力矩顶罐 8. 横焊缝主要包括搭接，对接，混合。 9．罐壁的受力分析 1)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 10. 边缘应力：剪力，弯矩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 a0 作用在和罐壁相连接的罐底环板上，这种效应叫做边缘效应，所产生的应力叫做边缘 应力。 11．薄膜理论：对于壳体很薄，具有连续的几何曲面，所受外载荷连续，边界支承是自由的， 壳体的弯曲应力与中间面的拉应力或压应力相比可以忽略不计，认为壳体的外载荷只是由 中间面的应力束平衡。这种处理方法称为薄膜理论。 12. 定点法定义：各国储罐规范壁厚计算公式均采用罐壁板下端向上 300mm（即 1ft）处作 为折减高度。这种罐壁厚度计算方法称之为“定点设计法”，也称一英尺法。 13. 定点法计算：第七章作业题第四题。 14. 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
18. 弯管的环向应力σ 2= （
的分布特点：
）
当 =0°或 =180°时，即弯管的中线处，也就是水平弯管的最上和最下处，σ 2= ，
和直管的环向应力相同。
当 =270°时，即在水平弯管的内侧弧面上可得σ 2=
（
，此处有σ
）
2 的最大值。
当 =90°时，即在水平弯管的外侧弧面上可得σ 2=
（
，此处有σ
轴向应力σ a=
轴向应力的精确公式： σ a=
=
管道截面系数 Z≈π rp2δ rp=
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精确公式 Z= ( )
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8.根据地区分类不同，输气管道的强度设计取不同的设计系数：一级地区 0.72 二级地区 0.6 三级地区 0.5 四级地区 0.4
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，称为活动支架。 4 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。 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。 横向水平载荷主要是风载荷。 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
9.地下管道产生轴向应力的原因是温度变化和环向应力的珀松效应。 10.在管道中由于温度变化产生的应力，称为管道热应力。 11.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。 12.如果管道受到完全约束，则管道中的轴向应力为：σ a=ν -Eα Δ t 13.地下管道应力应变的特点，见作业 14.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和预埋式支墩 15.简单弯曲情况就是指埋在土壤中的管道相对于土壤既不能作轴向位移，也不能做横向位 移。 16.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。 17.弯头或弯管所能承受的温度和压力应同相邻直管段是一致的。
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）、卡曼涡游振动（悬空管段）、埋于公路下未未夹套管管道
d.应力腐蚀开裂 基本条件 ：局部环境 ；敏感元件 ；应力条件 ：D：114mm-1067mm t:3.2mm-9.4mm 强度等级：241μ pa-480μ pa 电阻焊：双面埋弧焊
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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。 15.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，离孔边不远处盈利就很快下降，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全板紧贴孔口周围（补强金属紧贴孔口周围的原因）。
油罐 b 非金属 3）根据埋设方式分类：地上 地下 半地下 5．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。。 6．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。 7．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
弹力。 5 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。 6 管道的跨度可按管子的强度和刚度两个条件来确定 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。（掌握 2-8,2-9,2-10.主要是 z 到 z'的转化过程） 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。 7 第 55 页管道分析计算简图 8 弹性中心法：第 60 页，掌握力法方程 2-37，简要做出图 2-14，弹性中心法的定义。 9 柔度系数：j 方向的单位力在 i 方向产生的位移。其正负号按位移和作用力的方向来决定， 二者方向一致为正，反之负。 10 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。 11 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） 12 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。（掌握图 2-24，以 及π 型的特点：补偿能力大) 13 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。 14 当管线需要跨越很大的跨度时，可采用小垂度悬索管线。常见悬索管线组成：管架，主 索，吊架，调节件及固定索线的金属夹具，管架柱，斜拉杆及锚板。
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15 拱形管道式利用拱管本身的刚度来跨越铁路，公路，河流等障碍区的一种大跨度的管道 跨越敷设方式，其特点是：拱管内部供输送介质，拱管本身作支承结构。
16 拱形管道计算：首先确定合理的矢跨比 u=f/L，然后再进行强度计算。
第七章 立式储罐罐壁强度设计 1．大型化油罐的特点：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 2．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 4）δ ／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 3．油罐钢材选择要求：1）强度要求 2）可焊性要求 3）冲击韧性要求 4．钢油罐的分类：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
）
2 的最小值。
弯管内弧环向应力比直管环向应力增大的倍数称为应力增强系数，同理，弯管内弧环向应 力比直管环向应力减小的倍数称为应力缩减系数 19.轴向应力特点：弯管在内压作用下其轴向应力和直管相等。 21.直管之所以有较大的柔性，主要是由于在直管弯曲半径方向，管子截面上出现了扁率。 这个偏率首先是由于弯管制造上的原因。另一个形成扁率的原因，来自热胀而产生的弯 矩。 22.弯管的应力增强系数是指弯管在弯矩作用下的最大弯曲应力和直管受同样弯矩时的最大 弯曲应力的比值。 23.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。 24.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。 25.三通分为等径三通和不等径三通 26.三通补强的原因：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，必将导致在主直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。 27.三通补强的方式：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。
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28.当前各国有关规定中的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。 29.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。
第一章 地下管道 1.一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。 2.当要求管道的平面走向或高程发生变化时，可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。 4.按工艺分，弯头可以分为煨制弯头和推制弯头 5.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。 6.环向应力是由管道输送介质的内压产生的。 7.薄壁管道环向应力的计算：σ h=
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、塑性区尺寸小、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。 2．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. 3． 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。
第二章 地上管道 1.地上管道和地下管道的载荷的受力差异：地下管道管道受的是永久载荷（主要是输送介 质的内压力），可变载荷（主要是试运行时的水重量 ），偶然载荷地 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（横向水平载荷主要是风载荷），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）。 2.地上敷设管道的支承形式：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。 3. 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
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管道及储罐强度设计
绪论 1．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。（图自己 看）
b.断裂 由于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。