管道与储罐强度-7储罐
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不得产生断裂。
对油罐的基本要求
• 强度要求：卸载后，不应留下塑性变形。 • 抗断裂的能力：无论在水压试验或操作条件下，油罐
不得产生断裂。 • 抗风的能力：在建造及使用期间，在建罐地区的最大
风荷下不产生破坏。 • 抗地震能力：要求在整个使用期间，在建罐地区的最
大地震烈度下不产生破坏。 • 基础稳固：油罐基础在整个使用期间的不均匀沉陷要
例：15万方浮顶储罐的设计条件和基本数据
• 储罐直径：100m • 罐壁高度：21.8m • 设计储液高度：20.2m • 计算容量：158650m3 • 储液密度：910kg/m3 • 设计温度：50℃ • 罐壁腐蚀裕量：1mm • 罐壁层数：8 • 罐壁材质：
– SPV490Q（σs=490MPa， σb=610MPa，E=206000MPa） – 16MnR（σs=345MPa， σb=510MPa ，E=209000MPa） – Q235B（σs=235MPa， σb=375MPa，E=210000MPa）
第6章 油罐的设计计算
• 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
以美国为例
• API的一项调查表明，美国储存石油产品的地上储罐大 约有700000，分布在炼油厂、销售终端、运输部门和 生产四个领域。
销售 炼油厂 运输 生产
储油罐数量分布
油罐事故的后果——燃烧、爆炸，环境污染
• 中国SH3046标准（定点法） • 日本JIS B8501标准（定点法） • 英国BS2654标准（定点法） • 美国API650标准（变设计点法）
1、中国SH3046标准（定点法）
t1
4.9H 0.3D
[ ]
C1
C2
t1 — 储存预定介质时的设计厚度，mm； ρ — 储液密度，kg/m3； H — 计算的罐壁板底边至设计储液高度的距离，m； D — 储罐内直径，m； [σ] — 钢板许用应力，设计温度下2/3σS或260MPa中的较小值，MPa； Φ — 焊缝系数，一般取0.9； C1 — 钢板厚度负偏差，mm； C2 — 腐蚀裕量，mm；
层 号
材料
许用 腐蚀 应力 余量 MPa mm
计算 厚度 mm
1 SPV490Q 294 1 40.82
2 SPV490Q 294 1 29.78
3 SPV490Q 294 1 4 SPV490Q 294 1
25.22 20.66
5 SPV490Q 294 1 16.10
6 SPV490Q 294 1 11.54
在允许的范围内。
7.1 立式油罐的罐壁强度设计
• 罐壁圈板由多块钢板对接焊成，各圈罐壁的纵 缝应错开，其间距不小于500mm；
• 罐壁相邻上下圈板的连接可采用：
–（a）套筒式；（b）对接式；（c）混合式；
罐壁的受力——储液静压力
罐壁受力图
• 薄膜应力和弯曲应力
忽略弯曲应力，按薄膜理论考虑
应力
x
p0
x
x
R
壁厚
x
p0
x
R
确定罐壁厚度需要考虑的因素
• 每层罐壁板的厚度不同； • 每层罐壁板中的应力分布不均匀：
–定点法：罐壁中最大应力发生在距下端300mm（1英 尺）处；
–变点法：按罐壁板中的最大应力考虑； • 焊缝系数； • 腐蚀裕量。
罐体结构示意图
7.1.1 确定罐壁厚度的几种标准
壁板宽 度mm
重量 kg
1
37.92
40.67
41.0
2980 301391
1
32.42
34.43
34.5
2680 228078
1
27.14
28.82
29.0
2680 191718
1
22.03
23.21
23.5
2680 155358
1
16.92
17.59
18.0
2680 118997
1
11.81
11.98
12.0
2680
79331
1
7.58
7.33
12.0
2660
78725
1
2.71
1.98
12.0
2660
78725
合计
1232323
2、日本JIS B8501标准（定点法）
t DH 0.3 C
0.2 f m
t — 最小板厚，mm； ρ — 储液比重（当小于1时，取1）； H — 由该段壁板的下端至设计液位的高度，m； D — 储罐内直径，m； fm— 母材的许用应力，取60%σS MPa ； Φ — 焊缝效率，第一层取0.85，其余取1.0； C — 腐蚀裕量，mm。
7 16MnR 207 1
9.50
8 Q235-B 141 1
4.05
合计
名义 厚度 mm
41.0 30.0 25.5 21.0 16.5 12.0 12.0 12.0
壁板 宽度 mm
（4）锥顶油罐 • 顶部为自支承式、梁柱式等。
（5）悬链式油罐
也称无力矩油罐。
其他形式罐
扁平球罐
蒸汽圆顶储罐
球顶罐
网格拱顶罐 节点球罐
百度文库
油罐的发展趋势——大型化
• 大型化的优点：
– 节省钢材； – 减少投资； – 占地面积小； – 便于操作管理； – 节省管线及配件。
对油罐的基本要求
• 强度要求：卸载后，不应留下塑性变形。 • 抗断裂的能力：无论在水压试验或操作条件下，油罐
兰化储油罐爆炸
日本地震引起油罐燃烧
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 • 球形油罐
• 根据罐顶形式，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 与罐内壁之间的环形空间有可上下移动的密封装 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。
• 单盘 • 双盘
浮顶型式
（2） 拱顶油罐
• 罐顶为球面的一部分， 由4~6mm的薄钢板和加 强筋组成；
• 优点：施工容易，造价 低；
• 缺点：中间无支撑，罐 顶直径受到限制；
（3）内浮顶油罐 拱顶与浮顶的结合，储存贵重油品。
计算结果
层 号
材料
1 SPV490Q
2 SPV490Q
3 SPV490Q
4 SPV490Q
5 SPV490Q
6 SPV490Q
7
16MnR
8
Q235-B
许用 应力 MPa
260 260 260 260 260 260 230 157
腐蚀 余量
mm
操作计算 试水计算 厚度mm 厚度mm
名义厚 度mm
对油罐的基本要求
• 强度要求：卸载后，不应留下塑性变形。 • 抗断裂的能力：无论在水压试验或操作条件下，油罐
不得产生断裂。 • 抗风的能力：在建造及使用期间，在建罐地区的最大
风荷下不产生破坏。 • 抗地震能力：要求在整个使用期间，在建罐地区的最
大地震烈度下不产生破坏。 • 基础稳固：油罐基础在整个使用期间的不均匀沉陷要
例：15万方浮顶储罐的设计条件和基本数据
• 储罐直径：100m • 罐壁高度：21.8m • 设计储液高度：20.2m • 计算容量：158650m3 • 储液密度：910kg/m3 • 设计温度：50℃ • 罐壁腐蚀裕量：1mm • 罐壁层数：8 • 罐壁材质：
– SPV490Q（σs=490MPa， σb=610MPa，E=206000MPa） – 16MnR（σs=345MPa， σb=510MPa ，E=209000MPa） – Q235B（σs=235MPa， σb=375MPa，E=210000MPa）
第6章 油罐的设计计算
• 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
以美国为例
• API的一项调查表明，美国储存石油产品的地上储罐大 约有700000，分布在炼油厂、销售终端、运输部门和 生产四个领域。
销售 炼油厂 运输 生产
储油罐数量分布
油罐事故的后果——燃烧、爆炸，环境污染
• 中国SH3046标准（定点法） • 日本JIS B8501标准（定点法） • 英国BS2654标准（定点法） • 美国API650标准（变设计点法）
1、中国SH3046标准（定点法）
t1
4.9H 0.3D
[ ]
C1
C2
t1 — 储存预定介质时的设计厚度，mm； ρ — 储液密度，kg/m3； H — 计算的罐壁板底边至设计储液高度的距离，m； D — 储罐内直径，m； [σ] — 钢板许用应力，设计温度下2/3σS或260MPa中的较小值，MPa； Φ — 焊缝系数，一般取0.9； C1 — 钢板厚度负偏差，mm； C2 — 腐蚀裕量，mm；
层 号
材料
许用 腐蚀 应力 余量 MPa mm
计算 厚度 mm
1 SPV490Q 294 1 40.82
2 SPV490Q 294 1 29.78
3 SPV490Q 294 1 4 SPV490Q 294 1
25.22 20.66
5 SPV490Q 294 1 16.10
6 SPV490Q 294 1 11.54
在允许的范围内。
7.1 立式油罐的罐壁强度设计
• 罐壁圈板由多块钢板对接焊成，各圈罐壁的纵 缝应错开，其间距不小于500mm；
• 罐壁相邻上下圈板的连接可采用：
–（a）套筒式；（b）对接式；（c）混合式；
罐壁的受力——储液静压力
罐壁受力图
• 薄膜应力和弯曲应力
忽略弯曲应力，按薄膜理论考虑
应力
x
p0
x
x
R
壁厚
x
p0
x
R
确定罐壁厚度需要考虑的因素
• 每层罐壁板的厚度不同； • 每层罐壁板中的应力分布不均匀：
–定点法：罐壁中最大应力发生在距下端300mm（1英 尺）处；
–变点法：按罐壁板中的最大应力考虑； • 焊缝系数； • 腐蚀裕量。
罐体结构示意图
7.1.1 确定罐壁厚度的几种标准
壁板宽 度mm
重量 kg
1
37.92
40.67
41.0
2980 301391
1
32.42
34.43
34.5
2680 228078
1
27.14
28.82
29.0
2680 191718
1
22.03
23.21
23.5
2680 155358
1
16.92
17.59
18.0
2680 118997
1
11.81
11.98
12.0
2680
79331
1
7.58
7.33
12.0
2660
78725
1
2.71
1.98
12.0
2660
78725
合计
1232323
2、日本JIS B8501标准（定点法）
t DH 0.3 C
0.2 f m
t — 最小板厚，mm； ρ — 储液比重（当小于1时，取1）； H — 由该段壁板的下端至设计液位的高度，m； D — 储罐内直径，m； fm— 母材的许用应力，取60%σS MPa ； Φ — 焊缝效率，第一层取0.85，其余取1.0； C — 腐蚀裕量，mm。
7 16MnR 207 1
9.50
8 Q235-B 141 1
4.05
合计
名义 厚度 mm
41.0 30.0 25.5 21.0 16.5 12.0 12.0 12.0
壁板 宽度 mm
（4）锥顶油罐 • 顶部为自支承式、梁柱式等。
（5）悬链式油罐
也称无力矩油罐。
其他形式罐
扁平球罐
蒸汽圆顶储罐
球顶罐
网格拱顶罐 节点球罐
百度文库
油罐的发展趋势——大型化
• 大型化的优点：
– 节省钢材； – 减少投资； – 占地面积小； – 便于操作管理； – 节省管线及配件。
对油罐的基本要求
• 强度要求：卸载后，不应留下塑性变形。 • 抗断裂的能力：无论在水压试验或操作条件下，油罐
兰化储油罐爆炸
日本地震引起油罐燃烧
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 • 球形油罐
• 根据罐顶形式，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 与罐内壁之间的环形空间有可上下移动的密封装 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。
• 单盘 • 双盘
浮顶型式
（2） 拱顶油罐
• 罐顶为球面的一部分， 由4~6mm的薄钢板和加 强筋组成；
• 优点：施工容易，造价 低；
• 缺点：中间无支撑，罐 顶直径受到限制；
（3）内浮顶油罐 拱顶与浮顶的结合，储存贵重油品。
计算结果
层 号
材料
1 SPV490Q
2 SPV490Q
3 SPV490Q
4 SPV490Q
5 SPV490Q
6 SPV490Q
7
16MnR
8
Q235-B
许用 应力 MPa
260 260 260 260 260 260 230 157
腐蚀 余量
mm
操作计算 试水计算 厚度mm 厚度mm
名义厚 度mm