2015-管道与储罐强度-6储罐-帅健

壁板 宽度 mm 2980 2680 2680
重量 kg 301391 228078 191718
4
5 6 7 8
SPV490Q
SPV490Q SPV490Q 16MnR Q235-B
260
260 260 230 157
1
1 1 1 1
22.03
15.92 11.81 5.58 2.71 合计
23.21
开孔直径不超 过250mm
开孔直径超 过250mm
5.2
立式油罐的抗风设计
• 油罐抗风稳定性很差，容易屈曲破坏
– 大直径、薄壁、敞口
由于大风造成的顶部屈曲 的固定浮顶储罐
直径36米的固定顶储罐由于 内部真空作用造成顶部屈曲
风速达到160英里/小时的一次飓风中空罐坍塌
抗风措施
• 罐顶设抗风圈；
• 中间设加强圈（一圈或数圈）。
API650 29.14 25.949 20.703 17.426 13.802 10.258 8.111 5.088 0.864
遵循的标准规范 SH3046 JIS B8501 BS2654 32.43 30.49 29.31 28.38 22.68 25.65 24.33 19.44 21.98 20.27 16.2 18.32 16.22 12.96 14.65 12.16 9.72 10.99 8.95 9 8.09 6.45 6.48 6.07 0.81 0.81 0.76

变点法计算到圈板底Biblioteka Baidu的距离
x1 0.61 rt ai 320CH
x2 100CH
x3 1.22 rt ai
式中
三式之中取最小值
C
k k 1 1 k k
,
k
t0i 1 tai
变点法需反复试算迭代，计算工作量大
四种标准计算结果的比较（10万方罐）
层号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
抗风圈的结构
SH3046
WZ 0.082 D H
2
WZ——截面模数 D——油罐内径；H——罐顶高度；
基本风压值取700Pa，距地面15m。
假设：迎风面风压分布范围所对应的抗风圈区段为两端 铰支的圆拱，沿拱铀线的风呈正弦曲线分布，圆拱所对 应的圆心角为600，并假设罐壁上半部分的迎风面风压由 抗风圈承担。
• 基本风压是以离地面10米高为基准的。离地面越高，风压越大。 在设计时要乘以高度变化系数
离地面或海面高度，m 陆上 海（岛）上
5 10 15 20 30 40
0.78 1.00 1.15 1.25 1.41 1.54
0.84 1.00 1.10 1.18 1.29 1.37
实际风载荷的计算
P K 1 K 2 K zW 0
• 中国SH 3046标准（定点法）
• 日本JIS B8501标准（定点法） • 英国BS 2654标准（定点法） • 美国API 650标准（变设计点法）
1
SH 3046标准（定点法）
4.9 H 0.3D t1 C1 C2 [ ]
t1 — 储存预定介质时的设计厚度，mm；
（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，油品蒸发损耗小
– 罐顶的自重受储液支持，受力状况良好
（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；
5.2.1 风载荷的分布和计算
• 风以一定速度吹在构筑物上，产生风压；
• 风压是根据风速计算：
V 2 V 2 W0 2g 16
式中 W0 — —标准风压（基本风压 ）， kgf / m 2；
— —空气容重， 以1个大气压， 气温15 0 C ， 绝对干燥
时的数值为准。 此时 1.2255kgf / m 3 ; V — —标准风速， m / s； g — —重力加速度， m / s 2；
• • • • 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）
4 API 650标准（变点法）
变点法的计算步骤
底圈罐壁板计算厚度
4.9 DH 0.3G t pt St
0.0696 D t1t 1.06 H
两者之中取最小值
H St
DH S t
各圈壁厚的变点计算法
hi 1 h 当 1.375时， t0i t0i 1 当 i 1 2.625时， t0i t ai rti 1 rt i 1
材料
SPV490Q SPV490Q SPV490Q SPV490Q SPV490Q SPV490Q 16MnR
许用 应力 MPa 294 294 294 294 294 294 207
腐蚀 余量 mm 1 1 1 1 1 1 1
计算 厚度 mm 40.82 29.78 25.22 20.66 15.10 11.54 9.50
ρ — 储液相对密度； 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；
例：15万方浮顶储罐的设计条件和基本数据
SH3046计算结果
层 号 1 2 3
材料
SPV490Q SPV490Q SPV490Q
许用 应力 MPa 260 260 260
腐蚀 裕量 mm 1 1 1
操作计 算厚度 mm 35.92 32.42 25.14
试水计 算厚度 mm 40.67 34.43 28.82
名义 厚度 mm 41.0 34.5 29.0
SH3046 API650 JIS B8501 BS2654
罐壁的开孔补强
• 由于使用要求，必须在罐壁上开孔并 接管； • 开孔后的罐壁将在孔的附近产生应力 集中，导致孔口疲劳破坏或脆性裂口，
使孔口撕裂；
• 补强办法：在开孔的周围焊上补强钢 板，增大开孔周围的壁厚； • “等截面”补强方法。
补强板形状
4.05
12.0
2660
78725
1152992
3
BS 2654标准(定点法)
D t [98w( H 0.3) P] C 20 S
t — 最小板厚，mm； w — 储液相对密度（取值不得小于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； S — 设计许用应力， 2/3σS或260MPa中的较小值，MPa； P — 设计压力，mbar(对无压储罐可忽略不计)； C — 腐蚀裕量，mm；
名义 厚度 mm 41.0 30.0 25.5 21.0 15.5 12.0 12.0
壁板 宽度 mm 2980 2680 2680 2680 2680 2680 2660
重量 kg 301391 198329 168580 138830 109081 79331 78725
Q235-B
141
1
合计
x

p0 x R x
实际需要考虑的因素
• 每圈罐壁板的厚度不同； • 每圈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。
5.1.1
确定罐壁厚度的几种标准
（3）内浮顶油罐
拱顶与浮顶的结合，储存贵重油品。
（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。
其他形式罐顶
扁平球罐
网格拱顶罐
球顶罐
蒸汽圆顶储罐
节点球罐
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。
15.59 11.98 5.33 1.98
23.5
18.0 12.0 12.0 12.0
2680
2680 2680 2660 2660
155358
118997 79331 78725 78725 1232323
2
JIS B8501标准（定点法）
DH 0.3 t C 0.2 f m
2015年4月7日，福建漳州古雷 PX项目发生爆炸
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
立式油罐分类
• 根据罐顶形式，分为：
– 浮顶油罐
• 内浮顶
– 固定顶
• 拱顶油罐 • 内浮顶油罐 • 锥顶油罐 • 悬链式油罐（无力矩）
第5章 油罐的设计计算
教师：帅健
概述
• 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。 • 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
• 标准风速以一般平坦地区，离地面10m高，30年一遇 的10分钟平均最大风速为依据。
罐壁上风压分布
• 正对着风的一点称为驻点，驻点的风压值最高；
• 迎风面上大约600范围受压，其它部分是吸力。
风载荷计算中的考虑
• 体型系数
– 敞口1.5、闭口1.0
• 由10分钟最大平均风压折合成瞬时风压要乘以转换系数；
hi 1 hi 1 当 1.375 2.625时，t0i tai t0i 1 tai 2.1 rti 1 rti 1
hi-1——计算圈的下面一圈的圈板高，m；
r——油罐半径，m； ti——所需计算的第i圈的罐壁计算厚度，mm； tai——根据变点位置求得的第i圈的壁厚值，mm。
t — 最小板厚，mm； ρ — 储液相对密度（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。
JIS 8501计算结果
层 号 1 2 3 4 5 6 7 8
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，不得 断裂。
对油罐的基本要求
• 强度： – 卸载后，不应留下塑性变形。
• 抗断裂能力：
– 无论在水压试验或操作条件下，不得断裂。 • 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被破坏。 • 抗地震能力： – 在使用寿命期限内，在建罐地区的最大地震烈度下储罐不被破坏。 • 基础稳固： – 油罐基础在使用寿命期间的不均匀沉陷要在允许的范围内。
式中 P — —设计风压，kgf / m 2； K1 — —体型系数， 可取1.5; K 2 — —转换系数， 可取 2.5; K z — —高度变化系数， 见下表 ; W0 — —标准风压，kgf / m 2。
5.2.2
抗风圈的设计和计算
• 抗风圈设置在油罐的顶部，通常位于包边角钢以下1m
位置。 • 抗风圈的外形可以是圆的，也可以是多边形的。 • 抗风圈是由钢板和型钢拼装成的组合断面结构。 • 抗风圈的刚度由截面系数确定。
壁厚比较
厚度 35 30 25 20 15 10 5 0 层号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 SH3036 API650 JIS B8501 BS2654
四种标准计算的罐壁总重量比较（ kg）
820000 800000 780000 760000 740000 720000 700000 680000 660000 640000
5.1
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
壁厚主要由薄膜应力确定，弯曲应力修正
应力
壁厚
x
p0 x R