管道与储罐强度-油罐的应力分析分解

3、英国BS2654标准定点法计算
D t [98 w( H 0.3) P] C 20 S t — 最小板厚，mm； w — 储液密度，g/ml（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，MPa； P — 设计压力，mbar(对无压储罐可忽略不计)； C — 腐蚀裕量，mm；
5.1.1 确定罐壁厚度的几种标准 • 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）
4.9 H 0.3D t1 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] — 常温下罐壁钢板的许用应力，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；
• 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；
罐壁承受的储液静压力
罐壁受力图
由于罐壁厚度较小，可忽略弯曲应力，按薄膜理论考虑。
应力
壁厚
x
p x x R x
2、日本JIS B8501标准（定点法）
DH 0.3 t 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，MPa ； Φ — 焊缝效率，一般取1.0，其中第一层取0.85； C — 腐蚀裕量，mm。
层号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
API650 29.14 25.949 20.703 17.426 13.802 10.258 8.111 5.088 0.864
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
变点法到计算圈板底边的距离
x1 0.61 rt ai 320CH
x2 100CH
式中
x3 1.22 rt ai
k k 1 C , 1 k k K
三式之中取最小值
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）
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
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
– 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。
2万m3的浮顶油罐
最大储罐24万m3 ，国内80年代建造了4座10 m3罐。
（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。
（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。
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。
hi 1 h 当 1.375 2.625 时，t0i t ai t0i 1 t ai 2.1 i 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。
• 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 沉陷要在允许的范围内。
5.1
立式油罐的罐壁强度设计
4、美国API650标准（变设计点法）
底圈罐壁板计算厚度
4.9DH 0.3G t pt St
0.0696D t1t 1 . 06 H H St DH S t
ຫໍສະໝຸດ Baidu
两者之中取最小值
各圈壁厚的变点计算法
hi 1 hi 1 当 1.375 时，t0i t0i 1 当 2.625 时，t0i tai rti 1 rti 1
第5章 油罐的应力分析
• 油罐是油品储存的主要设施；
• 油罐分为：
– 立式圆柱形油罐、卧式圆柱形油罐、双曲 率油罐（滴状油罐和球形油罐）
• 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行空间有可上下移 动密封装置。 • 优点：
p x x R x
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
下节点及罐壁的变形分布图