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文檔簡介
1、第5章 油罐的應力分析,油罐是油品儲存的主要設施;油罐分為:立式圓柱形油罐、臥式圓柱形油罐、雙曲率油罐(滴狀油罐和球形油罐)立式油罐分為:浮頂油罐、拱頂油罐、內(nèi)浮頂油罐、錐頂油罐、懸鏈式油罐(無力矩),(1) 浮頂油罐,罐頂浮在油面上,隨油品的收發(fā)上下浮動,浮頂與罐內(nèi)壁之間的環(huán)行空間有可上下移動密封裝置。優(yōu)點:不存在氣體空間,減少了油品的蒸發(fā)。罐頂?shù)淖灾厥軆σ褐С?,受力狀況良好。,2萬m3的浮頂油罐,最大儲罐24萬m3
2、,國內(nèi)80年代建造了4座10 m3罐。,(2) 拱頂油罐,罐頂為球面的一部分,由4~6mm的薄鋼板和加強筋組成;優(yōu)點:施工容易,造價低;缺點:中間無支撐,罐頂直徑受到限制;,(3)內(nèi)浮頂油罐,拱頂與浮頂?shù)慕Y(jié)合,儲存貴重油品。,(4)錐頂油罐,頂部為自支承式、梁柱式等。,(5)懸鏈式油罐,也稱無力矩油罐。,油罐的發(fā)展趨勢——大型化,大型化的優(yōu)點:節(jié)省鋼材;減少投資;占地面積小;便于操作管理;節(jié)省管線及配件。,對油罐的基本要求
3、,強度要求:卸載后,不應留下塑性變形??箶嗔训哪芰Γ簾o論在水壓試驗或操作條件下,油罐不得產(chǎn)生斷裂??癸L的能力:在建造及使用期間,在建罐地區(qū)的最大風荷下不產(chǎn)生破壞??沟卣鹉芰Γ阂笤谡麄€使用期間,在建罐地區(qū)的最大地震烈度下不產(chǎn)生破壞?;A穩(wěn)固:油罐基礎在整個使用期間的不均勻沉陷要在允許的范圍內(nèi)。,5.1 立式油罐的罐壁強度設計,罐壁圈板由多塊鋼板對接焊成,各圈罐壁的縱縫應錯開,其間距不小于500mm;罐壁相鄰上下圈板的連接可采
4、用:(a)套筒式;(b)對接式;(c)混合式;,罐壁承受的儲液靜壓力,,罐壁受力圖,,由于罐壁厚度較小,可忽略彎曲應力,按薄膜理論考慮。,應力 壁厚,確定罐壁厚度需要考慮的因素,每層罐壁板的厚度不同;每層罐壁板中的應力分布不均勻:定點法:罐壁中最大應力發(fā)生在距下端300mm(1英尺)處;變點法:按罐壁板中的最大應力考慮;焊縫系數(shù);腐蝕裕量。,罐體結(jié)構(gòu)示
5、意圖,,下節(jié)點及罐壁的變形分布圖,,,5.1.1 確定罐壁厚度的幾種標準,中國SH3046標準(定點法) 日本JIS B8501標準(定點法) 英國BS2654標準(定點法) 美國API650標準(變設計點法),1、中國SH3046標準(定點法),t1 — 儲存預定介質(zhì)時的設計厚度,mm; ρ — 儲液密度,kg/m3; H — 計算的罐壁板底邊至設計儲液高度的距離,m; D — 儲罐內(nèi)直徑,m; [σ] — 常溫下罐壁
6、鋼板的許用應力,MPa; Φ — 焊縫系數(shù),一般取0.9; C1 — 鋼板厚度負偏差,mm; C2 — 腐蝕裕量,mm;,2、日本JIS B8501標準(定點法),t — 最小板厚,mm; ρ — 儲液比重(當小于1時,取1);H — 由該段壁板的下端至設計液位的高度,m; D — 儲罐內(nèi)直徑,m; fm— 母材的許用應力,MPa ;Φ — 焊縫效率,一般取1.0,其中第一層取0.85; C — 腐蝕裕量,mm。,,3
7、、英國BS2654標準定點法計算,t — 最小板厚,mm; w — 儲液密度,g/ml(取值不得小于1);H — 由該段壁板的下端至設計液位的高度,m; D — 儲罐內(nèi)直徑,m; S — 設計許用應力,MPa; P — 設計壓力,mbar(對無壓儲罐可忽略不計); C — 腐蝕裕量,mm;,,4、美國API650標準(變設計點法),底圈罐壁板計算厚度,,,,兩者之中取最小值,各圈壁厚的變點計算法,hi-1——計算圈的下面一圈
8、的圈板高,m;r——油罐半徑,m;ti——所需計算的第i圈的罐壁計算厚度,mm;tai——根據(jù)變點位置求得的第i圈的壁厚值,mm。,變點法到計算圈板底邊的距離,式中,,,,變點法需反復試算迭代,計算工作量大,三式之中取最小值,四種標準計算結(jié)果的比較(10萬方罐),壁厚比較,,四種標準計算的罐壁總重量比較( kg),,罐壁的開孔補強,由于使用要求,必須在罐壁上開孔并接管;開孔后的罐壁將在孔的附近產(chǎn)生應力集中,導致孔口疲勞破壞或脆性
9、裂口,使孔口撕裂;補強的辦法是在開孔的周圍焊上補強鋼板,增大開孔周圍的壁厚;“等截面”補強方法。,補強板形狀,開孔直徑不超過250mm,開孔直徑超過250mm,,,5.2 立式鋼油罐的抗風設計,油罐的抗風設計和計算很重要,國內(nèi)外均發(fā)生過在風力作用下罐壁產(chǎn)生局部失穩(wěn)的現(xiàn)象;抗風設計的主要措施是在罐頂加設抗風圈,對大型油罐,除抗風圈外,在抗風圈的下面還需加設一圈或數(shù)圈加強圈。,5.2.1 風載荷的分布和計算,正對著風的一點稱為駐點,
10、駐點的風壓值最高;迎風面上大約600范圍受壓,其它部分是吸力。,風壓根據(jù)風速計算,標準風速以一般平坦地區(qū),離地面10m高,30年一遇的10分鐘平均最大風速為依據(jù)。,對于敞口油罐,設計風壓按下式計算,,風壓高度變化系數(shù),,5.2.2 抗風圈的設計和計算,抗風圈設置在油罐的頂部,通常位于包邊角鋼以下1m位置??癸L圈的外形可以是圓的,也可以是多邊形的??癸L圈是由鋼板和型鋼拼裝成的組合斷面結(jié)構(gòu)??癸L圈的剛度由截面系數(shù)確定。,結(jié)構(gòu)——抗
11、風圈的扶梯穿過孔,,SH3046,基本風壓值取700Pa,距地面15m。,,WZ——截面模數(shù)D——油罐內(nèi)徑;H——罐頂高度;,假設迎風面風壓分布范圍所對應的抗風圈區(qū)段為兩端餃支的圓拱,沿拱鈾線的風呈正弦曲線分布,圓拱所對應的圓心角為60度,并假設罐壁上半部分的迎風面風壓由抗風圈承擔,API650和BS2564,標準風速取45m/s,距地面9m。,,JIS B8501,標準風速取70m/s,距地面15m。,5.2.3 加強圈的設計和計
12、算,抗風圈以下的罐壁,仍有可能被吹扁,需設置加強圈。風壓失穩(wěn)由不均勻分布外壓造成,和均勻外壓失穩(wěn)的臨界壓力相比,低13.6%。罐壁失穩(wěn)按均勻外壓考慮。,當量高度,油罐是階梯形變斷面圓筒,按當量高度折算;將壁厚不同的各筒節(jié)折算成直徑相同、穩(wěn)定性相同的等壁厚圓筒,折算后的筒節(jié)高度稱為當量高度;按折算后的等壁厚圓筒設計加強圈。,當量高度計算,SH3046推薦方法,該方法以薄壁短圓筒在外壓作用下的臨界壓力計算公式為基礎,參照當量高度的概念
13、得出:,加強圈的數(shù)量及其位置,,例題,一臺浮頂油罐內(nèi)徑60m,高18m,罐壁由9層2m寬的圈板組層,抗風圈設在離上口1m處,罐壁自上而下的厚度分別為10、10、10、12、14、16、18、20、23mm,建罐地區(qū)基本風壓W0=70kgf/m2,求加強圈的個數(shù),位置及尺寸。,解:,(1)求設計壓力P,(2)求[Pcr],各圈的He值,列表如下:,,,(3)確定加強圈的個數(shù)與位置,所以需設2個加強圈。,,第一個加強圈:在當量筒體上距抗風圈
14、HE/3處;HE/3=8.811/3=2.937m,因位于tmin處,故無需折算。第二個加強圈:在當量筒體上距抗風圈2/3HE處; 2/3HE =8.811?2/3=5.874m,因不在tmin處,故需折算,其距抗風圈的實際距離為。,(4)加強圈的尺寸,參閱下表,取加強圈角鋼為200?100?12mm。,5.2 浮頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)與強度,浮頂油罐是在大中型油罐罐頂中最常見的結(jié)構(gòu)形式;浮頂有兩種:雙盤式:有上下兩層蓋板,隔熱效果好,用來存
15、放輕質(zhì)油等,多用于5000m3或更小的罐;單盤式:周邊為環(huán)形浮船,中間為單盤,多用于5000m3以上的罐。,5.2.1 浮頂結(jié)構(gòu),單盤式浮頂?shù)闹苓厼榄h(huán)形浮船,中間為單盤。,,,單盤由鋼板搭接而成,排板的形式有兩種,條形排板,人字形排板,,環(huán)形浮船:由隔板分隔成若干互不滲漏的艙室;艙室的數(shù)目根據(jù)需要確定。立柱:設置若干立柱的目的有兩方面:當液面處于較低的位置時,浮頂下降并支承在立柱上,避免與罐內(nèi)附件碰撞;檢修時的浮頂支于立柱上。
16、浮頂上有中央排水管:由若干段鋼管組成,管與管之間有活動接頭。自動通氣閥:使罐底與浮頂之間的空間接通大氣。,轉(zhuǎn)動扶梯:作為從罐壁盤梯的頂平臺到浮頂?shù)耐ǖ?。導向裝置:防止浮頂轉(zhuǎn)動或偏移。人孔:每個艙室上應設置船艙人孔,定期進入艙室檢查有無滲漏或滲油處。浮頂上至少設置一個人孔,以便油罐排空后在檢修進行通風、透光和便于檢修人員的出入。密封裝置:填充浮頂?shù)耐膺吘壈迮c罐壁之間的200~300mm間隙。,,重錘式機械密封1—罐壁;2—橡膠
17、板;3—滑板;4—浮船;5—重錘,軟泡沫塑料密封1—固定板;2—密封膠袋;3—鋸齒,4—泡沫塑料;5—罐壁;6—防護板;7—浮船,浮頂?shù)脑O計準則,浮頂?shù)脑O計應滿足以下四個條件:(1)對于單盤式浮頂,設計時應做到單盤板和任意兩個相鄰艙室同時破裂時浮頂不沉沒;對于雙盤式浮頂,設計應做到任意兩個艙室同時破裂時浮頂不沉沒。(2)在整個罐頂面積上有250mm降雨量的水積存在單盤上時浮頂不沉沒。(3)在正常操作條件下,單盤與儲液之間不存在
18、油氣空間。(4)在以上各種條件下,浮頂能保持結(jié)構(gòu)的完整性,不產(chǎn)生強度或失穩(wěn)性破壞。,本章小結(jié),立式油罐分為:浮頂油罐、拱頂油罐、內(nèi)浮頂油罐、錐頂油罐、懸鏈式油罐浮頂油罐的優(yōu)點;罐壁設計以薄膜理論為基礎;罐壁設計的兩種方法:定點法和變點法;罐壁設計的四種標準;,罐壁開孔的補強方法——等截面法。立式油罐的抗風設計——抗風圈和加強圈;立式油罐的風載荷分布與計算;抗風圈截面模數(shù)的確定;加強圈數(shù)量及位置確定——當量高度法;浮頂
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