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百家乐技巧大型立式储罐结构设计doc

发布时间:2020-09-17 00:40

  设计题目 大型立式储油罐结构设计 技术参数和设计要求: 技术参数:直径 15m 长度 10.5m 材质 16Mn 壁厚 10mm 设计要求:工作压力 2.0kgf/cm2 实验压力 2.5kgf/cm2 常温下微冲击 设计任务: 1.写出该结构的几种设计方案 2.强度计算及尺寸选择 3.绘制结构设计图 4.撰写主要工艺过程 5.撰写设计说明书 工作计划与进度安排: 1.查阅资料 2天 2.设计计算 3.上机绘图 4.答辩 年 月 日 课程设计任务书 1 储罐及其发展概况 油品和各种液体化学品的储存设备—储罐是石油化工装置和储运系统设施的重要组成部分。由于大型储罐的容积大、使用寿命长。百家乐技巧热设计规范制造的费用低,还节约材料。 20世纪70年代以来,内浮顶储油罐和大型浮顶油罐发展较快。第一个发展油罐内部覆盖层的施法国。1955年美国也开始建造此种类型的储罐。1962年美国德士古公司就开始使用带盖浮顶罐,并在纽瓦克建有世界上最大直径为187ft(61.6mm)2.1.1 正装法 此种方法的特点是指把钢板从罐底部一直到顶部逐块安装起来,它在浮顶罐的施工安装中用得较多,即所谓充水正装法,它的安装顺序是在罐低及二层圈板安装后,开始在罐内安装浮顶,临时的支撑腿,为了加强排水,罐顶中心要比周边浮筒低,浮顶安装完以后,装上水除去支撑腿,浮顶即作为安装操作平台,每安装一层后,将上升到上一层工作面,继续进行安装。 2.1.2 倒装法 先从罐顶开始从上往下安装,将罐顶和上层罐圈在地面上安装,焊好以后将第二圈板围在第一罐圈的外围,以第一罐圈为胎具,对中点焊成圆圈后,将第一罐圈及罐顶盖部分整体吊至第一、二罐圈相搭接的位置,停于点焊,然后在焊死环焊缝。用同样的方法把下面的部分依次点焊环焊,直到罐底板的角接焊死即成。 2.1.3 卷装法 将罐体先预制成整幅钢板,然后用胎具将其卷筒,在运至储罐基础上,将其卷筒竖起来,展成罐体装上顶盖封闭安装而建成。 2.2 各种方法优缺点比较 2.2.1 正装法 这种装焊方法需要采用多种设备和装配夹具,大多数装配焊接都要搭脚手架,此外,装配工作在吊架吊台上工作,不仅操作不方便,不宜保证焊接质量,还花费时间,而且高空焊接薄钢焊接容易变形,工序烦琐,各工种相互制约,施工速度慢,也不安全,所以在大型储罐中很少采用正装法。 2.2.2 倒装法 这种方法不用搭脚手架,并且操作人员是在地面上工作,安全增加,有利于提高工程质量,但相比于卷装法来说,由于倒装法也是在工地作用,因此劳动强度还是比较大,而卷装法生产效率和产品质量上都比前两中大有提高。 综上所述,采用卷装法。 2.3 油罐的基础 为了确保有一个稳定性,排水良好,具有足够承载能力,必须建造油罐基础或底座,大的油罐常需带有混淋土的基础,以便把整个基础封闭起来,增加稳定性。油罐基础座,根据油罐的类型,容易满足生产使用要求,地形、地貌、地基条件,以及施工技术条件的因素。合理选用的油罐基础有以下常见几种:护坡式基础、环墙式基础、外环墙式基础、特殊构造的基础。 根据比较选用,护坡式基础[2]。 3 罐壁设计 3.1 罐壁的强度计算 3.1.1 罐壁厚的计算 (3.1) 式中:—设计压力:0.2(Mpa); —罐的内径:15000(mm); —设计温度下材料的许用应力230(Mpa); —焊缝系数:查表得0.9; —钢板的负偏差0.8(mm); —腐蚀裕度; K—腐蚀,轻微腐蚀1.0(mm); B—容器的使用寿命10年; —壁厚减薄量0(mm); 取 3.1.2 罐壁的应力校核 (3.2) 故满足材料要求 按照试验应力公式校核 (3.3) 式中:—为材料的屈服极限, 而 故满足要求。 3.2 储罐的风力稳定计算 3.2.1 抗风圈 浮顶储罐没有固定顶盖,为使储罐在风载作用下保持上口圆度,以维持储罐整体形状,故需在储罐上部整个圆周上设置一个抗风圈。 3.2.2 抗风圈所需要的最小截面系数WZ 假定作用月储罐外壁还风面的风后按正弦曲线分布。风取分布范围所对应的抗风圈区段为两段较的圆拱,如图3.1[4]所示,圆拱所对应的圆心角为 60° 图3.1 抗风圈区段 储罐上半部罐壁所承受的风载荷有抗风圈承担 (3.4) 式中—抗风圈所必须的最小截面系数(m3); —材料许用应力(Mpa); 且 —圆拱的跨中弯矩(N·m); (3.5) 式中R—储罐半径.(m); —圆拱对应的圆心角 ; P0—罐壁驻点线上单位弧长的风载荷(N·m); 由风洞实验得出 (3.6) H—罐壁全高(m); P1—设计风速(N/m2); 其中体形系数K1=,风速高度变化,系数(取离地15m高处的值) 则有 (3.7) 式中D—储罐直径(m); —建罐地区的基本风速(N/m2);查表得550(N/m2); —抗风圈所必须的最小截面系数(mm3); 在选择抗风圈截面时,应满足使抗风圈的截面系数 则有: 取 当抗风圈遇到盘梯而需开口时,应进行加强,使其断面系数不低于 。开口的罐壁应采用角钢加强,角钢两端伸出开口的长度应不小于抗风圈的最小宽度。抗风圈腹板开口边缘应采用垂直安放的扁钢加强。 抗风圈的外周边可以是圆形或多边型,它可以采用型钢或型钢与钢板的组合件制成。所用的钢板最小厚度为5mm。角钢的最小尺寸为63×6,如图所示抗风圈形式。为满足强度条件,抗风圈本身的接头必须采用全焊透的对接焊缝,抗风圈与罐壁之间的焊接,上表面采用连续满角焊,下面可采用断焊。 3.2.3 加强圈计算 在风载荷作用下,罐壁筒体应进行稳定性校核,防止储罐被风吹瘪。判定储罐的侧压稳定条件为 (3.8) 式中Pcr—罐壁许用临界应力(Pa); P0—设计外压(Pa); 罐壁许用临界应力的计算 由SH3046—92推荐的方法,得在外压作用下的临界压力公式 (3.9) 式中Pcr—临界压力(Pa); E—圆筒材料的弹性模量:192×109(Pa); —圆筒壁厚(m); D—圆筒直径(m); L—圆角长度(m); 罐壁设计外压计算 罐壁设计外压用下式表示,即 (3.10) 式中P0—罐壁设计外压(Pa); —风载荷体形系数; —风压高度变化系数; —基本风压(Pa); —罐内负压(Pa); 对固定顶储罐,罐壁的设计外压计算公式为:0 (3.11) —基本风压(Pa); —风载荷体形系数; 故满足要求。 加强圈数量及间距 由于Pcr P0,所以在罐壁上不需要设置加强圈。 3.3 储罐的抗震计算 3.3.1 地震载荷的计算 自震周期计算 储罐的罐液耦连震动基本自震周期为 (3.12) 式中 T1—储罐的罐液耦连震动基本自震周期(s); e —自然对数的底:2.718; Hw—储罐底面到储液面的高度:10.5m; —储罐的内直径:15mm —位于罐壁高度1/3处的罐壁名义厚度:10×10-3m 则 水平地震作用几效应计算 (3.14) (3.15) 式中 —储罐的水平地震作用(N); —水平地震影响系数,按罐液耦连震动基本自震周期确定 meq—等效质量(Kg); mL—储液质量(Kg); g —重力加速度取9.81m/s2 —动液系数; KZ—综合影响系数取KZ=0.4; 水平地震作用对罐底的倾覆力矩 M1= 罐壁竖向稳定许用临界应力计算 第一周罐壁的竖向稳定临界应力 (3.16) (3.17) 第一周罐壁稳定许用临界应力 (3.18) 式中 E—罐壁材料的弹性模量(Pa); D1—第一圈罐壁的平均直径(m); —第一圈罐壁的有效厚度(m); H—罐壁的高度(m); KC—系数; —设备重要度差别; 3.3.2 抗震验算 罐底周边单位长度上的提离力 (3.19) (3.20) 式中 —罐底周边单位长度上的提离力(N/m); FL0—储液和罐底的最大提离反抗力(N/m); 当其值大于时,取; y—罐底环形边缘板的屈服点(Pa); PX—储液密度(Kg/m3); 罐底周边单位长度上的提离反抗力 (3.21) 式中—罐底周遍单位长度上的提离反抗力(N/m); N1—第一圈罐壁底部所承受的重力(N); 无锚固储罐应满足的条件 罐底部压应力 (3.22)—罐壁底部的竖向压应力(Pa); A1—第一圈罐壁的截面积, (m); Z1—第一圈罐壁的截面抵抗矩,(m); 由于 所以采取用锚固螺栓通过螺栓座把储罐锚固在基储上。 锚固螺栓应力 (3.23) 式中—地脚螺栓的拉应力,若0,则地脚螺栓的拉应力为0(Pa); n —地脚螺栓的个数(20个); —个地脚螺栓的有效截面积(m3); Dr —地脚螺栓的中心圆直径(m); ]—地脚螺栓抗震设计的许用应力(Pa); ; ; ; 故满足要求 3.3.3 液面晃动波高计算 罐内液面晃动波高 ; ; 式中—浮顶影响系数,取0.85; —阻尼修正系数,当大于10s时,取=1.05; —地震影响系数,取0.82; (3.24) 故取=1.05; 3.3.4 地震对储罐的破坏 储罐在地震时的破坏,百家乐技巧,重要有1.储罐本身的震害,如浮顶沉没,焊缝破裂,罐壁下部屈服等。2.液面晃动对储罐的危害,晃动造成的液体高度变化对罐壁产生的动液压一般不大,但产生的冲击力,有可能破坏罐顶和罐壁顶部的焊缝3.储液负数设备和基础发生破坏。 3.3.5 储罐抗震加固措施 当验算核实罐壁厚度不满足抗震要求时,应采取加补强板,加强环,支撑等加固措施。 加强板在最下层壁板圆孔以下罐内(外)沿罐壁圆周增设宽度不小于300mm,厚度不小于4mm的钢板加强,加强板要和壁板底板焊牢,并保证焊接质量 加强环可在罐内或罐外设置,距离罐的水平焊缝不得小于150mm。加强环与罐壁连接成型,其截面尺寸按储罐的直径决定。见表3.1[1]。 表3.1 加强环尺寸 储罐直径(m) 加强环尺寸 备注 L100×63×8 采用其他形状的截面,其断面系数应相同 图4.1 罐底排版图 边缘板之间,边缘板与中幅板之间,以及中幅板之间的焊接可采用搭接焊结构,也可采用对接焊结构,如图4.2,选择对接焊工艺。焊缝下面应紧贴垫板,垫板厚度应不小于4mm,宽度不小于50mm,以改善焊接质量,加强焊缝,减少腐蚀。当边缘板厚度不大于6mm焊接可不开坡口,但焊缝间隙应大于6mm。当边缘板厚度大于6mm应开V型坡口。 图4.2 加垫板的V型破口图 罐底排板选择带垫板的单面焊对接结构。与采用传统的搭接焊相比,对接焊强度高,能保持罐底平整,节省罐底材料。但要求严格,施工不如搭接焊方便。 罐底与罐壁底圈的内外交焊缝均采用连续焊,焊接高度等于罐底的边缘板厚度。当边缘板厚度大于等于10mm时,为改善受力情况避免应力集中,采用如图所示的角焊方法。 4.2 罐底的应力计算 4.2.1 中幅板的薄膜力 (4.1) 罐壁与边缘板之间的约束弯矩 (4.2) 式中t—边缘板厚(mm); —罐壁第一圈壁板特征系数,; —泊松比,0.3; R—储罐半径,7.5m; —储罐第一圈厚度,10mm; —中幅板的平均厚度,6mm; —底板上的液压高度,10.5m; P—作用在罐底上的储液压力,P= ; —储液密度,800Kg/m3 ; L—边缘板弯曲刚度,14.03m; D—边缘板弯曲刚度; K—弹性地基系数(一般取为400KN/m2); β—罐壁边缘板特征系数,; ;; ;; 边缘板上表面的径向应力分布为 (4.3) 边缘板上表面的环向应力分布为 (4.4) 式中-边缘板受弯区域内任一点的弯矩 如图4.3所示的力的平衡关系 图4.3 力的平衡关系图 再分别求出及的弯矩Mx 当x=0时 当x=时 当时 所以当x=时,有最大值且 所以 故均为安全 5 罐顶设计 5.1 拱顶结构及主要的几何尺寸 拱顶罐是目前立式圆柱形储罐中使用最广泛的一种罐顶形式,拱形的主体是球体,它本身是重要的结构,储罐没有衍架和立柱,结构简单,刚性好,承压能力强。 球面由中小盖板瓜皮板组成,瓜皮板一般做成偶数,对称安排,板与板之间相互搭接,搭接宽度不小于5倍板厚,且不小于25mm实际搭接宽度多采用40mm罐顶的外侧采用连接焊,内侧间断焊,中心盖板搭在瓜皮板上,搭接宽度一般取50mm,顶板的厚度为4~6mm。用包边角钢连接的拱顶只有一个曲率,所以又称球顶。这种结构形式在拱顶与罐壁的连接处,(即拱脚)边缘应力较大,为防止油罐破坏装油高度不宜超过拱脚,即拱顶部分不能装油,但球顶罐制作方便,因而得到较广泛的应用。 拱顶的球面半径一般取Rn=0.8~1.2D 式中D-储罐直径,15m; 取Rn=1.0D=15000mm 0 、、D2 、a、b、根据图可知,有 sin0 = 0 =30° (5.1) sin0 = (5.2) 式中D2 -中小孔直径,查表得D2 =2000mm sin0 = 0 =3.872° a-取25mm b-取30 mm 5.2 扇形顶板尺寸 扇形顶板块数n最好为偶数,扇形顶板小头的弧长CD不得小于180 mm, 则瓜边板的展开式状。 R1=Rtg0 =15000tg30°=8660.3mm R2=Rtg=15000tg4.096=1003.4mm =mm mm 5.3 包边角钢 (1)包边角钢与罐顶板之间采用连接较弱,仅需在外侧采用单面连续焊,以保证储罐的密封,焊脚高度不宜大于顶板厚度的3/4,且不大于4mm。 (2)根据SH3046规定储罐所应采用最小包边角钢见表5.1[1]。 表5.1 包边角钢最小尺寸 储罐内径D1m 包边角钢最小尺寸,mm 10D≤20 ∠75×75×8 6 贮罐附件及其选用 6.1 人孔 人孔主要在检修和消除液渣时,以及容器内部附件的安装和拆卸进出贮罐用,安装于罐壁第一圈板上,其中心距离罐底约750㎜,Di〉3000时,人孔直径不小于500㎜,取600㎜。 由于不需补强的最大孔径要满足下述全部要求:⑴设计压力小于或等于2.5Mpa;⑵两相邻开孔中心的间距应不小于两孔直径之和的两倍;⑶接管公称外径小于或等于89㎜。 由于89〈600,故需要开孔补强,采取密集补强等:⑴适用范围:①适用于承受内压的圆角的径向单个原形开孔的补强设计。②两相邻开孔边缘的间距不得小于。③在圆筒上,最大开孔尺寸应在;④应与壳体焊成整体,且采用全熔透焊缝,过滤部分打磨圆角。 ⑵补强设计: 所需补强面积,有的大小确定。 所以= 所以 所以 有效补强范围。对于圆筒有: Lc=0.472Pi =0.472 =83.9mm 故补强面积为A=4500mm2 ,补强板取Dg200 材料16Mn 6.2 通气孔 用于贮存易挥发介质的固定顶罐上再贮罐顶部靠近顶罐中心处安装,起呼吸作用,如图6.1所示: 图6.1 通气孔 表6.1 通气孔规格 尺寸(mm) 规格 d D D1 d1 E H n 4 图7.1 焊接工艺过程图 7.1 板材检验,首先检测板材是否合格。 7.2 钢材的矫形:净化与板加工。 净化常用方法用钢丝刷,砂纸等。材料在搬运和贮存中会产生扭曲,弯曲,隆起等缺陷,在剪切冷割,焊接中也会产生变形,妨碍后面工作的进行,因此必须矫正。 焊接材料的选用。 表7.1 焊接材料选用表 焊条 焊剂 手工电弧焊 J507或J506 431 )1 储罐及其发展概况 2 2 设计方案 3 2.1 各种设计方法 3 2.2 各种方法优缺点比较 3 2.3 油罐的基础 4 3 罐壁设计 5 3.1 罐壁的强度计算 5 3.2 储罐的风力稳定计算 6 3.3 储罐的抗震计算 9 3.4 罐壁结构 14 4 罐底设计 18 4.1 罐底结构设计 18 4.2 罐底的应力计算 20 5 罐顶设计 23 5.1 拱顶结构及主要的几何尺寸 23 5.2 扇形顶板尺寸 24 5.3 包边角钢 24 6 贮罐附件及其选用 25 6.1 人孔 25 6.2 通气孔 26 6.3 量液孔 26 6.4 贮罐进出液口 27 6.5 法兰和垫片 27 7 焊接工艺 28 7.1 板材检验,首先检测板材是否合格。 28 7.2 钢材的矫形:净化与板加工。 28 7.3 焊接材料的选用。 29 7.4 贮罐底板、壁板、顶板制造、组装与焊接 29 7.5 壁板的制造与安装 30 7.6 顶盖的组装与焊接 30 7.7 焊缝的检验和总体试验 31 参 考 文 献 31 22

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