拱顶油罐装.doc

西安石油大学本科课程设计

《油罐及管道强度设计》
课程设计

题 目 1000m3拱顶油罐图
所在院（系） 石油工程学院
专业班级 储运0601
学号 200604020108
学生姓名 匡文鑫
指导教师 李睿
完成时间 2009年7月10日

课程设计任务书
题 目
1000m3拱顶油罐装配图
学生姓名
匡文鑫
学号
200604020108
专业班级
储运0601
设
计
内
容
与
要
求
一、原始数据
1．适用范围及设计条件
油罐用于储存柴油及不易挥发的相类似油品。
（1）设计压力 正压：1960Pa
负压：490Pa
（2）设计温度 -19℃≤t≤90℃
（3）基本风压 686Pa
（4）雪载荷 441 Pa
（5）抗震设防烈度 8度
（6）场地土类型 II类
（7）储液密度 ≤1000kg/ m3
（8）腐蚀裕量 1mm
2．设计基本参数和尺寸
(1) 罐体
1000m3罐体的基本参数和尺寸见表一。
表一：1000m3拱顶油罐基本参数和尺寸
容积（m3）
油罐
内径
（mm）
罐底
直径
（mm）
高度（mm）
顶板
厚度
（mm）
底板
厚度
（mm）
主体
材料
油罐
总质
量（kg）
公
称
计
算
壁
高
顶
高
总
高
中幅板
边缘板
1000
1100
11500
11630
10707
1253
11960
6
7
7
Q235-A
31615
(2)油罐附件
a.罐壁人孔
罐壁人孔安装于罐壁最底圈壁板上，其中心距离罐底约800mm。人孔位置应与透光孔相对应，以便采光通气。当只有一个透光孔时，人孔应设在透光孔至180度位置上。人孔的规格及制造目前已定型化，其规格及选用见表二。
表二：人孔、透光孔及量油孔选用表
容积（m3）
罐壁人孔
透光孔
量油孔
数量
直径(mm)
质量
(kg)
数量
直径(mm)
质量
(kg)
数量
直径(mm)
质量
(kg)
1000~2000
1
600
126
2
500
47.7
1
150
7.6
b.量油孔
量油孔一般适用于人工检尺的油罐，其公称直径是DN150mm。安装位置应在罐顶平台附近并与透光孔相对应，以便测定储液计量或取样。其选用见表二。
c.透光孔
透光孔主要用于油罐放空后的通气和检修时的采光，安装在罐顶平台附近，与人孔对称或在同一方位上布置 。其中心距罐壁1000mm。透光孔的公称直径为DN500mm，其规格及选用见表二。
d.呼吸阀
呼吸阀主要用于固定顶油罐上的通风位置，一般安装在罐顶中心附近，起呼吸作用。其规格及选用见表三。
表三：呼吸阀选用表
输液量
（m3）
管径
（mm）
数量
规格
质量
(kg)
连接尺寸及标准
<100
100
1
DN100
4.7
PN6,DNXX
JB/T81-94
101~150
150
1
DN150
9.4
151~250
200
1
DN200
14.4
251~300
250
1
DN250
19.6
>300
300
1
DN300
34

二、设计要求
1．了解拱顶油罐的基本结构和局部构件；
2．根据给定油罐大小，查阅相关标准确定相应构件的规格尺寸；
3．学会使用AUTOCAD制图；
4．相关技术要求参考有关规范。
三、完成内容
1．1000m3拱顶油罐装配图纸一张(2#)；
2．课程设计说明书一份。

起止时间
200 年 月 日 至 200 年 月 日
指导教师签名
年 月 日
系（教研室）主任签名
年 月 日
学生签名
年 月 日

目录
1 1000M3拱顶罐装配图课程设计 4
1.1 设计说明书 4
1.1.1 适用范围 4
1.1.2 设计、制造遵循的主要指标规范 4
1.1.3 罐体规格尺寸范围 4
1.1.4 罐顶盘梯及平台 4
1.1.5 罐体的防腐 4
1.1.6 油罐附件 4
1.1.7 接口 5
1.1.8 液位指示计口 5
1.1.9 消防设施 5
1.1.10 避雷及防静电 5
1.1.11 油罐基础 5
1.1.12 罐体保温 6
1.1.13 罐体外壁涂漆 6
1.1.14 选用说明 6
1.1.15 油罐的制造、检验及验收 6
1.1.16 原始数据 6
1.1.17 开口说明 6
1.1.18 技术要求 7
1.2 设计计算书 8
1.2.1 设计原始数据 8
1.2.2 油罐尺寸的确定 8
1.2.3 油罐罐壁的设计计算 8
1.2.3.1 油罐罐壁钢板的尺寸,排板确定 8
1.2.3.2 罐壁各层钢板厚度的计算 8
1.2.4 油罐罐底的设计计算 11
1.2.5 罐顶的设计计算 11
1.2.5.1 计算载荷（设计压力）的确定 12
1.2.5.2 油罐罐顶的校核 13
参考文献 13

1 1000m3拱顶罐装配图课程设计

1.1 设计说明书
1.1.1 适用范围
此设计中油罐储存介质为柴油及不易挥发的相类似油品。
设计条件
设计压力 正压： 1960Pa
负压： 490Pa
设计温度 -19℃≤t≤90℃
基本风压 686 Pa
雪载荷 441 Pa
抗震设防烈度 8度（近震）
场地土类型 II类
储液密度 ≤1000kg/m3
腐蚀裕量 1mm
当介质腐蚀性较强，腐蚀速率超过0.1mm/a时，应根据介质对碳钢腐蚀速率确定适当的腐蚀裕量，并相应增加油罐壁板及油罐底版的厚度或采取其它防腐措施。
1.1.2 设计、制造遵循的主要指标规范
SH3046《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》
GBJ128《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》
SH3048《石油化工钢制设备抗震设计规范》
GB50205《钢结构工程施工质量验收规范》
1.1.3 罐体规格尺寸范围
1.1.3.1 公称容积：1000 m3
1.1.3.2 公称直径：DN11500 mm
1.1.4 罐顶盘梯及平台
此设计中所有油罐均采用45°升角的螺旋盘梯。盘梯均按左旋布置，用户可根据实际情况自行改动。
1.1.5 罐体的防腐
此设计中对油罐内壁防腐未做具体规定，当用户根据介质情况需要对油罐做内防腐时，选用者可根据具体要求确定防腐级别，并提出相应的技术要求。
一般防腐可采用刷二遍底漆，二遍面漆。
1.1.6 油罐附件
1.1.6.1 罐壁人孔
罐壁人孔均安装于罐壁最底圈壁板上，其中心距离罐底约800mm。人孔位置应与透光孔相对应。以便采光通气。当只有一个透光孔时，人孔应设在透光孔之180°位置上。
1.1.6.2 量油孔
量油孔一般适用于人工检尺的油罐，其公称直径为DN150mm。安装位置应在罐顶平台附近并与透光孔相对应。以便测定储液计量或取样。
1.1.6.3 透光孔
透光孔主要用于油罐放空后的通气和检修时的采光，安装在罐顶平台附近，与人孔对称或在同一方位上布置。其中心距罐壁1000mm。透光孔的公称直径为DN500mm。
1.1.6.4 呼吸阀
呼吸阀只要用于固定油罐上的通风装置，一般安装在罐顶中心附近，起呼吸作用。
1.1.7 接口
此设计中所设置的接口数量、规格及用途是推荐性的。选用者可根据需要，参照表中给出的各种管口要求，自行变更其规格、数量，安装方位及标高。

1.1.8 液位指示计口
此设计中未设液位指示计口，选用者可根据具体情况设定液位指示计口的规格、定位尺寸、方位。定货时须注明油罐高度。
1.1.9 消防设施
此设计中油罐采用泡沫消防，根据油罐容积大小不同，设置不同数量、不同规格的泡沫发生器。本图集中仅提供泡沫发生器与罐壁连接的开孔数量、规格尺寸及方位。泡沫发生器由选用者确定。并应根据储存介质的特性，校核空气泡沫发生器的规格和数量。
1.1.10 避雷及防静电
此设计中油罐未设置避雷及防静电设施。选用时由选用单位相应专业根据有关规范确定设置避雷及防静电设施。
1.1.11 油罐基础
1.1.11.1 基本要求
油罐基础应符合GBJ128《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》 和SH3046《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》中的规定。其基本要求如下：
(1)基础面层应为绝缘防腐层，基础表面任意方向上不应有凸起的棱角。基础表面凹凸度从油罐中心向周边测量不应超过25mm。
(2)基础锥面坡度：对一般地基应为15/1000，对软弱地基一般不应大于35/1000。基础沉降基本稳定后的锥面坡度应不小于8/1000。
1.1.11.2 油罐基础设计条件
选用者可按工程实际情况，对其中的空白项加以补充后，提供给土建专业，作为油罐基础的设计依据。
1.1.12 罐体保温
此设计中油罐的罐体保温应由选用者按照工程的具体情况，确定保温材料、保温结构及保温厚度。
1.1.13 罐体外壁涂漆
此设计中油罐的罐体外壁无保温时要求涂两遍底漆，两遍面漆。当油罐有外壁保温时，不涂刷面漆。
1.1.14 选用说明
1.1.14.1 选用原则
(1)油罐的工作条件必须满足本说明的设计条件，如不能满足上述设计条件，应由选用者重新校核所选用的油罐厚度及稳定性。
(2)油罐的进、出口管的规格与本系列推荐的不同时，应对油罐附件（呼吸阀）的规格尺寸按工艺条件核算后方可选用。必要时应加大其规格尺寸或增加数量。
(3)喷淋管的支架由选用者根据需要现场焊接。其它支架允许现场焊接，但支架的载荷不能过重。
1.1.15 油罐的制造、检验及验收
此设计中油罐的制造、检验及验收按GBJ128《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》进行。
1.1.16 原始数据
1.1.16.1 适用范围及设计条件
拱顶油罐储存介质为柴油及不易挥发的相类似油品。
（1）设计压力 正压：1960Pa
负压：490Pa
（2）设计温度 -19℃≤t≤90℃
（3）计算风压 686Pa
（4）雪载荷 441Pa
（5）抗震设防烈度 8 度
（6）场地土地类型 II类
（7）储液密度 ≤1000Kg/m3
（8）腐蚀裕量 1mm
1.1.17 开口说明
（1）进油口公称直径为50mm,伸出高度（H）为200mm。
（2）出油口公称直径为50mm,伸出高度（H）为200mm。
（3）透光孔公称直径为500mm。
（4）呼吸阀公称直径为100mm。
（5）量油孔公称直径为150mm。
（6）温度计开口公称直径为25mm,伸出高度（H）为200mm。
（7）罐壁人孔公称直径为600mm。
（8）排水口公称直径为50mm,伸出高度（H）为200mm。
1.1.18 技术要求
（1）本油罐按GBJ128《立式圆筒行钢制焊接油罐施工及验收规范》进行制造、试验和验收。
（2）本油罐罐体在基础检查验收合格后方可进行整体安装。
（3）本油罐所用钢板的技术条件应符合GB3274《碳素结构刚和低合金结构刚热轧厚钢板和刚带》的有关规定。
（4）所有罐壁开口应避开罐壁焊缝，开口接管或补强圈边缘距罐壁焊缝应大于100mm。
（5）油罐安装完毕后，罐体外表面刷二遍底漆，二遍面漆。（有保温时不刷面漆）
（6）管口及梯子方位按图所示。

1.2 设计计算书
1.2.1 设计原始数据
① 罐容积：1000 m3
② 储存介质：柴油(密度840 Kg/m3)
③ 地震烈度：8度
④ 风压：686N/m2
⑤ 风压变化系数：1.0
⑥ 温度：－19℃～90℃
1.2.2 油罐尺寸的确定
参考中华人民共和国行业标准钢制立式圆筒形固定顶储罐系列HG 21502.1确定D=11500mm，H=10707mm，拱顶高度为1253mm,总高为11960 mm。
1.2.3 油罐罐壁的设计计算
1.2.3.1 油罐罐壁钢板的尺寸,排板确定
上下圈板之间采用套筒式搭接，搭接长度取50mm。
油罐罐壁钢板的尺寸规格定为1750×5200mm
油罐周长mm （1-1）
每圈罐壁筒节所需钢板
△：每块钢板的加工余量 △=10mm(经验值)
这样除去边缘的加工余量后,每块钢板的实际可用长度L’为:
L’=5200-2×10=5180mm
实际每圈所需钢板数
油罐的高度H=10707 mm
每块钢板除去余量后实际宽度B为:
B=1750-2×10=1730mm
罐壁钢板层数
取n=7
由以上得出,油罐罐壁由6层钢板,每层7块钢板组焊而成。
1.2.3.2 罐壁各层钢板厚度的计算
罐壁各层钢板厚度的计算由文献[1]中5.3.1-1和5.3.1-2进行，公式5.3.1-1和5.3.1-2分别为：
（1-2）
（1-3）

式中 —储存介质时的设计厚度，mm；
—储存水时的设计厚度，mm；
—储液密度，kg/m3；
H—计算的罐壁板至罐壁顶端的垂直距离，m；
D—储罐内径，m；
—设计温度下罐壁钢板的许用应力，Mpa；
—常温下罐壁钢板的许用应力，Mpa；
—焊缝系数，取0.9；
—钢板的厚度负偏差，mm；
—腐蚀余量，mm；
每层罐壁钢板取，中的最大值，最后按GB709进行钢板厚度的向上圆整。
—在设计中取为1mm；
—通过查Q235-A，确定＝0.25mm。
由前面介绍知钢板选材为20R：壁厚确定公式是将油罐视作薄壁容器，根据薄膜理论，按所选壁板能够承受的最大应力作为临界应力值，将公式反推回来成为关于求解壁厚的计算式。油罐的上两层圈板是按照刚度条件来确定其厚度的，下部的4层圈板则是按照强度条件确定它们各自的厚度的。
1 第一层壁板的厚度计算（从底部算起）
设此时的厚度在5-7mm之间,由文献[1]中
表3.2.2得出
=157Mpa
第一层壁板高度：H＝10.707m
mm
mm
所以向上圆整为5 mm
2 第二层壁板的厚度计算
第二层壁板计算时的高度为：H＝10.707-1.73=8.977m
mm
mm
圆整为5 mm
3 第三层壁板的厚度计算
第三层壁板计算时的高度为：H=8.977-1.73=7.247m
mm
mm
圆整为5mm
4 第四层壁板的厚度计算
第四层壁板计算时的高度为：H=7.247-1.73=5.517m
mm
mm
圆整为5mm
5 第五层壁板的厚度计算
第五层壁板计算时的高度为:H=5.517-1.73=3.787 m
mm
mm
圆整为5mm
6 第六层壁板的厚度计算
第六层壁板计算时的高度为：H＝3.787-1.73＝2.057 m
mm
mm
圆整为5mm
7 第七层壁板的厚度计算
第七层壁板计算时的高度为：H＝2.057-1.73＝0.327 m
mm
mm
圆整为5mm
表1-1 罐壁钢板材料及厚度
名称
材料
厚度（mm）
第一层罐壁
Q235-A
5
第二层罐壁
Q235-A
5
第三层罐壁
Q235-A
5
第四层罐壁
Q235-A
5
第五层罐壁
Q235-A
5
第六层罐壁
Q235-A
5
第七层罐壁
Q235-A
5
罐壁顶端装置的包边角钢按文献[1]表5.2.1进行选取定为：。
1.2.4 油罐罐底的设计计算
(1) 油罐罐底直径的计算
D1=D+2δ1+2δ （1-4）
式中 D1—罐底直径，mm；
δ—边缘板外伸量，为100mm；
D=11500+25+2100=11710 mm
(2) 中幅板的设计
中幅板的厚度选取先按文献[5]表4.1.1选取一个基值为不小于6mm，设计时考虑了腐蚀余量以及焊接方法的选择及焊接的易操作性，加之其对地基的影响，取中幅板的厚度为：
=6+5+1=12mm
其中 6mm为中幅板必需的最小值；
5mm是为腐蚀余量较严重，焊接及地基要求而增加的；
1mm为腐蚀余量。
1.2.5 罐顶的设计计算
顶板的块数确定按选取的顶板尺寸：
中心板取半径为1000mm
拱顶曲率半径R=1.2D
所以R=1.211500=13800mm
罐顶起始角 （1-5）
式中 D—油罐直径;
R—罐顶曲率半径。

拱顶顶板长 （1-6）
每块顶板所对的圆心角为 =
顶板块数 块
大端弦长 （1-7）
式中 —搭接宽度，mm；
mm；
所以
小端弦长 （1-8）
式中 —搭接宽度；
r—拱顶中心孔的半径；
所以
所以罐顶由6块，每块长为5927mm，大端弦长6052.6mm，小端弦长1096.7mm的板组成。
1.2.5.1 计算载荷（设计压力）的确定
罐顶向下外载荷（设计外压）应包括自重、罐内真空（排油时）度、雪载、活载荷组成。设计外压会使球壳受压失稳，也会使包边角钢被拉（横推力）。
设计外压 =+++ （1-9）
式中 —顶结构单位面积自重Pa；
—为操作时最大真空度，一般取500Pa(1.2倍呼吸阀开启压力)；
—雪载荷，取441Pa；
—活载荷Pa，通常取400Pa通常当雪载时，取。
（1-10）
Pa
罐顶内载荷（设计内压）由(油气压力—重力)，这一载荷使球壳产生薄膜应力破坏，并使包边角钢成为受压环。
内载荷 （1-11）
式中 --呼气阀的开启压力，通常取Pa；
--作用于球壳上的内载荷，Pa。
Pa
拱顶设计压P取设计外压与设计内压的最大值，所以设计外压=1900Pa。
1.2.5.2 油罐罐顶的校核
根据古典球壳临界载荷公式
（1-12）
式中 —临界载荷，kgf/cm；
t—板厚，cm；
E—弹性模量，kgf/cm；
R—球壳曲率半径，cm；
—波桑系数，取0.3。

试验值比上述理论小2~2.5倍，而工程上拱顶为钢板拼焊，几何形状误差大，取许用压力为Pcr的（安全导数n=12），则光球壳许用外压力（外载荷）
[P]=[q]=0.1E(t/R)2 （1-13）
=3813.66Pa
由1.2.5.1计算载荷（设计压力）而知，
462Pa
Pa
罐顶内载荷（设计内压）由(油气压力—重力)，这一载荷使球壳产生薄膜应力破坏，并使包边角钢成为受压环。
内载荷 （1-14）
式中q5—呼气阀的开启压力，通常取q5=2000Pa；
—作用于球壳上的内载荷，Pa。
Pa
拱顶设计压力P取设计外压与设计内压的最大值，所以设计外压=1900Pa。
[q]>,所以球壳安全。

13