立式拱顶罐设计.docx

吉林化工学院油气储运课程设计Ⅱ

吉林化工学院

油气储运 课 程 设 计

题目 2700m³　拱顶罐设计

教 学 院 化工与材料工程学院
专业班级 油气储运
学生姓名 乔佳琪
学生学号 08160312
指导教师 屈成亮

2011 年 12 月 17日
II
吉林化工学院油气储运课程设计
课程设计任务书
题 目
2700m³拱顶罐设计
学生姓名
乔佳琪
学号
08160312
专业班级
油气0803
设
计
内
容
与
要
求
一、原始数据
适用范围及设计条件：
（1）油罐储存介质为汽油。
（2）设计压力 正压：1960Pa
负压：490Pa
（3）设计温度 自选（-19℃≤t≤90℃）
（4）基本风压 686Pa
（5）雪载荷 441 Pa
（6）抗震设防烈度 8度
（7）场地土类型 II类
（8）储液密度 737㎏／m³
（9）腐蚀裕量 1mm
二、主要构件名称及规格
1.罐体
罐体的基本参数和尺寸见表一。
表一：固定顶油罐系列基本参数和尺寸
容积（m3）
油罐
内径
（mm）
罐底
直径
（mm）
高度（mm）
罐壁
厚度
（mm）
顶(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
2700
2950
17964
18180
11643
4889
16532
8
6
Q235—A
30300
2.油罐附件
（1）罐壁人孔
其规格及选用见表二。
（2）量油孔
其规格及选用见表二。
（3）透光孔
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)
2700
1
600
126
1
500
47.7
1
150
7.6

（4）呼吸阀
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
（5） 排水槽
排水槽用于油罐排水（污）放净之用。排水槽的相应的结构尺寸可查阅相关的规范。
二、设计要求
1.了解拱顶油罐的基本结构和局部构件；
2.确定油罐大小，查阅相关标准确定相应构件的规格尺寸。
3.使用AutoCAD绘制图纸。
三、拟交成果
1. 拱顶油罐装配图一张，四张附件图(都在2#图纸内)；
2. 课程设计详细说明书一份。

I

III
摘要
进入21世纪，随着石油峰值的提前来临加之我国石油资源困乏的双重压力，我国必将加大对石油资源的战略储备，这就迫使国家不得不建造更多更大的油罐以应对石油危机所带来的挑战，而成品油罐的建设是保证市场需求充足供给的坚实基础，对社会稳定和经济的可持续发展具有举足轻重的地位，随着成品油罐需求的增加也产生越来越多的新课题，随着这些新课题的研究和解决，这就使成品油罐的设计与施工技术进一步发展和深化，本次拱顶罐的课程设计主要是加深对储罐分析与设计的基本概念、基本原理与基本方法的理解，将储罐强度设计的基础理论、设计计算方法和标准规范予以总结，为油气储运工程技术人员提供较为全面的参考资料。
关键词：拱顶罐 储罐设计

Abstract
In the 21 st century, with the peak oil coming together with China in advance of oil resources the sleepy double pressure, our country will increase of oil resources strategic reserve, forcing the country had to build more and more oil tank in order to deal with the challenges of the oil crisis, and the construction of product oil is to ensure sufficient supply market demand the solid foundation, to social stability and sustainable development of the economy has the important status, with the growing demand for the product oil also has more and more new issues, as these new topic research and solve, this makes the product oil design and construction technology further development and deepening, the vault of course design is mainly deepen our understanding of the tank analysis and design of the basic concept, the basic principle and basic methods understanding of the storage tanks strength design of the basic theory, the design and calculation methods and standards to summarize, for oil and gas storage and transportation engineering and technical personnel to provide a more comprehensive reference material.
Keywords: vault cans, Tank design;

目录
Abstract I
第1章 绪论 3
1.1储罐的国内外发展概况 3
1.2储罐的用途 4
1.3储罐的分类及适用范围 4
1.4储罐的类型选择 4
1.4.1拱顶罐的发展状况 5
1.4.2拱顶罐设计的国内外发展状况 5
1.4.3拱顶罐在工业生产中的应用 6
1.5.1拱顶罐的构造 6
1.5.2浮顶储罐的构造 6
1.5.3内浮顶储罐的构造 7
1.5.4卧式储罐的构造 7
1.6设计、制造遵循的主要指标规范 7
第2章 储罐经济尺寸的选择和荷载 8
2.1储罐经济尺寸的选择 8
2.2油罐控制压力的选择 9
2.3荷载 10
2.3.1静荷载 10
2.3.2. 计算载荷（设计压力）的确定 10
第3章 罐壁设计 12
3.1.罐壁钢板的尺寸和排板 12
3.2.罐壁各层钢板厚度的计算 12
3.3加强圈设计 15
3.4开口补强 16
第4章 罐底设计 17
4.1罐底排版形式 17
4.2罐底直径的计算 17
4.3罐底板厚度的确定 17
4.4中幅板的设计 18
4.5.罐底防水结构 18
第5章 罐顶设计 19
5.1.罐顶顶板的厚度 19
5.2.罐顶的设计计算 19
5.2.1球面的曲率半径Rn 19
5.2.2罐顶结构的确定 19
5.3 油罐罐顶的校核 20
第6章 抗震设计 21
6.1倾覆力矩的计算 21
6.2罐壁压应力计算 21
6.3 罐壁临界压应力及其校核 22
第7章 储罐附件设计及选用 23
7.1常用附件及选用 23
7.2 检测控制仪表 24
7.3 油罐接口 24
7.4 消防设施 25
7.5 避雷及防静电 25
7.6 罐体保温 25
7.7 罐体外壁涂漆 25
7.8 油罐的制造、检验及验收 25

第1章 绪论
1.1储罐的国内外发展概况
石油的开采、炼制、消费离不开油库，油库的主题设备是储罐。油库和储罐的发展是随着石油工业和国民经济的发展而发展的。储罐材料经历了非金属到金属再到非金属的循环发展历程，储罐容量经历了由小到大再到特大的过程。
近一、二十年来，储罐的设计与施工技术都较过去有了更快的发展。从世界范围来讲，这一状况与前一时期国际上的能源危机有关。由于能源危机，近若干年来许多工业化的、靠进口原油的国家都增加了原油的储备量，这就迫使这些国家不得不建造更多更大的储罐。这一经济需求不仅促进了储罐事业的发展，也使越来越多的新课题，随着这些新课题的研究和解决，这就使储罐的设计与施工技术进一步发展和深化[6]。
现在储罐发展的总体趋势是走向大型化，而所以有此趋势是由于大型化具有下列优点：
(1)节省钢材。
(2)减少投资。
(3)占地面积小。
(4)便于操作管理。
(5)节省管线及配件。
由以上分析可以看出，储罐大型化有许多经济利益，这也就是这种趋势的动力。目前油库的组成结构与十年前相比有了很大的改观，由储罐的“小而多”变为“大而少”。这一点也是衡量一个国家在储罐设计、研究、建造等方面技术水平高低的一个尺度。
长期以来，我国库存轻质油品，广泛采用固定顶油罐和浮顶油罐。由于固定顶油罐在存贮和收发油品时存在“小呼吸” 和“大呼吸”，油品蒸发损耗较大，而且会因为油气逸散到空气中造成环境污染，危害人们身体健康。因此油品及化学品的蒸发损耗一直是石油、化学工业关心的问题。人们最初关心的是经济损失和安全，近年来还关心生态、环境保护方面的问题。为了较经济有效地解决这个问题，世界上发达国家如美国、法国、前苏联早在五、六十年代相继开始研制浮顶油罐。我国直到70年代末期才开始研制。由于浮顶罐能降低损耗，减少环境污染，主要用于储存原油、汽油、柴油等介质。随着内浮顶技术的发展，汽油和航空煤油大多数采用内浮顶罐，新建的外浮顶罐几乎都用于储存原油[7]。
1.2储罐的用途
用于储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐，钢制储罐工程是石油、化工、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业必不可少的、重要的基础设施，我们的经济生活中总是离不开大大小小的钢制储罐，钢制储罐在国民经济发展中所起的重要作用是无可替代的。钢制储罐是储存各种液体（或气体）原料及成品的专用设备，对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产，特别是国家战略物资储备均离不开各种容量和类型的储罐。我国的储油设施多以地上储罐为主，且以金属结构居多，故本网站将着重介绍在国内普遍使用的拱顶储罐、内浮顶储罐以及卧式储罐的一些基础知识[5]。
1.3储罐的分类及适用范围
由于储存介质的不同，储罐的形式也是多种多样的。
按位置分类：可分为地上储罐、地下储罐、半地下储罐、海上储罐、海底储罐等。
按油品分类：可分为原油储罐、燃油储罐、润滑油罐、食用油罐、消防水罐等。
按用途分类：可分为生产油罐、存储油罐等。
按形式分类：可分为立式储罐、卧式储罐等。
按结构分类：可分为固定顶储罐、浮顶储罐、球形储罐等。
按大小分类： 100m3 以上为大型储罐，多为立式储罐； 100m 3 以下的为小型储罐，多为卧式储罐。
选择储罐类型时，应综合考虑油库类型、油品类型、周转频繁程度、储油容量、建设投资和建造材料供应情况等多种因素。从储罐安装位置考虑，民用中转油、分配油库及一般企业附属油库，宜选用地上油罐；要求隐蔽或要求具备一定防护能力的油库，如国家储备油库，某些军用油库，宜选用山洞油罐，地下油罐或半地下油罐。从油罐几何形状考虑，挥发油较低或不挥发的油品，宜选用拱顶油罐；如要求储量较大且周转频繁时应优先选用浮顶油罐[7]。
1.4储罐的类型选择
储罐选用时，应本着结构安全，耗材量少、节省经费的原则，通过全面技术经济指标比较，选取经济合理的油罐尺寸。选用原则有以下几个方面：
(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。
1.4.1拱顶罐的发展状况
随着国民经济持续快速增长，我国石油消费量也逐年增加，成为继美国之后世界第二大石油消费国，为了保障石油资源安全和国民经济的快速发展，建立国家石油储备体系和建立大型石油储备基地势在必行，随着庞大的石油储备体系的建立，大型储油罐的设计必将等到进一步的发展。
目前拱顶油罐的发展总体趋势是趋向大型化，大型化的优点有以下几个方面。
（1）.总图布置的占地面积小，按国内《石油库设计规范》，4台15×104 m3 的罐组占地面积比6台10×104 m3 的罐组占地面积约减少26.4％。
（2）.节省罐区（包括管网和配件）的总投资。
（3）.节省钢材和基地工程材料，当储罐容量越小，单位容量耗钢量越大。
（4）.便于操作和管理，大容量储罐组成的罐区比小容量储罐组成的罐区操作简单，在进油、检尺、维护、出油等方面都较方便[8]。
1.4.2拱顶罐设计的国内外发展状况
目前国内外拱顶罐设计的发展趋势是大型化，自支撑式，并逐渐完善解决油品和易挥发产品损耗和环境污染等问题，建造和维修更加方便的拱顶罐，同时开发储罐用的高强度钢，利用储罐的CAD辅助设计，储罐计量和储运系统的自动化，储罐清洗的机械化，储罐维护修补的化学化，此外，由于储罐的大型化带来的储罐稳定性、灌顶结构和计算、全天候高效的储罐附件，消防设施，罐基础等都是当前拱顶罐设计的重点研究方向，目前国内最大的拱顶罐可达3×104 m3，国外较大的拱顶罐可达5×104 m3，（直径50.3m，罐高23.67m），建在日本。
1.4.3拱顶罐在工业生产中的应用
随着我国石油工业的飞速发展，拱顶油罐的发展也很快，处了石油系统，供销系统，和军事系统一系列专用的石油储罐，其他企业，如铁路，交通，电力，冶金等部门也建有各种类型的储罐，以保证运输和生产的正常进行，拱顶储油罐作为储罐系统的重要组成部分，在石油化工行业中应用格外突出，通过它协调原油生产，原油加工，成品油供应及运输的纽带，拱顶罐是储存各种液体原料及成品的专用设备，对许多企业来讲没有储罐就无法正常生产，无法保证石油化工下游产业的稳定生产，特别是国家战略石油储备均离不开各种容量的拱顶储罐，战略石油储备是防止石油供应中断，保障国家石油安全的重要手段。
1.5.1拱顶罐的构造
拱顶储罐是指罐顶为球冠状、罐体为圆柱形的一种钢制容器。拱顶储罐制造简单、造价低廉，所以在国内外许多行业应用最为广泛，最常用的容积为 1000 -10000m 3 ，目前，国内拱顶储罐的最大容积已经达到 30000m 3 。
    罐底：罐底由钢板拼装而成，罐底中部的钢板为中幅板，周边的钢板为边缘板。边缘板可采用条形板，也可采用弓形板。一般情况下，储罐内径＜ 16.5m 时，宜采用条形边缘板，储罐内径 ≥ 16.5m 时，宜采用弓形边缘板。
    罐壁：罐壁由多圈钢板组对焊接而成，分为套筒式和直线式。
    套筒式罐壁板环向焊缝采用搭接，纵向焊缝为对接。拱顶储罐多采用该形式，其优点是便于各圈壁板组对，采用倒装法施工比较安全。
    直线式罐壁板环向焊缝为对接。优点是罐壁整体自上而下直径相同，特别适用于内浮顶储罐，但组对安装要求较高、难度亦较大。
    罐顶：罐顶有多块扇形板组对焊接而成球冠状，罐顶内侧采用扁钢制成加强筋，各个扇形板之间采用搭接焊缝，整个罐顶与罐壁板上部的角钢圈（或称锁口）焊接成一体。
1.5.2浮顶储罐的构造
浮顶储罐是由漂浮在介质表面上的浮顶和立式圆柱形罐壁所构成。浮顶随罐内介质储量的增加或减少而升降，浮顶外缘与罐壁之间有环形密封装置，罐内介质始终被内浮顶直接覆盖，减少介质挥发。
罐底：浮顶罐的容积一般都比较大，其底板均采用弓形边缘板。
罐壁：采用直线式罐壁，对接焊缝宜打磨光滑，保证内表面平整。浮顶储罐上部为敞口，为增加壁板刚度，应根据所在地区的风载大小，罐壁顶部需设置抗风圈梁和加强圈。
浮顶：浮顶分为单盘式浮顶、双盘式浮顶和浮子式浮顶等形式。
单盘式浮顶：由若干个独立舱室组成环形浮船，其环形内侧为单盘顶板。单盘顶板底部设有多道环形钢圈加固。其优点是造价低、好维修。
双盘式浮顶：由上盘板、下盘板和船舱边缘板所组成，由径向隔板和环向隔板隔成若干独立的环形舱。其优点是浮力大、排水效果好。
1.5.3内浮顶储罐的构造
内浮顶储罐是在拱顶储罐内部增设浮顶而成，罐内增设浮顶可减少介质的挥发损耗，外部的拱顶又可以防止雨水、积雪及灰尘等进入罐内，保证罐内介质清洁。这种储罐主要用于储存轻质油，例如汽油、航空煤油等。内浮顶储罐采用直线式罐壁，壁板对接焊制，拱顶按拱顶储罐的要求制作。目前国内的内浮顶有两种结构：一种是与浮顶储罐相同的钢制浮顶；另一种是拼装成型的铝合金浮顶。
1.5.4卧式储罐的构造
卧式储罐的容积一般都小于 100m3 ，通常用于生产环节或加油站。卧式储罐环向焊缝采用搭接，纵向焊缝采用对接。圈板交互排列，取单数，使端盖直径相同。卧式储罐的端盖分为平端盖和碟形端盖，平端盖卧式储罐可承受 40kPa 内压，碟形端盖卧式储罐可承受 0.2Mpa 内压。地下卧式储罐必须设置加强环，加强还用角钢煨制而成。
1.6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》

第2章 储罐经济尺寸的选择和荷载
拱顶油罐总的设计是在公称容积给定的情况下，使设计出的油罐达到最低的工程造价和材料消耗，同时又满足罐壁强度和稳定性要求。
储罐的设计参数主要有：设计温度、设计压力、风及地震载荷、油罐的直径、高度、容量等。
根据储罐所盛装的介质（汽油）及工作环境（吉林地区）确定设计温度为-19--30，设计压力为常压，即-0.49KPa—1.96Kpa。其他参数将在后文中介绍。
2.1储罐经济尺寸的选择
储罐总体尺寸的确定主要坚持两个原则，即材料最省和费用最省。
根据储罐总体尺寸确定的两个原则，前人将计算储罐内径的方法归纳为下表
表2-1 储罐的经济尺寸
罐壁情况
储罐形式
按材料最省经济尺寸
按费用最省经济尺寸
等壁厚
小型敞口储罐
H≈R
H≈R
等壁厚
小型封闭储罐
H≈2R
H≈2R
不等壁厚
大型封闭储罐
H≈λa
H≈C2+C32C1
表中：H为油罐高度，R为油罐半径

储罐按给定的设计容积进行设计，在满足的设计容积的条件下变换直径和高度可以得到许多种组合，自重总有某种尺寸使材料，投资费用最省，下面分别进行分析,当容积大于1000时采用不等壁厚的储罐，若把罐壁和罐顶看作相同的费用，并且分别为罐底费用的两倍时，其经济尺寸H≈3D8看来合理些。同时参照国家标准HG 21502.2-92给定的参数两方面考虑准确定其经济尺寸。按给定的公称容积为2700，得计算参数如下： H=11643mm，D=17964mm。计算容积为V=π4D2H≈2950m³。

表2-2 HG 21502.2-92储罐的经济内径值
V
（）
罐体材料
碳钢/不锈钢
（mm）
碳钢/不锈钢
V
（）
罐体材料
碳钢/不锈钢
（mm）
碳钢/不锈钢
20
Q235-A-F/不锈钢
3050/2900
900
Q235-A/不锈钢
11600/11600
30
Q235-A-F/不锈钢
3500/3350
1000
Q235-A/不锈钢
12150/12150
50
Q235-A-F/不锈钢
4100/3950
1500
Q235-A/不锈钢
14300/14400
80
Q235-A/不锈钢
4800/4650
2000
Q235-A/不锈钢
16250/16450
100
Q235-A/不锈钢
5100/4950
2500
Q235-A/不锈钢
17750/18150
150
Q235-A/不锈钢
5800/5650
3000
Q235-A/不锈钢
19250/19750
200
Q235-A/不锈钢
6400/6250
3500
Q235-A/不锈钢
20550/20850
250
Q235-A/不锈钢
6900/6700
4000
Q235-A/不锈钢
22100/22250
300
Q235-A/不锈钢
7350/7100
5000
Q235-A/不锈钢
24350/24900
400
Q235-A/不锈钢
8100/7850
6000
Q235-A/不锈钢
26600/27150
500
Q235-A/不锈钢
8700/8450
7000
20R/不锈钢
27550/29050
600
Q235-A/不锈钢
9250/8950
8000
20R/不锈钢
29250/31050
700
Q235-A/不锈钢
9600/10500
9000
20R/不锈钢
31100/无
800
Q235-A/不锈钢
1100/11100
10000
16MnR/不锈钢
31000/无

2.2油罐控制压力的选择
在《立式圆筒形钢制焊接油罐设计技术规定》中规定了油罐设计内压和设计外压两个方面的要求。
固定顶油罐的控制内压要求如下：
（1）柱支撑锥顶油罐的控制内压不应超过罐顶板单位面积的重量。
（2）自支撑拱顶油罐和自支撑锥顶油罐的控制内压采用1.2倍呼吸阀开启压力减去锥顶单位面积重量。
（3）内浮顶油罐固定顶的控制内压为零。
固定顶油罐的控制外压，取油罐顶自重与附加荷载之和。
（1）罐顶自重：当油罐顶部有隔热层时，罐顶自重应计入隔热层的重量。
（2）附加荷载：取1.2倍呼吸阀的开启压力和活荷载之和，活荷载是雪荷载与检修荷载二者中的较大值。在任何情况下，固定顶 油罐的罐顶附加荷载不得小于1.2×107pa,内浮顶油罐的罐顶附加荷载不得小于7×106pa。
2.3荷载
计算时必须考虑以下荷载或参数来进行储罐的承压结构的计算
2.3.1静荷载
（1）储罐本身的自重：包括附件，如通气孔，透光孔，人孔，量油孔，梯子，平台等；配件，如呼吸阀，阀门，固定泡沫消防堰板。
（2）隔热层荷载：由所用隔热材料的性质求出，并应将支撑构件，外部保护层的重量计算在内。
（3）灌顶的水平投影面积上取1200Pa。
（4）储液自身的重力，密度越大，作用力越大。
（5）雪荷载，雪压指单位水平面积上的重力，KN/m³（或kPa）。
2.3.2. 计算载荷（设计压力）的确定
（1）正压：储罐气体空间的压力，（表压）由储罐的操作压力决定，一般来说，正压力在罐内的升力不大于罐顶结构的单位面积的重力时，为常压储罐，否则属于压力储罐。
（2）负压：这是由于储罐抽液或储罐环境温度变化形成罐内的负压值，对于常压储罐，设计负压一般不高于490pa。
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： qe=q1+q2+q3+q4 (2-1)
式中：q1——顶结构单位面积自重Pa；
q2——为操作时最大真空度，一般取500Pa(1.2倍呼吸阀开启压力)；
q3——雪载荷，取441Pa；
q4——活载荷Pa，通常取400Pa,通常当雪载≪600 时，取q1+q2+q3≫1200Mpa。
q1=0.006×1×1×7.85×103×9.81×1=461.58pa=462pa
qe=462+500+441+400=1803pa
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: qi=1.2qmax-q1 (2-2)
式中qmax ——呼气阀的开启压力，通常取2000Pa；
qi ——作用于球壳上的内载荷，490Pa。
qi=1.2×2000-490=1910pa
拱顶设计压力取设计外压与设计内压的最大值，所以设计压力p=1910pa

第3章 罐壁设计
3.1.罐壁钢板的尺寸和排板
管壁的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：L=πD=3.14×17964=56407mm
每圈罐壁筒节所需钢板： n=L5200=564075200≈10.85
△：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’
L‘=5200-2×10=5180mm
实际每圈所需钢板数 n=LL‘=56407/5180≈10.89
油罐的高度H=11643mm，则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 n=11643/1730≈6.73
由以上得出,油罐罐壁由7层钢板,每层8块钢板组焊而成。
3.2.罐壁各层钢板厚度的计算
工程设计中罐壁厚度通常由三种方法确定
（1）定点法：是以高出每圈罐壁板低0.300m处的液体压力来确定每圈板厚度的方法，多用于容积较小的储罐（直径小于60m）。
（2）变点法：考虑了相邻圈罐壁之间不同的厚度的相互影响，对每一圈罐壁板采用距罐壁底面高度不同的设计点计算壁厚，从而使每一圈罐壁板中的最大盈利接近港版的许用应力，此方法适用于L/H≪1000/6的储罐。
（3）应力分析法：适用于L/H>1000/6的储罐。
对于容积较小的储罐，采用定点法设计罐壁厚度计算简便，结果也足够安全。
由于本次500m³汽油储罐采用定点发计算储罐的壁厚，罐壁任一点的计算厚度，按以下公式进行计算罐壁的设计首先要确定壁厚：
t1=0.0049ρ（H-0.3)Dσtϕ+C1+C2 (3-1)
t2=4.9H-0.3Dσϕ+C1 (3-2)
t1——装储液时该全罐壁的设计厚度，
t2——装储水时该全罐壁的设计厚度，
D——储罐内径
g——重力加速度，9.81m/s2
Ρ——储液密度，汽油737kg/m³
P0——气体压力，pa
Φ——焊缝系数，设计中取0.9
σ——罐壁材料的许用应力，根据文献，查表得235Mpa
σt——设计温度下储罐钢板的许用压力，根据参考文献，查表得113Mpa
C1——钢板负偏差，通过查Q235-A，确定C1=0.25mm
C2——腐蚀余量，设计中C2=1mm

表3-1 钢体的许用应力图表
序号
钢号
板厚
常温强度指标
下列温度（。C）下的许用应力
（MPa）

大气温
至90
150
200
250
1
Q235-AF
≤16
375
235
157
137
130
121
2
Q235-A
≤16
375
235
157
137
130
121
17~40
375
225
150
130
124
114
3
20R
6~16
400
245
163
140
130
117
17~25
400
235
157
134
124
111
26~36
400
225
150
127
117
108
4
16Mn
≤16
510
345
230
196
183
167
17~25
490
325
217
183
170
157
5
16MnR
6~16
510
345
230
196
183
167
17~25
490
325
217
183
170
157
26~36
490
305
203
173
160
147
38~60
470
285
190
163
150
140
6
0Cr19Ni9
2~60

137
137
130
122
7
0Cr18Ni11Ti
2~60

137
137
130
122
8
00Cr19Ni11
2~60

118
118
110
103
9
0Cr17Ni12Mo
2~60

137
137
134
125
10
00Cr17Ni14Mo2
2~60

118
117
108
100
11
0Cr19Ni13Mo3
2~60

137
137
134
125
12
00Cr19Ni13Mo3
2~60

118
118
118
118

每层罐壁钢板取t1,t2中的最大值，最后按GB709进行钢板厚度的向上圆整。
第一层壁板的厚度计算（从底部算起）
t1=0.0049（11.643-0.3）×737×17.964113×0.9+1+0.25=8.48mm

t2=4.9(11.643-0.3)×17.964113×0.9+1=10.82mm

所以向上圆整为12mm。
第二层壁板计算时的高度为：H=11.643-1.68=9.963m
t1=0.0049×737×9.963-0.3×17.964113×0.9+1+0.25=7.41mm
t2=4.9(9.963-0.3)×17.964113×0.9+1=9.36mm
向上圆整为10mm。
第三层壁板计算时的高度为：H=9.963-1.68=8.283mm
t1=0.0049×737×(8.283-0.3)×17.964113×0.9+1=6.09mm
t2=4.9×(8.283-0.3)×17.964113×0.9=6.9mm
向上圆整为8mm。
第四层壁板计算时的高度为：H=8.283-1.68=6.6mm
t1=0.0049×737×(6.6-0.3)×17.964113×0.9+1+0.25=5.27mm
t2=4.9×(6.6-0.3)×17.964113×0.9+1=6.45mm
向上圆整为8mm。
第五层壁板计算时的高度为：H=6.6-1.68=4.92mm
t1=0.0049×737×(4.92-0.3)×17.964113×0.9+1+0.25=4.2mm
t2=4.9×(4.92-0.3)×17.964113×0.9+1=5mm
向上圆整为6mm。
第六层壁板计算时的高度为：H=4.92-1.68=3.24mm
t1=0.0049×737×(3.24-0.3)×17.964113×0.9+1+0.25=3.13mm
t2=4.9×(3.24-0.3)×17.964113×0.9+1=3.54mm
向上圆整为6mm。
第七层壁板计算时的高度为：H=3.24-1.68=1.56mm
t1=0.0049×737×(1.56-0.3)×17.964113×0.9+1+0.25=2.05mm
t2=4.9×(1.56-0.3)×17.964113×0.9+1=2.09mm
向上圆整为6mm。

表3-2 罐壁各层罐板壁厚汇总
名称
材料
厚度（mm）
第一层罐壁
Q235-A
12
第二层罐壁
Q235-A
10
第三层罐壁
Q235-A
8
第四层罐壁
Q235-A
8
第五层罐壁
Q235-A
8
第六层罐壁
Q235-A
6
第七层罐壁
Q235-A
6

3.3加强圈设计
由于内浮顶罐顶部有固定顶，不需加设抗风圈，但随着储罐高度的增长（主要是为了减少材料、降低成本），使得油罐中部的筒体有被风吹瘪的危险。在风载荷的作用下，为防止储罐被风吹瘪，必须对罐壁筒体进行稳定性校核，并根据需要在适当的位置设置加强圈。
判定储罐的侧压稳定条件为：
（3-3）
式中 ——罐壁许用临界压力，Pa；
——设计外压，Pa；
当时，就可以认为罐壁具备了足够的抗风能力，否则必须设置加强圈以提高储罐的抗外压能力。
下面介绍SH3046-92推荐的加强圈的设计方法。该方法是根据薄壁短圆筒在外压作用下的临界压力得到的， 罐壁的许用临界压力：
（3-4）
式中： ——罐壁许用临界压力，kgf/m2；
E——圆筒材料的弹性模量，192×109pa；
D——油罐内径，m；
——圆筒的厚度，m；
L——圆筒的高度，m。
将D=17.964m,L=11.643m,δ=0.008m,E=192×109 代入上式得：
Pcr=2.59Eδ2.5D1.5L=2.59×192×109×0.0082.517.9641.5×11.643=3211.12pa
从上面的计算结果来看，[Pcr]>Pe，故本文设计的储罐可不设置加强圈。
3.4开口补强
由于使用的要求，必须在罐壁上开口并连接管，例如进出油管，清扫口，人孔，在罐壁上开口后，将在开孔的附近产生应力集中，其峰值通常达到罐壁基本应力的3倍，甚至更高，这样的局部应力，如果不采取适当的补强措施，就很可能在孔口造成疲劳破坏或脆性裂口，使孔口处开裂，补强的办法就是在孔口的周围焊上补强圈板，以增大开孔周围的壁厚，降低孔周围的应力。
补强的开孔可为圆形，椭圆形，或长圆形，当开孔为椭圆形或长圆形时，孔的长径与短径之比应不大于2.0，其长轴方向最好为环向，开孔补强计算与JB/T4735《钢制常压容器》开孔u、补强相同，采用等面积法，当开孔直径时可不考虑补强，

第4章 罐底设计
4.1罐