管道及储罐强度设计（第二次）
改动的地方:简答题第三题，计算题第一题，计算题第十一题
名词解释
1.工作压力
在正常操作条件下，容器可能达到的最高压力
2．材料强度
是指载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力。屈服点和抗拉强度是钢材常用的强度判据。
3．储罐的小呼吸
罐内储液(油品)在没有收、发作业静止储存情况下，随着环境气温、压力在一天内昼夜周期变化，罐内气相温度、储液(油品)的蒸发速度、蒸气(油气)浓度和蒸气压力也随着变化，这种排出或通过呼吸阀储液蒸气(油气)和吸入空气的过程叫做储罐的小呼吸
4.自限性
局部屈服或小量塑性变形就可以使变形连续条件得到局部或全部的满足，塑性变形不再继续发展并以此缓解以致完全消除产生这种应力的原因。
5．无力矩理论(薄膜理论)
假定壁厚与直径相比小得多，壳壁象薄膜一样，只能承受拉(压)应力弯曲内力的影响，而不能承受弯矩和弯曲应力，或者说，忽略这样计算得到的应力，称薄膜应力。
6．壳体中面
壳体厚度中点构成的曲面，中面与壳体内外表面等距离。
7．安全系数
考虑到材料性能、载荷条件、设计方法、加工制造和操作等方面的不确定因素而确定的质量保证系数。
8．容器最小壁厚
由刚度条件确定，且不包括腐蚀裕量的最小必须厚度。
(1)对碳素钢、低合金钢制容器：
(2)对高合金钢制容器：
不小于2mm
(3)对封头：
9.一次应力
一次应力:由于压力和其他机械荷载所引起与内力、内力矩平衡所产生的，法向或切向应力，随外力荷载的增加而增加。
10.储罐的小呼吸损耗
罐内储液(油品)在没有收、发作业静止储存情况下，随着环境气温、压力在一天内昼夜周期变化，罐内气相温度、储液(油品)的蒸发速度、蒸气(油气)浓度和蒸气压力也随着变化，这种排出或通过呼吸阀储液蒸气(油气)和吸入空气的过程所造成的储液(油品)损耗称作储罐小
呼吸损耗
11耦联振动周期和波面晃动周期
耦联振动周期：罐内液体和储罐结合在一起的第一振动周期。
波面晃动周期：罐内储液的晃动一次的时间
12压力容器工艺设计
工艺设计
1.根据原始参数和工艺要求选择容器形式，要求能够完成生产任务、有较好的经济效益;
2.通过工艺计算确定主要尺寸。
13机械设计
机械设计
1.受力部件应力分析、选材，确立具体结构形式、强度计算、确定各部件结构尺寸;
2.绘制容器及其零部件的施工图。
14韧性
指材料断裂前吸收变形能量的能力，材料韧性一般随着强度的提高而降低。
15刚度
是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力，刚度不足是过程设备过度变形的主要原因之一。
16.最低设计温度
所谓储罐的最低设计温度是指储罐最低金属温度。它是指设计最低使用温度与充水试验时的水温两者中的较低值。设计最低使用温度是取建罐地区的最低日平均温度加13℃o设计温度低于-20℃的特殊情况，必须考虑低温对材料性能、结构形式等方面的影响。设计温度等于低于-20℃的储罐，应当按照低温储罐设计，设计温度的下限由特定的工况确定。
17.薄膜应力
沿截面均匀分布的应力，平均应力。
18.弯曲应力
梁、板等结构弯曲产生的应力。
19.结构不连续应力
结构不连续区域满足变形协调条件产生的应力。
20.有力矩理论
认为壳体虽然很薄，但仍有一定的厚度和刚度，因而壳体除拉(压)应力，外还存在弯矩和弯曲应力，实际上，理想的薄壁壳体是不存在，即使壁很薄壳体中或多或少存在弯曲应
力。
21旋转薄壳
由回转曲面的中间面形成的壳体称为回转壳体。
经线：母线在旋转过程中的任一位置。
纬线：圆锥法平面与旋转曲面的交线。
22名义厚度
指设计厚度加上钢材厚度负偏差向上圆整至钢材的标准规格厚度。即标注在图样上的厚度。
23设计压力
在设计温度下用以确定容器壳体厚度的压力，其值大于工作压力。24计算压力
在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。
25安全系数
考虑到材料性能、载荷条件、设计方法、加工制造和操作等方面的不确定因素而确定的质量保证系数。
简答题
1. 简述油罐基础沉陷的类型及危害？
（1）、均匀沉陷
沉陷只有达到很严重的程度时才会造成损坏
（2）、整体倾斜不均匀沉陷
当油罐倾斜时，油面处的平面变成椭圆的。对于机械密封浮顶油罐，其调节量较小，可能会把浮船卡住。如采用软密封时，一般不存在这个问题。
（3）、盘形不均匀沉陷
罐底周边的沉降量比中心沉降量一般要小30%～40%，这种沉陷也不造成真正威胁
（4）、壁板周边的不均匀沉陷
（5）、壁板周边的局部沉陷
此两类沉陷是最危险的沉陷类型。由于罐壁在垂直方向的刚性是很大的，当下部基础沉陷时就会使罐底与罐壁间的角缝和罐底的边缘板受力状况急剧恶化。
2. 简述浮顶油罐浮顶设计必的四个准则。
第一准则的要求：单盘板和任意两个相邻舱室同时破裂（泄露）时浮顶不沉没。
（1）下沉深度不大于外边缘板的高度，且有一定裕量。
可用下式表达：
3b T T α≥++?
式中 3b -外边缘板的高度，m;
T -当a=0时的下沉深度，m ；
T α -由于a ≠ 0而引起的浸没深度的增加量，m ；
? -安全裕量，m ；
（2）下沉深度不大于内边缘板高度，且应留有一定裕量。 可用下式表示：
1b T T g α≥+-+?
式中：1b -内边缘板的高度，m ；
g – 浮船尺寸，m ；
第二准则是在整个罐顶面积上有250mm 深的雨水积存在单盘上时浮顶不沉没。
第三准则为在操作时单盘与储液之间不存在油气空间
单盘的安装高度C 应满足以下条件：
min max C C C << （上下限）
浮顶的强度及稳定性校核（第四准则）
浮顶除符合前三个准则的要求外，还要保证在上述条件下，浮顶不会因强度不够而破坏，也不会因失去稳定而失效。
3. 简述地震对油罐的破坏效应有哪些，简要分析破坏效应产生的原因。
(1)油罐壁板最下一层局部外凸
由于地震时在水平加速度的作用下，由于倾倒力矩造成罐壁一侧的压应力超过其临界压应力值，罐壁屈曲造成的
(2) 罐壁与罐底间角焊缝开裂
地震时水平加速度作用下水平惯性力使角焊缝中的剪应力超
过其剪切强度极限
(3)罐壁板最下一层沿圆周形成圆环状凸出
由于总体弯曲或结构的梁式作用产生的过大轴向压力所引起壳体失稳，罐内液体晃动，可以在罐壁中引起异常大的应力，损坏开始的现象之一是沿罐壁上的象足凸鼓
（4）罐顶破坏
油罐在液位较高的情况下，在地震时由于液面剧烈晃动，浮顶导向杆失灵，扶梯破坏，浮顶来回碰撞，最终导致浮顶沉没。
(5)油罐局部或整体下沉
地震时油罐基础液化，滑坡。
(6)管道接头的破坏
地震时储罐与管道之间的运动不一致
4. 外浮顶罐有哪些附件，并简述各附件的功能？
(1) 中央排水管
中央排水管是由若干段浸没于油品中的Dg 100的金属软管。排水管上端，以免一旦排水管或接头有泄漏时，储液从排水管倒流到浮顶
上来。根据油罐直径的大小，每个罐内可以设1 - 3根排水管。(2) 转动扶梯
浮顶上升到最高位置时，转动扶梯不会与浮顶上任何附件相碰，当浮顶下降到最低位置时，转动扶梯的仰角不大于60度，在浮顶升降的过程中转动扶梯的踏步应能自动保持水平。扶梯处于任何位置时，都能承受5 KN集中荷载。
(3) 浮顶立柱
浮顶立柱是环向分布安装于浮顶下部的支柱，其高度一般可在1.2m-1.8m范围内调节。设置浮顶立柱的目的有二:
一是避免浮顶与罐内附件相碰撞。
二是便于检修人员由人孔进入罐底与浮顶之间的空间内进行检修或清扫作业。
(4) 自动通气阀
自动通气阀作用有二:
一是发油避免浮顶下出现真空，以免将浮顶压坏。
二是收油避免在浮顶与液面间出现空气层。
(4)紧急排水口
单盘边缘处(位置通过计算确定)有时还设置紧急排水口。
(5)舱室人孔
每个舱室应设置船舱人孔，人孔直径不小于500mm。人孔应设有不会被大风吹开的轻型防雨盖，人孔接管上端应高出浮顶的允许积水高度。浮顶上至少应设置一个最小公称直径为600mm的人孔，以便油罐
排空后在检修时进行通风、透光和便于检修人员的出入。
(7) 导向支柱（无）
5. 用图示法表示壁厚的概念（计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度和毛坯件厚度），将符号标注正确。
6. 压力容器设计需满足的基本要求？
基本要求:
(1) 足够强度
(2) 足够刚度(稳定性)
(3) 一定的耐久性(10 -12年，高压容器20年，油罐大于等于20年)
(4) 可靠的密封性
(5) 节约材料、制造方便
(6) 运输操作方便
7. 塑性、韧性好的材料的优点
(1) 有利于压力容器加工
(2) 焊接性能好
(3) 对缺口、伤痕不敏感，可以缓解应力集中的影响
(4) 不易产生脆性破裂
(5) 发生爆炸时能够吸收爆炸能量
8.油罐大型化的优点
(1)节省钢材:油罐容积越大，单位容积所需的钢材量越少，投资费用越低;
(2)节省投资:相同库容下建设储罐数量较少，节省施工费用;
(3)占地面积小:罐与罐之间要求0.4D的防火间距，油罐大型化后，油罐间距占用的土地
面积大量减少，库区总面积减少;
(4)便于操作管理:相同库容下，储罐大型化后，总罐数量减少，检尺、维护、保卫等工作
量大幅降低;
(5)节省配件和罐区管网:相同库容下，储罐大型化后，总罐数量减少，阀门、仪表、消防、
配件的消耗大量降低;
(6)便于实现自动控制:相同库容下，储罐大型化后，总罐数量减少，自动控制的投入和
难度大幅降低。
9.为什么储罐壁板有最大厚度的限制
储罐壁板最大厚度的限制是由下面两个因素引起的。
其一是对一定强度的钢板，由于储罐容量(尺寸)的增大，壁板厚度需相应增加;
其二是随着壁板厚度的增加，为消除壁板在制造和焊接时产生的应力，必须进行现场消除应力的热处理措施。目前对储罐大型化还没能解决热处理的问题，为此只有限制壁板的厚度以确保储罐的安全运行。目前储罐壁板最大厚度限制在45mm范围以内。
10.简述规范设计及其优缺点
按照工程强度进行应力计算，以弹性失效为设计准则，以静力荷载为计算荷载，以平均应力为设计基础。
优点：保险系数大
缺点：1、不能对变力进行分析设计
2、弹性失效并不能说明容器已经失效
3、对某些难以确定的因素取较大的安全系数来保证安全，增加了材料消耗。
11. 简述薄膜应力理论的适用条件
1.回转壳体
2.壳壁厚度无突变；曲率半径是连续变化的；材料的物理性能是相同的
3.载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的，没有突然变化
（壳体几何形状及载荷分布的对称性和连续性）
12.为什么在压力容器设计中要考虑最小壁厚？
考虑到安装和使用的稳定性要求，因而有最小厚度要求。油罐的稳定
性与δ2.5/D1.5有关，所以油罐直径越大（D↑），所用钢板的最小厚度越厚（δsmin↑）
13.油罐抗震加固措施有哪些?
（1）增加罐底边缘板厚度
（2）增大底层壁板厚度
（3）改变油罐的径高比，即改变D/H
（4）加设锚固螺栓
（5）为了防止出现“象足”，可在组合应力最大的部位加上预应力钢筋及垫板
14.油罐基础的设计与施工必须满足以下基本要求
(1)基础中心坐标偏差不应大于20mm;标高偏差不应大于20mm;
(2)罐壁处基础顶面的水平度:钢筋混凝土环梁基础时，任意l0m弧长上应不超过±3.5mm，在整个圆圈上，不超过±6.0mm;碎石环梁基础和无环梁砂垫层，任意3m弧长上不应该超过±3 mm，整个圆周上，不应超过±13 mm;承台基础，罐壁中心内外各150mm宽的环形面内，水平度要求同钢筋混凝土环梁基础;
(3)基础面层为防腐绝缘层(沥青垫砂层)。基础表面任意方向上不应有突起的棱角。从中心向周边拉线测量基础表面凹凸度不超过25mm;
(4)基础锥面坡度:一般地基为15‰;软弱地基应不大于35‰。基础沉降基本稳定后的锥面角度不小于80‰;
(5)储罐基础直径方向上的沉降差不应超过表9.3所列的沉降差许可值。沿罐壁圆周方向任意10m弧长内的沉降差应不大于25mm，支承罐壁的基础部分与其内侧的基础之间不应发生沉降突变；
（6）基础沉降稳定后，基础边缘上表面应高出地坪不小于300mm。在地坪以上的基础中应设置罐底泄漏信号管，其周向间距不宜大于20m，每罐最少设4个，钢管直径不宜小于，
亦不宜大于;
（7）当油罐的设计温度大95℃时，储罐的基础应适应储罐在高温下的工作要求;
（8）储罐有清扫孔时，基础的设计尚应符合清扫孔的要求;
15.改善地基承载力的方法
①除去不满足要求的土质;
②采用砂桩，并通过预加载进行排水挤密;
③化学方法或注射水泥浆使软地基固化;(粘土)
④端承桩或摩擦桩;(粘土)
⑤振动压实或振动置换压实。(砂土)
16油罐罐底结构主要包括哪几个方面？其中边缘板设计又应注意哪几个方面？为什么对边缘板设计要提出这几个方面的要求？
答：排版的形式，底板的厚度，搭接连接方式
注意：边缘板的尺寸和厚度以及搭接方式，原因是边缘板的受力比较复杂。
17.压力容器按压力分类分为哪几类?
按压力大小分类：
低压(L)容器 0.1 MPa ≤p ＜1.6 MPa
中压(M)容器 1.6 MPa ≤p ＜10.0 MPa
高压(H)容器 10 MPa ≤p ＜100 MPa
超高压(U)容器 p ≥100MPa
18.简述浮顶油罐的浮顶应满足的四个准则中的第一个准则，并用数学表达式描述该准则，标注公式中各个符号的含义
单盘板和任意两个相邻舱室同时破裂（泄漏）时浮顶不沉没。
(1) 下沉深度不大于外边缘板的高度，且有一定裕量。
3b T T α≥++?
式中 3b -----外边缘板的高度，m;
T — 当 a =0时的下沉深度，m;
T α— 由于 a ≠0而引起的浸没深度的增加量，m ；
?— 安全裕量，m 。
(2) 下沉深度不大于内边缘板的高度，且应留有一定裕量。
1b T T g α≥+-+?
1b —内边缘板的高度，m ；
g —浮船尺寸，m 。
19.简述浮顶油罐的浮顶应满足的四个准则中的第二个准则，并用数学表达式描述该准则，标注公式中各个符号的含义
答：第二准则是在整个罐顶面积上有250mm 深的雨水积存在单盘上时浮顶不沉没。
设计允许的积水量为Q
203004
,,/,,=250Q D h g Q N D m kg m h m h mm π
ρρ=----单盘上允许的最大积水重量,；
油罐内径；水的密度；
允许的降水量取。
3012012,,100~200,50b T T T T m T m T Q m mm mm ≥+?++?
-?--?-?浮船本身的沉没深度,；
加上单盘以后浮船下沉增加量；
由积水量引起的浮船下沉增加量；
安全裕量。一般取为最小不得低于。
20.什么是容器的最小壁厚?
答：由刚度条件确定，且不包括腐蚀裕量的最小必须厚度。
21.简述浮顶油罐的浮顶应满足的四个准则中的第三个准则，并用数学表达式描述该准则，标注公式中各个符号的含义
答：第三准则为在操作时单盘与储液之间不存在油气空间
min max
min max C C C C C C <<--单盘安装位置的下限；
单盘安装位置的上限；-单盘安装高度。
min 01min 031=0/d
d P C T g
C T m P pa kg m ραρ-----单盘安装位置的下限；
为时的下沉深度，；单盘单位面积的重量，；
储液的密度，。
2max 021max 031210.479=10//d d P C T g
C T m P pa kg m
D D ττραρτ+------ 单盘安装位置的上限；
为时的下沉深度，；单盘单位面积的重量，；
储液的密度，；
。
计算题
1．30000m 3外浮顶油罐，内装汽油，密度ρ1=740kg/m 3
，已知浮船外
径D 1=45.6m ，D 2=40.6m ，外边缘板高度b 3=820mm ，内边缘板高度
b 1=720mm ，设浮舱顶底坡度相等，单盘板厚度δ=5mm ，舱室总数为m=20，
浮船质量为45000kg ，单盘加上其一半附件质量为55000kg ，试按单盘及两舱室同时破裂泄漏情况，校核其沉没安全性。（20分） 解：1.具体概念等参考：书P212或PPT 第十四次课
00222212145000'0.18()(45.640.6)74044Q g T D D g g
π
π
ρ?===--? 21=/40.6/45.60.89D D τ==
22
25500042.540.644d g P g D π
π===?单盘总重 2212210.8942.5()=(0.005)0.2110.89740d P g T g g
τδτρ=--=-- 2=0.314m
π?= 3344281sin 2810.89sin 0.314==0.10373120310.89 3.14
a m τ?τπ--=+??+??-- '010.18+0.2=0.424110.1037
T T T a +==-- 31120.820.72tan 0.012()2(45.640.6)
b b D D α--===-?- 1(1)(12)(10.89)(120.89)tan =45.60.01=0.01236(1)6(10.89)
T D αττατ-+-+?=?++
=200mm ?取安全裕量
3=0.424+0.0123+0.2=0.63630.82T T m b m α++?<=
满足外边缘板要求
10.820.72=0.63630.58630.722
T T G m b m α-++?--=<= 满足内边缘板要求
综上满足第一准则的要求
2、球形容器如图示，半径为R ，壁厚为t ，试求下述两种情况下A 、B
两点的径向和环向薄膜应力（30分）
（1）容器仅受气体内压P 作用。（5分）
（2）容器充有高度为2R-H 高度的储液，同时液面上方具有气体内压
P 0作用，已知储液密度为ρ。（15分）
（3）充液情况下容器支座处的约束反力。（10分）
解：
3．拱顶罐，V=30000m3，储液比重G=0.8，H=18.2m ，内径D=46.0m ，
罐体总质量为485402Kg，d1=22mm，距离底板1/3高度处壁板厚度
d3n=15mm，C=1.5mm，钢材为Q235-A，8烈度区，处于第二抗震设计组，Ⅱ类场地土，由建罐地区及设防烈度查得设计基本地面加速度为0.3g，验算是否符合抗震要求？
1总则 1. 0. 1为在输油管道工程设计中贯彻执行国家现行的有关方针政策，保证设计质量，提高设计水平，以使工程达到技术先进、经济合理、安全可靠及运行、管理、维护方便，制定本规范。 1.0.2本规范适用于陆上新建、扩建或改建的输送原油、成品油、液态液化石油气管道工程的设计。 1. 0. 3输油管道工程设计应在管道建设、营运经验和吸取国内外先进科技成果的基础上合理选择设计参数，优化设计。 1. 0. 4输油管道工程设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。 2术语 2. 0. 1输油管道工程oil pipeline project 用管道输送原油、成品油及液态液化石油气的建设工程。一 般包括输油管线、输油站及辅助设施等。 2.0.2管道系统pipeline system 各类型输油站、管线及输送烃类液体有关设施的统称。 2.0.3输油站oil transport station 输油管道工程中各类工艺站场的统称。 2.0. 4首站initial station 输油管道的起点站。 2. 0. 5末站terminal 输油管道的终点站。 2. 4. 6中间站intermediate station 在输油首站、末站之间设有各类站场的统称。 2. 0. 7中间热泵站intermediate heating and pumping station 在输油首站、末站之间设有加热、加压设施的输油站。 2. 0. 8中间泵站intermediate pumping station
在输油首站、末站之间只设有加压设施的输油站。 2.0.9中间加热站intermediate heating station 在输油首站、末站之间只设有加热设施的输油站。 2. 0. 10输人站input station 向管道输入油品的站。 2. 0. 11分输站off-take station 在输油管道沿线，为分输油品至用户而设置的站。 2. 0. 12减压站pressure reducing station 由于位差形成的管内压力大于管道设计压力或由于动压过大，超过下一站的允许进口压力而设置减压装置的站。 2. 0.13弹性弯曲elastic bending 管道在外力或自重作用下产生的弹性限度范围内的弯曲变形。 2.0.14顺序输送hatch transportation 多种油品用同一管道依次输送的方式。 2. 0.15翻越点turnatrer point 输油管道线路上可能导致后面管段内不满流(slack f low)的某高点。 2.0.16一站控制系统，ration control system 对全站工艺设备及辅助设施实行自动控制的系统。 2. 0. 17管件pipe fittings 弯头、弯管、三通、异径接头和管封头等管道上各种异形连接件的统称。 2. 0. 18管道附件pipe accessories 管件、法兰、阀门及其组合件，绝缘法兰、绝缘接头、清管器收发筒等管道专用部件的统称。 2. 0. 19最大许用操作压力maximum allowable operating pressure(MADP) 管道内的油品处于稳态(非瞬态)时的最大允许操作压力。其值应等于站间的位差、摩阻损失以及所需进站剩余压力之和。 2. 0. 20 U管道设计内压力pipeline internal design pressure 在相应的设计温度下，管道或管段的设计内压力不应小于管道在操作过程中管内流体可能产生的最大内压力。 2. 0. 21线路截断阀line block valve
▲管道：管子、连接件、阀门等连接而成用于输送气液体和带固体颗粒流体的装置▲强度：金属材料在外力作用下，抵抗永久变形或断裂的能力 ▲地面敷设的优缺点优点：不影响土壤环境，且不受地下水位影响，检修方便发现和清除事故容易。缺点：管道直接设置在空气中，对于非常温管增加冷热能量的损失，限制了通道的高度，不美观。 ●失效机理： ①材料：a.塑性失稳b.断裂c.疲劳d.应力腐蚀开裂e.氢致开裂f.裂纹的动态扩展。 ②结构—丧失了稳定性 a.塑性失稳：由于变形引起的截面几何尺寸的改变而导致的丧失平衡的现象。图 b.断裂：由于裂纹的不稳定扩展造成的。产生原因：制造—焊缝，母材缺陷、夹渣、分层等；施工—机械损伤、表面划度、凹坑；运行—介质、腐蚀环境。 c.疲劳：材料在交变应力作用下的破坏。原因：内压变化—间歇输送、正反输送、输气；外力变化—风载荷、海底管跨的涡激振动、公路下未加套管的管道d.应力腐蚀开裂：基本条件：局部环境；敏感元件；应力条件e.氢致开S-酸性环境，腐蚀产生氢侵入钢内而产生的裂纹。f.裂纹的动态扩展：输气裂:H 2 管道特有的现象 ●管道的结构失稳:a 轴向载荷-轴向失稳b外压-径向失稳c弯曲-径向失稳 d联合载荷-径向失稳。 ●弹性敷设是利用管道在外力或自重作用下产生弹性弯曲变形来改变管道的走向或适应高程的变化。 ●按工艺分，弯头可以分为预制弯管、冷弯弯管、热煨弯管 ●永久荷载：施加在管道上不变的，其变化与平均值相比可以忽略不计，其变化是单调的并且趋于限值的荷载。 ●可变载荷：施加在管道结构上由人群、物料、交通工具引起的使用或占用荷载●偶然荷载：设计使用期内偶然出现或不出现其数值很大，可持续时间很短的荷载。 ●环向应力是由管道输送介质的内压产生的。 ●地下管道产生轴向应力的原因是温度变化和环向应力的泊松效应。 ●管道热应力:在管道中由于温度变化产生的应力. ●管道出现温度变化的主要原因:管道在敷设施工时的温度由外部气温决定，而在运行过程中则由输送产品的温度决定，两者之间必然存在差别，不可避免在管道运行过程中产生应力或伸缩变形。 ●地下管道应力应变的特点:根据摩擦阻力与热伸缩力的大小，可以将埋地管道分成自由伸缩段、过渡段和嵌固段。在自由伸长段，土壤与管壁的摩擦力为零，也即在该截面处不受约束可以自由伸长，其变形量也大，随着管道向埋地段延伸时，土壤与管壁之间的摩擦阻力越来越大，管段受到周围土壤的约束，使管道变形量越来越小，这段称为过渡段。当这一变化达到某一长度时，摩擦阻力与热伸缩力相平衡，管段的伸缩完全被约束，即不会因温度的变化而产生伸缩变形，受到完全的强制补偿，此段称为嵌固阶段。 ◆管道发生下沉会在管道上产生两种新的应力：一是由于管道偏离原来的直线位置产生弯曲，从而产生新的弯曲应力；二是由于管道弯曲而使管道的长度有所增加而产生的拉伸应力。 ◆支墩的作用是限制管道的热伸长量。支墩按型式可以分为上托式支墩、预埋式支墩、卡式支墩 ◆应力增强系数：弯管内弧环向应力比直管环向应力增大的倍数。应力缩减系数：弯管内弧环向应力比直管环向应力减小的倍数
《输油管道设计与管理》习题 一、等温输油管道工艺计算习题 1、某φ355.6×6的长输管道按“密闭输油”方式输送汽油，输量为310万吨/年，年工作日按350天计算。管壁粗糙度e ＝0.1mm ，计算温度为15℃。油品的物性参数：υ15＝0.82×10-6 m 2/s ，ρ20＝746.2 kg/m 3。密度按以下公式换算： ρt ＝ρ20-ξ(t -20) kg/m 3 ξ＝1.825-0.00l315ρ20 kg/m 3℃ 试做： (1)判断管内流态. (2)选择《输油管道工程设计规范》中相应的公式计算水力摩阻系数，如果有一个以上的计算公式，需比较计算结果的相对差值。 2、某φ323.9×6的等温输油管道，全线设有两座泵站，管道全长150km ，管线纵断面数据见下表，计算该管道输量可达多少? 己知：全线为水力光滑区，站内阻力忽略不计，翻越点或终点的动水压力按20m 油柱计算。 油品计算粘度6 6.410ν-=?m 2/s 首站进站压力201=S H 米油柱 首站和中间站两台同型号的离心泵并联工作，每台泵的特性方程为： 1.755902165H Q =- 米 （Q ：m 3/s ，H ：m ） 二、加热输送管道工艺计算习题 某长距离输油管道长280km ，采用φ273.1×6钢管，管道中心埋深1.4m ，沿线全年最低月平均 地温2℃，最低月平均气温-10℃。管壁粗糙度e ＝0.1mm 。土壤导热系数0.96W/m ℃，防腐层导热系数0.15 W/m ℃，聚氨脂泡沫导热系数0.05 W/m ℃，防水层导热系数0.17 W/m ℃。 1、计算管道埋地保温与不保温时的总传热系数【埋地不保温管道防腐绝缘层厚度3mm ，保温管道的结构：钢管外为环氧粉末防腐层（由于厚度很小，热阻可忽略不计），防腐层外是聚氨酯泡沫塑料保温层，保温层外是防水层。40mm 厚的保温层，3mm 厚的防水层，忽略管内壁对流换热热阻及钢管热阻】。 2、计算架空保温管道的总传热系数（冬季计算风速5m/s ，管外壁至大气的幅射放热系数可取为αar ＝3.5W/m 2℃）。 3、若输量为200万吨/年，输送ρ20为870kg/m 3的原油，设计出站油温60℃、进站温油35℃，原油品比热2.1kJ/kg ℃，粘温方程 υ＝37.338×10 -6e -0.041t m 2/s ，计算上述管道埋地保温时所需的
1、载荷的分类。1）.永久荷载2）.可变荷载3）.偶然荷载 2、厚壁管道和薄壁管道的选择。（如果D/错误!未找到引用源。<20 则按厚壁管考虑，油气管道多用薄壁管道考虑。） 3、管道许用应力的计算。错误!未找到引用源。=K错误!未找到引 用源。（K、强度设计系数。错误!未找到引用源。、焊缝系数错 误!未找到引用源。钢管的最低屈服强度。） 4、地下管道产生轴向应力的原因：1）温度变化2）环向应力的 泊松效应。 5、支墩受力平衡的校核条件：T错误!未找到引用源。K错误!未找 到引用源。P(K安全系数错误!未找到引用源。P管道作用 在支墩上的推力T支墩受到的土壤阻力) 6、当错误!未找到引用源。时弯管在内压作用下环向应力最小，当 错误!未找到引用源。时弯管在内压作用下环向应力的最大。在 弯曲的外缘为轴向拉应力，而在弯曲的内缘为轴向压应力。7、什么是简单管道弯曲，弹性管道弯曲的最小半径：指埋在土壤 中的管道相对于土壤既不能做轴向移动也不能做横向移动。错 误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。 8、弯管和直管的应力有什么区别壁厚有什么区别：1）弯管应力分 布式不均匀的，最大应力一般高于直管的最大应力。2）弯管和 直管一样，内环向应力的决定壁厚再用轴向应力校核。 9、管道的跨度计算，何种情况用刚度计算，何种情况用强度计算： 对于输油和输气管道用强度条件决定跨度即可，对于蒸汽管道
和其他对挠度有特殊限制要求的管道，应同时按强度条件和刚 度条件计算跨度选数值较小者。 10、应力增强系数：指弯管在弯矩作用下的最大弯曲应力和直管受 同样弯矩是的最大弯曲应力的比之。 11、埋地管道在地下所处的位置：一般情况下管顶覆土厚度 1~1.2m，热油管道深取1.2m穿越铁路和公路时管顶距铁轨底 不小于1.3m，距公路不小于1m。 12、固定支墩的的作用：可视为把过渡段缩减至零的措施，作用是 限制管道的热伸长量。 13:管道补强的规定 1：在主管上直接开孔焊接支管：当支管外径小于0.5倍主管外径时，可采用补强圈进行局部补强，也可增加主管和支管壁厚进行整体补强。 2：当相邻两支管中心线的间距小于两支管开孔直径之和，但大于或等于两支管直径之和的三分之二时，应进行联合补强或增大主管管壁厚度。当进行联合补强时，支管中心线之间的补强面积不得小于两开孔所需总补强面积的二分之一。当相邻两支管中心线的间距小于两支管直径之和的三分之二时，不得开孔。 3：当支管直径小于或等于50mm时，可不补强。 4：当支管外径等于或大于二分之一主管外径时，应采用三通或全包型补强。 5：开孔边缘距主管焊缝宜大于主管壁厚的5倍。
《油罐及管道强度设计》综合复习资料 一、 选择，将选择项画“√”。（10分） （1）、立式油罐罐壁筒体的抗弯刚度与它的（高度 直径 壁厚）有关。 （2）、立式油罐罐壁最大环向应力的位置是在（罐壁最下端 罐壁最下端以上0.3m 处 不确定）。 （3）、使用一个加强圈以后罐壁可以承受的风压力是P ，如果不使用加强圈，则它能承受的风压力应（ 是P/2 是P/3 重新计算）。 （4）、罐底边缘板厚度与（油罐内径、板材强度、底圈罐壁厚度）有关。 （5）、两端固定的直管段的热应力要比同样条件下非直线布置的管段的热应力（大、小、不确定）。 （6）、当拱顶罐呼吸阀中真空阀开启进气时，包边角钢内承受（拉应力、压应力）。 （7）、罐壁下节点处的00θ与M 呈（线性、非线性）关系，而罐底下节点处的0M 与0θ呈（线性、非线性）关系。 （8）、对管道热应力进行判断的经验公式如果得到满足，则管道（1、不用校核其热应力；2、也要校核其热应力；3、不一定要校核其热应力）。 （9）、对于容积超过20003m 的油罐，其直径与高度的比值随容积的增大而（基本不变、增大、减小）。 （10）、罐底中幅板厚度与（油罐内径、地基状况、底圈罐壁厚度）有关。 （11）、一般埋地管线敷设在（地下水位线以上、地下水位线以下 、冰冻线以上）。 （12）、 下列（罐壁设加强圈、罐顶设加强筋、罐顶设置呼吸阀）措施可增强拱顶罐的抗风能力。 （13）、平面管道热应力计算时，弹性中心法求出的弹性力的作用点在（管系的形心、固定支座处、管系的弹性中心）。 （14）、门型补偿器可采用（预先拉伸或预先压缩、预先弯曲、预先扭转）的办法来提高其补偿能力。 （15）、两端固定的直管段的热应力要比同样条件下非直线布置的管段的热应力（大、小、不确定）。
管道与储罐强度（思考题） 引言 1、解释“强度”一词的含义。 2、怎样理解应变，正应变、剪应变的含义是什么？ 3、试举出几个管材机械性能参数的例子。 4、管壁中的一点的应力状态？ 5、怎样进行管道的强度设计。 第一章 1、埋地管道的设计中怎样进行载荷分类，为什么需要载荷分类。 2、怎样推导薄壁管道的环向应力公式？ 3、管道的环向应力计算公式有哪两种，适用条件，常用的是那种，写出其表达式。 4、为什么取设计系数，怎样选取输油管道的设计系数? 怎样选取输气管道的设计系数。 5、为什么划分输气管道的地区等级，怎样划分？ 6、什么是管道的规定最低屈服强度，举出几种强度级别管道钢的规定最低屈服极限，并说明其国际单位 制和英制的数值换算关系。 7、管道产生轴向应力或变形的原因是什么？怎样计算埋地直管段中的轴向应力？ 8、埋地管道中的固定支墩的作用是什么？从哪几个方面进行固定支墩的设计计算？ 9、怎样计算管道对固定支墩的推力？ 10、管道中弯曲应力与弯曲曲率的关系怎样？ 11、怎样计算管道下沉段的弯曲应力？ 12、什么是弯管的特征系数和柔性系数？ 13、怎样进行管道三通的补强设计？ 14、分析管道中一点的应力状态，说明每个应力分量产生的原因。 15、怎样进行管道中组合应力校核？ 16、埋地管道产生轴向屈曲的主要原因是什么？ 17、陆上埋地管道的稳定性验算时的安全系数一般取多少? 18、什么极限状态的定义？什么是失效概率的定义？在干涉理论中怎样计算失效概率？ 19、什么是分项安全系数？举例说明典型的分项安全系数设计方程。 20、简述在管道设计中考虑的极限状态。 第二章 1、地上管道的支承形式？ 2、怎样在管道系统中设置固定支架和活动支架？ 3、你能举出几种长输管道的跨越形式？ 4、地上管道的垂直载荷有哪些？ 5、地上管道的水平载荷是什么原因产生的？ 6、地上管道的轴向载荷有哪些？ 7、地上管道的跨度设计采用什么理论，需要考虑哪些条件？ 8、地上管道跨度设计的刚度条件中的位移限制值一般取多大？ 9、平面管道分析采用什么方法？各有什么特点？ 10、地上管道热应力补偿的几种方式？ 11、写出地上管道热应力补偿弯曲管段的简易校核的公式。 12、管道产生振动的原因有哪些？
管道及储罐强度设计（第二次） 改动的地方:简答题第三题，计算题第一题，计算题第十一题 名词解释 1.工作压力 在正常操作条件下，容器可能达到的最高压力 2．材料强度 是指载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力。屈服点和抗拉强度是钢材常用的强度判据。 3．储罐的小呼吸 罐内储液(油品)在没有收、发作业静止储存情况下，随着环境气温、压力在一天内昼夜周期变化，罐内气相温度、储液(油品)的蒸发速度、蒸气(油气)浓度和蒸气压力也随着变化，这种排出或通过呼吸阀储液蒸气(油气)和吸入空气的过程叫做储罐的小呼吸 4.自限性 局部屈服或小量塑性变形就可以使变形连续条件得到局部或全部的满足，塑性变形不再继续发展并以此缓解以致完全消除产生这种应力的原因。 5．无力矩理论(薄膜理论)
假定壁厚与直径相比小得多，壳壁象薄膜一样，只能承受拉(压)应力弯曲内力的影响，而不能承受弯矩和弯曲应力，或者说，忽略这样计算得到的应力，称薄膜应力。 6．壳体中面 壳体厚度中点构成的曲面，中面与壳体内外表面等距离。 7．安全系数 考虑到材料性能、载荷条件、设计方法、加工制造和操作等方面的不确定因素而确定的质量保证系数。 8．容器最小壁厚 由刚度条件确定，且不包括腐蚀裕量的最小必须厚度。 (1)对碳素钢、低合金钢制容器： (2)对高合金钢制容器： 不小于2mm (3)对封头：
9.一次应力 一次应力:由于压力和其他机械荷载所引起与内力、内力矩平衡所产生的，法向或切向应力，随外力荷载的增加而增加。 10.储罐的小呼吸损耗 罐内储液(油品)在没有收、发作业静止储存情况下，随着环境气温、压力在一天内昼夜周期变化，罐内气相温度、储液(油品)的蒸发速度、蒸气(油气)浓度和蒸气压力也随着变化，这种排出或通过呼吸阀储液蒸气(油气)和吸入空气的过程所造成的储液(油品)损耗称作储罐小呼吸损耗 11耦联振动周期和波面晃动周期 耦联振动周期：罐内液体和储罐结合在一起的第一振动周期。 波面晃动周期：罐内储液的晃动一次的时间 12压力容器工艺设计 工艺设计 1.根据原始参数和工艺要求选择容器形式，要求能够完成生产任务、有较好的经济效益;
中国石油大学函授生考试试卷 课程 管道与储罐强度 教师 李岩芳 2013 /2014 学年 第2学期 班级 13级油气储运 ____________ 成 绩_______ 一、填空题（2’×15=30’） 1、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为 、 、 三大种油罐。 2、为满足强度要求，罐壁下节点处的轴向应力σ与其材料屈服极限s σ的关系为 。 3我国在设计油罐时，一般根据 原则来计算其直径和高度。一般说来，等壁厚油罐的公称容积不超 过 米3。 4如果在壁厚为t 的罐壁上开一直径为D 的人孔，需用截面积为 的金属来进行补强。当罐壁开孔接管的直径不超过 时，可不进行补强。 5、根据 原则，拱顶油罐的罐顶曲率半径约为 倍罐壁筒体直径。 6、我国将抗风圈一般设计在 的位置上。某地区的瞬时风速为60s m /，则在该地区建10,0003m 浮顶罐时，所用抗风圈的最小截面系数为 3cm 。一般说来，抗风圈与罐壁连接处上下各 倍壁板厚度能与抗风圈同时工作。 7、设计浮顶罐时，浮船外径比油罐内径小 毫米。 8、一般说来，管道的弹性截面系数W 与其塑性截面系数,W 的关系为 ，通常采用 截面系数来进行管路跨度设计，使其满足强度要求。 9、直角弯管的柔性要比相同直径相同壁厚曲管的柔性 。 10、Π型补偿器可采用 或 的办法来提高其补偿能力。 11、通常，管道的跨度可按管子的 和 两个条件来确定。 12、某水平铺设的管道其中间跨度计算值为10米，则其边跨的计算值为 米；若将该管道铺设在30度斜坡上，则其中间跨的计算值为 米。 13、柔性系数 ij δ是指 。
14、某平面管系按正常方法铺设于两固定约束端之间，在某一温差 t下，用弹性中心法求得约束端的作用力比值为P x/P y=5,若将温差改变为2 t，则P x/P y= 。 15、一般地，公称容积5万3m的浮顶罐，其直径约为m。 二、选择，将选择项画“√”。（20分） （1）、立式油罐罐壁筒体的抗弯刚度与它的（高度直径壁厚）有关。（2）、立式油罐罐壁最大环向应力的位置是在（罐壁最下端罐壁最下端以上0.3m处不确定）。 （3）、使用一个加强圈以后罐壁可以承受的风压力是P，如果不使用加强圈，则它能承受的风压力应（是P/2 是P/3 重新计算）。 （4）、罐底边缘板厚度与（油罐内径、板材强度、底圈罐壁厚度）有关。（5）、两端固定的直管段的热应力要比同样条件下非直线布置的管段的热应力（大、小、不确定）。 （6）、当拱顶罐呼吸阀中真空阀开启进气时，包边角钢内承受（拉应力、压应力）。（7）、一般埋地管线敷设在（地下水位线以上、地下水位线以下、冰冻线以上）。（8）、下列（罐壁设加强圈、罐顶设加强筋、罐顶设置呼吸阀）措施可增强拱顶罐的抗风能力。 （9）、平面管道热应力计算时，弹性中心法求出的弹性力的作用点在（管系的形心、固定支座处、管系的弹性中心）。 （10）、门型补偿器可采用（预先拉伸或预先压缩、预先弯曲、预先扭转）的办法来提高其补偿能力。 三、简答题(4’×5=20’) 1、设计油罐罐壁为什么有最大和最小壁厚的要求，它们各与哪些因素有关？ 2、简述回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，并以拱顶油罐的罐壁和罐顶为
油气输送管道穿越工程设计规范（GB50423-2007） 3.1 基础资料 3.1.1 穿越工程设计前，应取得所输介质物性资料及输送工艺参数。其要求应按现行国家标准《输油管道工程设计规范》GB 50253和《输气管道工程设计规范》GB 50251的规定执行。 3.1.2 穿越工程设计前，应根据有关部门对管道工程的环境影响评估报告、灾害性地质评估报告、地震安全评估报告及其他涉及工程的有关法律法规，合理地选定穿越位置。穿越有防洪要求的重要河段，应根据水务部门的防洪评价报告，选定穿越位置及穿越方案。 3.1.3 选定穿越位置后，应按照国家现行标准《长距离输油输气管道测量规范》SY/T 0055和《油气田及管道岩土工程勘察规范》SY/T 00 53，根据设计阶段的要求，取得下列测量和工程地质所需资料： 1 工程测量资料，包括1:200～1:2000，平面地形图(大、中型工程)与断面图； 2 工程地质报告，包括1:200～1:2000地质剖面图、柱状图、岩土力学指标、地震、水文地质及工程地质的结论意见。 3.1.4 应根据下列钻孔布置要求获取地质资料： 1 挖沟埋设穿越管段，应布置在穿越中线上。 2 水平定向钻、顶管或隧道敷设穿越管段，应交叉布置在穿越中线两侧各距15～50m处。在岩性变化多时，局部钻孔密度孔距可布置为20～30m。 3.1.5 根据现行国家标准《中国地震动参数区划图》GB 18306，位于地震动峰值加速度a≥0.19地区的大中型穿越工程，应查清下列四种情况，并取得量化指标： 1 有无断层及断层活动性质、一次性最大可能错动量。 2 地震时两岸或水床是否会出现开裂或错动。 3 地震时是否会发生基土液化。 4 地震时是否会引起两岸滑坡或深层滑动。 3.1.6 穿越管段应有防腐控制的设计资料。 3.2 材料 3.2.1 穿越工程用于输送油气的钢管，应符合现行国家标准《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：A级钢管》GB/T 97 11.1或《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分：B 级钢管》GB/T 9711.2的规定，并应根据所输介质、钢管直径、钢管壁厚、使用应力与设计使用温度等补充有关技术条件要求。对于管径小于DN300，设计压力小于6.4MPa的输油钢管或设计压力小于 4.0MP a的输气钢管，可采用符合现行国家标准《输送流体用无缝钢管》GB/
管道及储罐强度设计考试题 年级: 专业: 姓名: 一、填空题（20分） 1．地下敷设管道的埋设深度的确定要综合考虑、、等因素。 2．输油管道的设计温度，当加热输送时应为；当不加热输送时，应。 3．弯头或弯管是整个管道系统的一个组成部分，其所能承受的温度和压力，应，以保证管道系统安全。 4．锚杆的锚固力，与、、、，以及等因素有关。 5．内管与外管的联结构造，其联结件包括、、、和等。 6．敷管船法敷设管线可细分为、、、、五种。 二、简答题（40分） 1．管道或管道附件的开孔补强应符合哪些规定？ 2．地上敷设管道的支承形式按管道跨越形式分类有哪些？ 3．简介迄今国内外用于管道维修补强的方法。 4．简介光壳球在外载荷作用下的临界荷载计算和设计厚度的方法。 三、计算题（40分） 1．管道外径237mm，管壁厚9mm，内压10MPa，分别按精确值和薄壁近似公式计算管道的轴向应力和管道横截面的截面稀疏，并比较两种计算方法的差别。（6分） 2．一条直径0.219m、壁厚8.2mm的支管接在一条直径0.400m、壁厚10mm的主管上，支管材料的屈服极限σs= 241MPa，主管材料的屈服极限σs=317MPa。该管道的工作压力为10MPa，工作温度52℃，管道运行地区为一级地区。试设计补强圈的厚度。（12分）
3．设油罐进出油管线为φ159×4.5 钢管，钢管材料的弹性模量为197.5GPa，热胀系数为 1.22×10-51/℃，操作温度为100℃，若安装温度为0℃，当管线在1点处固定时，求管 线的热应力和对油罐的推力。（10分） 4．已知有效波的高度H0=3.05m，有效波的周期T=10s，水深d=30.5m，波的方向和管子垂 直。其余参数为管子直径D=0.305m，海床坡度=0。假定海堤围年地图，摩擦系数μ=0.5。 是根据以上条件确定管道受到的动水作用力。（12分）
中国石油大学函授生考试试卷 课程管道与储罐强度教师李岩芳2013 /2014 学年第2学期 班级13级油气储运____________ 成绩_______ 一、填空题（2’×15=30’） 1、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为、、三大种油罐。 2、为满足强度要求，罐壁下节点处的轴向应力σ与其材料屈服极限 σ的关系 s 为。 3我国在设计油罐时，一般根据原则来计算其直径和高度。一般说来，等壁厚油罐的公称容积不超 过米3。 4如果在壁厚为t的罐壁上开一直径为D的人孔，需用截面积为的金属来进行补强。当罐壁开孔接管的直径不超过时，可不进行补强。 5、根据原则，拱顶油罐的罐顶曲率半径约为倍罐壁筒体直径。 6、我国将抗风圈一般设计在的位置上。某地区的瞬时风速为60s m浮顶罐时，所用抗风圈的最小 m/，则在该地区建10,0003 截面系数为3 cm。一般说来，抗风圈与罐壁连接处上下各倍壁板厚度能与抗风圈同时工作。 7、设计浮顶罐时，浮船外径比油罐内径小毫米。 8、一般说来，管道的弹性截面系数W与其塑性截面系数,W的关系为，通常采用截面系数来进行管路跨度设计，使其满足强度要求。 9、直角弯管的柔性要比相同直径相同壁厚曲管的柔性。 10、Π型补偿器可采用或的办法来提高其补偿能力。 11、通常，管道的跨度可按管子的和两个条件来确定。 12、某水平铺设的管道其中间跨度计算值为10米，则其边跨的计算值为米；若将该管道铺设在30度斜坡上，则其中间跨的计算值为米。 13、柔性系数ijδ是指。
14、某平面管系按正常方法铺设于两固定约束端之间，在某一温差 t下，用弹性中心法求得约束端的作用力比值为P x/P y=5,若将温差改变为2 t，则P x/P y= 。 15、一般地，公称容积5万3m的浮顶罐，其直径约为m。 二、选择，将选择项画“√”。（20分） （1）、立式油罐罐壁筒体的抗弯刚度与它的（高度直径壁厚）有关。（2）、立式油罐罐壁最大环向应力的位置是在（罐壁最下端罐壁最下端以上0.3m处不确定）。 （3）、使用一个加强圈以后罐壁可以承受的风压力是P，如果不使用加强圈，则它能承受的风压力应（是P/2 是P/3 重新计算）。 （4）、罐底边缘板厚度与（油罐内径、板材强度、底圈罐壁厚度）有关。（5）、两端固定的直管段的热应力要比同样条件下非直线布置的管段的热应力（大、小、不确定）。 （6）、当拱顶罐呼吸阀中真空阀开启进气时，包边角钢内承受（拉应力、压应力）。（7）、一般埋地管线敷设在（地下水位线以上、地下水位线以下、冰冻线以上）。（8）、下列（罐壁设加强圈、罐顶设加强筋、罐顶设置呼吸阀）措施可增强拱顶罐的抗风能力。 （9）、平面管道热应力计算时，弹性中心法求出的弹性力的作用点在（管系的形心、固定支座处、管系的弹性中心）。 （10）、门型补偿器可采用（预先拉伸或预先压缩、预先弯曲、预先扭转）的办法来提高其补偿能力。 三、简答题(4’×5=20’) 1、设计油罐罐壁为什么有最大和最小壁厚的要求，它们各与哪些因素有关？ 2、简述回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，并以拱顶油罐的罐壁和罐顶为
《油罐及管道强度设计》综合复习资料 一、填空 1、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为 拱顶罐 、 外浮顶罐 、 内浮顶罐 三大种油罐。 2、罐壁板和管子的厚度负偏差是指 实际厚度与公称厚度之差 。 3、10万的直径大约为 80 米。 4、立式圆柱形油罐罐壁开口补强原则是 等截面原则 。 5、如果沿壁厚t 为的立式油罐罐壁开一直径D 为的人孔，需要补强的金属截面积是 Dt 。 6、拱顶罐的罐顶曲率半径为 0.8~1.2 倍罐壁筒体直径。 7、柔性系数ij δ是指 j 方向的单位载荷在i 向产生的位移 。 8、5万米3油罐的直径大约为 60米 米（40米、60米、80米）。 9、拱顶罐的罐顶曲率半径为 0.8~1.2 倍罐壁筒体直径。 10、柔性系数ij δ是指 j 方向的单位载荷在i 向产生的位移 。 、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为 拱顶罐 、 外浮顶罐 、 内浮顶罐 三大种油罐。 11、罐壁厚度是根据 液压 荷载计算的。。 12、当立式油罐的容积超过 3m 1000 时必须设计成变壁厚罐。 13、在材料和设计压力相同的条件下，曲管的壁厚比直管的壁厚 大 。 14、当操作温度高于安装温度时，通过 预先拉伸 可以减小Π型补偿器内的热应力。 二、简述题 1、 简述回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，并以拱顶油罐的罐壁和罐顶为例分别说明。 第一曲率半径：径线本身的曲率半径。 第二曲率半径：从回转壳上的点沿法线到回转轴的距离。 2、 浮顶罐和拱顶罐可分别采用哪些抗风措施？试说明理由 拱顶罐：设置加强圈，适当增加壁厚，尽量不空罐。 外浮顶罐：设置抗风圈，设置加强圈，适当增加壁厚，尽量不空罐。 3、 平面管道热应力的大小与哪些因素有关，它们的变化如何影响热应力的大小？ 平面管道热应力与温差，管系形状，补偿器设置，冷紧、约束状况等有关。 4、 浮顶的设计必须满足哪些要求？ 正常操作条件下，浮顶与储液紧密接触； 以上条件下，浮顶不发生强度和稳定性失效。 5、 油罐罐壁为什么有最大和最小壁厚的要求，它们各与哪些因素有关。 最大壁厚要求：由于现场难以进行回火处理，但要保证焊缝质量。与材质和最低使用温度有关。 最小壁厚要求：为了满足安装和使用要求。与油罐直径有关。 6、 简述回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，并以拱顶油罐的罐壁和罐顶为例分别说明。 答：第一曲率半径即经线的曲率半径。 第二曲率半径等于经线上的一点沿法线方向到回转轴的距离。 对罐壁：2/21D r r =∞=
管道及储罐强度设计（第二次） 改动的地方：简答题第三题，计算题第一题，计算题第十一题 名词解释 1. 工作压力 在正常操作条件下，容器可能达到的最高压力 2. 材料强度 是指载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力。屈服点和抗拉强度 是钢材常用的强度判据。 3. 储罐的小呼吸 罐内储液（油品）在没有收、发作业静止储存情况下，随着环境气温、 压力在一天内昼夜周期变化，罐内气相温度、储液（油品）的蒸发速度、蒸气（油气）浓度和蒸气压力也随着变化，这种排出或通过呼吸阀储液蒸气（油气）和吸入空气的过程叫做储罐的小呼吸 4. 自限性 局部屈服或小量塑性变形就可以使变形连续条件得到局部或全部的 满足，塑性变形不再继续发展并以此缓解以致完全消除产生这种应力 的原因。 5. 无力矩理论（薄膜理论） 假定壁厚与直径相比小得多，壳壁象薄膜一样，只能承受拉（压）应力弯曲内力的影响，而不能承受弯矩和弯曲应力，或者说，忽略这样计算得到的应力，称薄膜应力。 6. 壳体中面
壳体厚度中点构成的曲面，中面与壳体内外表面等距离。 7. 安全系数 考虑到材料性能、载荷条件、设计方法、加工制造和操作等方面的不确定因素而确定的质量保证系数。 8容器最小壁厚 由刚度条件确定，且不包括腐蚀裕量的最小必须厚度。 （1）对碳素钢、低合金钢制容器： D芒3800mm时,8niil>20/1000,且不小于3mm Dj> 3800mm时，瓜俪按现场运输条件确定 （2）对高合金钢制容器： 不小于2mm （3）对封头： 6min>筒体最小壁厚］ 9. 一次应力 一次应力：由于压力和其他机械荷载所引起与内力、内力矩平衡所产生的，法向或切向应力，随外力荷载的增加而增加。 10. 储罐的小呼吸损耗
中国石油大学函授生考试试卷 欧阳光明（2021.03.07） 课程管道与储罐强度教师李岩芳 2013 /2014 学年第2学期班级 13级油气储运姓名____________ 成绩_______ 一、填空题（2’×15=30’） 1、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为、、三大种油罐。 2、为满足强度要求，罐壁下节点处的轴向应力σ与其材料屈服极限sσ的关系为。 3我国在设计油罐时，一般根据原则来计算其直径和高度。一般说来，等壁厚油罐的公称容积不超 过米3。 4如果在壁厚为t的罐壁上开一直径为D的人孔，需用截面积为的金属来进行补强。当罐壁开孔接管的直径不超过时，可不进行补强。 5、根据原则，拱顶油罐的罐顶曲率半径约为倍罐壁筒体直径。 6、我国将抗风圈一般设计在的位置上。某地区的瞬时风速为 m/，则在该地区建10,0003m浮顶罐时，所用抗风圈的最小截面60s cm。一般说来，抗风圈与罐壁连接处上下各倍壁板厚度能系数为3 与抗风圈同时工作。 7、设计浮顶罐时，浮船外径比油罐内径小毫米。 8、一般说来，管道的弹性截面系数W与其塑性截面系数,W的关系
为，通常采用截面系数来进行管路跨度设计，使其满足强度要求。 9、直角弯管的柔性要比相同直径相同壁厚曲管的柔性。 10、Π型补偿器可采用或的办法来提高其补偿能力。 11、通常，管道的跨度可按管子的和两个条件来确定。 12、某水平铺设的管道其中间跨度计算值为10米，则其边跨的计算值为米；若将该管道铺设在30度斜坡上，则其中间跨的计算值为米。 13、柔性系数ij 是指。 14、某平面管系按正常方法铺设于两固定约束端之间，在某一温差t下，用弹性中心法求得约束端的作用力比值为P x/P y=5,若将温差改变为2t，则P x/P y= 。 15、一般地，公称容积5万3m的浮顶罐，其直径约为m。 二、选择，将选择项画“√”。（20分） （1）、立式油罐罐壁筒体的抗弯刚度与它的（高度直径壁厚）有关。 （2）、立式油罐罐壁最大环向应力的位置是在（罐壁最下端罐壁最下端以上0.3m处不确定）。 （3）、使用一个加强圈以后罐壁可以承受的风压力是P，如果不使用加强圈，则它能承受的风压力应（是P/2 是P/3 重新计算）。（4）、罐底边缘板厚度与（油罐内径、板材强度、底圈罐壁厚度）有关。 （5）、两端固定的直管段的热应力要比同样条件下非直线布置的
管道与储罐强度（思考题） 第一章引言 1、解释“强度”一词的含义。 2、怎样理解应变，正应变、剪应变的含义？ 3、试举出几个管材机械性能参数的例子。 4、管壁中的一点的应力状态？ 5、怎样进行管道的强度设计。 第二章应力与柔性 6、管道的载荷形式。 7、怎样推导薄壁管道的环向应力公式？ 8、管道的环向应力计算公式有哪两种，适用条件，常用的是那种，写出其表达式。 9、力和力矩产生的应力的公式。 10、理想锚固管道的热应力？热应力的影响因素。 11、什么是持续应力和自限性应力？它们各自的特征。 12、怎样确定热膨胀应力的允许变化范围。 13、怎样利用导向悬臂梁公式计算平面管系的应力。 14、什么是弯管的特征，弯管的内压应力分布规律如何？ 15、弯管为什么会椭圆化，椭圆化的影响。弯管的柔性系数、特征系数和应力增强系数如何？ 16、管件处的力矩怎样分解？怎样确定管件的弯曲应力以及合成应力？ 第三章线路管道 17、土壤的颗粒组成？ 18、什么是土壤的内摩擦角？ 19、怎样认识土壤对管道的阻力？ 20、为什么输气管道划分地区等级，怎样划分？ 21、为什么取设计系数，怎样选取输油、输气管道的设计系数? 22、什么是管道的规定最低屈服强度，举出几种强度级别管道钢的规定最低屈服极限，并说明其国际单位 制和英制的数值换算关系。 23、管道产生轴向应力或变形的原因是什么？什么是埋地管道的过渡段？怎样确定过渡段的长度? 24、埋地管道中的固定支墩的作用是什么？从哪几个方面进行固定支墩的设计计算？ 25、怎样计算管道对固定支墩的推力？为什么需要对管道作用在固定墩上的推力进行折减。 26、管道中弯曲应力与弯曲曲率的关系怎样？ 27、怎样计算管道下沉段的弯曲应力？ 28、分析管道中一点的应力状态，说明每个应力分量产生的原因。 29、怎样进行管道组合应力校核？ 30、埋地管道产生轴向屈曲的主要原因是什么？ 31、陆上埋地管道的稳定性验算时的安全系数一般取多少? 32、什么极限状态的定义？ 33、什么是失效概率的定义？在干涉理论中怎样计算可靠性指标？ 34、什么是分项安全系数？举例说明典型的分项安全系数设计方程。
输油管道系统输送工艺设计规范 3. 1一般规定 3.1.1输油管道工程设计计算输油量时，年工作天数应按354d计算。 3. 1. 2应按设计委托书或设计合同规定的输量(年输量、月输量、日输量)作为设计输量。设计最小输量应符合经济及安全输送条件。 3. 1. 3输油管道设计宜采用密闭输送工艺。若采用其他输送工艺，应进行技术经济论证，并说明其可行性。 3. 1. 4管输多种油品，宜采用顺序输送工艺。若采用专管专用输送工艺，应进行技术经济论证。 3.1.5输油管道系统输送工艺方案应依据设计内压力、管道管型及钢种等级、管径、壁厚、输送方式、输油站数、顺序输送油品批次等，以多个组合方案进行比选，确定最佳输油工艺方案。 3.1.6管输原油质量应符合国家现行标准《出矿原油技术条件》(SY 7513的规定；管输液态液化石油气的质量应符合
现行国家标准《油气田液化石油气》(GB 9052.1)或《液化石油气》(GB 11174)的规定；管输其他成品油质量应符合国家现行产品标准。 3.1.7输油管道系统输送工艺总流程图应标注首站、中间站、末站的输油量，进出站压力及油温等主要工艺参数。并注明线路截断阀、大型穿跨越、各站间距及里程、高程(注明是否有翻越点)。 3.1.8输油管道系统输送工艺设计应包括水力和热力计算，并进行稳态和瞬态水力分析，提出输油管道在密闭输送中瞬变流动过程的控制方法。 3. 2原油管道系统输送工艺 3. 2. 1应根据被输送原油的物理化学性质及其流变性，通过优化比选，选择最佳输送方式。原油一般物理化学性质测定项目，应符合本规范附录A的规定；原油流变性测定项目，应符合本规范附录B的规定。 3.2.2加热输送的埋地原油管道，应优选加热温度；管道是否需保温，应进行管道保温与不保温的技术经济比较，确
《油罐及管道强度设计》 一、填空题 1、常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为、、三大种油罐。 2、罐壁板和管子的厚度负偏差是指。 3、5万米3油罐的直径大约为米（40米、60米、80米）。 4、立式圆柱形油罐罐壁开口补强原则是。 5、如果沿壁厚t为的立式油罐罐壁开一直径D为的人孔，需要补强的金属截面积是。 6、我国抗风圈一般设计在的位置上。 7、拱顶罐的罐顶曲率半径为倍罐壁筒体直径。 8、我国的标准风速是以一般平坦地区、离地面米高、30年一遇的分钟平均最大风速为依据的。 是指。 9、柔性系数 ij 10、管路的跨度可根据条件和条件进行设计，根据条件确定的跨度在任何条件下都必须得到满足。 11、Π型补偿器可采用或的办法来提高其补偿能力。 二、选择题 1、管道热应力计算的弹性中心法求出的弹性力是在（）。 A、管系的形心 B、固定支座处 C、管系的弹性中心 2、对管道热应力进行判断的经验公式如果得到满足，则管道（）。 A、不用校核其热应力； B、也要校核其热应力； C、不一定要校核其热应力 三、简答题 1、各种罐常采用哪些抗风措施？ 2、简述回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，并以拱顶油罐的罐壁和罐顶为例分别说明。 3、油罐罐壁为什么有最大和最小壁厚的要求，它们各与哪些因素有关。 4、浮顶罐和拱顶罐可分别采用哪些抗风措施？试说明理由 5、平面管道热应力的大小与哪些因素有关？ 6、分别举出2种以上人工管路补偿器和自然管路补偿器。
四、计算题 1、有一敞口容器放在地面上，其中装满重度γ为的液体，上下筒体壁厚皆为t ，图中尺寸已知，求离罐底H /2处的径向应力和环向应力。 2、一拱顶罐的拱顶为4mm 厚钢板，无加强筋，它与壁连接采用的包边角钢的横截面积F =7.28cm 2，包边角钢许用应力[σ]=160MPa ，油罐操作正压力200mm 水柱，真空度50mm 水柱，顶板自重340 N/m 2，活载荷（包括雪载）为800 N/m 2，油罐拱顶半径和罐壁直径R =D =7700mm ，顶板边缘切线与水平线的夹角 30=α，焊缝系数η =0.85，弹性模量E =2.1×1011 Pa 。 （1）验算拱顶的稳定性； （2）包边角钢是否满足强度要求。 3、推导圆柱形油罐壁厚计算的定点法公式，并说明其使用范围。
《油罐及管道强度设计》综合复习资料 一、选择题 1、立式油罐罐壁筒体的抗弯刚度与它的（ ）有关。 A 、高度 B 、直径 C 、 壁厚 2、立式油罐罐壁最大环向应力的位置是在（ ）。 A 、罐壁最下端 B 、罐壁最下端以上0.3m 处 C 、不确定 3、使用两个加强圈以后罐壁可以承受的风压力是P ，如果不使用加强圈，则它能承受的风 压力应（ ）。 A 、P/2 B 、P/3 C 、重新计算 4、罐底边缘板厚度与（ ）有关。 A 、油罐内径 B 、板材 C 、底圈罐壁厚度 5、两端固定的直管段的热应力要比同样条件下非直线布置的管段的热应力（ ）。 A 、大 B 、小 C 、不确定 6、直角弯管要比曲管的柔性（ ）。 A 、大 B 、小 C 、不确定 7、管道热应力计算的弹性中心法求出的弹性力是在（ ）。 A 、管系的形心 B 、固定支座处 C 、管系的弹性中心 8、对管道热应力进行判断的经验公式如果得到满足，则管道（ ）。 A 、不用校核其热应力； B 、也要校核其热应力； C 、不一定要校核其热应力 9、门型补偿器可采用（ ）的办法来提高其补偿能力。 A 、预先拉伸 B 、预先压缩 C 、预先弯曲扭转 10、罐底中幅板厚度与（ ）有关。 A 、油罐内径 B 、板材 C 、底圈罐壁厚度 二、填空题 1、 常用的立式圆柱形油罐按其顶的结构可分为 拱顶罐 、 浮顶罐 、 内浮顶罐 三大种 油罐。 2、 罐壁板和管子的厚度负偏差是指 。 3、 5万米3油罐的直径大约为 60 米（40米、60米、80米）。 4、 立式圆柱形油罐罐壁开口补强原则是 补强圈板的横截面积与孔口的横截面积取等值， 即等截面原则 5、 如果沿壁厚t 为的立式油罐罐壁开一直径D 为的人孔，需要补强的金属截面积是 t 与d 乘积 。 6、 拱顶罐的罐顶曲率半径为 0.8-1.2 倍罐壁筒体直径。 7、 柔性系数是指 21210121λ λ++=K 。 8、 我国的标准风速是以一般平坦地区、离地面 10 米高、30年一遇的 10 分钟平均最 大风速为依据的。 9、 管路的跨度可根据 刚度 条件和 强度 条件进行设计，根据 条件确定的跨度 在任何条件下都必须得到满足。 10、 罐壁厚度是根据 最大环向应力 荷载计算的。 11、 立式油罐直径小于12.5米时，罐底宜采用 由矩形的中幅板和边缘板组成的条形的排版 形式；而大于12.5米时，罐底宜采用 周边为弓形边缘板的排版形式。 12、 在常用立式圆柱形油罐中，罐壁环向焊缝可采用对接和搭接混合焊的 13、 为 拱顶 罐。