第七章立式储罐罐壁强度设计资料
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过程设备课程设计任务书一、设计题目:二氧化碳立式储罐二、技术特性指标设计压力:1.81MPa 最高工作压力:1.6MPa设计温度:165℃工作温度:≤125℃受压元件材料:16MnR 介质:二氧化碳气体腐蚀裕量:1.0mm 焊缝系数:0.85全容积:13m3 装料系数:0.9三、设计内容1、储罐的强度计算及校核2、选择合适的零部件材料3、焊接结构选择及设计4、安全阀和主要零部件的选型5、绘制装配图和主要零部件图四、设计说明书要求1、字数不少于5000字。
2、内容包括:设计参数的确定、结构分析、材料选择、强度计算及校核、焊接结构设计、标准零部件的选型、制造工艺及制造过程中的检验、设计体会、参考书目等。
3、设计说明书封面自行设计(计算机打印),要求有设计题目、班级、学生姓名、指导教师姓名、设计时间。
(全班统一)4、设计说明书用A4纸横订成册,封面和任务书在前。
目录第一章绪论 (1)1.1储罐的分类 (1)1.2立式二氧化碳储罐设计的特点 (2)1.3设计内容及设计思路 (3)第二章零部件的设计和选型 (5)2.1材料用钢的选取 (5)2.1.1容器用钢 (5)2.1.2附件用钢 (5)2.2封头的设计 (6)2.2.1封头的选择 (6)2.2.2封头的设计计算 (6)2.3筒体的设计 (7)2.3.1筒体的设计计算 (7)2.4人孔的设计 (7)2.4.1人孔的选择 (7)2.4.2人孔的选取 (8)2.5容器支座的设计 (11)2.5.1支座选取 (11)2.5.2支座的设计 (11)2.5.3支座的安装位置 (13)2.6接管、法兰、垫片和螺栓的选取 (14)2.6.1接管的选取 (14)2.6.2法兰的选取 (15)2.6.3垫片的选取 (16)2.6.4螺栓的选取 (17)第三章强度设计与校核 (19)3.1圆筒强度设计 (19)3.2封头强度设计 (19)3.3人孔补强设计 (20)第四章试验校核 (24)4.1水压试验 (24)4.1.1试验目的 (24)4.1.2试验强度校核 (24)4.2气密性试验 (25)总结 (26)参考文献 (27)。
立式储罐壁厚计算公式
一、储罐结构:
立式储罐一般由罐体、底座和顶板构成。
罐体是储存物体的主体部分,底座和顶板用于支撑和密封。
储罐的壁厚计算需要考虑罐体、底座和顶板
的结构强度,以及它们之间的连接方式和密封性。
二、内外压力:
储罐在使用过程中会受到内外压力的作用,内压一般由储存物体的蒸
汽压力产生,外压一般由重力或者其他外力产生。
壁厚计算需要考虑内外
压力对储罐壁的影响,以及如何平衡内外压力的差异。
三、储存内容物的特性:
储罐的壁厚计算还需要考虑储存物体的特性,如液体的比重、黏度、
腐蚀性等。
不同的储存物体对储罐的压力和强度要求不同,壁厚需要进行
相应的调整。
四、材料的强度:
储罐的壁厚计算需要考虑材料的强度。
常见的材料包括碳钢、不锈钢、铝合金等。
不同的材料有不同的强度指标,需要根据具体情况选择合适的
材料。
五、安全系数:
壁厚计算过程中还需要考虑安全系数。
安全系数是指储罐的实际强度
与设计强度之间的比值,一般为1.5到2之间。
安全系数越高,储罐在使
用过程中的安全性越高。
油罐及管道强度设计一、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、罐壁厚度是根据最大环向应力荷载计算的。
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。
是指j方向的单位载荷在i向产生的位移。
7、柔性系数ij8、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9、我国的抗风圈一般设计在包边角钢以下1m的位置上。
10、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排版形式,而大于12.5米时,罐底宜采用周边为拱形边缘板的排版形式。
二、简述题1、回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义,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. 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。
3. 各种罐采用哪些抗风措施?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。
4. 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。
5. 浮顶的设计必须满足哪些要求?(1)对于单盘式浮顶,设计时应做到单盘板和任意两个相邻舱室同时破坏时浮顶不沉没,对于双盘式浮顶,设计应做到任意两个舱室同时破坏时浮顶不沉没2、在整个罐顶面积上有250mm降雨量的水积存在单盘上时浮顶不沉没3、在正常操作条件下,单盘与储液之间不存在油气空间。
立式贮罐设计前言玻璃钢罐分为立式、卧式机械缠绕玻璃钢储罐、运输罐、反应罐、各种化工设备,玻璃钢卧式罐、立式贮罐、运输罐、容器及大型系列容器、根据所用(贮存或运输)介质选用环氧呋喃树脂、改性或聚酯树脂、酚醛树脂为粘结剂,由高树脂含量的耐腐蚀内衬层、防渗层、纤维缠绕加强层及外表保护层组成。
玻璃钢具有耐压、耐腐蚀、抗老化、使用寿命长、重量轻、强度高、防渗、隔热、绝缘、无毒和表面光滑等特点.机械缠绕玻璃钢容器可以通过改变树脂系统或采用不同的增强材料来调整产品的物理化学性能以适应不同介质和工作条件需要,通过结构层厚度、缠绕角和壁厚设计制不同压力,是纤维缠绕复合材料的显著特点。
由于有以上的特点,玻璃钢贮罐可广泛应用于石油、化工、纺织、印染、电力、运输、食品酿造、给排水、海水淡化、水利灌溉及国防工程等行业。
储存各种腐蚀性介质可以耐多种酸、碱、盐和有机溶剂,主要应用于石油、化工、制药、印染、酿造、给排水、运输等行业,适应于盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、双氧水、污水、次氯酸钠等多种产品的贮存、运输,也可作地下油槽、保温储槽、运输槽车等[1]。
本设计为容积180,贮存质量分数为的硫酸,使用温度为90℃的立式贮罐,设计中分别从造型、性能、结构、工艺、零部件、防渗漏、安装、检验等八个方面做了说明、计算和设计,整体介绍了立式贮罐的设计流程、方法及主要事项,最终设计出了满足设计要求的立式贮罐.1.造型设计1.1设计要求立式玻璃设计,容积为140,贮存质量分数为的醋酸,使用温度为常温,拱形顶盖设计。
1.2贮罐构造尺寸确定贮罐容积V140,取公称直径为D3800,则贮罐高度为(式1。
1)初定贮罐结构尺寸为D H1.3拱形顶盖尺寸设计与锥形顶盖相比,其结构简单、刚性好、承载能力强,是立式贮罐广为使用的一种形式。
为取得罐顶和罐壁等强度,罐顶的曲率半径与贮罐直径差值不超过20%。
即(式1。
2)式中—-拱顶球面曲率半径,;-—贮罐内径,,等于.取罐顶高为h,r为转角曲率半径,r小则h小,一般取此时[1]。
1、立式圆柱型储罐:拱顶、内浮顶、外浮顶。
单盘式浮顶,适用于大容量油罐,省钢材。
双盘式浮顶,适用于小、特大型油罐,刚度大,隔热好,排水顺畅。
内浮顶优点:有效防止风沙雨雪,减少蒸发损耗;缺点:钢板耗量大,施工要求高,维修不便,不宜大型化。
球型储罐:适用于高压气体。
低压气柜:低压气体。
2、金属油罐大型化优势:节省材料、节约投资、占地面积小、节省配件和罐区管网、便于操作管理。
3、无力矩理论:N φR 1+N θR 2=−q z 2πrN φsinφ−2πr 0N φ0sinφ0+∫2πR 1R 2φφ0sinφ(q x sinφ+q z cosφ)dφ=04、立式圆柱形储罐壁厚设计:设计温度不高于90,大于最低月平均温度加13;设计压力:负压不大于0.25kpa ,正压不超过罐顶及附件总量一般为2kpa ;设计荷载;厚度附加量:C A =C 1+C 2 C1为腐蚀余量,C2钢材允许的负偏差。
5、罐壁排版与连接:纵向焊缝和环向焊缝定点法 设计厚度试水厚度设计温度下许用应力,常温许用应力焊接头系数=0.9变点法:须满足 (t 为底圈板有效厚度不包括附加量)6、储罐高度和直径设计:当等壁厚储罐用钢量最小时,罐顶底用钢量之和是管壁用钢量一半。
最省材料的壁厚计算式:7、开孔补强:等面积补强方法:相同材质的钢板做补强板,补强板的有效补强面积不小于孔口的截面积。
有效补强面积范围:沿罐壁竖向,开孔中心线上下各一倍开孔直径;沿管轴向方向,壁表面内外两侧各四倍管壁厚度。
包括:管壁富于壁厚提供的面积;补强板面积;接管富于提供面积;焊接金属面积。
接管直径小于50mm 可不进行补强 8、抗风圈设计:包边角钢下1m 为顶部抗风圈。
浮顶罐设计外压中间抗风圈数量 抗风圈与管壁环焊缝不小于150mm.阶梯型变截面罐H---等壁厚罐HE 9、立式圆柱形储罐罐底设计。
排版:直径<12.5m 不设环形边缘板,>相反。
罐底边缘板伸出罐底长度C(50-100mm)。
立式储罐罐壁强度设计储罐是一种常用的容器,用于存储和运输各种液体和气体。
储罐的设计对于确保其安全运营非常重要,其中一个重要的设计参数就是罐壁强度。
罐壁强度设计旨在确保储罐能够承受内部和外部压力以及其他外力的作用而不发生破裂,从而保证储罐的安全性和可靠性。
储罐的罐壁强度设计涉及多个方面,包括材料选择、厚度计算、设计应力等。
以下是一个关于立式储罐罐壁强度设计的简要介绍。
第一步是材料的选择。
常见的储罐材料包括不锈钢、碳钢和合金钢等。
材料的选择要考虑到液体或气体的性质以及运行条件,例如温度、压力和腐蚀性。
材料必须具有足够的强度和耐腐蚀性能,以确保储罐的长期运行。
第二步是罐壁厚度的计算。
罐壁的厚度取决于多个因素,包括液体或气体的压力、温度和材料的强度。
根据设计准则和标准,可以使用厚度计算公式来确定最小的罐壁厚度。
这些公式通常考虑抗风压、储罐顶部荷载、液体或气体的压力以及储罐的几何形状。
同时,由于储罐通常在操作期间会经历温度变化,因此还需要考虑温度引起的热应力。
第三步是设计应力的计算。
在储罐运行过程中,罐壁会受到多种应力的作用,例如压力应力、拉伸应力、剪切应力和弯曲应力等。
设计应力的计算是为了确保罐壁在正常操作及应对紧急情况下不会超过材料的强度极限。
这通常涉及到应力的线性弹性分析和非线性弹塑性分析,考虑到材料的本构关系和屈服条件。
另外,对于一些特定应用的储罐,还需要进行其他的设计考虑。
例如,在液化气体储罐中,需要考虑罐壁的绝热性能,以减少温度下降和液体蒸发。
对于带有蒸汽加热设备的储罐,还需要考虑传热和热膨胀等因素。
在进行立式储罐罐壁强度设计时,需要参考一些相关的设计规范和标准。
例如,ASMEVIII-1和API650是常用的储罐设计规范,提供了关于材料选择、厚度计算和设计应力等方面的指导。
此外,还应遵循工程伦理,保证设计的合理性、科学性和安全性。
总之,立式储罐罐壁强度设计是确保储罐运行安全性和可靠性的重要环节。
大型立式储罐计算讲义一、引言大型立式储罐是工业生产中常见的储存介质的设备,其容积一般较大,结构比较复杂。
正确进行大型立式储罐的计算对于其设计和运行非常关键。
本讲义将从储罐的基本结构、力学特性、应力和变形分析以及材料选择等方面进行讲解。
二、储罐的基本结构储罐一般由罐壁、罐顶和罐底组成。
罐壁一般由钢板制成,其厚度与容积大小、介质性质和工作压力等有关。
罐顶是承受介质压力的重要部分,要求具有足够的强度和刚度,一般由锥顶或球顶组成。
罐底主要承受介质重量和容器支撑面积,通常为锥底或平底。
储罐的设计还需考虑悬挂装置、法兰连接和防腐措施等。
三、储罐的力学特性1.内压力:内压力是储罐最主要的力学特性之一,需要通过合理的结构设计和材料选择来满足。
内压力与储罐容积大小、介质性质、工作温度和压力等有关。
2.外力荷载:储罐依靠支撑结构来承担自身重量以及外部荷载如雪、风压等。
外力荷载需要综合考虑储罐的刚度和安全系数,进行合理的设计。
3.地震力:地震力是大型立式储罐设计中必须考虑到的力学特性之一、地震力会使储罐产生较大的振动和变形,容易导致结构破坏和泄漏。
因此,在设计中需要充分考虑地震力,采取相应的抗震措施和提高结构的韧性。
四、储罐的应力和变形分析储罐受到内外压力和外力荷载等的作用下,产生应力和变形。
应力和变形分析是储罐设计中必须进行的重要工作。
1.应力分析:应力分析是根据力学和材料力学原理,对储罐的各个部分进行应力计算和分析。
应力分析可分为静力分析和动力分析两个方面,静力分析主要针对静态作用下的应力分布情况,而动力分析则考虑到动态作用下应力的传递。
2.变形分析:变形分析是根据材料力学原理,计算储罐在受力作用下的形状变化。
变形分析可以通过有限元模拟来进行,得到储罐的变形情况,进一步评估其安全性。
五、材料选择六、总结本讲义主要介绍了大型立式储罐的基本结构、力学特性、应力和变形分析以及材料选择等内容。
在进行储罐设计时,需要全面考虑各个方面的因素,并进行合理的计算和分析,以确保储罐的安全运行和长期使用。
第七章立式储罐的焊接立式储罐是由罐底、罐壁、罐顶及附件等部分通过焊接方式连接而成,焊接是储罐建造的主要工序,对储罐的施工质量具有决定性意义。
第一节概述一、储罐焊接的一般要求储罐建造对焊接的主要质量要求是:焊缝强度、韧性达到设计要求,焊接变形控制在规定范围之内,焊缝外观及内在质量符合设计标准等。
为保证储罐焊接质量符合要求,需在人、机、料、法、环等方面严格控制。
储罐焊接的一般要求如下。
1.人员要求从事储罐焊接的焊工,必须按TSG Z6002-2010《特种设备焊接操作人员考核细则》的规定考核合格,并应取得相应项目的资格后,方可在有效期间内担任合格项目范围内的焊接工作。
2.设备要求选用的焊接设备应能满足焊接工艺要求,焊机配备的电流表、电压表应在计量检定周期内。
3.焊接材料要求(1)储罐焊接施工选用的焊接材料应符合设计文件及焊接工艺规程的要求。
不同强度等级钢号的碳素钢、低合金钢钢材间的焊接,选用的焊接材料应保证焊缝金属的抗拉强度高于或等于强度较低一侧母材抗拉强度下限值,且不超过强度较高一侧母材标准规定的上限值。
(2)焊接材料应有专人负责保管、烘干和发放。
焊材库房的设置和管理应符合JB/T 3223-1996《焊接材料质量管理规程》的有关规定;(3)焊条和焊剂应按产品说明书的要求烘干;(4)焊条电弧焊时,焊条应存放在合格的保温筒内;焊丝在使用前应清除铁锈和油污等。
4.焊接工艺要求(1)焊接前,施工单位必须有合格的焊接工艺评定报告。
焊接工艺评定应符合NB/T 47014-2011《承压设备焊接工艺评定》的有关规定;但当单道焊厚度大于19mm时,应对每种厚度的对接接头单独进行评定。
(2)焊接工艺评定应包括T形接头角焊缝。
T形接头角焊缝试件的制备和检验,应符合GB 50128-2005《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》附录A的规定。
(3)不同强度等级钢号的碳素钢、低合金钢钢材间焊接时,焊接工艺应与强度较高侧钢材的焊接工艺相同。
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/〈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。
=K(K、强度设计系数。
、焊缝系数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 K P(K安全系数P管道作用在支墩上的推力T支墩受到的土壤阻力)6、当时弯管在内压作用下环向应力最小,当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.=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。
《油罐及管道强度设计》课程教学(自学)基本要求适用层次所有层次适应专业油气储运工程使用学期2008秋自学学时96面授学时32 实验学时使用教材教材名称管道及储罐强度设计编者帅健于桂杰出版社石油工业出版社参考教材参考《管道及储罐强度设计》课件课程简介本门课程是油气储运专业的一门技术基础课。
通过学习使学生掌握立式圆柱形储罐的设计和管道强度方面的设计。
学习建议学习本门课程要求学生具备一定的材料力学知识。
学习时既要注意基础理论的掌握,又要注意与生产实际相结合。
各章节主要学习内容及要求第一章地下管道第一节~第七节学时要求建议自学学时:12学时主要内容一、核心知识点薄壁管道环向应力,管道壁厚,热应力,弯管的强度和柔性二、教学基本要求【了解】1、厚壁管道环向应力计算 2、地下直管道内的热应力 3、简单弯曲情况下的管道弯曲应力4、固定支墩的设计5、弯管的柔性计算【掌握】1、薄壁管道环向应力及壁厚设计 2、固定约束条件下直管道内的热应力3、弯管在内压作用下的应力分布及弯管的壁厚设计【重点掌握】1、管道壁厚设计 2、直管道内热应力的影响因素 3、弯管在内压作用下的应力分布特点三、思考与练习1、内压作用下,直管道和弯管内的应力分布各呈现什么样的特点?2、弯管为什么柔性比直管大?弯管的柔性与哪些因素有关?上交作业作业附后第二章地上管道第一节~第六节学时要求建议自学学时:18学时主要内容一、核心知识点管道的跨度计算,平面管系的热应力计算,管道热应力的补偿方法二、教学基本要求【了解】1、地上管道的支承形式 2、架空管道的载荷 3、按刚度条件确定管道的跨度 4、考虑弯管柔性的平面管系热应力计算【掌握】1、按强度条件确定管道的跨度2、用弹性中心法计算平面管道内的热应力 3、补偿器的设计计算【重点掌握】1、地上管道的跨度设计设计 2、平面管道内热应力的影响因素 3、地上管道热应力的补偿方法三、思考与练习1、斜坡上的管道如何进行跨度设计?2、在两个固定约束段之间分别布置L型、Z型和门型补偿器,试比较补偿效果。
油罐及管道强度设计一、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、罐壁厚度是根据最大环向应力荷载计算的。
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。
是指j方向的单位载荷在i向产生的位移。
7、柔性系数ij8、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9、我国的抗风圈一般设计在包边角钢以下1m的位置上。
10、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排版形式,而大于12.5米时,罐底宜采用周边为拱形边缘板的排版形式。
二、简述题1、回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义,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. 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。
3. 各种罐采用哪些抗风措施?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。
4. 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。
5. 浮顶的设计必须满足哪些要求?(1)对于单盘式浮顶,设计时应做到单盘板和任意两个相邻舱室同时破坏时浮顶不沉没,对于双盘式浮顶,设计应做到任意两个舱室同时破坏时浮顶不沉没2、在整个罐顶面积上有250mm降雨量的水积存在单盘上时浮顶不沉没3、在正常操作条件下,单盘与储液之间不存在油气空间。