埋地储罐壳体壁厚计算

《管道及储罐强度设计》课程设计题目25m3埋地卧式油罐图所在院（系）石油工程学院专业班级储运1007班学号201004020712学生姓名杨睿指导教师邓志安完成时间2013.07.12《油罐及管道强度设计》课程设计任务书题目25m3埋地卧式油罐图学生姓名刘丹学号200804020624 专业班级储运0806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工业或民用设施中常用的燃料油。

（1）设计压力常压（2）设计温度-19℃≤t≤200℃（3）设计寿命 15年（4）焊接接头系数 0.85（5）水压试验压力盛水试漏（6）腐蚀裕量 1.5mm（7）装量系数 0.9（8）介质燃料油2．设计基本参数和尺寸25m3埋地卧式油罐的基本参数尺寸见表一。

表一：25m3埋地卧式油罐基本参数和尺寸公称容积（m3）筒体主要尺寸封头壁厚（mm）壳体材料设备金属总质量（kg）直径×长度×壁厚25 2200×6400×8 8 20R 4300二、设计要求1．了解埋地卧式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1．25m3埋地卧式油罐图纸一张(2#)；2．课程设计说明书一份。

起止时间2013 年7月01 日至2013年7月12 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绪论 (1)1.1金属油罐设计的基本知识 (1)1.1.1 金属油罐的发展趋势 (1)1.1.2 对金属油罐的基本要求 (1)1.2金属油罐的分类 (2)1.2.1 地上钢油罐 (3)1.2.2 地下油罐 (3)1.3卧式油罐简介 (4)1.4课题意义 (4)2埋地卧式油罐课程设计说明书 (5)2.1设计说明书 (5)2.1.1 适用范围 (5)2.1.2 设计、制造遵循的主要标准规范 (5)2.2主要设计内容 (5)2.2.1 油罐供油系统流程图 (5)2.2.2 25m3埋地卧式油罐加工制造图，基本参数和尺寸 (5)2.3安全 (6)2.4设计遵循参照的主要规范 (6)2.5设计范围 (6)2.5.1防雷电与防静电措施 (6)2.5.2防火措施 (7)2.6防腐 (7)2.7油罐接管 (7)2.8油罐容积的确定 (7)2.9其它 (8)3课程设计计算书 (9)3.1设计的基本参数 (9)3.2壳体壁厚计算 (9)3.2.1 筒体壁厚计算 (9)3.2.2 封头壁厚计算 (9)3.2.3许用外压力[P] (10)3.30.1362MP A外压校核 (11)3.3.1 筒体0.1362MPa外压校核 (11)3.3.2 封头0.136193MPa外压校核 (12)3.4罐体最小容积计算 (12)3.5水压试验时的应力校核 (12)3.6筒体加强圈的设计计算 (12)3.6.1 加强圈数的确定计算 (12)3.6.2 加强圈尺寸的设计 (13)3.6.2.1 加强圈的选择 (13)3.6.2.2 计算加强全横截面积As即组合截面的惯性矩 (13)3.6.2.3由下式计算参数B： (14)3.7鞍座的选择计算 (14)3.7.1 罐体重Q1 (14)3.7.2 封头重Q2 (14)3.7.3 汽油重Q3 (14)3.7.4 附件重Q4 (15)3.8鞍座作用下筒体应力计算 (15)3.8.1 筒体轴向弯矩计算 (15)3.8.2 筒体轴向应力计算 (15)3.8.2.1 在横截面的最高点处： (16)3.8.2.2 在横截面的最低点处： (16)3.8.2.3 在支座处的轴向应力： (16)3.8.3 筒体轴向应力校核 (16)3.8.4 筒体切向应力的计算 (17)3.8.5 筒体周向应力计算 (17)3.8.5.1 周向弯矩计算 (17)3.8.5.2 周向压缩应力计算 (18)3.8.5.3 周向总应力的计算和校核 (18)3.8.6 鞍座地震载荷 (19)3.9圆筒应力的强度校核 (19)3.9.1 受力分析 (19)3.9.1.1 圆筒轴向应力的校核 (20)3.9.1.2 圆筒轴向应力的校核 (21)3.10抗浮验算 (21)参考文献 (23)1绪论1.1 金属油罐设计的基本知识1.1.1 金属油罐的发展趋势近一、二十年来，油罐的设计与施工技术都较过去有了更快的发展。

地埋式卧式储罐设计摘要地埋式储罐，顾名思义是一种埋于地下的介质储罐。

因埋于地下，特点主要表现为：卧式、受土壤腐蚀影响、有高的防火防爆及防冻能力、罐间及与相邻建筑物之间的安全距离缩短、消防设备简单、节省土地资源等。

鉴于此，该储罐多以储油为主，多用于加油站或油库的设计中。

到目前为止，其设计计算尚无标准资料、制造亦无标准规范可寻，所以常常成为设计者困扰的难题。

本文以加油站油罐为例，对地埋式储罐提供一点设计方面的建议。

关键词埋地卧式储罐1 结构设计行业内一般认为，地埋式油罐指的是罐内最高油面液位低于相邻区域最低标高0.2m，且罐顶上覆土厚度不小于0.5m的油罐。

这类油罐损耗低，着火的危险性小。

加油站内的地埋式储油罐均为卧式，油罐上开设油品进出口、放空口、量油口、人孔等管口。

其简图如图1所示。

1-人孔2-进油口3-放空口4-量油口5-出油口图1 地埋式储油罐结构简图直埋式地下储油系统流程如图2所示。

图2地下储油系统流程图其中：LISA—液位指示连锁装置H—高位连锁L—低位报警地埋式油罐上一般有以下安全设施：机械呼吸阀、液压安全阀、阻火器、测量孔、人孔、采光孔、进出油管、泡沫发生器、静电接地线、避雷针、梯子和栏杆等。

在油罐使用过程中，这些安全设施要求保持完好的状态。

1.1 材料选择在选择材料时，必须考虑以下因素：①力学性能，如强度、韧性、耐疲劳、抗蠕变等。

②考虑土壤温度对材料的影响，一般选用耐一定低温的20R等为制造材料。

③耐土壤腐蚀能力。

④优良的机械加工性能。

⑤对存储介质不敏感。

⑥压力等级及材料价格。

1.2强度设计1.2.1设计压力与设计温度通常加油站油罐其工作压力不高于0.6MPa，负压不低于0.1MPa。

为了安全起见，设计压力取1.0MPa，设计温度可以根据历年来月平均最低土壤温度确定。

1.2.2受力分析地埋式罐体与一般常规的卧式容器相比，除承受介质内压和物料质量的作用外，还受到地面混土层质量或混土层上铺的混凝土面层质量的作用，以及可能有的地下水浸没对筒体产生的浮力作用。

⼤型储罐计算书4000m3储罐计算书⼀、计算个圈壁板厚度1、计算罐壁板厚度，确定罐底板、罐顶板厚度：⽤GB50341-2003中公式（6.3.1-1）计算罐壁厚度σρd d ][0.3)-(H 9.4t D =式中：d t —储存介质条件下管壁板的计算厚度，mm D —油罐内径（m ）（21m ）H —计算液位⾼度（m ），从所计算的那圈管壁板底端到罐壁包边⾓钢顶部的⾼度，或到溢流⼝下沿（有溢流⼝时）的⾼度（12.7m ）ρ—储液相对密度（1.0）d ][σ—设计温度下钢板的许⽤应⼒，查表4.2.2（157MPa ） ?—焊接接头系数（0.9）第1圈： mm 7.89.0163.010.3)-(12.7219.4t d ==n δ=8.7+2.3=11mm 取12mm 第2圈： mm 38.79.0163.011.88)-0.3-(12.7219.4t d ==n δ=7.38+2.3=9.68mm 取12mm 第3圈： mm 06.69.0163.011.88)2-0.3-(12.7219.4t d ==n δ=6.06+2.3=8.36mm 取10mm 第4圈： mm 74.49.0163.011.88)3-0.3-(12.7219.4t d ==n δ=4.74+2.3=7.04mm 取8mm根据表6.4.4，罐壁最⼩厚度得最⼩厚度为6+2=8mm ，故第5、6、7圈取8mm 。

⼆、罐底、罐顶厚度、表边⾓钢选择（按GB50341规定）罐底板厚度：查表5.1.1，不包括腐蚀余量的最⼩公称直径为6mm ，加上腐蚀余量2mm ，中幅板厚度为8mm查表5.1.2，不包括腐蚀余量的最⼩公称直径为11mm ，加上腐蚀余量2mm ，取边缘板厚度为14mm 罐顶板厚度：查7.1.3，罐顶板不包括腐蚀余量的公称厚度不⼩于4.5mm ，加上1mm 的腐蚀余量后取6mm包边⾓钢：按GB50341表6.2.2-1，选∠75×10 罐顶加强筋：-60×8 三、罐顶板数据计算：①分⽚板中⼼⾓（半⾓）55.2425200302/21000arcsin 302/arcsini 1?=-=-=）（）（SR D α②顶板开孔（φ2200）中⼼⾓（半⾓）5.2252001100arcsin r arcsin2?===SR α顶板开孔直径参照《球罐和⼤型储罐》中表5-1来选取注：中⼼顶板与拱顶扇形顶板的搭接宽度⼀般取50mm ，考虑到分⽚板最⼩弧长不⼩于180mm ，故取φ2200mm③分⽚板展开半径mm 1151144.25tg 25200tg 11=??==αSR R mm 1100.52tg 25200tg 22=??==αSR R ④分⽚板展开弧长：⌒AD = mm 96985.255.24360252002360221=-=-?）（）（πααπSR ⑤分⽚板⼤⼩头弧长：⼤头：⌒ABmm 1535446021000n302i =?+-?=?+?-=）（）（ππD ⼩头：⌒CDmm 1974411002n r 2=?+??=?+=ππ⑥中⼼顶板展开弧长⌒Lmm 22995023605.22520022502360222=?+=?+??=）（）（παπSR四、拱顶⾼度计算内侧拱顶⾼：mm 227830)-(21000/2252002520030)-/2(D h 222i 2n =--=--=SR SR外侧拱顶⾼：mm 228462278h w =+=五、盘梯计算计算参数：g H —罐壁⾼度，mm （12700） i R —罐内半径，mm （10500）W SR —拱顶半径，mm （25206）α—内侧板升⾓（45°）n R —内侧板半径，mm （n R =10500+12+150=10662mm ） B —盘梯宽度（内外板中⼼距）取656mm ，板宽150mm ，板厚6mm1、平台⾼度WW SR SR --+=2i 2w 1L)-(R h h425mm 252061000)-(1050025206228422=--+=mm 3125142512700=+=H式中：1h —平台⽀撑⾓钢上表⾯⾄包边⾓钢上表⾯的距离，mmL —平台端部⾄罐内表⾯的距离，⼀般取800-1000mm ，取L=1000mm2、内侧板展开长度mm 184202100)-(1312523n =?=-=）（H H L式中：3H —盘梯下端⾄罐底上表⾯的距离，mm ，≮50mm ，取100mm3、外侧板展开长度mm 189951066265611184207071.0117071.022n n w =++??=++=?R B L L ）（）（ 4、三⾓架个数个）（717001225)-(13125x n 3==-=L H式中：x —第⼀个三⾓架到罐底上表⾯的距离，mm 取1225mm 3L —相邻三⾓架的垂直距离，mm ⼀般1500-2000mm5、三⾓架在罐壁上的⽔平位置a n =n01n 2b h R R）（- 式中：1b —内侧板及外侧板的宽度，mm ，⼀般取150mm —n h 第n 个三⾓架平台表⾯的距离，n ×1700mm0R —底圈壁板外半径，mm （10500+12=10512mm ） n R —内侧板半径mm （10662）a 1=mm 1467106621051221507001=-）（ a 2=mm 31431066210512215070012=-?）（ a 3=mm 48191066210512215070013=-?）（ a 4=mm 64951066210512215070014=-?）（ a 5=mm 81711066210512215070015=-?）（ a 6=mm 98471066210512215070016=-?）（ a 7=mm 115231066210512215070017=-?）（ 6、盘梯包⾓=-=-=96.691801066210013119180n 3b ππαR H H ≈70° 六、带肋球壳稳定性验算21mn 2s m t t t 0001.0][）（）（?=R E P （C.2.1-1）式中： ][P —带肋求壳的许⽤外载荷，KPaE —设计温度下钢材的弹性模量，MPa 查表4.1.6得192×103 MPaS R —球壳的曲率半径，mm S R =SR=25200mm n t —罐顶板有效厚度，mm n t =6-C=6-1-0.6=4.4mm m t —带肋球壳的折算厚度，mm332m3n 31m m 4t t 2t t ++= （C.2.1-2）式中：]e t n 12t 4t 2t h 3h b h [12t 21n 13n 2nn 121s 11131m-+++?=）（L （C.2.1-3）]e t n 12t 4t 2t h 3h b h [12t22n 23n 2nn 222s 22232m-+++?=）（L （C.2.1-4） SL 1n 111t b h 1n += （C.2.1-5） SL 2n 222t b h 1n += （C.2.1-6）式中：31m t —纬向肋与顶板组合截⾯的折算厚度，mm1h —纬向肋宽度，mm （⾼度60）1b —纬向肋有效厚度mm （8-（2×1+0.8）=5.2） 1s L —纬向肋在径向的间距，mm （1228） 1n —纬向肋与顶板在径向的⾯积折算系数058.112284.42.5061t b h 1n 1n 111=??+=+=S L 1e —纬向肋与顶板在径向组合截⾯的形⼼到顶板中⾯的距离，mm（按CD130A6-86《钢制低压湿式⽓柜设计规定》算出下⾯公式）78.1)602.54.41214(2)4.460(602.5)(2)(e 1111111=?+??+??=++=h b t l t h h b n s n32m t —径向肋与顶板组合截⾯的折算厚度，mm 2h —径向肋宽度，mm （⾼度60）2b —径向肋有效厚度mm （8-（2×1+0.8）=5.2）2s L —径向肋在纬向的间距，mm 下⾯求2s L ：a) 先求第1圈纬向肋的展开半径3R 先求第圈纬向肋处的⾓度（半⾓3α）∵600360/252002=πα∴364.1=?α° ?=?-?=?-=186.23364.155.2413ααα再求第1圈纬向肋处展开半径3Rmm 10793186.23tg 25200tg R 33=??==αSRb) 求第1圈纬向肋的每块分⽚板肋板的弧长2s Lmm 14152]186.23cos 10790244360sin[L 2s ==）（ 2n —径向肋与顶板在径向的⾯积折算系数05.114154.4602.51t b h 1n 2n 222=??+=+=S L 2e —径向肋与顶板在纬向组合截⾯的形⼼到顶板中⾯的距离，mm537.1)602.54.41415(2)4.460(602.5)(2)(e 2222222=?+??+??=++=h b t l t h h b n s n带肋球壳按下图布置把上⾯各参数代⼊C.2.1-3中求31m t4082]78.14.4058.1124.444.424.40636012152.506[12t232231m=??-++?+=）（把上⾯各参数代⼊C.2.1-4中求32m t3492]4537.14.405.1124.444.424.40636014152.506[12t232232m=??-++?+=）（c) 把31m t ，31m t 代⼊C.2.1-2中，求m tmm 46.12492434.424082t 33m =+?+=d) 把m t 代⼊C.2.1-1中求[P]78.246.124.42.2546.12101920001.0][2123==）（）（P KPae) 验算：设计外载荷（外压）L P 按7.1.2条规定取1.7KPaL P <[P] 即1.7<2.78 ∴本带肋球壳是稳定的（L P 是外载荷，按7.1.2条规定，取1.7MPa ）七、加强圈计算1、设计外压，按6.5.3-3q 25.2P k o +=W （6.5.3-3）式中：o P —罐壁筒体的设计外压（KPa ） ?W k —风载荷标准值（KPa ）见式6.4.7q —罐顶呼吸阀负压设定压⼒的1.2倍（KPa ），取1.2（按SYJ1016 5.2.2条规定）风载荷标准值：按式6.4.7o z s z k w µµβ=?W （6.4.7）式中：?z β——⾼Z 处见风振系数，油罐取1s µ—风载体系形数，取驻点值，o w —基本风压（取0.4KPa ）z µ—风压⾼度变化系数z µ风压⾼度变化系数，查表6.4.9.1，建罐地区属于B 类（指⽥野、乡村，丛林及房屋计较稀疏的乡镇和城市郊区，本储罐⾼度为12.7m ，介于10和15中间，要⽤内插法求x=z µ=1.08（15m —1.14 10—1.0 12.7—x ）风载荷标准值：432.04.008.111k ==?W KPa 把k w =0.432KPa 代⼊6.5.3-3中a 2.22.1432.025.2P o KP =+?=2、计算罐壁筒体许⽤临界压⼒ 2.5min cr )Dt (48.16][P E H D = （6.5.2-1）∑=ei H H E 5.2imin iei t t h ）（=H 式中：][P cr —核算区间罐壁筒体的需⽤临界压⼒，KPa E H —核算区间罐壁筒体的当量⾼度，mmin t —核算区间最薄板的有效厚度，mm(8-2.3=5.7) i t —第i 圈罐壁板的有效厚度，mmi h —第i 圈罐壁板的实际⾼度，mm （1880） ei H —第i 圈壁板的当量⾼度E H 表∑==95.8ei H H E m把E H 代⼊（6.5.2-1）中48.1)215.7(95.82148.16][P 2.5cr =??=KPa ∵o P =2.3>1.48MPa ∴需要加强圈具体⽤⼏个加强圈依据6.5.4的规定∵22.3][P 2.3 cr ≥＞∴应设1个加强圈，其位置在1/2E 处根据6.5.5规定，在最薄板上，不需要换算，到包边⾓钢的实际距离就是4.5m （距包边⾓钢上表⾯4.5m ）根据表6.5.6选取加强圈规格，本设计选∠125×80×8⼋、抗震计算（CD130A 2-84） 1、⽔平地震载荷W a Q max 0Z C =式中：0Q —⽔平地震载荷 kgfZ C —综合影响系数 0.4max a —地震影响系数，按附表A 选0.45W —产⽣地震荷载的储液等效重量（波动液体）’w F W f =式中：f F —动液系数，由R H W /的⽐值，按附表A 2选取，如遇中间值则⽤插值法求。

管道部分第一章地下管道一、概述埋地管道的敷设程序①开挖管沟②管段组焊③试压检验④管沟回填二、管道载荷及受力分析1、载荷分类永久载荷、可变载荷、偶然载荷2、薄壁环向应力和轴向应力=2??????=4??3、厚壁管道的应力分析从图中的应力分布曲线可看出，内压引起厚壁圆筒的径向应力和环向应力沿壁厚均是变化的，且两向应力的最大值均在内壁面处，而轴向应力在横截面上则为一个常数三、许用应力与壁厚设计1、管道许用应力计算公式[σ]=K φ??K ——强度设计系数Ф——焊缝系数?——钢管的最低屈服强度2、管道壁厚设计输油管道直管段壁厚设计公式输气管道直管段壁厚设计公式t——温度折减系数注:实际使用壁厚需要加上腐蚀余量3、管材选择目前用于长输管道的钢管主要有无缝钢管和焊缝钢管两种。

(焊缝钢管是发展的主要趋势)焊缝钢管主要有直缝埋弧焊钢管和螺旋缝埋弧焊钢管两大类型:直缝埋弧焊钢管与螺旋缝埋弧焊钢管相比具有焊缝短、成型精度高、残余应力小、错边量小等特点,但受力状况不如螺旋缝埋弧焊钢管好四、地下管道轴向应力与变形1、轴向应力-热应力热应力：与A、L无关，仅与管材、温度、约束条件相关。

2、环向应力的泊松效应注：注意正负号（受拉为正，受压为负）3、埋地管道不同约束情况下的应力分析三种不同的热变形：嵌固段、过渡段、自由段过渡段管道单位长度上的摩擦阻力：平衡条件：fl=???∵∴即出/入土段伸缩变形量为同样长度管段自由伸缩量的一半。

注：自由段长度较短，产生的热变形量可以由垫片等一些设施吸收，而过渡段较长，产生的热变形量则需要固定支墩来吸收。

五、固定支墩的设计计算1、作用和位置把过渡段长度缩减为0的措施。

2、固定支墩的受力平衡推力P与摩擦力f（土壤对支墩抗力T）平衡。

注：上式用于支墩和土壤无相对滑移的情况支墩抗滑移校核条件：T>KΦP3、土压力种类：注：上式用于支墩和土壤有相对滑移的情况4、支墩的倾覆校核5、地耐压校核支墩前边缘对地基的压力最大，以表示，后边缘压力最小，以???表示校核条件：六、管道弯曲应力1、简单弯曲情况下的管道弯曲应力计算（嵌固）管壁外层纤维引起的轴向拉力：2、存在相对位移时的弯曲应力计算如果管道曲率很大（>125），那么???=4??，这时弯曲管道由于内压和温差引起的轴向应力恰好与直线管道相同。

《管道及储罐强度设计》课程设计题目10m3埋地卧式油罐图所在院系石油工程学院专业班级学号学生姓名指导教师完成时间2011年7月9日课程设计任务书1.目录1 绪论 (3)1.1 金属油罐设计的基本知识 (3)1.1.1金属油罐的发展趋势 ................................................................. . (3)1.1.2对金属油罐的基本要求 (3)1.2 金属油罐的分类 (4)1.2.1地上钢油罐 (5)1.2.2地下油罐 (5)1.3 课题意义............................................................... .. (6)2 设计说明书 (7)2.1适用范围 (7)2.2设计、制造遵循的主要标准规范 (7)2.3主要设计内容 (7)2.3.1 油罐供油系统流程图 (7)2.3.2 100m3埋地卧式油罐加工制造图，基本参数和尺寸 (7)2.4安全 (8)2.5设计遵循参照的主要规范 .............................................. 错误!未定义书签。

2.6设计范围 .......................................................................... 错误!未定义书签。

2.7防腐 .................................................................................. 错误!未定义书签。

2.8油罐接管 .......................................................................... 错误!未定义书签。

2.9油罐容积的确定 .............................................................. 错误!未定义书签。

工艺与设备化 工 设 计 通 讯Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications·90·第45卷第1期2019年1月1 引言埋地储罐已被广泛用于化工石化等诸多行业的物料储存中。

因储罐埋于地下，其良好的防火防爆特性，使得储罐之间的间距及其与相邻建筑物之间的设置距离缩短，而且无需设置防火堤，节省了土地资源，降低了工程造价，而且施工容易，消防要求低。

埋地储罐除了承受物料重量和介质内压的作用外，也要考虑储罐上方覆土压力、地下水浮力和土壤腐蚀等因素影响，而且存在渗漏时不易发现且维修不便等缺点[1]。

在设计过程中，这些都是应该考虑的因素。

本文借用西藏某药厂乙醇埋地罐区项目，对埋地储罐的设计进行说明，其工艺流程图如图1所示，乙醇经槽车输送来后储存于埋地储罐中，再经输送泵输送至车间各使用点。

去车间使用点输送泵储罐槽车±0.00图1 乙醇储罐区的工艺流程图2 埋地储罐的设计参数埋地储罐的设计参数如表1所示，其结构示意图如图2所示。

表1 埋地储罐的设计参数工作压力/MPa.G工作温度/℃/m 3/m 埋地深度/m常压常温乙醇252.213 埋地储罐的设计及安装3.1 埋地储罐的设计外压力及壁厚储罐埋于地下，必须考虑自重对筒体产生的静压力，即设计外压力。

已有文献对设计外压力进行介绍，的计算公式如下[2]。

pp ：覆土层对储罐筒体的静压力，MPa R ：储罐筒体内径的一半，m H ：储罐顶部距离地面的距离，m防雨层91234101156781100±0.00220014001100600250200500覆土层沙或细土填实大块碎石钢格栅板积液坑1:封头；2：筒体；3：人孔井；4：挡雨棚；5：鞍座；6：出液管；7：液位计；8：进液管；9：检测管；10：阻火器；11：呼吸阀图2 乙醇储罐的结构示意图K ：覆土的静压力系数，碎土石K =0.18~0.25；沙土K =0.25~ 0.33；黏土K =0.33。