油罐及管道强度设计第1章

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。

油罐及管道强度设计第一篇：油罐及管道强度设计三、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。

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。

对于油罐上部的罐壁，由于考虑到安装和使用的稳定性要求，因而有最小厚度的要求。

油罐越大，所用钢板的最小厚度就越大。

由于施工现场难以对焊缝进行热处理，为了保证较厚的钢板的焊缝质量，许限制储罐的最大壁厚。

许用最大壁厚于材质、许用最低温度、焊接水平有关。

3、浮顶罐和拱顶罐可分别采用哪些抗风措施？试说明理由。

a.为了增加关闭的刚度，除在壁板上端设包边角钢外，在距壁板上缘1m处设抗风圈，拱顶罐不设抗风圈。

b.对于大型油罐，在抗风圈下面还要设一圈或数圈加强圈，以防止抗风圈下面的罐壁失稳.7.简述定点法和变点法设计油罐壁厚的优缺点及使用范围定点法，适用于中小容量储罐，优点：计算简单方便。

变点法:考虑到关闭相邻圈板之间的相互影响，确定各圈板环向应力最大处的位置，按该位置的环向薄膜应力计算各圈板的壁厚，优点：更符合罐壁应力的实际情况，用它计算大容量储罐时，可减小某些圈的壁厚和罐壁总用钢量，并在最大板厚限度范围内有可能建更大直径的储罐，更安全。

4、平面管道热应力的大小与哪些因素有关？5、浮顶的设计必须满足哪些要求？a对于单盘式浮顶，设计时应当做到单盘板和任意两个相邻的舱室同事破裂时浮顶不沉，对于双盘式浮顶，设计时应做到任意两个舱室同时破裂时浮顶不沉没。

b.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。

c.在正常操作条件下，半盘与储液之间不存在油气空间。

d.在以上各种条件下，浮顶能保持结构的完整性，不产生强度或失稳性破坏。

6、分别比较气压作用下曲管内外侧轴向应力和内外侧环向应力的大小。

7、试比较油罐罐壁厚度计算的两种方法。

第二篇：管道与储罐强度课程大作业管道与储罐强度课程大作业• 国内外管道与储罐事故调研及发生原因分析。

1管道：用管子连接件和阀门连接而成的用于输送气体液体和带固体颗粒的流体的装置（用于给排水，供气供热，供煤气，长距离输送石油和天然气，灌溉）。

2储罐：用于存放酸，醇，气体等提炼的化学物质的装置（用于炼油厂，油田，联合站或集输站）。

3油罐：储存原油或其他石油产品的容器。

4管道的失效后果：人员伤亡，环境污染，停输给下游造成经济损失和一定的社会影响。

5油气管道的失效机理：材料：a.塑性失稳b.断裂 c.应力腐蚀开裂 d.氢致开裂 e.裂纹的动态扩展；结构—丧失了稳定性。

6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。

7.断裂由于裂纹的不稳定扩展造成的8疲劳;构建在交变力下产生的破坏。

8止裂原理:止裂还是快速、持续扩展。

取决于裂纹的扩展速度V1，管内介质在管道破裂的时候的减压波的速度V2。

(v1>v2,快速扩展；v1<v2,止裂) 减压波380—440mm/s;油1500mm/s.9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.10.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。

11一般情况下管顶覆盖土厚度为1~1.2m。

热油管道管顶埋深取为 1.2m。

管道顶部距铁路轨底应不小于1.3m。

距公路路面应不小于1m。

管道应埋在略低于冰冻线处12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13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14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15环向应力产生的原因：输送介质的内压，土壤的压力16地下管道产生轴向应力的原因;温度变化和环向应力的泊松效应17管道出现温度变化的主要原因是: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18固定支墩按型式可以分：上托式和预埋式19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20弯管环向应力的分布特点Φ=0或180，即在弯管的中心线处，和直管段的环向应力相等；Φ=270，即在水平弯管的内侧弧面上，σ最大；Φ=90，即在水平弯管的外弧面上，σ最小。

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。

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=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。

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=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。

▲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:H2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。

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。

《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/2B、P/3C、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、、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、拱顶罐的罐顶曲率半径为倍罐壁筒体直径。

7、柔性系数是指。

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。

9、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。

10、罐壁厚度是根据荷载计算的。

11、立式油罐直径小于12.5米时，罐底宜采用的排版形式；而大于12.5米时，罐底宜采用的排版形式。

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、为罐。

《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。