1000立方米拱顶油罐(...)14427.pdf
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1、 *学院课程设计 课程名称 *题 目 *系 部 *专 业 *班 级 *学生姓名 *学 号 *指导教师 *2018 年 6 月*日 培黎石油工程学院课程设计任务书 题目名称*系 部*专业班级*学生姓名*一、课程设计的内容 此次课程设计的是1000m3拱顶罐,包括罐体材料的选择、罐壁的计算、加强圈的选择、开孔补强、罐底基础设计、罐顶的设计、油罐附件的选择。二、课程设计的要求与数据 课程设计的要求有以下四点:1了解拱顶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。设计原始数据:设计压力正压 负压 设计温
2、度 雪载荷 1960Pa 490Pa 19t90 441Pa 抗震设防烈度 储液密度 腐蚀裕量 焊接接头系数 8 度 860kg m3 1 mm 三、课程设计应完成的工作 m3拱顶油罐装配图一张;m3拱顶油罐罐体图一张;3.课程设计说明书一份;四、课程设计进程安排 序号 设计各阶段内容 地点 起止日期 1 拱顶罐相关资料查阅 图书馆 课程设计大纲及各类数据的计算 图书馆 数据的校核与检查 图书馆 拱顶罐装配图 图书馆 5 拱顶罐罐体图 教室 6 课程设计初稿修订 教室 7 上交课程设计说明书 办公室 8 课程设计答辩 教室 五、应收集的资料及主要参考文献 1 潘家华,郭光臣,高锡祺等.油罐及管
3、道强度设计M.北京:石油工业出版社,1986.2 GB 50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范S.北京:中国标准出版社,2001.3王立业.罐体开口补强设计M.4 郭光臣.油库设计与管理M.山东:石油大学出版社.1990.指导教师:年 月 日 系部主任:年 月 日 教学院长:年 月 日 摘 要 油罐是储存原油或其他石油产品的容器。用在炼油厂、油田、油库以及其他工业中。随着我国各项技术的发展,储罐的发展趋势越来越趋于大型化、自动化、全能化。本次主要设计的是1000m3拱顶罐,包括罐体材料的选择、罐壁的计算、罐底基础设计、储罐浮顶的设计、油罐附件的选择。关键词:拱顶罐;罐壁壁厚;罐底;罐
4、顶 目 录 第 1 章 绪论.1 拱顶罐的发展现状及其基本要求.1 储罐的用途.2 储罐的分类.3 拱顶罐在工业生产中的应用.3 设计、制造遵循的主要指标规范.3 第 2 章 设计原始数据.4 第 3 章 拱顶罐罐壁设计.5 材料的选择.5 直径与高度的确定.5 罐壁设计.5 第 4 章 罐底设计.11 罐底的排版形式.11 油罐罐底直径的计算.11 第 5 章 罐顶设计.12 球顶的曲率半径.12 油罐罐顶的校核.12 第 6 章 油罐附件选择.14 罐壁人孔.14 量油孔.14 透光孔.14 呼吸阀.14 排水槽.14 盘梯.15 结 论.16 参考文献.17 附录.18 附录 A 拱顶油
5、罐系列参数与尺寸.18 附录 B 1000m油罐装配图.18 附录 C 1000m油罐罐体图.18 第1章 绪论 拱顶罐的发展现状及其基本要求 长期以来,我国库存轻质油品,广泛采用固定顶油罐和拱顶油罐。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。发展现状1:在容积小于1000m3的油罐中,拱顶油罐是最常用的,近十余年来拱顶罐几乎全部代替了在五、六十年代曾在我国广泛使用的悬链式无
6、力矩油罐。目前,我国最大的油罐为 2 万m3,世界上最大的为 5 万m3。拱顶罐的刚性好,施工方便,由于能承受较高的内压力,有利于降低油品损耗,因此 1 万m3以下的油罐广泛采用拱顶罐。基本要求:自大庆油田发现以来,我国的油罐事业得到了较快的发展。七十年代初期,由于长距离输送管道的建设,使这一发展得到了加速。我国目前最大的油罐为 5 万m3,始建于 1973 年。至今,已有 7 座 5 万m3油罐投入使用,预计在不久的将来会建成更大的油罐。1962 年美国芝加哥桥梁公司首先建成 10 万m3浮顶油罐,直径 87m,高约 21m。1964年,壳牌石油公司在欧洲建成 10 万m3油罐。1967 年
7、,委内瑞拉建成 15 万m3油罐,其直径为 115 m,高为 m。1971 年,日本建成 16 万m3浮顶油罐,直径为 109 m,高为m。目前世界上最大的油罐打24 万m3。由以上看出,油罐的发展总趋势是走向大型化,是因为大型化具有以下优点:1.节省钢材。错误!未找到引用源。列出了不同容积的油罐单位容积所需钢材的净重。2.减少投资。3.占地面积小。因罐与罐之间要有防火距离,所以在总容积相同的情况下,几台大罐 要比一群小罐的占地面积节省的多。4.便于操作管理。几台大罐与一群小罐比,在检尺、维护、保卫方面都比较方便。5.节省管线及配件。几台大罐与一群小罐比,库区管网要简单的多,而且罐前的阀门、仪
8、表、消防设施等配件也可以节省。表 1.1 钢油罐单位容积所需钢材净重 油罐容量,m3 单位容积所需钢材净重,kgf m3 5000 10000 20000 50000 100000 200000 由错误!未找到引用源。可以看出,油罐容量越大,单位容积所需的钢材量越少。油罐的大型化给人们带来了一些利益,但是另一方面随着油罐的大型化,也出现了一些问题。因此,需要满足以下几个要求:1.强度要求。油罐在卸载以后不应留下塑性变形。2.有抵抗断裂的能力。无论在水压试验或操作状况下,油罐不得产生断裂破坏。3.有抵抗风荷的能力。在整个建造及使用期间在建罐地区最大风荷下不应该产生破坏。4.有抗地震的能力。在整个
9、使用期间,在建罐地区的最大震裂度下不应产生破坏。5.油罐要坐落在稳固的基础上。油罐在使用期间的不均匀沉降要在允许范围之内。上述要求是就总体而言的,具体某一构件还应有其他要求。储罐的用途 储存设备又称储罐,主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备,在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用,如氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。储罐内的压力直接受温度影响,且介质往往易燃、易爆或有毒。储罐的结构形式主要有卧式储罐、立式储罐和球形储罐。用于储存液体或气体的钢制密封容器即为钢制储罐,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
10、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。储罐的分类 按材料分为钢、钢筋混凝土和砖石三种。按储存的油品性质可分为重油罐和轻油罐。油罐的主要类型:立式圆筒形拱顶钢油罐。容量一般在一万立方米以下。壁板采用套筒式连接(贴角焊缝)。施工时常用倒装法(从罐顶开始,自上而下逐层安装罐壁,并用风机送风使罐体上升)。与正装法(从罐壁底圈板开始,自下而上逐层安装罐壁)比较,减少了高空作业。立式圆筒形浮顶钢油罐。设有能上下浮动的双盘式浮顶或单
11、盘式浮顶。双盘式浮顶能减少热辐射影响,因此,油品蒸发损失小。但在容量较大时(大于一万立方米),为了降低造价,一般采用单盘式浮顶。这类油罐应注意选择合理的密封装置要求密封效果好、安装和维修方便。壁板采用对焊连接,施工常用正装法。立式圆筒形内浮顶钢油罐。兼有拱顶和内浮顶,内浮顶在拱顶油罐内部漂浮在液面上,可上下浮动。它除具有浮顶油罐特点外,还能保证油品的清洁度。球形钢油罐。可承受0.453MPa的工作压力,,常用于储存液化石油气。卧式钢油罐。容量一般在50m3以下。可以储存汽油和易挥发的石油产品。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,除了石油系统,供销系统,和
12、军事系统一系列专用的石油储罐,还有其他企业,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。设计、制造遵循的主要指标规范 GBJ128 立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范 GB50205 钢结构工程施工质量验收规范 G
13、B50341-2003_立式圆筒形钢制焊接油罐 第2章 设计原始数据 油罐用于储存柴油 设计压力 正压:1960Pa 负压:490Pa 设计温度 19t90 基本风压 686Pa 雪载荷 441Pa 抗震设防烈度 8 度 储液密度 860kg m3 腐蚀裕量 1 mm 焊接接头系数 第3章 拱顶罐罐壁设计 材料的选择 通过GB50341-2003_立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范进行设计选择。罐壁、罐顶、罐底采用 Q235 钢。直径与高度的确定 在容积一定的条件下,油罐4的直径、高度的选择遵循材料最省或费用最低的原则。对于小型等壁油罐来说,按金属用量最省的方法更为准确。查阅相关书籍5,容积为10
14、003的油罐宜设计为等壁封闭油罐。查错误!未找到引用源。有:H 2R 表 3.1 油罐经济高度与半径的关系 油罐形式 材料最省的高度 费用最低的高度 等壁敞口油罐 HR HR 等壁封闭油罐 H2R H2R 变壁封闭油罐 H=HC2+C32C1R 油罐的体积公式:V=R2H (3-1)则有:2R3=1000 (3-2)R=5.41926m 向上圆整取R=5750mm,即H=10650mm。此时油罐的计算容积:V=R2H (3-3)=5.75210.65 =1106m1000m 即油罐内径D=11500mm,高度H=10650mm。罐壁设计 壁厚的确定 罐壁厚度可以用定点法和变点法来计算,这里用定
15、点法计算罐壁的壁厚,油罐所用材选择 Q235-A,查表设计温度下的罐壁钢板的许用应力=16kgf mm2,查得壁厚计算公式代入数值有:t0=(H-0.3)D2 (3-4)=1(10.65-0.3)11.52160.9=4.1328mm 式中:t0罐壁的计算厚度,mm;储罐容重,取=1;D油罐内径,m;设计温度下钢板的许用应力,=16kgf mm2;焊缝系数,=0.9.罐壁厚度的计算公式为:t=t0+12C0+C (3-5)式中:t罐壁设计厚度,mm;t0罐壁的计算厚度,mm;0钢板厚度允许负偏差,数值见错误!未找到引用源。,mm;C腐蚀裕量,mm,取 1mm。则罐壁计算厚度为:t=t0+12C
16、0+C (3-6)=4.1328+12(-0.3)+1 =4.9828mm 罐壁圈板由多块钢板焊成,他们之间的焊缝采用对接连接;罐壁上下圈板之间采用套筒式搭接,搭接长度取50mm。圈板的层数计算过程如下:油罐罐壁钢板的尺寸规格定为17505200mm;油罐周长:L=D=3.14 11500=36110mm;每圈罐壁筒节所需钢板:n=L5200=361105200=6.94 (3-7)每块钢板的加工余量取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1:L1=5200-210=5180mm 实际每圈所需钢板数:n=LL1=3611051806.97 (3-8)油罐的高度H=
17、10650mm,则每块钢板除去余量后实际宽度B为:B=175-210=1730mm 罐壁钢板层数:n=1065017306.16 (3-9)由以上得出,油罐罐壁由 7 层钢板,每层 7 块钢板组焊而成。表 3.2 钢板厚度允许负偏差 厚度,mm 钢板宽度,mm 1001-1800 1801-2000 2001-2500 4 加强圈设计 由于内浮顶罐顶部有固定顶,不需加设抗风圈6,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:
18、PcrP0 (3-10)式中:Pcr罐壁许用临界压力,Pa;P0设计外压,Pa;当PcrP0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GB50341-2003_立式圆筒形钢制焊接油罐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:Pcr=2.59E2.5D1.5L (3-11)式中:罐壁许用临界压力,2;圆筒材料的弹性模量,192 109;D油罐内径,m;圆筒的厚度,m;L圆筒的高度,m。将 D=11.5m,L=10.65m,=0.006m,E=192109Pa代入式(3-11)得:Pcr=2.59
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