管道和储罐强度设计试题库完整.docx

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1、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，容器可能到达的最高压力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，塑性变形不再继续开展并以此缓

2、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：一样库容下，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：一样库容下，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：一样库容下，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

3、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，必须进展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 .简述标准设计及其优缺点按照工程强度进展应力计算，以弹性失效为设计准则，以静力荷载为 计算荷载，以平均应力为设计根基。优点：保险系数大缺点：1、不能对变力进展分析设计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

4、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；材料的物理性能是一样 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52.5/D1.5有关，所以油罐直径越大DT，所用钢板的最小 厚度越厚8 sm i n T13 .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/H4加设锚固螺栓5为了防止出现“象足，可在组合应

5、力最大的部位加上预应力 钢筋及垫板14 .油罐根基的设计与施工必须满足以下基本要求根基中心坐标偏差不应大于20mm；标高偏差不应大于20mm;罐壁处根基顶面的水平度：钢筋混凝土环梁根基时，任意10m弧长 上应不超过3.5mm,在整个圆圈上，不超过6. 0mm;碎石环梁根基和无环梁砂垫层，任意3m弧长上不应该超过3 mm,整个圆周上， 不应超过13 mm;承台根基，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根基；根基面层为防腐绝缘层（沥青垫砂层）。根基外表任意方向上不应 有突起的棱角。从中心向周边拉线测量根基外表凹凸度不超过25min; 根基锥面坡度：一般地基为15%。；

6、软弱地基应不大于35%。根基沉 降 基本稳定后的锥面角度不小于80%。；储罐根基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 罐壁的根基局部与其内侧的根基之间不应发生沉降突变；6根基沉降稳定后，根基边缘上外表应高出地坪不小于300mm。在地坪以上的根基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，储罐的根基应适应储罐在高温 下的工作要求；（8）储罐有清扫孔时，根基的设计尚应符合清扫孔的要求；15 .改善地基承载力的方法除去不满足要求的土质；采用

7、砂桩，并通过预加载进展排水挤密；化学方法或注射水泥浆使软地基固化；（粘土）端承桩或摩擦桩；（粘土）振动压实或振动置换压实。（砂土）16油罐罐底构造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 MPap1.6 MPa中压（M）容器 1.6 MPap10. 0 MPa高压（H）容器 10 MPap 15mm、18mm 21mm、24mm 26mm、29mmo建罐地区 基本

8、参数：空气密度p=1.25Kg/m3, 50年一遇最大风速V=38m/s, A类地貌，求加强圈的个数，位置及尺寸。20分 加强圈最小截面尺寸5.有圆筒形容器，两端为椭圆形封头，己知圆筒平均直径D=3050mm, 壁厚K=50mm,工作压力p=5. OMPa没有问题，无法答题6.10万方油罐，己定半径R=40m,高H=21.5m,选用16MnR材料，板 高2. 0m,该材料强度极限% =490Mpa,材料屈服极限为q=325MPa, 每层圈板高度为2. 0m,焊缝系数取二0.9,假设己知储液密度 P;ft=900Kg/m3,试水密度为外WOOOKg/W,试用变点法确定试水条件 下1至2层板壁厚。

9、（20分） 第九次课ppt中ab/2, 5=196Mpa%/2. 33=21 OMpa0-71.5=216. 7Mpa6/1.33=244MpaSd=min （ta/2. 5,（rv/1.5）=196MpaSFm i n （4 /2. 33, 6 /1.33） =21 OMpa（1）第一圈板壁厚计算：百定点=max（4油定点,6水定点）=47.1mma变点:max（ a油变点,a水变点）=43. 37mm=min（今定点,R变,P=43. 37mm(2)第二圈壁厚计算：第二次试算令式=36.7045第三次试算令用=36.4434其值已经很小了，我们就不再往下迭代了。确定第二层壁板变点计算厚度因

10、为 1.375 v” 23mmo建罐地区 基本风压=750Pa , A类地貌，求加强圈的个数，位置及尺寸风压高度变化系数七离地面或海 平而高度(M)地面粗植度类别ABCD51.1710.740.62101.3810.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62加强圈最小截面尺寸油罐直径D/m角钢圈(或同样截而系数的型钢nunD20N100x60 xX2OVD与36N 125x75 x8364N 200x100 x12解：(1)求设计压力,/ 外浮顶=2=%(&%K 1.5、K? 2. 25风压高度变化系数Kz由插值法求解P=1.5 x 2. 25 X1.

11、564 X 750=3959 (Pa)(2)求临界荷载Per(3)确定加强圈的数目与当量位置应设置三个加强圈 三个加强圈分别设置在1/4He、1/2He、3/4He处即：He 为 2. 164m, 4. 328m、6. 492m 处(4)加强圈的实际位置第一个加强圈：距离抗风圈2. 164m第二个加强圈：距离抗风圈4.328m第三个加强圈=加+(乩实际f HQ吟产z=ii=i4(5)加强圈的型号D 48m加强圈的截面尺寸为Z200X150X1210.受自重作用的球盖，求M点的5，?。解：几何特征：单位面积自重q、壁厚b.重力是竖直向下的，不能直接套用拉氏方程将q进展分解(按切、法向分解)切向分

12、量：q； = q4n (p法向分量：qn= qcos(p由拉氏方程以M点做平行圆为分界面取别离体，求外表积由区域平衡方程带入拉氏方程11 拱顶罐，V=10000m3,储液比重 G=0.9, H=14. 5m,内径 D=30.4m, 罐体总质量为240000Kg, 8 1=18mm,距离底板1/3高度处壁板厚度 5 3n=12mm, C=1.5nm,钢材弹性模量 E 为 1.92X105MPa, 8 烈度区， 处于第二抗震设计组，川类场地土，由建罐地区及设防烈度查得设计 基本地面加速度为0.2g,验算是否符合抗震要求15分 解：1确定相关条件安全设计液位：0.5 = 14小地层板有效厚度：4=6

13、 - C = 16.5mm 壳体厚度中点构成的曲面，中面与壳体内外外表等距离。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

14、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O 波面晃动周期：罐内储液的晃动一次的时间距离地板1/3图度处壁板厚度：心=用 -C = 10.5特征周期：7； 查得=。452计算罐液耦联振动周期7；和液面晃动周期7；I凡氏0.24s7； = &诉=5. 98s3确定地震影响系数a,和0H.因为 7； 0.1(3 57 俨=0.0324 0.05mqx = 0.0225IIIUA因为73.5,又因为鬼尸* I。7所以

15、 4, =().0324 4计算0rM也 5临界许用应力 6抗震验算安全12.外浮顶储罐，建罐地区 基本参数：空气密度p=1.1Kg/m3, 50年一遇最大风速V=40m/s,罐高为21m, A类地貌。求储罐的设计风压。P=KRK“o = 4.89xl()6&%=1.5K2= 2.25解：( = 1.647= = 880x1(13 &13.外浮顶储罐，油罐宜径60m,油罐高度20m。建罐地区基本参数：空气密度p=1.3Kg/m50年一遇最大风速V=30m/s, A类地貌。求储罐设计风压和抗风圈所需最小截面系数Wz。风压高度变化系数占离地面或海 平而高度(M)地面粗糙度类别ABCD51.1710

16、.740.62设计风压：p=K1 XK2XKzXWoK1=1.5体型系数K2=2. 25转换系数Kz=1.63高度变化系数W。= p v2/2=1.3X30X30/2=585pa标准风压p=K1 XK2XKzXWo=3218. 23pa抗风圈所需最小截面系数：Wz=0. 082DDHD油罐内径H罐壁全高Wz=0. 082DDH=5094m3因为 Wo700pa所以 Wz二Wz XWo/700=5904X585/700=4934. 06mmmR=1.0D=20msina1=D1 /2R=19. 97/ 2 X 20R. 49925sin a 2=r/R=1/20 a 1=29. 95 =29 5

17、71，a 2=2. 866 =2 51*57扇形板和中心盖板曲率半径R1. R2的计算R1=Rtana1=20Xtan29. 95 =11.542mR2=Rtan a 2=1.001mAD, AB, DC弧长的计算AD=2 nR ( a1-a2) /360=9. 454mAB= n D1 /n+= n X19. 97/30+0. 04=2. 09+0. 04=2. 13CD=2 n R/n+A=2 n X1/30+0. 04=0. 209+0. 04=0. 249n瓜皮板的块数搭接宽度，多采用40mm12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、

18、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，确立具体构造形式、强度计算、确 定各部件构造尺寸；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彩能量的能力，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，刚度缺乏是过程设备 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13o设计温度低于-20的特殊情 况，必须考虑低温对材料性能、构造形式等方面

19、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、板等构造弯曲产生的应力。19 .构造不连续应力构造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

20、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 .简述油罐根基沉陷的类型及危害1、均匀沉陷沉陷只有到达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

21、、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不安全的沉陷类型。由于罐壁在垂直方向的刚性是很 大的，当下部根基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 顶不漂浮。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：式中4-外边缘板的高度，m;T-当a=0时的下沉深度，m;Ta-由于aw。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，

22、且应留有一定裕量。可用下式表示：式中：仇-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 不漂浮。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：cminccmax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(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

23、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罐壁板最下一层沿圆周形成圆环状凸出由于总体弯曲或构造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，损坏开场的现 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，最终导致浮顶漂浮。油罐局部或整体下沉地震时油罐根基液化，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假设干段浸没于油品中的Dg 100的金属软管。排

24、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1.2mT. 8m范围内调节。设置浮顶立柱的目的有二：一是防止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展检 修或清扫作业。(4)自动通气阀自动通气阀作用有

25、二：一是发油防止浮顶下出现真空，以免将浮顶压坏。二是收油防止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500m明人孔应设有不 会被大风吹开的轻型防雨盖，人孔接收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 排空后在检修时进展通风、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 72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:一样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，