油罐与管道强度设计-拱顶设计

油罐与管道强度设计教材选用教材：《《油罐及管道强度设计》，潘家华主编，石油工业出版社，1986。参考书:《管道及储罐强度设计》，帅健《大型储罐设计》，湛卢炳《化工容器设计》，王志文教学安排3第一章钢油罐设计的基本知识4学时第二章轴对称回转薄壳的内力（及位移）分析8学时第三章油罐尺寸选择和罐壁强度设计6学时第四章立式圆柱形油罐罐顶设计2学时第五章浮顶的设计6学时第六章立式钢油罐的抗风设计4学时第七章立式油罐罐底设计6学时第十章地上管道8学时第十一章地下管道8学时学生成绩评定方法平时成绩（到课率及作业等）30%期末成绩70%5§3.4罐壁的开孔补强一、罐壁的开孔及补强原因罐壁的开孔类型及作用进出油管孔；消防管孔；人孔；清扫孔。补强的原因孔口附近会产生应力集中，削弱罐壁强度；开孔结构在制造过程中会形成缺陷和残余应力，可能造成疲劳破坏或脆性裂口，使孔口处撕裂。6§3.4罐壁的开孔补强二、罐壁的开孔补强方法补强板的作用增大开孔周围的壁厚，降低周围的应力。补强的做法补强金属应焊在孔的附近才能起到作用，一般都是将补强圈板紧贴孔口周围。在人孔补强板横向中心线上应开一个M10（螺纹内径）的讯号孔（a.利于焊渣和烟排除；b.若存在焊接质量问题，试水将发生泄漏。）7§3.4罐壁的开孔补强三、罐壁的开孔补强准则等截面补强属经验设计准则，并规定：a.用与罐壁相同的钢板作补强板；b.补强板横截面积A=D孔×壁厚=D纵向×δOS,且A与孔口横截面积取值相等。该法偏于保守、较烦，但历史长，可靠，应用广泛。极限分析补强属极限设计方法，同时考虑到了结构的安定性。其基本点：壳体开孔后的屈服应力基本上等于未开孔时的屈服应力，并使开孔周围的不连续应力和一次薄膜应力迭加后总应力＜2σs，该法只允许采用整体补强结构。（Ex：三通是预制管件，则可适当选取三通的主管与支管的壁厚，制成焊接三通后，不再补焊其他钢材。8§3.4罐壁的开孔补强四、罐壁开孔等截面补强形式环形板外径为内径的两倍左右，适用于开孔直径≤DN250mm。多边形板内切圆直径取为补强板内孔直径的两倍左右，适用于开孔直径＞DN250mm。9§3.4罐壁的开孔补强五、有效范围因开孔附近应力集中的局部性，添加的补强金属只有在靠孔口局部范围内才能起到有效的补强作用，称此范围为有效范围。有效高度：H=2d=2×纵向开孔直径有效宽度：内侧：B1=2.5δS外侧：B2=2.5δp+a式中：δp—接管的壁厚；δs—开孔处的壁厚；a—补强板厚度，一般与罐壁厚相同。10§3.4罐壁的开孔补强六、等截面补强的金属面积的计算需要补强的金属面积A：A=dδOS式中：δOS—开孔处罐壁的计算厚度；d—开孔直径。罐壁δS＞δOS的部分可作补强的截面积A1：A1=d（δS–δOS）式中：δS—开孔处罐壁的实际厚度。11§3.4罐壁的开孔补强六、等截面补强的金属面积的计算接管δsp＞δop的部分可作补强的截面积A2：A2=2B（δP–δOP）式中：B—补强区域的有效宽度，即：min(B1,B2)。补强板的金属面积A3若A1+A2≥A，则不需补强；反之，则需要补强，补强面积为：A3=A-(A1+A2)因为补强板厚度通常采用与罐壁相同的厚度所以根据上式可确定补强板的几何尺寸12§3.4罐壁的开孔补强七、罐壁开孔补强圈板标准系列罐壁各种公称直径的开口接管及补强圈板规格可按表3-10及GB50341-2003选用。表中D外指环形补强板的外径或多边形补强板的内切圆直径，D内指补强圈开孔直径。当罐壁开孔接管直径不超过DN50时，可不进行补强。第四章立式圆柱形油罐罐顶设计•一、拱顶结构及主要几何尺寸•二、计算荷载的确定•三、包边角钢的校核•四、球壳的设计14拱顶结构拱顶组成中心盖板和瓜皮（扇形）板组成，形状近似球面。拱顶各部分的连接瓜皮板块数一般取为偶数，对称安排。板与板之间可对接或相互搭接，实际搭接宽度≮5倍板厚且≮25mm，一般搭接宽度多采用40mm。搭接的瓜皮板在外侧采用连续焊，内侧采用间断焊。中心盖板搭在瓜皮板上，搭接宽度一般取50mm。15拱顶结构16拱顶的特点拱顶部分存在油气空间；能承受较高的内压，一般为2kPa，最大可达到10kPa（当阀阻塞时）；刚性好，施工方便，多采用充气倒装法施工，高空作业少，施工周期短，施工费用低。17拱顶的结构尺寸确定原则当δs=δr时，在气压p作用下，应使罐壁顶部的环向应力σθs=罐顶的环向应力σθr，否则，罐顶与罐壁将在连接处发生相对位移。球顶曲率半径R当σθs=σθr时，在气压p作用下，罐壁顶部与罐顶的环向应力分别为：σθs=，σθr=要使σθs=σθr，必使R=D。一般取球顶曲率半径与罐径之差≯20%，即：R=（0.8~1.2）DsPD2rPR218拱顶的结构尺寸过渡部分曲率半径ρ（图4-3）当ρ↑时，则拱顶高h↑、气体空间↑、用料量↑；反之，过渡处局部弯曲应力σ↑。一般取ρ=0.1D，此时，h≈0.2D。瓜皮板几何尺寸参见《大型贮罐设计》上海科学技术出版社，1986。19拱顶与罐壁的连接形式以圆弧过渡与罐壁相连此形式连接处无横推力，受力情况较好，边缘应力小，承压能力较高，但需冲压加工，施工较难。20拱顶与罐壁的连接形式注意：“罐顶与包边角钢采用弱顶结构”的目的：在储罐运行中，万一操作失误，使罐内压力过大，罐体开始破裂时，首先把罐顶板掀开而迅速泄压，从而避免因罐壁破裂带来更大的损失。以包边角钢将罐顶与罐壁相连罐顶传来的横推力由角钢承担，安装制造方便，广泛用于承压较低的液体储罐。SYJ1016-82第3.4.5条规定：“罐顶与包边角钢间的连接，应采用弱顶结构。外侧用连续焊，焊脚高度≯顶板厚度的3/4，且≯4mm，内侧不予焊接。”