大型立式儲(chǔ)罐計(jì)算.ppt

淺談大型立式儲(chǔ)罐的計(jì)算 中航黎明錦西化工機(jī)械 集團(tuán) 有限責(zé)任公司技術(shù)中心韓滔2015 3 11 一 概述 儲(chǔ)罐是工業(yè)中廣泛使用的儲(chǔ)存設(shè)備 用以儲(chǔ)存石油 石化產(chǎn)品及其類似液體 本課件講述的常壓儲(chǔ)罐 為內(nèi)部氣相空間有直接與大氣相通的開口 即常壓 和存在微內(nèi)壓的大型儲(chǔ)存設(shè)備 而罐壁承受儲(chǔ)液壓力的作用會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力 為保證儲(chǔ)罐安全 可靠地運(yùn)轉(zhuǎn) 對(duì)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 施工提出嚴(yán)格的要求 認(rèn)為常壓儲(chǔ)罐而隨意放松設(shè)計(jì)要求會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性后果 因此必須嚴(yán)格遵循有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范要求 本課件重點(diǎn)介紹在常溫和接近常壓的條件下儲(chǔ)存液體的立式圓筒形儲(chǔ)罐 儲(chǔ)罐由平罐底 圓柱形罐壁 角鋼圈和罐頂組成 在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝焊接 罐底與罐壁采用T型接頭 罐頂與罐壁采用搭接結(jié)構(gòu) 罐頂結(jié)構(gòu)形式只限為錐頂 拱頂兩種 一 概述 續(xù) 二 主要載荷 承受載荷主要分為靜載荷 操作載荷 動(dòng)載荷三大類 1 靜載荷 儲(chǔ)罐自重 隔熱層重量 附加載荷 儲(chǔ)存液體靜壓力 雪載荷 2 動(dòng)載荷 風(fēng)載荷 地震載荷 3 操作載荷 正壓 操作條件決定的氣相空間 負(fù)壓 抽排液或溫度變化形成 三 設(shè)計(jì)建造規(guī)范 目前國內(nèi)常用的設(shè)計(jì)規(guī)范 1 設(shè)計(jì)壓力 490Pa 6000Pa 容積大于100m3儲(chǔ)罐應(yīng)按GB50341 2003 立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范 SH3046 1992 石油化工立式圓筒形制焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范 這兩個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要是參考美國API650 鋼制焊接油罐 編制的 對(duì)于埋地 儲(chǔ)存極度和高度危害的介質(zhì) 人工制冷液體的儲(chǔ)罐不適用這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)于極度和高度危害介質(zhì) 一般參考美國API650設(shè)計(jì) 2 設(shè)計(jì)壓力 6000Pa 18kPa 應(yīng)按美國API650 3 設(shè)計(jì)壓力 18kPa 103 4kPa低壓儲(chǔ)罐 應(yīng)按美國API620 本課件使用計(jì)算程序引用GB50341 2003設(shè)計(jì)規(guī)范 四 計(jì)算程序種類 目前我公司現(xiàn)有的計(jì)算程序 1 1SEI公司 石油化工靜設(shè)備計(jì)算輔助設(shè)計(jì)桌面系統(tǒng)中圓筒形儲(chǔ)罐計(jì)算程序 1 2天辰公司 EXCEL表格式計(jì)算程序 1 3京鼎公司 EXCEL表格式計(jì)算程序 1 4中航黎明錦化機(jī) EXCEL表格式計(jì)算程序 因常壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)天辰設(shè)計(jì)院較多 我公司使用頻率較高為天辰公司計(jì)算程序 該程序界面簡潔 數(shù)據(jù)輸入簡單 結(jié)論直觀 修改及打印計(jì)算書方便 深受我公司工程技術(shù)人員喜歡 本課件使用天辰計(jì)算程序講述GB50341 2003需要的計(jì)算內(nèi)容 五 如何正確使用計(jì)算程序 計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用有效地提高了我們的工作效率 使我們從設(shè)計(jì)工作中需要反復(fù)進(jìn)行設(shè)備零部件強(qiáng)度 剛度計(jì)算過程解脫出來 雖然大部分計(jì)算內(nèi)容由專業(yè)計(jì)算程序支持完成 但工程技術(shù)人員對(duì)形成計(jì)算書數(shù)據(jù)正確性 完整性負(fù)有法律責(zé)任 由于計(jì)算模塊不可能囊括所有技術(shù)細(xì)節(jié) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷更新 與設(shè)計(jì)模型的不符 常需要我們對(duì)簡單計(jì)算程序進(jìn)行修改 辦法 深入學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn) 明確計(jì)算步驟 正確填寫數(shù)據(jù) 學(xué)會(huì)分析重要數(shù)據(jù)合理性 六 重要參數(shù)釋義 1設(shè)計(jì)壓力 1 1定義 罐頂部氣相空間的最高壓力 表壓 其值不應(yīng)低于正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的最高操作壓力 壓力范圍 490 6000Pa1 2如何輸入 設(shè)計(jì)內(nèi)壓 常壓 滿液輸0Pa 微內(nèi)壓輸具體數(shù)值 設(shè)計(jì)外壓一般輸安全閥負(fù)壓開啟壓力490Pa或給定負(fù)壓值 沒有輸0Pa 2 設(shè)計(jì)溫度 2 1定義 在正常使用狀態(tài)時(shí)罐壁及主要受力元件可能達(dá)到的最高或最低金屬溫度 溫度范圍 250 2 2如何輸入 操作溫度為常溫或低于50 時(shí) 設(shè)計(jì)溫度取50 操作溫度為大于等于50 小于90 時(shí) 設(shè)計(jì)溫度取90 操作溫度為大于等于90 時(shí) 設(shè)計(jì)溫度取最高操作溫度加上20 2 3設(shè)計(jì)溫度大于等于90 小于250 時(shí) 按附錄B附加要求修正程序內(nèi)容 1 罐頂構(gòu)件許用應(yīng)力 還應(yīng)乘表B2 2 P77 確定的設(shè)計(jì)溫度下材料的屈服強(qiáng)度與210MPa的比值 不得大于1 六 重要參數(shù)釋義 續(xù) 2 罐頂計(jì)算厚度還應(yīng)乘設(shè)計(jì)溫度與常溫下鋼材的彈性模量之比3 抗風(fēng)計(jì)算中 罐壁的許用臨界壓力應(yīng)乘設(shè)計(jì)溫度與常溫下鋼材的彈性模量之比4 微內(nèi)壓儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力公式中系數(shù)1 1還應(yīng)乘設(shè)計(jì)溫度下材料的屈服強(qiáng)度與210MPa的比值 不得大于1 5 有保溫的錨栓的許用應(yīng)力應(yīng)為常溫下許用應(yīng)力乘以表2 2 P22 設(shè)計(jì)溫度下屈服強(qiáng)度降低系數(shù)3 許用應(yīng)力如何選取 碳鋼和低合金鋼可直接按GB50341查取 高合金鋼許用應(yīng)力確定按SH3046 1992查取 不能用GB150中數(shù)值 4 焊接系數(shù) 一般取0 9 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低屈服強(qiáng)度大于390MPa時(shí)取0 85 儲(chǔ)存極度和高度危害的介質(zhì)時(shí) 天辰取1 05 直徑范圍 公稱直徑5m DN 32m 公稱直徑小于等于5米常壓儲(chǔ)罐一般不用計(jì)算 七 設(shè)計(jì)條件輸入 設(shè)計(jì)條件輸入可按圖紙技術(shù)特性表數(shù)據(jù)給出 八 罐壁計(jì)算模塊 八 罐壁計(jì)算模塊 續(xù) 八 罐壁計(jì)算模塊 續(xù) 1 遵循設(shè)計(jì)原則 a 強(qiáng)度要求 罐壁承受儲(chǔ)液靜壓力 靜壓力從上至下逐漸增大 即沿著罐壁高度方向每一點(diǎn)的承受壓力不同 因此在靜壓力作用下罐壁中每一點(diǎn)的應(yīng)力不得大于鋼材的許用應(yīng)力 b 穩(wěn)定性方面 罐內(nèi)的負(fù)壓和風(fēng)載的作用可能會(huì)使罐壁發(fā)生穩(wěn)定失效破壞 因此要考慮罐壁的加強(qiáng) 增加罐壁厚或采用加強(qiáng)圈 2 對(duì)于大容量或多臺(tái)不同容量的儲(chǔ)罐 設(shè)計(jì)排版時(shí)應(yīng)考慮鋼板規(guī)格盡可能少 天辰統(tǒng)一規(guī)定碳鋼按1 8m板幅排版 不銹鋼按1 5m板幅排版 3 罐壁計(jì)算模塊包括壁厚 是否設(shè)置中間抗風(fēng)圈及數(shù)量 位置兩部分計(jì)算 1 當(dāng)P 2000時(shí) td 4 9D H 0 3 d C1s C2s 儲(chǔ)存介質(zhì)條件下 tt 4 9D H 0 3 t C1s C2s 儲(chǔ)水條件下 當(dāng)P 2000時(shí) td 4 9D H 0 3 d 0 5PD t C1s C2s 儲(chǔ)存介質(zhì)條件下 八 罐壁計(jì)算模塊 續(xù) 罐壁名義厚度不得小于計(jì)算厚度加壁厚附加量的較大值 且不得小于表6 3 3規(guī)定值 P27 由于罐壁高度通常大于鋼板寬度 所以罐壁總是用多圈鋼板組焊而成 壁厚從下向上逐層遞減 相鄰壁厚差最好不超過2mm 底圈壁板是產(chǎn)生周向拉應(yīng)力及縱向彎曲應(yīng)力最大部分 所以有意將底圈壁板加厚 2 判別設(shè)置中間抗風(fēng)圈數(shù)量 位置步驟 A 核算區(qū)間的罐壁筒體許用臨界壓力PcrB 計(jì)算存在內(nèi)壓的固定頂油罐罐壁筒體的設(shè)計(jì)外壓PoC 判斷中間抗風(fēng)圈數(shù)量 位置 P33 6 5 4 注意 天辰計(jì)算程序只給出一個(gè)中間抗風(fēng)圈位置 當(dāng)需設(shè)兩個(gè)以上數(shù)量時(shí) 設(shè)置位置按標(biāo)準(zhǔn)具體給出 八 罐壁計(jì)算模塊 續(xù) 九 罐底計(jì)算模塊 九 罐底計(jì)算模塊 續(xù) 說明 1 設(shè)置環(huán)形邊緣板依據(jù) DN 12 5m2 罐壁內(nèi)表面至邊緣板與中幅板之間的連接焊縫的最小距離 取Lm 215tb sqr Hw 600間大值 需按實(shí)際圖紙上尺寸放樣比較設(shè)置是否合理 3 罐底板 邊緣板厚度常取最底圈壁厚 十 罐頂計(jì)算模塊 十 罐頂計(jì)算模塊 續(xù) 十 罐頂計(jì)算模塊 續(xù) 十 罐頂計(jì)算模塊 續(xù) 1 罐頂計(jì)算 罐內(nèi)液面以上的氣相空間的壓力是變化的 在此空間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生正壓或負(fù)壓 因此罐頂具有承受內(nèi)壓作用的強(qiáng)度和承受負(fù)壓作用的穩(wěn)定性 2 GB50341 2003罐頂只講自支撐式錐頂和自支撐式拱頂兩種 1 自支撐式錐頂 用于直徑不大于10m 2 自支撐式拱頂 a 光面拱頂 用于直徑D 12m b 帶筋拱頂 常用直徑12m D 32m 3 罐頂主要由中心頂板和扇形板兩部分組成 規(guī)定 VN5000m3時(shí) 中心頂板直徑為2100mm 扇形板的塊數(shù)為4的倍數(shù) 十一 罐頂計(jì)算模塊 續(xù) 4 經(jīng)向肋的最大間距 扇形板大端弧長緯向肋的最大間距 徑向等分間距5 罐頂設(shè)計(jì)外壓P的確定P1 主要考慮罐頂自重N m2 Pa 單位面積的重力 當(dāng)有保溫層時(shí)應(yīng)考慮保溫層的重量 P2 罐內(nèi)操作負(fù)壓 取1 2倍呼吸閥的負(fù)壓定壓壓力 Pa P3 附加載荷 如雪載荷或活動(dòng)載荷 一般不小于700Pa 為保證罐頂具有足夠的穩(wěn)定性 P2與P3之和不應(yīng)小于1200Pa 當(dāng)雪載超過600Pa時(shí) 應(yīng)加上超過的部分 計(jì)算外壓 P P1 P2 P3 簡化P P1 1200 6 隨著儲(chǔ)罐容量和直徑的增大 光面球殼的設(shè)計(jì)厚度隨之增大 從而使罐頂?shù)匿摬挠昧吭龃?投資費(fèi)用增高 對(duì)于由外壓起控制作用的球殼 為了減輕罐頂?shù)闹亓?節(jié)約成本 當(dāng)12m DN 32m時(shí) 基本上采用帶肋球殼罐頂 其受力特點(diǎn)是 承載主體為球殼板和肋條構(gòu)成的組合截面 十二 罐頂與包邊角鋼連接處計(jì)算模塊 續(xù) 十二 罐頂與包邊角鋼連接處計(jì)算模塊 續(xù) 罐頂與包邊角鋼的焊接 罐頂與包邊角鋼采用較弱連接方式 在其外側(cè)采用單面連續(xù)焊保證罐體封閉 其焊角高度不大于罐頂板厚度的3 4 且不大于4mm 目的在于當(dāng)罐內(nèi)超壓或安全裝置失靈時(shí) 盡可能從此處破壞掀開 減少罐壁及罐底破壞而造成重大損失 包邊角鋼的選取 十三 微內(nèi)壓儲(chǔ)罐計(jì)算模塊 十三 微內(nèi)壓儲(chǔ)罐計(jì)算模塊 說明 1 計(jì)算罐底板不被抬起的最大內(nèi)壓Pmax2 計(jì)算罐壁與罐頂連接處發(fā)生屈曲破壞時(shí)壓力Pf3 結(jié)論1 Pf Ps 罐壁與罐頂連接處滿足內(nèi)壓下破壞壓力的要求 4 結(jié)論2 若Pmax Ps校核合格 可不進(jìn)行地腳螺栓計(jì)算 若Pmax Ps校核不合格時(shí) 需要進(jìn)行地腳螺栓計(jì)算 5 常壓計(jì)算可不計(jì)算此模塊 十四 地腳螺栓計(jì)算模塊 十四 地腳螺栓計(jì)算模塊 續(xù) 十五 抗震計(jì)算 十五 抗震計(jì)算 續(xù) 十五 抗震計(jì)算 續(xù) 十五 抗震計(jì)算 續(xù) 1 由于地震原因使得儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi) 爆炸和環(huán)境污染事故 因此 在地震設(shè)防區(qū) 防烈度7 9度 建造儲(chǔ)罐時(shí)