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1、 油罐与管道强度设计课程设计 题 目 所在院（系） 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 完成时间 目 录1 设计总说明11.1 1 1.2 .2 计算说明书22.1 设计原始数据22.2 油罐尺寸确定22.3 油罐罐壁的设计计算42.3.1 油罐罐壁钢板的尺寸和排板确定42.3.2 罐壁各层钢板厚度的计算52.4 油罐罐底的设计计算62.5 罐顶的设计计算62.5.1 计算载荷（设计压力）的确定9 2.5.2 油罐罐顶的校核. 参考文献 .37附录3814 1 设计说明书2 设计计算书2.1 设计的基本参数 设计压力 P0.1MPa 设计温度 T200C 介 质 汽油 焊缝系数 1腐蚀裕量 C
2、22mm筒体内径 Di1=2600mm筒体长度 L=8400mm封头内径 Di2=2600mm主体材料 16MnR其设计温度下许用应力 水压试验压力 PT=0.125MPa钢板厚度负偏差 C1=0.25mm2.2 壳体壁厚计算2.2.1 筒体壁厚计算由设计书中的公式(2-1)计算筒体壁厚壁厚附加量 CC1C220.252.25mm由于最小壁厚规定并且所以C5.22.257.45mm圆整后，实选壁厚mm2.2.2 封头壁厚计算由设计书中的公式(2-2)计算封头壁厚由于最小壁厚规定并且壁厚附加量C=C1C2C30.25224.25mmC5.24.259.45mm圆整后实选壁厚10mm2.2.3 许
3、用外压力P许用外压力P是根据油罐内压强度得到有效壁厚，再据GB1501998钢制压力容器，按外压圆筒和外压椭圆形封头进行确定。2.2.3.1 设计外压Py地下油罐的设计外压Py由覆土外压P1决定。土是由土粒、水和气所组成的非连续介质，若把土体简化为连续体，而应用连续体力学来研究土中应力的分布时，应注意到，土中任意截面上都包括有骨架和孔隙的面积在内，所以在计算土中自重应力时只考虑土中某单位面积上的平均应力。在计算土中自重应力时，假设天然地面是一个无限大的水平面，因此在任意竖直面和水平面上均无剪应力存在。设地下罐筒体内半径为R，则在天然地面下任意深度H处(如图1)，作用于筒体外表面上竖向混土自重应
4、力为： 式中一混土的浮容重/(KN/m3)，17000KN/m3图3-1 任意深度H处，圆筒上任一点M的静压力分析图竖直面上还作用有水平向的侧向自重应力，由于沿任意水平面均匀地分布，所以混土在自重下只能产生竖向变形，而不能有侧向变形和剪切变形，从这一条件出发，在天然地面下任意深度H处除有作用于水平面上的竖向混土自重应力外，在根据弹性力学理论，作用在圆筒外表面的侧向混土自重应力应与成正比，而剪应力均为零，即： 式中K0土的侧压力系数，其中碎石土K00.180.25，砂石土K0.25-0.33，粘土K0.33。取K00.25。则在任意深度H处，圆筒上任一点M的静压力P1为：圆筒最大静压力在X-X剖
5、面上，但此点与圆筒外表面相切，不存在混土对圆筒产生静压力，而只有侧向静压力，因此根据华南理工大学等合编的地基及基础中计算挡土墙的土压力的方法，圆筒最大静压力的作用点假设在距离圆心1/3R处，即：则 MPa式中Ho地面距罐体顶部表面的距离/m，H01.2m2.4 0.1362MPa外压校核2.4.1 筒体0.1362MPa外压校核已知：mm筒体计算长度：mm圆筒外径：D02600152615mm所以 查GB15098中图42，内差法求得：A0.0000345用A值查GB15098中图45知，A落在设计温度下材料线的左方，所以许用外压力用GB150-98中42式计算：式中E材料弹性模量，由GB15
6、0-98中表I5内差法得：E=2.049106MPa则MPa因为PY0.136193MPa所以圆筒选10mm的壁厚不满足要求。2.4.2 封头0.136193MPa外压校核已知 10mm mm其当量半径Ri=0.9Di=0.9mm则 由GB150-98中46式得 查GB15098中图45内差法求得B565由GB15098中47式计算许用外压力MPa因为PY0.136193MPa所以封头壁厚选10mm的钢板满足条件。2.7 筒体加强圈的设计计算假设筒体壁厚取mm 圆筒计算壁厚mm圆筒计算长度L8913mm2.7.1 加强圈数的确定计算设3个加强圈后，计算长度Ls=mm则 查GB15098中图42
7、，内差法求得：A=0.00035用A值查GB150-98中图45知，A落在设计温度下材料线的右方，则有内差法求得：B=475，按下式计算许用外压力：MPa因为所以该筒体采用10mm厚的16MnR钢板制造，设置3个加强圈，其结果满足外压强度要求。2.7.2 加强圈尺寸的设计2.7.2.1 加强圈的选择选择加强圈的尺寸规格为10020mm的扁钢，加强圈两侧的腐蚀裕量为2mm，加强圈的计算尺寸为10016mm。 2.7.2.2 计算加强全横截面积As即组合截面的惯性矩加强圈的和截面积：As=10016=1600mm2加强圈的惯性矩：m4加强圈两侧起加强作用的宽度： mm筒体起加强作用部分的截面积：m
8、m2筒体起加强作用部分的惯性矩：mm4形心离筒壁厚中心线的距离a：mm计算加强圈与壳体组合段的惯性矩Is： 2.7.2.3由下式计算参数B：式中 PY设计外压 PY0.1361MPa=1.361kgf/cm2根据B值查GB15098图44得系数A0.00028计算加强圈与壳体组合截面所需的惯性矩I： 因为IS4.212mm4所以满足要求。最后确定加强圈采用10020mm的A3扁钢。2.8 鞍座的选择计算储罐的总重QQ1+Q2+Q3+Q4式中：Q1罐体重 Q2封头重Q3汽油重 Q4附件重2.8.1 罐体重Q1Dg=2600mm，的筒节，每米设备重量q1=1050kg/m所以Q1Kg2.8.2 封
9、头重Q2Dg=2600mm，直边高度h=40mm的标准椭圆形封头，其重量q2=850kg所以Q12q2=1700kg2.8.3 汽油重Q3Q3=其中充料系数，取0.8V储罐体积 VV封+V筒47.85+5.0352.88m3汽油在200C时的比重为840Kg/m3于是Kg2.8.4 附件重Q4两个人孔约重150kg，其接管重总和按300kg计，于是Q4450kg所以设备总重QQ1+Q2+Q3+Q48820+1700+35535.36+45045.66吨每个支座需承受约22.83吨重，负荷相当大，所以选公称直径为2600mm的重型鞍座。2.9 鞍座作用下筒体应力计算2.9.1 筒体轴向弯矩计算双
10、支座支撑的的卧式容器壳视为双支点的外伸梁，在容器轴向存在两个最大弯矩，一个在鞍座处，一个在容器两支座间跨距中点处。跨距中点处的弯矩按下式计算：M1F（C1LA）支座处的弯矩按下式计算：式中Ri-筒体内半径，mA支座中心线至封头切线的距离，m，选取A1.8mC2系数，C3系数，C1系数，所以 M1F（C1LA）223.7342.9.2 筒体轴向应力计算在跨距中点处横截面上，由压力及弯矩所引起的轴向应力之和见下图：图3-2 筒体轴向应力分析图2.9.2.1 在横截面的最高点处：MPa2.9.2.2 在横截面的最低点处：MPa以上两式中：P设计压力MPa容器壁厚，mm（不计附加壁厚）2.9.2.3
11、在支座处的轴向应力：此应力取决于支承面上筒体的局部刚性。当在载荷作用下筒体不能保持圆形时，其横截面上部的一部分对承受轴向弯矩不起作用。当筒体有加强圈时，在筒体最高点处的轴向应力用下式计算：MPa在筒体横截面的最低点处的轴向应力用下式计算：MPaK1 ，K2为参数，查化工设备机械基础表76得K10.107，K20.1922.9.5 筒体周向应力计算2.9.5.1 周向弯矩计算因鞍座截面处无加强圈，且A0.5Rn，所以按化工容器中公式5-55：M=K6FRn计算。式中：K6系数，由化工容器中图5-55查得：K6=0.055其它参数同上。则M=K6FRn2.9.5.2 周向压缩应力计算因鞍座截面处无
12、加强圈，且A0.5Rn，所以按化工容器中公式5-57：Tmax=-K5F计算。式中：K5系数，由化工容器中查得：鞍座包角时K50.760则Tmax=-K5F而在鞍座轴边角处的周向压缩应力T值为：T=-F/4=-223.734/4=-55.932.9.5.3 周向总应力的计算和校核该设计圆筒的鞍座界面上无加强圈，但在鞍座两侧的圆筒上有加强圈。而且鞍座上不设置衬垫板，则圆筒横截面最低处周向压缩应力按下式计算：其中k-计及圆筒和鞍座是否相焊的系数，本设计中不相焊，k=1.0K5系数，K50.760b-圆筒的有效长度，mm所以MPa鞍座边角处的周向总应力：因为则MPa根据化工容器规定，用圆筒材料在设计温度下的许用应力进行校核；用圆筒材料在设计温度下许用应力的1.25倍进行校核。因为MPaMPa所以满足强度要求。2.11 抗浮验算为了保证卧罐不被地下水浮起，必须满足下列不等式：式中：Gst罐体单位长度自重Gst作用在卧罐单位长度上的成棱柱体的土壤重量，见图2-1VW卧罐单位长度埋入地下水的体积水的容重，=1000kg/m3K安全系数，取K1.21.5式中 -钢材的容重， =7850kg/m3式中 H1油罐轴心到地表的距离，m土壤的内摩擦角，取 =45kg扇形面积S0=m2m3kgkg因为满足不等式所以不会出现油罐被地下水浮起的可能，此时不必设置锚墩增重。参考文献附录