大型立式低压储罐的设计计算

2009年第3期 2009年3月 化学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 与装备 ChemicalEngineering＆Equipsent 55 大型立式低压储罐的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 计算 裴召华 (中油辽河工程有限公司机械工程所。 辽宁盘锦124010) 摘要：GB50341-2003和Stt3046-1992 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的适用范围是正压不大于6kPa，所以对于设计压力大于 6kPa的储罐就不能采用GB50341．2003和SH3046-1992标准，需采用SY／T0608-2006标准．大型立式 低压储罐(以下简称低压储罐)的设计有三个重要的方面，这三个方面分别是：抗压圈、罐壁计算及 锚栓的设计。通过对该 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的研究，本文重点介绍了这三个方面的设计，对低压储罐的设计具有指导 作用． 关键词：立式低压储罐；抗压圈：锚栓；自由体 l前言 在许多情况下，为了减少低沸点储液在储存时 的蒸发损耗，或避免介质与空气接触从而造成氧化 等的需要，所以提高储罐的操作压力。随着改革开 放，石油化工工业迅速发展，低压储罐的使用量也 在不断增加。 目前，国内对于立式储罐的设计设计所采用的 规范有SH304昏1992《石油化工立式圆筒形钢制焊 接储罐设计规范》、GB50341．2003<立式圆筒形钢 制焊接油罐设计规范》和SYIT0608．2006《大型焊 接低压储罐的设计与建造》规范。其中SH3046．1992 和GB50341．2003的适用压力范围是设计内压不大 于6kPa，对于设计内压大于6kPa且小于lOOkPa的 储罐只能按照SY／T0608．2006《大型焊接低压储罐 设计与建造》标准进行设计，现就设计内压大于 6kPa的低压储罐设计中的几个问题进行探讨(设计 内压大于6kPa且小于lOOkPa的储罐简称低压储 罐)。 2罐壁设计I¨ 2．1 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 一般常压或微内压储罐罐壁设计可采用定点 法进行设计，即以高出每圈罐壁皈底面0．3m处的 液体压力来确定每圈壁扳厚度。 根据SY／T0608．2006<大型焊接低压储罐设计 与建造》，低压储罐罐壁设计的基本原理是由罐体 的自由体分析得到罐壁单位长度上的内力，并根据 罐壁单元的双向应力状态及所用材料的许用应力、 焊接接头系数等来确定计算壁厚，再考虑工程上对 罐壁最小允许厚度的要求，最终确定罐壁的名义厚 度。罐壁的设计过程如图2．1．1【2】： 图2．I．I罐壁的殴计过程圈 万方数据 裴召华：大型，Z炎低压储罐的设计计算 2．2罐颦计算111 本计算方法采用SY／T0608．2006标准介绍的 方法。 r，=等c尸+兰 ±=￡泰R； T2=PRc T卜T2均为正值时： f：三+C s。E●J．． (T为Tl和T2两者间的大值) TI与T2异号，该种情况国内设计比较少见， 本文不再提及。 式中： ‘ Tl—在给定水平面处，壳体上纬向单位弧长的 经向单位力，正值表示受拉，N／mm． 己—在给定水平面处，壳体上经向单位弧长的 纬向单位力．正值表示受拉，N／mm： Rc_储罐半径，rnm； PL在给定水平面处，特定负荷情况下的总压 力，p：：pL+pg，MPa： PL_．在给定水平面处的介质液体静压力，MPa； P广储罐液面上方的气相空间的压力，真空时 为负值，Ⅷa： ’ s蝤卜钝拉伸最大许用应力，MPa． E_焊缝系数； W—在给定水平面处，作为自由体的壳体和介 质的重力，N：W若和作用在自由体水平面上的压 力P方向相同。W正负值符号与P相同：W若和P 方向相反，W正负值符号与P相反； 卜在给定水平面处，作用在所选自由体上的 其他外力的垂直分力之和，N，包括自由体上所有 内外部拉杆、支柱、支架、隔板、裙座或其他构架 上的力的垂直分力：F若和作用在自由体水平面上 的压力P方向相同时，F正负值符号与P相同：F 若和P方向相反时，F正负值符号与P相反： Af—在给定水平面处，储罐内部的横截面积， m2： C．一厚度附加量，mm。 在实际工程上(正压储罐)，对于火型储缶2l(尤 其是最下面几层罐壁板)来说，罐体及其他支撑件 的重量相对于罐内的介质来说很小，可以忽略。那 么，我们就可以将公式墅 ±：兰 覆R! 就可以只看 作是液体静压力。再由于W的方向与P的方向相 反，所以T-就可以简化为：r。=兰一三≠LL· 所以，T=T2=PRc。 所以，罐体的厚度就可以直接简化 为．，=器扎。 3罐顶厚度计算和稳定性校核 对于低压储罐而言，按内压引起球面拱项的薄 膜应力核算得罐顶壁厚较小，相比较而言，对罐项 壁厚起决定作用的是设计外压，拱顶厚度的计算和 稳定性校核，可按GB50341．2003《立式圆筒形钢 制焊接油罐设计规范》附录C带肋球壳拱顶计算。 4抗压圈设计11·2I 4．1分析 自支撑式拱顶抗压圈承受从罐项传来的横向 力，此横向力是因罐内或罐外压力而产生的水平分 力。当罐项受内压作用时，抗压圈受压：受外压时， 抗压圈受拉。一般常压储罐，由于内压微小，其抗 压圈主要受外压控制即由罐顶自重、雪载荷和罐项 附加载荷等所控制。其数值大致可以按罐体直径大 小而定量，所以有关规范中按直径大小，直接查得。 对于低压储罐，罐项与罐壁连接处，主要承受 由内压引起的环向压缩力，所以对承压区域的结构 要求得更严格，承压区域的面积主要按承受的内压 来计算确定，所需的承压面积往往比其他储罐所需 面积大得多。所以，抗压圈的承压区域面积必须要 满足A≥A。。 式中： A一承压圈的承压区域面积，mm2；‘ A广承压区域所需面积，nlm2。 4．2抗压圈承压面积计算(采用SY厂r0608．2006计 算方法) 抗压圈的结构示意图见图4．2．1。 万方数据 裴召华：大型立式低压储罐的设计计算 57 罐顶承压区域宽度Wh：既=0．6√页j雨 图4．2-1抗压圈结构示意图 罐壁承压区域宽度w：：吸：o．6√：e两 N／mm：瓦，=徘c 承压面积的计算：A=既“一c)+旺(f。一c)+A。 式中： k一接近项板与圈板连接处的顶板的名义厚 度，mm； tc—接近顶板与圈板连接处的圆柱圈板相应的 名义厚度，mm： Aa----附加在承压圈上承压范围内的额外面积， mm2。 4．3承压区域所需面积计算 承压区域所需面积：Ao取Q／103．4和Q／StsE 中的较大者。 式中： Q一作用在通过压缩环区域垂直横截面上的 总环向力Q，N； Q=T2Wh+T2sWc-TlRcsina Tl—在罐项与罐壁连接处顶扳经向单位力， N／mm：正：≤}(尸+缈) Tr罐顶所受的纬向单位力，N／mm： 7’：：冬p一∞) T2广与罐顶连接的储罐圈板的环向单位力， “I方向与垂直线之间的夹角； 廿一为单位面积顶扳及肋板的重力，MPa。 Stl．一最大许用应力：MPa： E—经向焊接接头系数。 5锚固的设计11·2l 5．1分析I刮 由于以下三个原因使得罐壁与罐底的连接处 有离地升举倾向时，储罐应当在储罐底部设置锚 栓： (1)内压产生的举升力大于罐顶、罐壁及其 所支撑的构件的总重时： (2)风弯矩、地震弯矩产生的倾覆升举力： 对于我们经常接触的常压储罐，因其内压等于 或接近于常压，由风载荷等外界引起提升力较储罐 自重要小得多，因此一般不需设置锚固装置。 对低压储罐而言，由于内压、风压及地震弯矩 所产生的提升力当大于罐顶、罐壁及其所支撑的构 件的总重时，就会使罐底边缘部分升离地面，造成 罐底破裂，因此在这类储罐上应考虑设计锚周装 置，将提升力传递至储罐基础上，或刚其他办法来 平衡提升力。 5．2设计计算12J 计算风弯矩和地震弯矩的组合弯矩为： M=Max(Mw，M+o．25Mw)，其中风压产生的风弯矩 万方数据 58 袋召‘#：人型一也』I=低胜仳罐的设计计算 MⅥ；q4H。．地震弯矩按照GB50341．2003中附录D 进行计算。锚栓承受的总载荷w_兀雌Rc2+2M／Re．N， 锚栓的数鼙n=W／(【o】nb)。 式中，qo-基本风压。Pa； A一储罐迎风面面积，m2； Ho-储罐(空罐)重心高度，m： N一储罐的空罐重量，N： 【o】br锚栓材料许用应力，MPa； Ab_单个锚栓的截面积。m2。 5．3底层壁板刚性的要求 有些人认为对于低压储罐的设计只要完成以 上的这些就已经足够了。其实实际情况不是这样， 还有一个在设计上非常容易忽视的问题，那就是储 罐底层罐壁的刚性问题。当锚栓的力矩使罐壁受到 过大的局部应力时，应当考虑在罐壁上设置刚性环 或增加罐壁厚度的方法来保证储罐的安全。锚栓安 装示意图见图5．3．1。 N 6 L 匿 生 ，／ ．、＼＼＼＼7 ＼＼ 乏 斟 墨 么 ‘I 只有满足下式时，该储罐才能保证安全。 图5．3．1 丽WL+等W≤b眵2耳口F 。 。J 式中： 旷储存介质的密度，kg／m3：嗍壁高度，m： F-起刚性作用的有效面积，它包括环两侧各16 倍壁厚范围内的面积m2： e一偏心距，m： Wr-冈Ⅱ性环有效截面系数，m3； 【o】一罐壁许用应力，MPa； p焊接接头系数。 6结语 低压储罐设计，与一般储罐设计相比，关键在 于储罐顶部抗压圈、罐壁和锚栓的设计。低压储罐 抗压圈的设计主要是通过计算总环向力，确定所需 的承压区域面积，选择推荐的承压圈结构，计算所 选结构的承压区域面积，使其大于所需的面积。低 压储罐罐壁厚度可通过罐体自由体分析计算罐壁 经向、周向单位内力，进而通过公式计算确定罐壁 厚度。锚固的设计，应根据外界载荷确定升举力， 判断是否大于罐项、罐壁及其所支撵的构件的总 重，确定是否设置锚固装置． 参考文献 【1】大型焊接低压储罐的设计与建造Is]．2006； 【2】徐英，杨一凡，朱萍．球罐和大型储罐[M]．化 学工业出版社，2005： 万方数据