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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p> 1 儲(chǔ)罐及其發(fā)展概況</p><p> 油品和各種液體化學(xué)品的儲(chǔ)存設(shè)備—儲(chǔ)罐是石油化工裝置和儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)施的重要組成部分。由于大型儲(chǔ)罐的容積大、使用壽命長(zhǎng)。熱設(shè)計(jì)規(guī)范制造的費(fèi)用低,還節(jié)約材料。</p><p> 20世紀(jì)70年代以來,內(nèi)浮頂儲(chǔ)油罐和大型浮頂油罐發(fā)展較快
2、。第一個(gè)發(fā)展油罐內(nèi)部覆蓋層的施法國(guó)。1955年美國(guó)也開始建造此種類型的儲(chǔ)罐。1962年美國(guó)德士古公司就開始使用帶蓋浮頂罐,并在紐瓦克建有世界上最大直徑為187ft(61.6mm)的帶蓋浮頂罐。至1972年美國(guó)已建造了600多個(gè)內(nèi)浮頂罐。</p><p> 1978年國(guó)內(nèi)3000m3鋁浮盤投入使用,通過測(cè)試蒸發(fā)損耗標(biāo)定,收到顯著效果。近20年也相繼出現(xiàn)各種形式和結(jié)構(gòu)的內(nèi)浮盤或覆蓋物[1]。</p>
3、<p> 世界技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家,都備有較齊全的儲(chǔ)罐計(jì)算機(jī)專用程序,對(duì)儲(chǔ)罐作靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析,同時(shí)對(duì)儲(chǔ)罐的重要理論問題,如大型儲(chǔ)罐T形焊縫部位的疲勞分析,大型儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性分析,抗震分析等,以試驗(yàn)分析為基礎(chǔ)深入研究,通過試驗(yàn)取得大量數(shù)據(jù),驗(yàn)證了理論的準(zhǔn)確性,從而使研究具有使用價(jià)值。</p><p> 近幾十年來,發(fā)展了各種形式的儲(chǔ)罐,尤其是在石油化工生產(chǎn)中大量采用大型的薄壁壓力容器。它易于制
4、造,又便于在內(nèi)部裝設(shè)工藝附件,并便于工作介質(zhì)在內(nèi)部相互作用等。</p><p><b> 2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p> 2.1 各種設(shè)計(jì)方法</p><p> 2.1.1 正裝法</p><p> 此種方法的特點(diǎn)是指把鋼板從罐底部一直到頂部逐塊安裝起來,它在浮頂罐的施工安裝中用得較多,即所謂充水正
5、裝法,它的安裝順序是在罐低及二層圈板安裝后,開始在罐內(nèi)安裝浮頂,臨時(shí)的支撐腿,為了加強(qiáng)排水,罐頂中心要比周邊浮筒低,浮頂安裝完以后,裝上水除去支撐腿,浮頂即作為安裝操作平臺(tái),每安裝一層后,將上升到上一層工作面,繼續(xù)進(jìn)行安裝。</p><p> 2.1.2 倒裝法</p><p> 先從罐頂開始從上往下安裝,將罐頂和上層罐圈在地面上安裝,焊好以后將第二圈板圍在第一罐圈的外圍,以第一罐圈
6、為胎具,對(duì)中點(diǎn)焊成圓圈后,將第一罐圈及罐頂蓋部分整體吊至第一、二罐圈相搭接的位置,停于點(diǎn)焊,然后在焊死環(huán)焊縫。用同樣的方法把下面的部分依次點(diǎn)焊環(huán)焊,直到罐底板的角接焊死即成。</p><p> 2.1.3 卷裝法</p><p> 將罐體先預(yù)制成整幅鋼板,然后用胎具將其卷筒,在運(yùn)至儲(chǔ)罐基礎(chǔ)上,將其卷筒豎起來,展成罐體裝上頂蓋封閉安裝而建成。</p><p>
7、 2.2 各種方法優(yōu)缺點(diǎn)比較</p><p> 2.2.1 正裝法</p><p> 這種裝焊方法需要采用多種設(shè)備和裝配夾具,大多數(shù)裝配焊接都要搭腳手架,此外,裝配工作在吊架吊臺(tái)上工作,不僅操作不方便,不宜保證焊接質(zhì)量,還花費(fèi)時(shí)間,而且高空焊接薄鋼焊接容易變形,工序煩瑣,各工種相互制約,施工速度慢,也不安全,所以在大型儲(chǔ)罐中很少采用正裝法。</p><p>
8、 2.2.2 倒裝法</p><p> 這種方法不用搭腳手架,并且操作人員是在地面上工作,安全增加,有利于提高工程質(zhì)量,但相比于卷裝法來說,由于倒裝法也是在工地作用,因此勞動(dòng)強(qiáng)度還是比較大,而卷裝法生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量上都比前兩中大有提高。</p><p> 綜上所述,采用卷裝法。</p><p> 2.3 油罐的基礎(chǔ)</p><p&g
9、t; 為了確保有一個(gè)穩(wěn)定性,排水良好,具有足夠承載能力,必須建造油罐基礎(chǔ)或底座,大的油罐常需帶有混淋土的基礎(chǔ),以便把整個(gè)基礎(chǔ)封閉起來,增加穩(wěn)定性。油罐基礎(chǔ)座,根據(jù)油罐的類型,容易滿足生產(chǎn)使用要求,地形、地貌、地基條件,以及施工技術(shù)條件的因素。合理選用的油罐基礎(chǔ)有以下常見幾種:護(hù)坡式基礎(chǔ)、環(huán)墻式基礎(chǔ)、外環(huán)墻式基礎(chǔ)、特殊構(gòu)造的基礎(chǔ)。</p><p> 根據(jù)比較選用,護(hù)坡式基礎(chǔ)[2]。</p><
10、;p><b> 3 罐壁設(shè)計(jì)</b></p><p> 3.1 罐壁的強(qiáng)度計(jì)算</p><p> 3.1.1 罐壁厚的計(jì)算</p><p><b> ?。?.1)</b></p><p> 式中:—設(shè)計(jì)壓力:0.2(Mpa);</p><p> —罐的內(nèi)
11、徑:15000(mm);</p><p> —設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力230(Mpa);</p><p> —焊縫系數(shù):查表得0.9;</p><p> —鋼板的負(fù)偏差0.8(mm);</p><p><b> —腐蝕裕度;</b></p><p> K—腐蝕,輕微腐蝕1.0(mm);&
12、lt;/p><p> B—容器的使用壽命10年;</p><p> —壁厚減薄量0(mm);</p><p><b> 取</b></p><p> 3.1.2 罐壁的應(yīng)力校核</p><p><b> (3.2)</b></p><p>&l
13、t;b> 故滿足材料要求</b></p><p> 按照試驗(yàn)應(yīng)力公式校核</p><p><b> ?。?.3)</b></p><p> 式中:—為材料的屈服極限,</p><p> 而 </p><p><b> 故滿足要求
14、。</b></p><p> 3.2 儲(chǔ)罐的風(fēng)力穩(wěn)定計(jì)算</p><p> 3.2.1 抗風(fēng)圈</p><p> 浮頂儲(chǔ)罐沒有固定頂蓋,為使儲(chǔ)罐在風(fēng)載作用下保持上口圓度,以維持儲(chǔ)罐整體形狀,故需在儲(chǔ)罐上部整個(gè)圓周上設(shè)置一個(gè)抗風(fēng)圈。</p><p> 3.2.2 抗風(fēng)圈所需要的最小截面系數(shù)WZ</p>&
15、lt;p> 假定作用月儲(chǔ)罐外壁還風(fēng)面的風(fēng)后按正弦曲線分布。風(fēng)取分布范圍所對(duì)應(yīng)的抗風(fēng)圈區(qū)段為兩段較的圓拱,如圖3.1[4]所示,圓拱所對(duì)應(yīng)的圓心角為</p><p><b> 60°</b></p><p> 圖3.1 抗風(fēng)圈區(qū)段</p><p> 儲(chǔ)罐上半部罐壁所承受的風(fēng)載荷有抗風(fēng)圈承擔(dān)</p><p
16、><b> (3.4)</b></p><p> 式中—抗風(fēng)圈所必須的最小截面系數(shù)(m3);</p><p> —材料許用應(yīng)力(Mpa);</p><p><b> 且 </b></p><p> —圓拱的跨中彎矩(N·m);</p><p>&
17、lt;b> (3.5)</b></p><p> 式中R—儲(chǔ)罐半徑.(m);</p><p> —圓拱對(duì)應(yīng)的圓心角 ;</p><p> P0—罐壁駐點(diǎn)線上單位弧長(zhǎng)的風(fēng)載荷(N·m);</p><p> 由風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得出 (3.6)</p><p> H—罐壁全
18、高(m);</p><p> P1—設(shè)計(jì)風(fēng)速(N/m2);</p><p> 其中體形系數(shù)K1=,風(fēng)速高度變化,系數(shù)(取離地15m高處的值)</p><p> 則有 (3.7)</p><p> 式中D—儲(chǔ)罐直徑(m);</p><p>
19、; —建罐地區(qū)的基本風(fēng)速(N/m2);查表得550(N/m2);</p><p> —抗風(fēng)圈所必須的最小截面系數(shù)(mm3);</p><p> 在選擇抗風(fēng)圈截面時(shí),應(yīng)滿足使抗風(fēng)圈的截面系數(shù)</p><p><b> 則有:</b></p><p><b> 取 </b><
20、;/p><p> 當(dāng)抗風(fēng)圈遇到盤梯而需開口時(shí),應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng),使其斷面系數(shù)不低于 。開口的罐壁應(yīng)采用角鋼加強(qiáng),角鋼兩端伸出開口的長(zhǎng)度應(yīng)不小于抗風(fēng)圈的最小寬度。抗風(fēng)圈腹板開口邊緣應(yīng)采用垂直安放的扁鋼加強(qiáng)。</p><p> 抗風(fēng)圈的外周邊可以是圓形或多邊型,它可以采用型鋼或型鋼與鋼板的組合件制成。所用的鋼板最小厚度為5mm。角鋼的最小尺寸為63×6,如圖所示抗風(fēng)圈形式。為滿足強(qiáng)度條件,
21、抗風(fēng)圈本身的接頭必須采用全焊透的對(duì)接焊縫,抗風(fēng)圈與罐壁之間的焊接,上表面采用連續(xù)滿角焊,下面可采用斷焊。</p><p> 3.2.3 加強(qiáng)圈計(jì)算</p><p> 在風(fēng)載荷作用下,罐壁筒體應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核,防止儲(chǔ)罐被風(fēng)吹癟。判定儲(chǔ)罐的側(cè)壓穩(wěn)定條件為</p><p><b> (3.8)</b></p><p>
22、 式中Pcr—罐壁許用臨界應(yīng)力(Pa);</p><p> P0—設(shè)計(jì)外壓(Pa);</p><p> 罐壁許用臨界應(yīng)力的計(jì)算</p><p> 由SH3046—92推薦的方法,得在外壓作用下的臨界壓力公式</p><p><b> (3.9)</b></p><p> 式中Pcr—臨
23、界壓力(Pa);</p><p> E—圓筒材料的彈性模量:192×109(Pa);</p><p><b> —圓筒壁厚(m);</b></p><p> D—圓筒直徑(m);</p><p> L—圓角長(zhǎng)度(m);</p><p> 罐壁設(shè)計(jì)外壓計(jì)算 </p&g
24、t;<p> 罐壁設(shè)計(jì)外壓用下式表示,即</p><p><b> (3.10)</b></p><p> 式中P0—罐壁設(shè)計(jì)外壓(Pa);</p><p><b> —風(fēng)載荷體形系數(shù);</b></p><p> —風(fēng)壓高度變化系數(shù);</p><p>
25、 —基本風(fēng)壓(Pa);</p><p> —罐內(nèi)負(fù)壓(Pa);</p><p> 對(duì)固定頂儲(chǔ)罐,罐壁的設(shè)計(jì)外壓計(jì)算公式為:0</p><p><b> ?。?.11)</b></p><p> —基本風(fēng)壓(Pa);</p><p><b> —風(fēng)載荷體形系數(shù);</b>
26、;</p><p><b> 故滿足要求。 </b></p><p><b> 加強(qiáng)圈數(shù)量及間距</b></p><p> 由于Pcr> P0,所以在罐壁上不需要設(shè)置加強(qiáng)圈。</p><p> 3.3 儲(chǔ)罐的抗震計(jì)算</p><p> 3.3.1 地震載荷
27、的計(jì)算</p><p><b> 自震周期計(jì)算</b></p><p> 儲(chǔ)罐的罐液耦連震動(dòng)基本自震周期為</p><p><b> ?。?.12)</b></p><p> 式中 T1—儲(chǔ)罐的罐液耦連震動(dòng)基本自震周期(s);</p><p> e —自然對(duì)數(shù)的底:2
28、.718;</p><p> Hw—儲(chǔ)罐底面到儲(chǔ)液面的高度:10.5m;</p><p> —儲(chǔ)罐的內(nèi)直徑:15mm</p><p> —位于罐壁高度1/3處的罐壁名義厚度:10×10-3m</p><p><b> 則</b></p><p> 水平地震作用幾效應(yīng)計(jì)算<
29、/p><p><b> ?。?.14)</b></p><p><b> (3.15)</b></p><p> 式中 —儲(chǔ)罐的水平地震作用(N);</p><p> —水平地震影響系數(shù),按罐液耦連震動(dòng)基本自震周期確定</p><p> meq—等效質(zhì)量(Kg);<
30、/p><p> mL—儲(chǔ)液質(zhì)量(Kg);</p><p> g —重力加速度取9.81m/s2</p><p><b> —?jiǎng)右合禂?shù);</b></p><p> KZ—綜合影響系數(shù)取KZ=0.4;</p><p> 水平地震作用對(duì)罐底的傾覆力矩</p><p><
31、;b> M1=</b></p><p> 罐壁豎向穩(wěn)定許用臨界應(yīng)力計(jì)算</p><p> 第一周罐壁的豎向穩(wěn)定臨界應(yīng)力</p><p><b> (3.16)</b></p><p><b> (3.17)</b></p><p> 第一周罐壁穩(wěn)
32、定許用臨界應(yīng)力</p><p><b> (3.18)</b></p><p> 式中 E—罐壁材料的彈性模量(Pa);</p><p> D1—第一圈罐壁的平均直徑(m);</p><p> —第一圈罐壁的有效厚度(m);</p><p> H—罐壁的高度(m); KC—系數(shù); —
33、設(shè)備重要度差別;</p><p> 3.3.2 抗震驗(yàn)算</p><p> 罐底周邊單位長(zhǎng)度上的提離力</p><p><b> ?。?.19)</b></p><p><b> ?。?.20)</b></p><p> 式中 —罐底周邊單位長(zhǎng)度上的提離力(N/m);
34、</p><p> FL0—儲(chǔ)液和罐底的最大提離反抗力(N/m);</p><p><b> 當(dāng)其值大于時(shí),取;</b></p><p> y—罐底環(huán)形邊緣板的屈服點(diǎn)(Pa);</p><p> PX—儲(chǔ)液密度(Kg/m3);</p><p> 罐底周邊單位長(zhǎng)度上的提離反抗力</p
35、><p><b> ?。?.21)</b></p><p> 式中—罐底周遍單位長(zhǎng)度上的提離反抗力(N/m);</p><p> N1—第一圈罐壁底部所承受的重力(N);</p><p> 無錨固儲(chǔ)罐應(yīng)滿足的條件</p><p> 罐底部壓應(yīng)力
36、 (3.22) </p><p> 式中 —罐壁底部的豎向壓應(yīng)力(Pa);</p><p> A1—第一圈罐壁的截面積, (m);</p><p> Z1—第一圈罐壁的截面抵抗矩,(m);</p><p><b> 由于 </b></p><p> 所以采取用錨固螺栓通過螺栓
37、座把儲(chǔ)罐錨固在基儲(chǔ)上。</p><p><b> 錨固螺栓應(yīng)力</b></p><p><b> ?。?.23)</b></p><p> 式中—地腳螺栓的拉應(yīng)力,若0,則地腳螺栓的拉應(yīng)力為0(Pa);</p><p> n —地腳螺栓的個(gè)數(shù)(20個(gè));</p><p>
38、; —個(gè)地腳螺栓的有效截面積(m3);</p><p> Dr —地腳螺栓的中心圓直徑(m);</p><p> ]—地腳螺栓抗震設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力(Pa);</p><p><b> ; ; ;</b></p><p><b> 故滿足要求</b></p><p>
39、 3.3.3 液面晃動(dòng)波高計(jì)算</p><p><b> 罐內(nèi)液面晃動(dòng)波高</b></p><p><b> ??; ;</b></p><p> 式中—浮頂影響系數(shù),取0.85;</p><p> —阻尼修正系數(shù),當(dāng)大于10s時(shí),取=1.05;</p><p>
40、 —地震影響系數(shù),取0.82;</p><p><b> ?。?.24)</b></p><p><b> 故取=1.05;</b></p><p> 3.3.4 地震對(duì)儲(chǔ)罐的破壞</p><p> 儲(chǔ)罐在地震時(shí)的破壞,重要有1.儲(chǔ)罐本身的震害,如浮頂沉沒,焊縫破裂,罐壁下部屈服等。2.液面
41、晃動(dòng)對(duì)儲(chǔ)罐的危害,晃動(dòng)造成的液體高度變化對(duì)罐壁產(chǎn)生的動(dòng)液壓一般不大,但產(chǎn)生的沖擊力,有可能破壞罐頂和罐壁頂部的焊縫3.儲(chǔ)液負(fù)數(shù)設(shè)備和基礎(chǔ)發(fā)生破壞。</p><p> 3.3.5 儲(chǔ)罐抗震加固措施</p><p> 當(dāng)驗(yàn)算核實(shí)罐壁厚度不滿足抗震要求時(shí),應(yīng)采取加補(bǔ)強(qiáng)板,加強(qiáng)環(huán),支撐等加固措施。</p><p> 加強(qiáng)板在最下層壁板圓孔以下罐內(nèi)(外)沿罐壁圓周增
42、設(shè)寬度不小于300mm,厚度不小于4mm的鋼板加強(qiáng),加強(qiáng)板要和壁板底板焊牢,并保證焊接質(zhì)量</p><p> 加強(qiáng)環(huán)可在罐內(nèi)或罐外設(shè)置,距離罐的水平焊縫不得小于150mm。加強(qiáng)環(huán)與罐壁連接成型,其截面尺寸按儲(chǔ)罐的直徑?jīng)Q定。見表3.1[1]。</p><p> 表3.1 加強(qiáng)環(huán)尺寸</p><p><b> 3.4 罐壁結(jié)構(gòu)</b><
43、;/p><p> 3.4.1 截面與連接形式</p><p> 罐壁為一個(gè)圓柱形的鋼板焊接結(jié)構(gòu),由于該罐壁是等厚度的且較厚,因此各板之間采用對(duì)接,即所有的縱向焊縫及環(huán)焊縫均采用對(duì)接,這樣可以減輕自重。</p><p> 罐臂的下部通過內(nèi)外角焊縫與罐底的邊緣板相連,上部有一圈包邊角鋼,這樣既可以增加焊縫的強(qiáng)度,還可以增加罐壁的剛性。</p><
44、p> 在液壓作用下,罐壁中的縱向應(yīng)力是占控制地位的。即罐壁的流度實(shí)際上是罐壁的縱焊縫所決定的。因而壁板的縱向焊接接頭應(yīng)采用全焊透的對(duì)接型。常見的罐壁縱向焊接接頭如圖3.2所示。</p><p> 圖3.2 罐底縱向焊接接頭形式</p><p> 為減少焊接影響和變形,相鄰兩壁板的縱向焊接接頭宜向同一方向逐圈錯(cuò)開1/3板長(zhǎng),焊縫最小間距不小于1000mm。底圈壁板的縱向焊接接頭
45、與罐底邊緣板對(duì)接焊縫接頭之間的距離不得小于300mm。以內(nèi)徑為基準(zhǔn)的對(duì)接如圖3.3。</p><p> 圖3.3 以內(nèi)徑為基準(zhǔn)的環(huán)向?qū)咏宇^形式</p><p> 底層壁板與罐底邊緣板之間的連接應(yīng)采用兩側(cè)連續(xù)角焊。在地震設(shè)防烈度不大于7度的地區(qū)建罐,底層壁板與邊緣壁板之間的連接應(yīng)采用如圖的焊接形式,且角焊接頭應(yīng)圓滑過渡,而在地震小于7度的地區(qū)可取K2=K1[3] 。 </p>
46、;<p> 圖3.4底層壁板與邊緣板的焊接</p><p> 3.4.2 罐壁的開孔補(bǔ)強(qiáng)</p><p> 罐壁上的開孔可為圓形,橢圓形,當(dāng)開設(shè)橢圓形時(shí),孔的長(zhǎng)徑與短徑之比應(yīng)不大于2.0,其長(zhǎng)軸方向最好為環(huán)向。開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算采用等面積法,當(dāng)孔直徑D≤100mm時(shí),可不考慮補(bǔ)強(qiáng)。</p><p> 罐壁開空按管補(bǔ)強(qiáng)板外緣與罐壁縱向焊接接頭的距離不
47、得小于250mm,與環(huán)向焊接接頭之間的距離不得小于100mm。</p><p> 3.4.3 壁板寬度</p><p> 壁板寬度越小,材料就越省。但環(huán)向接頭數(shù)就越多,增加安裝工作量。我國(guó)一般取壁板厚度不小于1600mm。</p><p> 3.4.4 罐壁保溫結(jié)構(gòu)</p><p> 與罐壁相焊接的保溫結(jié)構(gòu)在與罐壁相焊時(shí),應(yīng)用罐壁
48、焊縫施焊的焊接工藝和與罐壁材料相適應(yīng)的焊接材料。避免對(duì)罐壁造成傷害。</p><p> 保溫支撐件可用型鋼或用扁鋼焊接而成,支撐件的承面寬度應(yīng)小于保溫層厚度10—20mm。支撐件間距,高溫介質(zhì)時(shí)不大于2—3m,中低溫介質(zhì)不大于3—5m。支撐件的位置應(yīng)設(shè)在閥門或法蘭上方,其位置不能影響螺栓的拆卸。</p><p><b> 4 罐底設(shè)計(jì)</b></p>
49、<p> 4.1 罐底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p> 4.1.1 罐底的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)</p><p> 采用倒圓錐形罐底。這種罐底及其基礎(chǔ)成倒圓錐形。中間低四周高,罐底坡度一般取2%—5%。隨排除污泥雜質(zhì),水分的要求高低而定。在罐底中央焊有集液槽,沉降的污泥和存液集中與此,由彎管自上或由下引出排放。</p><p> 這種罐底形式的特點(diǎn)[2]如
50、下:</p><p> 液體放凈口處于罐底中央。不管日后罐底如何變形,放凈口總是處于罐底的最低點(diǎn),這對(duì)排凈沉降的雜質(zhì),水分,提高儲(chǔ)存液體的質(zhì)量十分有利。</p><p> 因易于清洗,對(duì)于燃料油罐可以不再設(shè)置清掃孔。</p><p> 倒圓錐形罐底可以增加儲(chǔ)罐容量,儲(chǔ)罐直徑越大,罐底坡度越陡,可增加的容量越多。</p><p> 因較
51、少形成凹凸變形和較少沉積,可以改善罐底腐蝕狀況。</p><p> 罐底受力比較復(fù)雜,儲(chǔ)罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì),施工要求比正圓錐形罐底更加嚴(yán)格。</p><p> 4.1.2 罐底的排板形式與節(jié)點(diǎn)</p><p> 罐底的排板形式根據(jù)儲(chǔ)罐大小,控制焊接變形等制造工藝決定。對(duì)于直徑大于12.5m的儲(chǔ)罐,罐底外緣受罐作用力及邊緣力較大,故底板的外周比中部厚。易采用如下排板方
52、法。如圖4.1[1]</p><p> 圖4.1 罐底排版圖</p><p> 邊緣板之間,邊緣板與中幅板之間,以及中幅板之間的焊接可采用搭接焊結(jié)構(gòu),也可采用對(duì)接焊結(jié)構(gòu),如圖4.2,選擇對(duì)接焊工藝。焊縫下面應(yīng)緊貼墊板,墊板厚度應(yīng)不小于4mm,寬度不小于50mm,以改善焊接質(zhì)量,加強(qiáng)焊縫,減少腐蝕。當(dāng)邊緣板厚度不大于6mm焊接可不開坡口,但焊縫間隙應(yīng)大于6mm。當(dāng)邊緣板厚度大于6mm應(yīng)開
53、V型坡口。</p><p> 圖4.2 加墊板的V型破口圖</p><p> 罐底排板選擇帶墊板的單面焊對(duì)接結(jié)構(gòu)。與采用傳統(tǒng)的搭接焊相比,對(duì)接焊強(qiáng)度高,能保持罐底平整,節(jié)省罐底材料。但要求嚴(yán)格,施工不如搭接焊方便。</p><p> 罐底與罐壁底圈的內(nèi)外交焊縫均采用連續(xù)焊,焊接高度等于罐底的邊緣板厚度。當(dāng)邊緣板厚度大于等于10mm時(shí),為改善受力情況避免應(yīng)力集中
54、,采用如圖所示的角焊方法。</p><p> 4.2 罐底的應(yīng)力計(jì)算</p><p> 4.2.1 中幅板的薄膜力</p><p><b> ?。?.1)</b></p><p> 罐壁與邊緣板之間的約束彎矩 </p&
55、gt;<p><b> ?。?.2)</b></p><p> 式中t—邊緣板厚(mm);</p><p> —罐壁第一圈壁板特征系數(shù),;</p><p><b> —泊松比,0.3;</b></p><p> R—儲(chǔ)罐半徑,7.5m;</p><p>
56、 —儲(chǔ)罐第一圈厚度,10mm;</p><p> —中幅板的平均厚度,6mm;</p><p> —底板上的液壓高度,10.5m;</p><p> P—作用在罐底上的儲(chǔ)液壓力,P= ;</p><p> —儲(chǔ)液密度,800Kg/m3 ;</p><p> L—邊緣板彎曲剛度,14.03m;</p&g
57、t;<p> D—邊緣板彎曲剛度;</p><p> K—彈性地基系數(shù)(一般取為400KN/m2);</p><p> β—罐壁邊緣板特征系數(shù),;</p><p><b> ??;;</b></p><p><b> ??;;</b></p><p> 邊緣
58、板上表面的徑向應(yīng)力分布為 (4.3)</p><p> 邊緣板上表面的環(huán)向應(yīng)力分布為 (4.4)</p><p> 式中-邊緣板受彎區(qū)域內(nèi)任一點(diǎn)的彎矩 如圖4.3所示的力的平衡關(guān)系</p><p> 圖4.3 力的平衡關(guān)系圖</p><p> 再分別求出及的彎矩Mx
59、</p><p><b> 當(dāng)x=0時(shí) </b></p><p><b> 當(dāng)x=時(shí) </b></p><p><b> 當(dāng)時(shí) </b></p><p> 所以當(dāng)x=時(shí),有最大值且</p><p><b> 所以</b>&
60、lt;/p><p><b> 故均為安全</b></p><p><b> 5 罐頂設(shè)計(jì)</b></p><p> 5.1 拱頂結(jié)構(gòu)及主要的幾何尺寸</p><p> 拱頂罐是目前立式圓柱形儲(chǔ)罐中使用最廣泛的一種罐頂形式,拱形的主體是球體,它本身是重要的結(jié)構(gòu),儲(chǔ)罐沒有衍架和立柱,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,剛性
61、好,承壓能力強(qiáng)。</p><p> 球面由中小蓋板瓜皮板組成,瓜皮板一般做成偶數(shù),對(duì)稱安排,板與板之間相互搭接,搭接寬度不小于5倍板厚,且不小于25mm實(shí)際搭接寬度多采用40mm罐頂?shù)耐鈧?cè)采用連接焊,內(nèi)側(cè)間斷焊,中心蓋板搭在瓜皮板上,搭接寬度一般取50mm,頂板的厚度為4~6mm。用包邊角鋼連接的拱頂只有一個(gè)曲率,所以又稱球頂。這種結(jié)構(gòu)形式在拱頂與罐壁的連接處,(即拱腳)邊緣應(yīng)力較大,為防止油罐破壞裝油高度不宜
62、超過拱腳,即拱頂部分不能裝油,但球頂罐制作方便,因而得到較廣泛的應(yīng)用。</p><p> 拱頂?shù)那蛎姘霃揭话闳n=0.8~1.2D</p><p> 式中D-儲(chǔ)罐直徑,15m;</p><p> 取Rn=1.0D=15000mm</p><p> 0 、、D2 、a、b、根據(jù)圖可知,有</p><p> s
63、in0 = 0 =30° (5.1)</p><p> sin0 = (5.2)</p><p> 式中D2 -中小孔直徑,查表得D2 =2000mm</p><p> sin0 = 0 =3.872°</p>
64、<p> a-取25mm b-取30 mm</p><p> 5.2 扇形頂板尺寸</p><p> 扇形頂板塊數(shù)n最好為偶數(shù),扇形頂板小頭的弧長(zhǎng)CD不得小于180 mm, </p><p> 則瓜邊板的展開式狀。</p><p> R1=Rtg0 =15000tg30°=8660.3mm</
65、p><p> R2=Rtg=15000tg4.096=1003.4mm</p><p><b> =mm</b></p><p><b> mm</b></p><p><b> 5.3 包邊角鋼</b></p><p> ?。?)包邊角鋼與罐頂板
66、之間采用連接較弱,僅需在外側(cè)采用單面連續(xù)焊,以保證儲(chǔ)罐的密封,焊腳高度不宜大于頂板厚度的3/4,且不大于4mm。</p><p> ?。?)根據(jù)SH3046規(guī)定儲(chǔ)罐所應(yīng)采用最小包邊角鋼見表5.1[1]。</p><p> 表5.1 包邊角鋼最小尺寸</p><p> 6 貯罐附件及其選用</p><p><b> 6.1
67、人孔</b></p><p> 人孔主要在檢修和消除液渣時(shí),以及容器內(nèi)部附件的安裝和拆卸進(jìn)出貯罐用,安裝于罐壁第一圈板上,其中心距離罐底約750㎜,Di〉3000時(shí),人孔直徑不小于500㎜,取600㎜。</p><p> 由于不需補(bǔ)強(qiáng)的最大孔徑要滿足下述全部要求:⑴設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5Mpa;⑵兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍;⑶接管公稱外徑小于或等于89
68、㎜。</p><p> 由于89〈600,故需要開孔補(bǔ)強(qiáng),采取密集補(bǔ)強(qiáng)等:⑴適用范圍:①適用于承受內(nèi)壓的圓角的徑向單個(gè)原形開孔的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。②兩相鄰開孔邊緣的間距不得小于。③在圓筒上,最大開孔尺寸應(yīng)在;④應(yīng)與殼體焊成整體,且采用全熔透焊縫,過濾部分打磨圓角。</p><p><b> ?、蒲a(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì):</b></p><p> 所需補(bǔ)強(qiáng)面積,有
69、的大小確定。</p><p><b> 所以=</b></p><p><b> 所以</b></p><p><b> 所以</b></p><p> 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍。對(duì)于圓筒有:</p><p> Lc=0.472Pi</p>
70、<p><b> =0.472</b></p><p><b> =83.9mm</b></p><p> 故補(bǔ)強(qiáng)面積為A=4500mm2 ,補(bǔ)強(qiáng)板取Dg200 材料16Mn</p><p><b> 6.2 通氣孔</b></p><p> 用于貯存易
71、揮發(fā)介質(zhì)的固定頂罐上再貯罐頂部靠近頂罐中心處安裝,起呼吸作用,如圖6.1所示:</p><p><b> 圖6.1 通氣孔</b></p><p> 表6.1 通氣孔規(guī)格</p><p><b> 6.3 量液孔</b></p><p> 使用于安裝有通氣孔的貯罐,公稱直徑一般為DN150
72、安裝于固定罐壁附近的頂部,往往在透氣孔附近。用來測(cè)定液量或取樣用。</p><p> 量液孔德正下方應(yīng)避開加熱器或其它設(shè)備,其法蘭要求水平,為了使量液孔嚴(yán)密,蓋內(nèi)側(cè)刻有一圈特別的凹槽,測(cè)量時(shí),量液尺沿著導(dǎo)向槽放于罐底,導(dǎo)向槽或量液孔殼應(yīng)用有色金屬(Al)制成,以免量液尺與其摩擦產(chǎn)生火花,而發(fā)生危險(xiǎn)。</p><p> 6.4 貯罐進(jìn)出液口</p><p>
73、進(jìn)液口開在罐頂,據(jù)罐壁750 mm,孔徑取為300mm,出液口開在罐壁第一圈的位置,距罐底200mm,孔徑取為300mm.</p><p> 6.5 法蘭和墊片</p><p> 法蘭連接應(yīng)滿足的基本要求是:法蘭可靠,選擇合理,如在操作壓力和溫度有浮動(dòng),介質(zhì)有較強(qiáng)的腐蝕的情況下,仍能緊密不漏,保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行,有足夠的抵抗所有作用力的強(qiáng)度和剛度;能保證裝卸而不影響密封性能。<
74、/p><p> 選擇DN200的法蘭,材料為16MnR,選擇DN200的法蘭,材料為16MnR,匹配溫度0°-30°,螺母材料為Q235。</p><p><b> 7 焊接工藝</b></p><p> 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的一般工藝過程,如圖7.1所示,焊接時(shí)整個(gè)過程中的核心工序。</p><p>
75、 圖7.1 焊接工藝過程圖</p><p> 7.1 板材檢驗(yàn),首先檢測(cè)板材是否合格。</p><p> 7.2 鋼材的矯形:凈化與板加工。</p><p> 凈化常用方法用鋼絲刷,砂紙等。材料在搬運(yùn)和貯存中會(huì)產(chǎn)生扭曲,彎曲,隆起等缺陷,在剪切冷割,焊接中也會(huì)產(chǎn)生變形,妨礙后面工作的進(jìn)行,因此必須矯正。</p><p><b&
76、gt; 焊接材料的選用。</b></p><p> 表7.1 焊接材料選用表</p><p> 7.4 貯罐底板、壁板、頂板制造、組裝與焊接</p><p> ?。?)底板制造 ①為補(bǔ)償焊接收縮,罐底的排版直徑比設(shè)計(jì)直徑達(dá)5-2mm;</p><p> ②罐底邊緣板對(duì)接應(yīng)采用機(jī)械加工自動(dòng)或半自動(dòng)加工</p>
77、<p> ?、酃薜装迳先我鈨蓚€(gè)相鄰焊接接頭之間的距離,以及邊緣板對(duì)接接頭距離底圈壁板縱焊縫的距離,不大于200mm</p><p><b> 組裝 </b></p><p> ①組裝底板鋪設(shè)前,先在基礎(chǔ)上,畫出十字中線,安排板圈</p><p> 鋪設(shè),中間板條,然后再向兩側(cè)鋪設(shè),中幅板和邊緣板。</p>&l
78、t;p> ?、诠薜椎暮附樱盖皯?yīng)注意焊口的清渣與干燥,在鋼板搭接處不允許夾有泥沙,油污等。采用卷制法底中心板,則明顯的提高了中心板的制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率,卷板間采用對(duì)接接頭,以改善罐底中心板的安裝條件,中心板焊接順序的方向是由中心板中心順序向四周進(jìn)行。卷制中心板在工廠加工雙房發(fā)生裝采用簡(jiǎn)易楔形夾緊器來固定,并墊有墊板,來保證焊接質(zhì)量。</p><p> ?、圻吘壈迮c罐壁的焊接,順序是先焊邊緣板上的對(duì)接焊縫,再
79、焊接邊緣板與罐壁最下一圈板之間的環(huán)形角焊縫,最后焊邊緣板的搭接焊縫。</p><p> ?、苁湛s焊縫的焊接時(shí)中幅板與邊緣板之間的對(duì)接焊縫,它的焊接必須是除了配工件處整個(gè)貯罐的最后一道工序</p><p> (3) 底板的焊接采用手工電弧焊 ,焊條J507或J506電壓18V電流100A。 </p><p> 7.5 壁板的制造與安裝 </p>&
80、lt;p> 對(duì)于最大,厚度不超過18mm的各種容器的液體或氣體貯罐,先進(jìn)國(guó)家已采用工廠中卷制壁板在工地安裝的形式,由于設(shè)計(jì)中壁厚小于等于18,也采用工廠卷制,工地安裝。</p><p> 首先對(duì)罐壁鋼板的四邊及坡口采用,機(jī)械加工或半自動(dòng)火焰切割加工,對(duì)切口要求光潔平整,消除邊緣的毛刺,氧化鐵等。</p><p><b> 工廠中卷制板塊。</b></
81、p><p> 卷紙板的工地安裝,卷紙板運(yùn)往工地后,又用機(jī)動(dòng)車輛將其展開,由于卷紙板極其長(zhǎng),已達(dá)到立罐的高,只有罐壁的立焊合罐壁與底板邊緣板的環(huán)形角焊縫在工地進(jìn)行。立焊采用手工電弧焊完成,底圈壁板與底邊緣板之間角焊縫,應(yīng)在底圈罐壁板縱焊縫后再焊,包邊角鋼自身連續(xù)必須 采用全焊透的對(duì)接。</p><p><b> 壁對(duì)接焊時(shí)要對(duì)齊。</b></p><
82、p> 7.6 頂蓋的組裝與焊接</p><p> (1)先制造頂蓋①在預(yù)制前先根據(jù)圖和材料的尺寸確定頂板的塊數(shù),并繪制排板圖②每塊頂板應(yīng)先在胎具上拼裝成形③拱頂板預(yù)制后,用樣板檢查,間隙不應(yīng)小于6mm。</p><p> (2)組裝焊接①首先檢查包邊角鋼的橢圓度,并劃線,先焊罐頂板,然后在焊罐中心,設(shè)立安裝頂板的臨時(shí)支架,隙板應(yīng)對(duì)稱地組裝,為防止頂板中部下凹,應(yīng)采取臨時(shí)支架措
83、施。②焊接順序:a先焊內(nèi)側(cè)的斷續(xù)焊縫,后焊外部的連續(xù)焊縫。b連續(xù)焊縫應(yīng)先焊環(huán)向短焊縫,此縫的施焊應(yīng)由中心向外并采用分段退焊。c頂板和包邊的角鋼的環(huán)縫,應(yīng)由幾名焊工均勻分布,站在同一方向分段退焊。</p><p> 7.7 焊縫的檢驗(yàn)和總體試驗(yàn)</p><p> ?。?)焊縫檢驗(yàn) ①所有焊縫未經(jīng)檢驗(yàn)合格,嚴(yán)禁涂刷漆。②焊縫應(yīng)進(jìn)行外觀</p><p> 檢查。③焊
84、縫要進(jìn)行無損探傷檢測(cè)。</p><p> ?。?)焊縫返修 ①需返修焊縫應(yīng)先把缺陷清除,②返修次數(shù)不超過兩次。③罐底的嚴(yán)密性試驗(yàn),罐壁和頂?shù)膰?yán)密性和強(qiáng)度試驗(yàn)用充水檢查。</p><p> 用手工電弧焊J50或J506焊條,焊劑用431</p><p><b> 參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p> 徐英,楊一凡
85、,朱萍等.球罐和大型儲(chǔ)罐.第一版.化學(xué)工業(yè)出版社,2004.11:158-303</p><p> 劉湘秋.常用壓力手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,2004.11:19-80</p><p> 吳粵淼.壓力容器安全技術(shù)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,1989.6:32-90</p><p> 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接會(huì). 焊接手冊(cè) 焊接結(jié)構(gòu) 第三卷.機(jī)械工業(yè)出版社,2001.8:36
86、9-894</p><p><b> 目 錄</b></p><p> 1 儲(chǔ)罐及其發(fā)展概況2</p><p><b> 2 設(shè)計(jì)方案3</b></p><p> 2.1 各種設(shè)計(jì)方法3</p><p> 2.2 各種方法優(yōu)缺點(diǎn)比較3</p&g
87、t;<p> 2.3 油罐的基礎(chǔ)4</p><p><b> 3 罐壁設(shè)計(jì)5</b></p><p> 3.1 罐壁的強(qiáng)度計(jì)算5</p><p> 3.2 儲(chǔ)罐的風(fēng)力穩(wěn)定計(jì)算6</p><p> 3.3 儲(chǔ)罐的抗震計(jì)算9</p><p> 3.4 罐
88、壁結(jié)構(gòu)14</p><p><b> 4 罐底設(shè)計(jì)18</b></p><p> 4.1 罐底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18</p><p> 4.2 罐底的應(yīng)力計(jì)算20</p><p><b> 5 罐頂設(shè)計(jì)23</b></p><p> 5.1 拱頂結(jié)構(gòu)及主要的幾
89、何尺寸23</p><p> 5.2 扇形頂板尺寸24</p><p> 5.3 包邊角鋼24</p><p> 6 貯罐附件及其選用25</p><p> 6.1 人孔25</p><p> 6.2 通氣孔26</p><p> 6.3 量液孔26<
90、/p><p> 6.4 貯罐進(jìn)出液口27</p><p> 6.5 法蘭和墊片27</p><p> 7 焊接工藝28</p><p> 7.1 板材檢驗(yàn),首先檢測(cè)板材是否合格。28</p><p> 7.2 鋼材的矯形:凈化與板加工。28</p><p> 7.3
91、 焊接材料的選用。29</p><p> 7.4 貯罐底板、壁板、頂板制造、組裝與焊接29</p><p> 7.5 壁板的制造與安裝30</p><p> 7.6 頂蓋的組裝與焊接30</p><p> 7.7 焊縫的檢驗(yàn)和總體試驗(yàn)31</p><p> 參 考 文 獻(xiàn)31</p&
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