油罐与管道强度设计课程设计.doc

《油罐与管道强度设计》课程设计

题 目
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目 录

1 设计总说明 1
1.1 1
1.2 ………………………………………………………………………………………………………...
2 计算说明书 2
2.1 设计原始数据 2
2.2 油罐尺寸确定 2
2.3 油罐罐壁的设计计算 4
2.3.1 油罐罐壁钢板的尺寸和排板确定 4
2.3.2 罐壁各层钢板厚度的计算 5
2.4 油罐罐底的设计计算 6
2.5 罐顶的设计计算 6
2.5.1 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 38

16

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 P＝0.1MPa
设计温度 T＝200C
介 质 汽油
焊缝系数 ＝1
腐蚀裕量 C2＝2mm
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=0.25mm
2.2 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 C＝C1＋C2＝2＋0.25＝2.25mm
由于最小壁厚规定并且
所以＋C＝5.2＋2.25＝7.45mm
圆整后，实选壁厚mm
2.2.2 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=C1＋C2＋C3＝0.25＋2＋2＝4.25mm
＋C＝5.2＋4.25＝9.45mm
圆整后实选壁厚＝10mm
2.2.3 许用外压力[P]
许用外压力[P]是根据油罐内压强度得到有效壁厚，再据GB150－1998《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K0＝0.18～0.25，砂石土K＝0.25-0.33，粘土K＝0.33。取K0＝0.25。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，H0＝1.2m
2.4 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：D0＝2600＋15＝2615mm
所以
查GB150－98中图4－2，内差法求得：A＝0.0000345
用A值查GB150－98中图4－5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4－2式计算：
式中E――材料弹性模量，由GB150-98中表I5内差法得：
E=2.049106MPa
则MPa
因为〈PY＝0.136193MPa
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4－6式得
查GB150－98中图4－5内差法求得B＝565
由GB150－98中4－7式计算许用外压力MPa
因为〉PY＝0.136193MPa
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L＝8913mm
2.7.1 加强圈数的确定计算
设3个加强圈后，计算长度Ls=mm
则
查GB150－98中图4－2，内差法求得：A=0.00035
用A值查GB150-98中图4－5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100×20mm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：mm2
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 PY＝0.1361MPa=1.361kgf/cm2
根据B值查GB150－98图4－4得系数A＝0.00028
计算加强圈与壳体组合截面所需的惯性矩I：

因为IS＝4.212mm4
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Q＝Q1+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Q1
Dg=2600mm，的筒节，每米设备重量q1=1050kg/m
所以Q1＝Kg
2.8.2 封头重Q2
Dg=2600mm，，直边高度h=40mm的标准椭圆形封头，其重量q2=850kg
所以Q1＝2q2=1700kg
2.8.3 汽油重Q3
Q3=
其中－充料系数，取0.8
V―储罐体积 V＝V封+V筒＝47.85+5.03＝52.88m3
―汽油在200C时的比重为840Kg/m3
于是Kg
2.8.4 附件重Q4
两个人孔约重150kg，其接管重总和按300kg计，于是Q4＝450kg所以设备总重Q＝Q1+Q2+Q3+Q4＝8820+1700+35535.36+450＝45.66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：M1＝F（C1L－A）
支座处的弯矩按下式计算：
式中Ri----筒体内半径，m
A――支座中心线至封头切线的距离，m，选取A＝1.8m
C2――系数，
C3――系数，
C1――系数，
所以 M1＝F（C1L－A）＝223.734

2.9.2 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：
MPa
2.9.2.2 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 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：
MPa
K1 ，K2为参数，查《化工设备机械基础》表7－6得K1＝0.107，K2＝0.192
2.9.5 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A>0.5Rn，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=K6FRn
2.9.5.2 周向压缩应力计算
因鞍座截面处无加强圈，且A>0.5Rn，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º时K5＝0.760
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=-55.93
2.9.5.3 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=1.0
K5――系数，K5＝0.760
b----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MPa
MPa
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2-1
VW 卧罐单位长度埋入地下水的体积
水的容重，=1000kg/m3
K 安全系数，取K＝1.2～1.5

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 =45°
kg
扇形面积S0=m2
m3
kg
kg
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
目 录
第一章 总论 1
第一节 项目背景 1
第二节 项目概况 2
第二章 项目建设必要性 5
第三章 市场分析与建设规模 7
第一节 汽车市场需求分析 7
第二节 市场预测 12
第三节 项目产品市场分析 13
第四节 建设规模 16
第四章 场址选择 17
第一节 场址所在位置现状 17
第二节 场址建设条件 17
第五章 技术方案、设备方案、工程方案 22
第一节 技术方案 22
第二节 设备方案 28
第三节 工程方案 33
第六章 原材料、燃料供应 38
第七章 总图布置与公用辅助工程 39
第一节 总图布置 39
第二节 公用辅助工程 43
第八章 环境影响评价 52
第一节 环境保护设计依据 52
第二节 项目建设和生产对环境的影响 52
第三节 环境保护措施 54
第四节 环境影响评价 56
第九章 劳动安全卫生与消防 57
第一节 劳动安全卫生 57
第二节 消防 64
第十章 节能与节能措施 67
第一节 项目概况 67
第二节 项目综合能耗 69
第三节 节约及合理利用能源的主要措施 71
第十一章 项目实施进度与人力资源配置 76
第一节 建设工期 76
第一节 项目实施进度 76
第二节 生产组织与人员培训 79
第十二章 投资估算与资金筹措 82
第一节 建设投资估算 82
第二节 总投资估算 86
第三节 资金筹措 86
第十四章 财务效益分析 88
第一节 财务评价基础数据与参数选取 88
第二节 销售收入及销售税金估算 89
第三节 成本费用估算 89
第四节 财务评价 91
第五节 不确定性分析 93
第十三章 风险分析 95
第十四章 结论与建议 97
第一节 研究结论 97
第二节 建议 97