大型立式储油罐的结构设计
摘要
本设计的题目是大型立式储油罐的机构设计。顾名思义，大型立式储油罐的作用便是用来大规模储藏油类原材料的封闭容器。本设计的尺寸大小为直径15m，长度10.5m，材质16Mn，壁厚10mm的大型立式储罐。
本文的目的是对大型储油罐依据国内以及国际的现状和发展趋势对大型立式储油罐进行的结构设计。使我国的大型立式储油罐的结构设计方案更符合我国的国情和满足国内的对于大型储罐的需求。
液化油体等具有易燃易爆的特点，大型立式储油罐属于具有较大危险的储存容器。针对液化石油气储罐的危险特性，结合本专业《过程设备与压力容器设计》所学的知识，在设计上充分考虑液大型立式储油罐各项参数，确保大型立式储油罐能安全运行，对化工行业具有重要的现实意义。
目前，全世界公认的储罐大型话的优点有：占地总面积相对较小；节省建造罐体的总体资金（包括管网和配件等）；节省钢材的消耗量和工程中的材料等；使储藏和运输过程变得更加便捷。但是储罐大型化发展而产生的新问题也有很多，例如：对管板壁材料的要求提高了。在储罐大型化的同时，对焊接的技术也变得具有更高的要求；事故产生危险的可能性大大增加，消防安全措施也要随之增强[3]。
本次设计有以下过程：1.写出该结构的几种设计方案。2.强度计算及尺寸选择。3.绘制结构设计图。4.撰写主要工艺过程。5.撰写设计说明书。
本次设计的有以下设计任务： 1.罐体经济尺寸的选择；2.罐壁的设计；包括罐壁的强度计算，罐体风力的稳定计算，罐体的抗震设计,罐壁的结构设计等。3.储罐罐底的设计；4.储罐罐顶的设计；5.贮罐附件的设计及选用；6。焊接工艺等内容。
经过设计后的大型立式储油罐具有建造时间段，施工方式简单，储油量大，抗腐蚀能力强，保养维护便捷，降低了安全事故发生的概率，使用时间更长等优点。
关键词: 结构设计；强度计算；设计优点
Abstract
The topic of this design is a large vertical storage tanks of mechanism design. As the name implies, large vertical storage tanks is to form large-scale storage oil closed container of raw materials. The design of the size for 15 m in diameter, length is 10.5 m, 16 Mn, material thickness of 10 mm large vertical storage tanks.
The purpose of this article is to large oil tanks on the basis of the status quo and development trend of domestic and international for the structure design of large vertical storage tanks. The structure design scheme of large vertical storage tanks in China conforms to China's national conditions and meet the domestic demand for large storage tank.
Liquefied oil body has the characteristics of flammable and explosive, such as large vertical storage tanks with larger danger belongs to storage containers. Based on the dangerous characteristics of liquefied petroleum gas storage tank, and combined with the professional process equipment and pressure vessel design knowledge, on the design fully consider fluid large vertical storage tanks of various parameters, ensure the safe operation of large vertical storage tanks, the chemical industry has important practical significance.
At present, the world recognized the advantages of large storage tank words are: covering a total area of relatively small; Save to build tanks total capital (including pipe and fittings, etc.); Save the consumption of steel and engineering of materials, etc.; The storage and transportation become more convenient. However, the development of large-scale storage tank, and also has a lot of new problems, such as: the requirement of pipe wall materials increased. In large-scale storage tank at the same time, the technology has become a higher requirements for welding; Accidents have greatly increases the possibility of danger, fire safety measures will also grow.
This design has the following process: 1. To write the structure of several kinds of design scheme. 2. The strength calculation and size selection. 3. Draw the structure design. 4. Write the main technological process. 5. Write the design specification.
This design has the following design task: 1. The economy of tank size choice; 2. The design of the tank wall; Including the tank wall strength calculation, wind stability calculation of tank, seismic design of the tanks, tank wall structure design, etc. 3. The design of the tank bottom; 4. The design of the tank roof; 5. The design of tank accessories and selection; 6. Welding technology and so on.
After the design of large vertical storage tanks with construction period,
construction simple, big oil, corrosion resistance is strong, the maintenance is convenient, reduce the probability of safety accidents, advantages of using time is longer.
keywords: The structure design; Strength calculation; Design advantages
目录
第一章绪论 (1)
1.1 储罐的发展概况 (3)
第二章设计方案 (4)
2.1 各种设计方法 (4)
2.1.1 正装法 (4)
2.1.2 倒装法 (4)
2.2 各种方法优缺点比较 (7)
2.2.1 正装法 (7)
2.2.2 倒装法 (8)
2.3 油罐的基础 (8)
第三章罐壁设计 (10)
3.1 罐壁的强度计算 (10)
3.1.1 罐壁厚的计算 (10)
3.1.2 罐壁的应力校核 (12)
3.2 储罐的风力稳定计算 (12)
3.2.1 抗风圈 (12)
3.2.2 抗风圈所需要的最小截面系数W Z (13)
3.2.3 加强圈计算 (15)
3.3 储罐的抗震计算 (17)
3.3.1 地震载荷的计算 (17)
3.3.2 抗震验算 (19)
3.3.3 液面晃动波高计算 (21)
3.3.4 地震对储罐的破坏 (22)
3.3.5 储罐抗震加固措施 (22)
3.4 罐壁结构 (22)
3.4.1 截面与连接形式 (22)
3.4.2 罐壁的开孔补强 (25)
3.4.3 罐壁保温结构 (25)
第四章罐底设计 (26)
4.1 罐底结构设计 (26)
4.1.1 罐底的结构形式和特点 (26)
4.1.2 罐底的排板形式与节点 (26)
4.2.1 中幅板的薄膜力 (28)
第五章罐顶设计 (32)
5.1 拱顶结构及主要的几何尺寸 (32)
5.2 扇形顶板尺寸 (33)
5.3 包边角钢 (34)
第六章贮罐附件及其选用 (37)
6.1 人孔 (37)
6.2 通气孔 (38)
6.3 量液孔 (39)
6.4 贮罐进出液口 (39)
6.5 法兰和垫片 (39)
第七章焊接工艺 (40)
7.1 板材检验 (40)
7.2 钢材的矫形：净化与板加工 (40)
7.3 焊接材料的选用 (40)
7.4 贮罐底板、壁板、顶板制造、组装与焊接 (41)
7.5 壁板的制造与安装 (42)
7.6 顶盖的组装与焊接 (42)
7.7 焊缝的检验和总体试验 (43)
参考文献 (44)
致谢 (45)
第一章绪论
1.1 储罐的发展概况
油品和各种液体化学品的储存设备—大型储罐是石油化工装置和储运系统设施中非常重要的部分。由于大型储罐的容积大、使用寿命长。设计规范制造的费用相比较低，使用的材料较少，很节约。自从20世纪70年代以来，发展比较快的是内浮顶储油罐和大型浮顶油罐。法国是第一个发展油罐内部覆盖层的。美国在此后也开始建造此种储罐。一些世界技术先进的国家，都备有较齐全的储罐计算机专用程序，对储罐进行动态以及静态的技术分析，同时关于储罐的重要理论问题，如对大型储罐T 形焊缝部位的疲劳进行分析，，以及关于抗震分析等，以试验分析为基础深入的进行研究，大量的数据都来源于实验，进而验证了理论的准确性，从而使研究变得更加具有使用价值和发展前景。
近几十年来，世界各国发展了各种形式的储罐，尤其是在石油化工生产中大量采用大型的薄壁压力容器。它易于制造，又便于在内部装设工艺附件，并便于工作介质在内部相互作用等。
第二章设计方案
2.1 各种设计方法
2.1.1 正装法
正装法施工时大型储罐的常规采用的施工方法，原理为：罐底施工完成后，施工最下面一层管壁按照从下至上的顺序依次施工到顶层，先整圈壁组对焊接后成为一个筒体，然后与罐底板组焊大角焊缝，之后在第一圈上安装第二圈壁板，逐层向上施工，直至最顶层。
2.1.2 倒装法
大型储罐倒装法施工工艺作为新型的大型福鼎储罐施工工艺，施工优势明
显，存在的主要风险是提升过程中罐体倾斜。某工程中通过重新设计液压顶装置
并计算分析承载力，限制其施工载荷来最大限度地使罐体在顶升过程中保持平
稳，保障施工过程的安全质量。现场达到了标准化、制度化、规范化的安全施工。
大型储罐倒装法施工工艺在施工上优势明显；减少了大量的高空作业时间、人员
操作方便、施工的效率比较高、施工质量能在控制范围之内、安全性大大提高。
大型储罐倒装法施工工艺采用倒装法组装壁板，液压缸作为提升工具，从最
顶层壁板开始一次逐层提升，并随壁板的提升安装各层附件（抗风圈、加强圈、
包边角钢等）。
倒装法防倾斜安全技术措施
（1）液压提升系统
（2）液压缸的数
量参照公式
n＝k·p／T
式中n 为液压缸数量；k 为安全系数；p 为提升总重；T 为液压缸吨位。
液压缸提升系统设计：
⑴在新的液压缸提升系统中，采用泵站控制液压缸，一个泵站控制4 个液压缸，
60 个液压缸由15 个泵站控制，15 个泵站由一个总控制系统控制。采用分级控制系统可以精确地控制每个液压缸提升的高度，如若出现某一边的液压缸上升高度过快或者过慢，可以通过液压缸控制系统停止提升某一边液压缸来达到同步提升的效果。
⑵液压缸提升示意如图2-1所示。在液压缸提升系统中，在液压杆上加上一
个带滚轮的撑杆，可以利用液压缸基座起到撑护的作用，避免因提升高度出现罐
体的倾斜。
图 2.1 液压缸提升
抗风装置采用倒装法施工，上层罐壁提升后，需要悬空较长时间进行下层围板、立缝组对焊接作业。由于在提升过程中和提升到位后的围板过程中，罐壁抵抗横向风能力较差，为保证安全施工，设计了抗风装置。该装置专为罐体抗风安全性考虑设计，立柱上下接头均采取铰链形式，套管与胀圈焊接连接，套管侧面采用铰链结构，既满足受力结构，又便于安装拆除(为组对、焊接、打磨工序提供操作空间)。抗风装置的立柱在罐体提升前安装，提升到位后用方销子销在立柱与套管的间隙。随罐体的提升高度和储罐容积确定安装数量，均匀布置[4]。
通过采用上述安全技术措施之后，倒装法施工大型储罐罐体倾斜得到有效的控制，在实际生产过程中未出现储罐倾斜，储罐中心线垂直度的检查完全符合国家及行
业标准。大型储罐制作安装施工属于高危作业，为保证施工质量，安全快速地完成施
工任务，采用倒装法施工安全可靠，随着科学技术的不断发展和进步，倒装法施工大型储罐将得到越来越广泛的应用。
2.1.3 卷装法
将罐体先预制成整幅钢板，然后用胎具将其卷筒，在运至储罐基础上，将其卷筒竖起来，展成罐体装上顶盖封闭安装而建成。
见几种：护坡式基础、环墙式基础、外环墙式基础、特殊构造的基础。
根据比较选用，护坡式基础。
2.2 各种方法优缺点比较
2.2.1 正装法
优点：这种装焊方法充分利用了大型吊装设备的各种作用，能加大预置得深度，便于掌握，易于推广储罐的自动焊接技术，对于50000m3~100000m3浮顶罐比较试用。
缺点：对施工场地的要求为场地宽阔，技术上存在一定的难度难度，高空操作任务较多，存在安全隐患。需要多种设备和夹具的配合，一般情况下都要搭脚手架，此外，装配工作在吊架吊台上工作，第一、操作不方便，焊接质量会比较差，需要花费的时间也会很多，第二、高空焊接薄钢很容易受到影响从而使材料产生形变，工序较为烦琐，工种之间可能会相互制约，从而使施工期延迟，存在安全隐患，因此在大型储罐中很少人在设计中采用正装法。