毕业设计（论文）1500立方米内浮顶储罐设计（全套图纸）.doc

1500储罐设计全套CAD图纸，联系1538937061 综述1.1国内外汽油储罐的发展概况长期以来，我国库存轻质油品，广泛采用固定顶油罐和浮顶油罐。由于固定顶油罐在存贮和收发油品时存在“小呼吸” 和“大呼吸”，油品蒸发损耗较大，而且会因为油气逸散到空气中造成环境污染，危害人们身体健康。因此油品及化学品的蒸发损耗一直是石油、化学工业关心的问题。人们最初关心的是经济损失和安全，近年来还关心生态、环境保护方面的问题。为了较经济有效地解决这个问题，世界上发达国家如美国、法国、前苏联早在五、六十年代相继开始研制浮顶油罐。我国直到70年代末期才开始研制。由于浮顶罐能降低损耗，减少环境污染，主要用于储存原油、汽油、柴油等介质。随着内浮顶技术的发展，汽油和航空煤油大多数采用内浮顶罐，新建的外浮顶罐几乎都用于储存原油。1955年前后，第一次实际采用塑料泡沫浮顶这个充气的救生筏形的构件漂浮在液面上，能减少汽油罐的蒸发损失85%。法国还研制了由硬聚氯乙烯浮动盖板组成并以同样材料作为浮子支撑的内浮顶罐。前苏联从1961年起开始使用合成材料做内浮盖，到1970年末已有300622容量的储罐装配了合成材料做的内盖。1962年美国在组瓦克建有世界上最大直径为187ft(61.6m)的带盖浮顶罐。到1972年美国已建造了600多个内浮顶油罐。由于塑料浮顶耐温较差及使用寿命等问题, 从20世纪50年代开始，非钢内浮顶罐开始出现，其材料有铝、环氧及聚酯玻璃钢、聚氯乙烯塑料和聚氨酯泡沫塑料等。加拿大欧文炼厂在直径为28.65m油罐中就采用了全铝制的内浮顶。与钢制内浮顶相比,非钢内浮顶具有质轻、耐腐蚀等优点,但强度较差,有的价格较贵,使其应用受到限制。20世纪80年代以前以钢制内浮顶的应用为主，但此后,耐腐蚀能力和综合力学性能较好的铝合金在内浮顶制造上得以应用,用其制造的装配式铝制内浮顶油罐的降耗率能够达到96%,而且现场安装时的动火量比钢盘式内浮顶减少95%以上,因此得到广泛的推广应用。为了更好的设计和发展内浮顶储罐，1978年美国API650附录H对内浮盘的分类、设计、安装、检验及标准荷载、浮力要求等作了一系列的修订和改进。国内于20世纪70年代后期，开始使用浅盘式钢制内浮顶。由于浅盘式钢制内浮顶的抗沉性差，20世纪80年代中后期开始使用铝制内浮顶，钢制内浮顶已使用得很少。1978年国内3000铝盘储罐投入使用，通过测试蒸发损耗标定，收到显著效果，近20年也相继出现了各种形式和结构的内浮盘或覆盖物。经过长时期的使用及探索,近年来,内浮顶的总体结构有了较大改进,相继开发了多种新型的装配式铝浮顶,使内浮顶储罐技术得到较快发展。目前新建的内浮顶罐，绝大多数采用铝制内浮顶。在用的罐，当需要改造成内浮顶罐时，采用铝制内浮顶是最佳的选择。1.2储罐结构型式的选择油品储罐的选型应考虑的主要因素是尽量降低油品损耗，避免油品在储存期间变质，减轻大气污染与火灾的危险性，同时还要考虑经济合理。控制和减少储液的蒸发是储罐技术发展的一个重要方面。油品在储存过程中的蒸发损失不仅可以造成储液量的损失，还导致油品质量的下降，使油品变质。减少储罐的蒸发损失有很多措施，如用水喷淋可基本消除固定顶罐的小呼吸损失，但这要浪费大量的冷却水，将罐体外表面涂成白色或使用热绝缘材料可降低小呼吸损耗60 ，还有提高储罐承载能力等措施。但是，以上这些措施都不能从根本上减少储罐的蒸发损失，采用内浮顶罐是迄今为止控制油品蒸发损失所采用的技术中最有效的解决办法之一。储存汽油，柴油的储罐原则上既可以选择固定顶油罐,也可选用内浮顶油罐。但不同罐型的防火距离要求是不同的,一般而言(容量大于1000的油罐),固定顶油罐之间的距离为0.6D(D为罐直径)，内浮顶油罐之间的距离为0.4D。对固定顶与内浮顶油罐的选型进行分析比较,当土地价格与地基处理费用较高时,从经济合理性上来讲,选用内浮顶油罐是恰当的。考虑到本油罐所盛的介质为汽油，而汽油为易挥发的轻质油品，为降低汽油的蒸发损耗，减少环境污染，以及减少油库的占地面积，选用内浮顶罐最合适。1.3内浮顶储罐概述1.3.1内浮顶罐的构成及特点内浮顶储罐主要由罐体、内浮盘、密封装置、导向和防转装置、静电导出设施、通气孔、高液位报警器等组成。为避免浮顶漏损沉没，多采用带有环形隔舱的内浮顶，或采用双盘式内浮顶以增加浮盘的浮力及安全性（后者还起隔热作用）。钢制的内浮盘的浮顶储罐在美国石油学会（API）称为“带盖的浮顶罐”，而称铝制（或非金属）浮盘为“内浮顶罐”，而这两种形式的的储罐在国内均称为内浮顶储罐。这种罐的顶部为拱顶与浮顶的结合，外部为拱顶，内部为浮顶。内部的浮顶可减少油品的蒸发损耗，而外部的拱顶又可避免雨水、尘土等异物从环形空间进入罐内。由于具有浮顶罐和拱顶罐的优点，这种罐主要用于储存航空煤油、汽油等要求高的油品。内浮顶油罐罐体外形结构与拱顶油罐大体相同。与浮顶油罐相比，它多了一个固定顶，这对改善油品的储存条件，特别是防止雨水杂质进入油罐和减缓密封圈的老化有利。同时内浮顶也能有效的减少油品的损耗，所以内浮顶油罐同时兼有固定顶油罐和浮顶油罐的特点。从耗钢量比较，虽然内浮顶油罐比浮顶油罐增加了一个拱顶，但也省去了罐壁和罐顶周围的抗风圈、加强环、滑动扶梯和折水管等，因此总耗钢量仍略少于浮顶油罐。内浮顶罐的详细特点如下：1）、内浮顶储罐不是固定顶罐和浮顶罐的简单迭加，由于结构上的特殊性，与固定顶储罐相比有以下特点：、储液的挥发损失少。由于内浮盘直接与液面接触，液相无挥发空间，从而减少发损失85%90%。、由于液面没有气相空间，所以减轻了罐体（罐壁与罐顶）的腐蚀，延长了储罐的寿命。、由于液面覆盖内浮盘，使储液与空气隔离，故大大地减少了空气的污染，减少了着火爆炸的危险，易于保证储液的质量。特别适用于储存高级汽油和喷气燃料，也适合储存有害的石油化工产品。 、在结构上可取消呼吸阀及罐顶冷却喷淋设施。、易于老罐改造成内浮顶罐，并取消呼吸阀、阻火器等附件，投资少，经济效益明显。2）、内浮顶罐与外浮顶罐相比有如下特点： 、内浮顶罐又称“全天候”储罐，由于有顶盖密封能有效地防止风、沙、雨、雪灰尘污染储液，在各种气候条件下均能正常操作，不管寒冷多雪、风沙频繁或是炎热多雨地区储存高级油品或喷气燃料等严禁污染的储液特别适宜。 、在相同密封的条件下，内浮顶储罐可以进一步降低蒸发损耗。这是因为固定顶的遮挡以及固定顶与内浮盘之间静止的空气层，有较好的隔热效果，并使蒸发损失进一步减少。 、内浮顶储罐的内浮盘没有雨雪载荷，浮盘负荷小，结构简单、轻便。浮盘上可以省去中央排水罐、转动扶梯、挡雨板等，易于施工和维护。、由于有固定顶的遮挡，内浮盘周边的密封装置避免了日光直接照射而老化。、节省材料，易于施工和维护。3）、内浮顶罐的缺点：与拱顶罐相比耗钢量多一些,施工要求高一些,与浮顶罐相比密封结构检查维修不便,储罐不易大型化,目前容量一般不超过10000。1.3.2浮盘的选择根据不同材料的性质以13.5m浮盘为例，按照国家标准GB50341-2003 «立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范»的要求，在不考虑腐蚀余量的情况下，对其耗材和性能比较。1)钢浮顶。按照标准要求下盘、上盘及周边钢板选用4.5mm厚，中间隔板选用2.5mm厚，整体重量超过为35t。2)不锈钢浮顶。不锈钢内浮顶适用性好，耐腐蚀，适用于大多数介质。浮顶盖板选用0.5mm厚，骨架、浮筒用1.2mm厚，13.5m浮盘重量约在9t。3)铝浮顶。铝浮顶耐腐蚀性较好，整体重量轻，制作方便。盖板选用0.5mm厚铝板，骨架选用2mm厚，浮筒选用1.7mm厚，13.5m浮盘重量约在2.1t。由于重量轻，浮盘运行稳定性好。根据上面的比较，选用铝浮顶的性价比高，经济合理；如必须选用钢浮顶，选用不锈钢材料做内浮顶无论从使用方面，还是价格方面都比选用碳钢浮顶更为合理。1.3.3铝制内浮盘储罐所谓铝制内浮顶储罐，即是在钢制的固定顶储罐内设置一个铝制或铝镁合金材料装配而成的内浮盘。装配式铝制内浮顶采用非焊接结构,主要由浮筒、构架、铺板及支腿等部件组成。构架和铺板位于油面以上,用卷制的铝合金筒作浮力构件,支撑整个构架,铺板与油面之间有一定的空间,除了铝浮顶与罐壁之间的环形空间以外,所有油面由铝浮顶覆盖。铝浮顶周边与罐壁之间的环形间隙采用舌形密封装置或填料式舌形密封装置加以密封。铝浮顶上设有量油孔、真空阀、人孔、防静电装置和防旋转装置等附件。铝制内浮顶按照提供浮力的元件区分有浮管式的和浮子式的。本设计选用浮管式，其结构如图1所示：图1 装配式铝制内浮顶油罐结构示图与钢制内浮顶相比，铝制内浮顶有很多优点：1）、施工工期短，对罐壁要求低钢制内浮顶是用钢板焊接而成，往往是在生产罐区内施工,长时间大量焊接与切割的动火工作对生产罐区来说无疑是十分危险的，装配式铝制内浮顶实现了预制,全部零部件可以通过罐壁人孔送入罐内,用螺栓进行安装,安装时的动火工作量比钢盘式内浮顶减少95%以上，1台1500油罐的装配式铝制内浮顶,可以在一星期之内完成全部安装工作。2）、质量轻，成本低，安装、搬运方便铝制内浮顶的全部零件都采用铝合金制造，在搬运过程中十分轻便。因此，在安装过程中不需要起重设备，零件的组装不用焊接，多采用螺栓紧固，个别部位采用铆接。特别适合于旧拱顶钢罐改造成内浮顶罐。3）、密封圈更耐腐蚀钢制内浮顶采用“O”密封，而装配式铝制内浮顶四周与罐壁之间的环形空间多数采用舌形密封装置加以密封，一种是舌形橡胶密封带，一般用在新罐上；另一种是填料式舌形密封胶带,一般用在旧罐上。舌形密封属于二次密封，它除了提高密封效果外，还可以保持一次密封免遭风雨等的破坏，延长一次密封的寿命，但使用二次密封能减少油罐的有效使用容积。其结构图如图2所示：图2 舌形密封装置4）、浮盘升降更平稳，不易卡盘钢制内浮顶由于自身重量大、浮船容易腐蚀渗漏，造成倾斜升降，发生沉船现象，导致油罐不能正常工作。装配式铝制内浮顶改变了传统的利用大直径(DN 200)不锈钢管作支撑的硬式防转装置，采用了固定钢丝绳支撑的软式防转装置，使内浮顶自由的漂浮在油面上，缓解了浮顶径向压力的不均衡状态，防止了卡盘现象。1.3.4铝制内浮顶工作原理当油品进罐后，油品充满在罐底、罐壁与内浮顶之间，当油品液位高度达到淹没浮筒的1/2时，内浮顶便在浮筒产生的浮力作用下漂浮在油面上，随着油面升降而升降，有效地减小了油品上部的气相空间，同时，始终将油品与空气保持隔离状态，从而大量减少了油品的蒸发损耗，节约了能源，减少了环境污染，提高了储罐使用的安全性。内浮顶储罐正常运行的关键点是内浮盘的安全平稳升降。若处理不当，引起沉盘，起不到内浮顶储罐的作用，则安全性要求就得不到保证。为确保内浮盘安全平稳升降的要求主要有两方面：一是导向结构；二是内浮盘的平整度。导向管越垂直，内浮盘的平整度越好，内浮盘上下升降的平稳性越好。2 内浮顶油罐的设计计算2.1 内浮顶油罐的设计思想和参数的确定内浮顶油罐总的设计思想是在设计容积给定的情况下，如何使设计出的油罐达到最低的工程造价和材料消耗，同时又满足罐壁强度和稳定性要求。储罐的设计参数主要有：设计温度、设计压力、风及地震载荷、油罐的直径、高度、容量等。根据储罐所盛装的介质（汽油）及工作环境（湖北地区）确定设计温度为0-60，设计压力为常压，即-0.49KPa1.96Kpa。其他参数将在后文中介绍。2.2 罐总体尺寸的确定 储罐总体尺寸的确定主要坚持两个原则，即材料最省和费用最省。2.2.1 储罐内径和高度的确定根据储罐总体尺寸确定的两个原则，前人将计算储罐内径的方法归纳为下表：罐壁情况储罐形式按材料最省的经济尺寸按费用最省的经济尺寸等壁厚小型敞口储罐HRHR小型封闭储罐H2RH2R不等壁厚大型封闭储罐H表1储罐的经济尺寸当容积大于1000时采用不等壁厚的储罐。若把罐壁和罐顶看作相同的费用，并且分别为罐底费用的两倍时，其经济尺寸看来合理些。按此算得容积为1500的储罐，高度为6.45m，直径为17.20m，储罐为“矮胖形”，取H=6.5m,D=17.3m。计算容积为:。对于立式圆筒性形储罐，可通过建立立式圆筒储罐罐体质量函数关系并求取极小值，同时引入质量折算系数的概念，在遵循JB/T4735-1997«钢制焊接常压容器»原则的基础上，推导出立式圆筒储罐最经济内径的计算公式，最后应用数值理论反复迭代的方法来确定储罐的最经济内径值（计算过程可参考文献16）。由此计算出的储罐的最经济内径值可归纳为下表：V（）罐体材料碳钢/不锈钢（mm）碳钢/不锈钢V（）罐体材料碳钢/不锈钢（mm）碳钢/不锈钢20Q235-A-F/不锈钢3050/2900900Q235-A/不锈钢11600/1160030Q235-A-F/不锈钢3500/33501000Q235-A/不锈钢12150/1215050Q235-A-F/不锈钢4100/39501500Q235-A/不锈钢14300/1440080Q235-A/不锈钢4800/46502000Q235-A/不锈钢16250/16450100Q235-A/不锈钢5100/49502500Q235-A/不锈钢17750/18150150Q235-A/不锈钢5800/56503000Q235-A/不锈钢19250/19750200Q235-A/不锈钢6400/62503500Q235-A/不锈钢20550/20850250Q235-A/不锈钢6900/67004000Q235-A/不锈钢22100/22250300Q235-A/不锈钢7350/71005000Q235-A/不锈钢24350/24900400Q235-A/不锈钢8100/78506000Q235-A/不锈钢26600/27150500Q235-A/不锈钢8700/8450700020R/不锈钢27550/29050600Q235-A/不锈钢9250/8950800020R/不锈钢29250/31050700Q235-A/不锈钢9600/10500900020R/不锈钢31100/无800Q235-A/不锈钢1100/111001000016MnR/不锈钢31000/无表2储罐的最经济内径值上述两种理论确定的内径和高度与HG 21502.2-92（化工钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列标准）提供的数据有些出入，这主要是考虑载荷、占地面积及许用容积等方面的因素。本文的设计以HG 21502.2-92给定的参数为准。HG 21502.2-92提供的公称容积为1500的储罐的参数如下：计算容积：1650；储罐内径：13000mm罐壁高度：13500mm；拱顶高度：14050mm；总高:14905mm；罐壁底圈到第八圈的厚度（mm）分别为：8，7，6，6，6，6，6，6，储罐总重：51425Kg。2.2.2 内浮顶所占容积和有效容积的估算1、内浮顶占罐体的有效高度根据内浮顶使用有关规定：放油时罐内应保持1.4m的高度，防止浮盘落架，卡盘，收放油时油罐本身的高度减少1.4m；进油时顶部有1.2m的空间（不包括圆顶部分）。因此。2、储罐的有效容积上面确定了1500储罐的高度H=13.5m,所以内浮顶所占储罐的容积为： 式（2-1）储罐的有效容积为：。2.3 材料的选择1、储罐的用材按类别可分为：碳钢（碳素钢和低合金钢）、不锈钢、铝及其合金。2、储罐主要用材的选择 储罐用材的选择应根据储罐的设计温度（最低和最高设计温度）、物料的特性（腐蚀性，毒性，易爆性等）钢材的性能和使用限制，在保证各部位安全，可靠的基础上节省投资的原则。在满足其他条件的情况下优先选用碳素钢。3、罐壁和罐底的边板对选材来说是最重要地，也是最难于判断的。由强度决定的罐壁部分、罐底的边缘板(或简称边板)、人孔接管、补强板在原则上应选择同一种材科。罐底的中幅板、罐顶及肋板、抗风圈、加强圈等一般可选用Q235-A，Q235-B或Q235-A-F牌号钢材。由1000至10000的小型油罐由强度决定的罐壁部分的选材，根据用途及建罐地区最低日平均温度分别采用Q235-A-F和Q235-A。当这些小型油罐锗存汽油时，则根据建罐地区的最低日平均温度选取不同材料。当最低日平均温度在10以上时，取Q235-A，在-10 -20时取Q235-A-F。油罐的其他部分，如罐底的中幅板、罐顶、抗风圈、加强圈等一般可选用Q235-A或Q235-A-F，日本在这些部位多选用SS41。4、罐壁材料三项基本要求罐壁材料的三项基本要求是强度、可焊性和冲击韧性，三者全都重要不个可偏废。 根据以上原则，储罐的主体材料选择Q235-A。2.4 罐壁设计工程设计中罐壁厚度通常由三种方法确定，即：1）、定点法：用于容积较小的储罐（直径小于60米）。2）、变点法：此方法适用于L/H1000/6的储罐。3）、应力分析法：此方法适用于L/H>1000/6的储罐。对于容积较小的储罐，采用定点法设计罐壁厚度计算简便，结果也足够安全2.4.1 壁厚的确定罐壁的设计首先要确定壁厚。在罐壁中环向应力是占控制地位的，因而壁厚是根据环向应力确定的。壁厚一般可按下式计算： 式（2-2）式中：t-罐壁按强度要求的最小壁厚，毫米； D-油罐的直径，米； H-由所计算的那圈壁板的底边至罐壁顶端的垂直距离，米； -贮液的比重，当贮液的实际比重小于1时，取=1； -焊缝系数，根据我国目前的焊接水平和焊缝质量检查的具体情况，可取=0.90； -许用应力，可按进行计算，为材料规定的最低屈服极限，；式中0.3是由于下一圈板或罐底对所计算的那圈板的约束而使最大应力减低的修正系数；C-钢板的允许负偏差及腐蚀裕量之和，毫米。钢板的允许负偏差，与钢板的厚度和宽度有关。按(2-2)式计算出的t值，适当向上圆整。考虑到预制，运输、安装以及保证建成后罐壁圆度等，按(2-2)式确定的壁厚在任何情况下不得小于按刚性要求所决定的。 2.4.2 罐壁的设计厚度罐壁的设计厚度按下式计算，取其中的较大值。 式（2-3） 式（2-4） 式中：-储存介质时的设计厚度（mm）；-储存水时的设计厚度（mm）；-储液的密度()；H-计算的壁板底边至罐壁顶端的垂直距离(m)；D-储罐内直径(m)；-设计温度下罐壁钢板的许用应力(MPa)；-常温下罐壁钢板的许用应力(MPa)；-焊缝系数，取09；-钢板或钢管的厚度负偏差(mm), 取0.6mm；-腐蚀裕量(mm),取2mm；查得，常温下Q235-A的许用应力，设计温度下的许用应力为，将D=13m，H=13.5m代入上式，分别得：在确定壁板的名义厚度时,不能单纯地按计算结果考虑,因为计算公式只从满足罐体强度方面考虑了作用在罐壁上的液柱静压力、材料的许用应力以及焊接接头系数。按照上述二式计算的罐壁厚度，最上一层或者几层钢板的厚度可能会较薄，以致于制造难度增大。确定罐体壁厚还要考虑以下几个方面的问题:：(1)防腐蚀；(2)罐体受力；(3)罐体刚度。为此罐体壁厚，可用一些经过实践证明行之有效的经验数据加以限制：当油罐直径<l2 m时，最小壁板厚度为6 mm；当油罐直径12 mD<15 m时，最小壁板厚度为7mm；当油罐直径15 mD<36 m时，最小壁板厚度为8mm。2.4.3 罐壁的设计外压储罐的外压包括风压和罐内负压，对内浮顶罐，没有罐内负压。故设计外压为： 式（2-5）=2.25×0.74×0.35=0.58kPa=580Pa 式中：-风压高度变化系数，对于有密集建筑群的大城市区，取0.74； -建罐地区的基本风压，根据GB50009-2001«建筑结构荷载规范»基本风压取值，武汉50年一遇的风压值为0.35。2.4.4 加强圈设计由于内浮顶罐顶部有固定顶，不需加设抗风圈，但随着储罐高度的增长（主要是为了减少材料、降低成本），使得油罐中部的筒体有被风吹瘪的危险。在风载荷的作用下，为防止储罐被风吹瘪，必须对罐壁筒体进行稳定性校核，并根据需要在适当的位置设置加强圈。判定储罐的侧压稳定条件为： 式（2-6）式中 罐壁许用临界压力，Pa；设计外压，Pa；当时，就可以认为罐壁具备了足够的抗风能力，否则必须设置加强圈以提高储罐的抗外压能力。下面介绍SH3046-92推荐的加强圈的设计方法。该方法是根据薄壁短圆筒在外压作用下的临界压力得到的， 罐壁的许用临界压力： 式（2-7）式中： 罐壁许用临界压力，kgf/m2； E圆筒材料的弹性模量，； D油罐内径，m； 圆筒的厚度，m； L圆筒的高度，m;将代入上式得： 式（2-8）将式（2-7）用在当量筒体上，公式中的壁厚用表示，L用罐壁筒体的当量高度表示，经整理后得到： 式（2-9）式中： 罐壁筒体的临界压力，Pa; D储罐的内径，m； 抗风圈以下的罐体的总当量高度，m;抗风圈以下各圈罐壁的当量高度，m;抗风圈以下各圈板的实际高度，m;抗风圈以下各圈板的有效厚度，mm;从上面的计算结果来看，故本文设计的储罐可不设置加强圈。2.4.5 罐壁的开孔及开孔补强由于使用的要求，必须在油罐壁上开孔并接管，例如，进出油管、通气孔、人孔和检查孔等。对罐壁的一些开孔有如下要求：1）、无密闭要求的内浮顶罐，应在最高设计液位以上的罐壁上设置环形通气孔，通气孔应沿四周均匀分布，且不得少于4个，通气孔的总有效面积按下式计算： 式（2-10） 式中： B环向通气孔总有效通气面积（）。2）、罐壁上应至少设置一个低位人孔，并宜设一个高位人孔，其规格不应小于DN600。在罐壁上开孔后将在孔的附近产生应力集中，其峰值应力通常达到罐壁基本应力的3倍，甚至更高。这样高的局部应力再加上开孔结构在制造过程中又不可避免的会形成缺陷和残余应力，如不采取适当的补强措施，就很可能在孔口造成疲劳破坏和脆性裂口，使孔口处撕裂。补强的办法就是在开孔的周围焊上补强圈板，以增大开孔周围的壁厚，降低孔周围的应力。理论分析和实际经验表明，用罐壁相同材质的钢板作为补强圈板，补强圈板的横截面积与孔口的横截面积（孔口直径和罐壁厚度的乘积）取值相同，将有良好的效果，足以保证孔口的强度要求。因此工程实际中均采用这种“等截面”补强的方法。接管公称直径大于50mm的开孔应补强，当开孔直径不超过250mm，补强板可采用环形板，当开孔直径大于250mm时，补强板采用多边形板。2.5 罐底设计立式油罐的罐底一般是直接放在地基的砂垫层上油罐内的油品重量可直接传结地基。底板仅受一简单的压缩力，这对钢板来说，受力是极其微小的。因此，对底板来说，理论上几乎没有强度要求，只需要将油品与地基隔开，不渗漏就行了。不过，考虑到不同大小的油罐由于地基沉陷的影响和经济要求，各种规范都对油罐罐底的结构，如排板的形式、底板的厚度以及搭接联接的方式等提出了不同的要求。罐底设计的主要依据是：对排板、焊接、联接方法和板厚的要求。1、排版形式罐底板的排板形式，主要考虑使其焊接变形最小、易于施工、以及节约钢材等因素来决定。经过多年的实践，目前主要采用如图3所示的两种形式。 图3 储罐罐底板排版形式当储罐内径小于12.5m时宜采用条形排版形式，当外径大于等于12.5时，宜采用弓形边缘板。由于本文所设计的油罐外径为13m，故选用弓形排版形式(如图3-b)。罐底板的接缝除弓形边缘板之间为对接外其余全为搭接。搭接顺序一般是由中心向边缘进行。2、罐底的应力计算（用中科院力学研究所的计算方法）：1）、中幅板处于薄膜受力状态，且在板的单位长度上的径向与环向的薄膜力是一致的，均等于常量N。2）、边缘板受力（如图4）图4 罐底边缘板受力示意图其中： F1是支撑应力； M0是罐壁与边缘板的约束弯矩； L受弯宽度； P2是X=L；根据：第一层罐壁圈板挠度方程式： 式（2-11） 罐壁X1=0处的边界条件 MX=M0 QX=-N（=Q0） 图2-2的力平衡方程式 式（2-12） 式（2-13） 在X=L/2处的挠度W及连续。 由圆膜的应力-应变关系，求得的罐底径向位移 （向圆心为正） 罐壁与罐底的交界处的位移连续条件 等关系，可以求得（推导从略） 中幅板的薄膜力： 式（2-14）罐壁与边缘板之间的约束弯矩： 式（2-15） 式中 t边缘板厚度； ； 式（2-16） 泊松系数； R储罐半径； 罐壁第一圈厚度； t0中幅板的平均厚度； L0底板的液压高度； P作用在罐底的储液压力； 储液重度；L边缘板受弯宽度，根据下式求的： 式（2-17）D边缘板弯曲刚度，； K弹性地基系数（一般取为4Kgf/cm2）； 式（2-18）在罐底边缘处的应力虽然很高，但属于二次应力，即使超过屈服极限，但未造成破坏，可用进行校核。2.6罐顶设计2.6.1 固定顶设计内浮顶储罐固定顶一般设计为拱顶。拱顶是一种由球面拱形结构通过包边环量与罐壁上沿相连接的固定顶盖。球面拱顶与锥顶相比，拱顶结构简单、刚性好、能承受较高的剩余压力、钢材耗量少；但气体空间较一般的锥顶盖大，制造也比锥顶盖麻烦些。一般情况下，球壳半径R=（0.81.2）D（油罐内径），转角曲率半径=0.1D，此时h0.4r,r为罐半径。顶板周边与包边环量采用薄弱连接。内浮顶罐罐顶的外载荷由球壳的自重、雪载、活载荷、罐内真空度等组成。当对外载荷估计太低会使球壳受压失稳，也会使包边角被拉坏。估计过高会浪费材料，一般外载荷由下计算： 式（2-19）式中：qE作用于球壳上的外载荷，kgf/m2； q1球壳单位面积的自重，kgf/m2 q2雪载荷，kgf/m2； q3活载荷，kgf/m2； q4罐内可能产生的最大真空度；kgf/m2； 的取值最小不应小于120kgf/m2。2.6.2 球壳设计对于1000或更小的储罐，可采用光面球壳（不加肋），而较大的储罐采用加肋拱顶较经济，使在拱顶满足稳定性的条件下，拱顶自身的重量最轻。对拱顶罐的球壳进行内压力作用下所产生的薄膜应力的强度校核和外载作用下的稳定校核。在大多数情况下后者是主要的，故只校核后者。球壳的厚度一般用公式： 式（2-20）计算，但最小不得小于4mm。式中：tmin所需最小板厚，mm； R罐顶曲率半径，m； C腐蚀裕量。1、光球壳稳定性校核 式（2-21）式中: Pcr稳定许用载荷，kgf/cm2； E钢的弹性模量，kgf/cm2； t球壳厚度，mm； R球壳曲率半径，m。 稳定性验算应满足： 式中： P拱顶的设计外压力 Pcr许用压力。2、 筋条球壳稳定性校核 式（2-22）式中： tm带筋条顶板的折算厚度，mm； D1带筋条顶板径向截面的平均抗弯刚度，kg-mm； 式（2-23） E钢材的弹性模量，取E=1.63； b1纬向筋宽度，mm； h1纬向筋厚度，mm； L1径向截面上的筋（纬向筋）间距，mm； n1带筋顶板径向折算系数； 式（2-24） e1经向截面上，组合截面形心O点到顶板中心面的距离，mm，图2-5；图5 带筋顶板稳定性校核模型 式（2-25） E钢材的弹性模量，取E=1.63； b2纬向筋宽度，mm； h2纬向筋厚度，mm； L2径向截面上的筋（纬向筋）间距，mm； n2带筋顶板径向折算系数； 式（2-26） e2经向截面上，组合截面形心O点到顶板中心面的距离，mm，图2-5； D罐顶抗弯刚度，kg-mm。 2.6.3 内浮顶设计1、内浮顶的载荷根据API650附录H中的要求，内浮顶的载荷有以下两种，首先是在漂浮状态下，应能安全地承受至少两人在浮顶上任何地方走动，既不损害浮顶，也不会令油品溢到浮顶上去，且浮顶应能提供2倍以上浮顶的重量的浮力；其次是在低位支撑状态下，即非工作状态下，支柱及浮顶应能支撑浮顶上599pa的均布载荷（自动排液装置载荷除外）及与工作相同的的集中载荷。另外还应考虑到浮顶导向装置与软密封在浮顶上下运动中产生的摩擦力所形成的倾覆力矩。2、内浮盘的浮力计算内浮盘所需的浮力至少是浮盘重量的两倍。边缘板和穿过单盘安装的任何开孔接管的最小高度为160200mm。内浮盘漂浮状态下的渗液深度可根据下两式联立求解。 式（2-27）求解得： 式（2-28） 式中：T内浮盘正常漂浮状态下的渗液深度，cm； R0内浮盘半径，m； 储液重度，Kg/cm3； Q2边缘环代重量，Kg； T0理想状态下的渗液深度，cm， P内浮盘单位面积的重量，Kg/cm2， Q1浮盘及附件的总重，Kg；在内浮盘的浮力设计中不考虑浮盘漏损而引起的内浮盘沉没问题，它需要依靠加强施工检验，严格控制焊缝质量来解决。3、主要结构梁的强度和浮力的校核在浮顶安装前，有必要对主要结构梁的强度和浮力进行校核。主要参数：罐径：13m，容积：1500m3储存介质：汽油，介质密度：790kg/m3；浮顶结构：“”型；计算模型：将各支点视为铰接点，浮梁支腿间距离最大尺寸为13m，因此取Lmax1300cm，且将计算模型视为单跨静定简支梁（见图6）。安装状态时，内浮顶处于无浮力状态，外加荷载以二人体重150集中荷载所决定的设计荷载值计算，取其最危险的载面校核。（1）强度校核浮梁最危险截面强度校核： max=Mmax×(e/j) 式（2-29）=(150/2)(1300/2)(10.2639/435)=1150.24 kg / cm =11.50 kg / mm2=13.5kg/mm2 >max,因而浮梁抗弯强度足够。浮梁接头最危险截面强度校核（见图7）。最危险断面a-a及b-b截面尺寸均为宽=3mm，高h=38mm矩形截面。最危险截面与支点间距为25mm。最危险截面惯性矩J=bh/12=（0.3×3.8）/12 =1.3718 cm4 式（2