4000立方米内浮顶储罐设计.docx

学院课程设计课程名称题目4000立方米内浮顶储罐设计学院课程设计任务书题目名称4000立方米内浮顶储罐设计系部专业班级学生姓名一、课程设计的内容（1）确定拱顶油罐的基本结构和局部构件;（2）确定油罐大小及相应构件的规格尺寸;（3）储罐的附属设施。二、课程设计的要求与数据1、设计要求（I）初步掌握主要设备的选型；（2）熟练应用常用工程制图软件；（3）熟悉储运项目设计程序步骤；（4）掌握储运项目常用标准规范；（5）熟悉并掌握储罐的计算方法；（6）熟练应用CAD绘制一张装配图；2、设计数据物料：95#汽油；设计压力：正压：196OPa负压：490Pa设计温度：自选（-19oCt<50oC）基本风压：686Pa雪载荷：441Pa抗震设防烈度：8度场地土类型：11类储液密度：740kgm3腐蚀裕量：3mm设计风速:55ms焊接接头系数：0.9三、课程设计应完成的工作1、课程设计内容（1）对拱顶油罐的结构进行详细设计，包括拱顶、罐壁、罐底、内浮顶的结构尺寸的设计，储罐附件的结构选取。（2）对拱顶油罐的主要结构进行强度计算，包括拱顶、罐壁、罐底、内浮顶的厚度计算，加强圈的计算和校核；（3）绘制图纸：采用CAD绘制拱顶罐装配图一张。2、课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：（1）摘要；（2）目录；（3）正文；（4）总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）；（5）参考文献（不少于5篇）；（6）附录。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介绍。学生确定选题，明确设计要求。教室2查阅与设计有关的资料图书馆3相关工艺设计计算教室4撰写课程设计说明书教室5课程设计初稿的修订教室6上交课程设计说明书教室课程设计进行答辩教室五、应收集的资料及主要参考文献lGB50074-2002,石油库设计规范2HG21502.1-1992钢制立式圆筒型固定顶储罐系列13JGB50341-2003,立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范4GB150-1998,钢制压力容器标准5GBT4735,钢制压力容器16JGBJ12890,立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范7朱萍，徐英，杨一凡球罐和大型储罐化学工业出版社20058帅健，于桂杰，管道及储罐强度设计石油工业出版社20109彭小军、高宏斌.立式油罐基础的设计选型，工程设计，2005.3.10史倬轮.内浮顶罐技术及发展，石化科技，1996,3(1)：16-20.11龚利亭.对内浮顶和拱顶油罐设计的若干看法，江西石油化工，2000.12孟德文.汽油罐腐蚀原因分析及防腐措施,辽阳石油化工高等专科学校学报,2001,第3期，第17卷.13化学工业部化工机械研究院.腐蚀与防护手册.北京:化学工业出版社，198014徐英，杨凡，朱萍等，球和大型储罐.北京：化学工业出版社，2004,158-22415湛卢炳.大型贮罐设计，上海：上海科学技术出版社，1986icom16潘家华.圆柱形金属油罐设计，北京:轻工业出版社.198417中国石化集团上海工程有限工司.化工工艺设计手册(第三版、上册).北京:化学工业出版,200318赵凯勤译.风载作用下浮顶贮罐强度预测方法.油气建设，1978摘要进入21世纪以来，随着石油峰值的提前来临加之我国石油资源困乏的现状,我国必将加大对石油资源的战略储备，这就迫使国家需要建造更多更大的油罐以应对潜在的石油危机所带来的挑战。储罐是石油化工装置和储运系统设施的重要组成部分，主要用于储存原油及各种液体化工品，在石油生产炼化与储运过程中起调节作用，目前油田储罐拥有量很多，其中使用量最多的是内浮顶储罐。其在国内外石油化工部门应用较为广泛。本文将4000立方米内浮顶储罐的设计加以总结概述。关键词：内浮顶罐汽油结构设计ExcerptSinceenteringthe21stcentury,withtheearlyarrivalofpeakoilandthecurrentsituationofChina,spooroilresources,Chinawillinevitablyincreaseitsstrategicreservesofoilresources,whichwillforcethecountrytobuildmoreandlargeroiltanksAddressingthechallengesposedbyapotentialoilcrisis.Storagetankisanimportantpartofpetrochemicalequipmentandstorageandtransportationsystemfacilities,mainlyusedforthestorageofcrudeoilandvariousliquidchemicals,inthepetroleumproductionrefiningandstorageandtransportationprocessplaysaregulatoryrole,thecurrentoilfieldstoragetankhasalotofquantity,ofwhichthemostusedistheinnerfloatingroofstoragetank.Itiswidelyusedinthepetrochemicalsectorathomeandabroad.Thisarticlesummarizesthedesignofafloatingroofstoragetankwithaninternalceilingof4000cubicmeters.Keywords:innerfloatingtoptankgasolinestructuraldesign目录第1章绪论81.1 汽油储罐的设计目的和意义81.2 储罐结构的选择81.3 内浮顶罐的概述91.3.1 内浮顶罐的发展9132内浮顶罐的结构、性能与应用。9133浮盘的选择10第2章内浮顶罐的设计与计算112.1 材料的选择112.2 罐壁的设计122.2.1 罐壁的厚度122.2.2 罐壁的设计外压152.2.3 加强圈的设计152.2.4 罐壁的开孔及开孔补强162.3 罐底的设计162.3.1 排版形式172.3.2 罐底板厚度的计算172.4 罐顶设计172.4.1 浮顶设计172.4.2 球壳的设计212.4.3 拱顶的稳定性校核232.5 抗震设计232.5.1 倾覆力矩的计算232.5.2 罐壁压应力计算232.5.3 罐壁临界压应力及其校核24第3章内浮顶罐的附件253.1 常用附件253.2 安全及消防设计273.2.1 概述27322消防设施27结论30参考文献31附录32第1章绪论1.l汽油储罐的设计目的和意义随着我国石油工业的飞速发展，油罐的发展也很快，除了石油系统，供销系统，和军事系统一系列专用的石油储罐，其他企业，如铁路、交通、电力、冶金等部门也建有各种类型的储罐以保证运输和生产的正常运行，内浮顶储油罐作为储罐系统的重要组成部分，在石油化工行业中应用格外突出，通过它协调原油生产、原油加工、成品油供应以及运输的纽带，拱顶罐是储存各种液体原料及成品的专用设备，对许多企业来说没有储罐就无法正常生产，无法保证石油化工下游产业的稳定生产。近十几年来，我国的油气储运事业获得了蓬勃发展。新建的国家战略石油储备基地正为我国经济长期健康、快速发展提供能源保障。油气田生产、处理离不开管道和储罐，油气运输和储存离不开管道和储罐，大型炼油厂的各种管道和储罐更是错综复杂、星罗棋布，大部分的油气产品正是通过储罐储存和管道输送最终送达用户的。设计满足使用要求的储罐，使之在寿命期内不发生结构失效，是本次设计的目的。1.2储罐结构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1000m3的油罐），固定顶油罐之间的距离为0.6D,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内浮顶罐的概述1.3.1 内浮顶罐的发展20世纪七十年代以来，内浮顶储油罐和大型浮顶油罐发展较快，第一个发展油罐内部覆盖层的是法国。1955年美国也开始建造此种类型的储罐。1962年，美国德士古公司就开始使用带盖浮顶罐并在纽瓦克建有世界上最大直径为61.6米的带盖浮顶罐，至1972年，美国己建造了600多个内浮顶油罐。1978年国内3000立方米铝浮盘投入使用，通过测试蒸发损耗标定，收到显著效果。近20年也相继出现各种形式和结构的内浮盘或覆盖物。密封装置是内浮顶罐和大型浮顶油罐建造的一个重要部件，目前己有机械密封、弹性材料密封和管式密封等多种形式，为了更好的设计和发展内浮顶储罐。1978年美国API650对内浮盘的分类、选材、设计、安装、检验及标准荷载、浮力要求等均作了一系列的修订和改进。世界上技术先进国家都备有较齐全的储罐计算机专用程序，对储罐作静态和动态分析，同进对储罐的重要理论问题，如大型储罐T形角焊缝部的疲劳分析，大型储罐基础的静态和动态特性分析，抗震分析等，以及试验分析为基础深入研究，通过试验取得了大量数据，验证了理论的准确性，从而使研究具有使用价值。1.3.2 内浮顶罐的结构、性能与应用。内浮顶罐是在固定顶罐内部再加上一个浮动顶盖，主要由固定顶罐体、内浮盘、密封装置、通气孔、高低液位报警器等组成。这种罐的浮动顶漂浮在储液面上，浮顶与罐壁之间有一环形空间，环形空间中有密封元件。浮顶与密封元件一起构成了储液面上的覆盖层，随着储液上下浮动，使得罐内的储液与大气完全隔开，不受风雨等外界因素的影响，减少了储液储存过程中的蒸发损耗，减少了大气污染，易于保证贮液的质量和安全。因此，内浮顶罐是降低固定顶贮罐物料蒸发损失最安全、最经济、最简便的结构形式，现已广泛用于储存汽油、醛类、醇类、酮类、苯类等易燃易爆易挥发的液体化学品。（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：、内浮顶罐乂称“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机3。133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。（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2.1t0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。第2章内浮顶罐的设计与计算内浮顶油罐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（95#汽油）及工作环境确定设计温度为-19<t<50oC,设计压力为常压，即-0.49KPa1.96KPa。其他参数将在后文中介绍。根据浮顶罐的设计要求以及经济条件的考虑，对于4000m3汽油浮顶罐以钢制立式圆筒型浮顶储罐系列给定的参数为准（见附录），本设计中公称容积为4000巾3的浮顶罐的参数如下：计算容积：4446m3；储罐内径：19000mm；罐壁高度：16180mm。2.1 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。（1） Q235A的含碳、硫量要比Q235B高。（2） Q235A级是不做冲击的，而Q235B是20度常温冲击。（3） Q235A级含化学元素为碳0.22%;锦0.3%-0.65%;硅0.35%;硫0.050;磷0.045<>(4)Q235B级含化学元素为碳0.20%;镒0.3%0.7%;硅0.35%;硫0.045;磷0.045。(5)Q235A一般在热轧状态下使用，用其轧制的型钢、钢筋、钢板、钢管可用于制造各种焊接结构件、桥梁及一些普通的机器零件，如螺栓、拉杆、钾钉二套环和连杆等。表2.1钢板许用应力值钢号使用状态板厚(mm)在下列温度()下的许用应力(MPA)20100150200250Q2335-A.F热轧16157157137130121Q235-A热轧1615715713713012116-40150150130124114Q235-B热轧16157157137130121>16-40150150130124114根据以上原则，储罐的主体材料选择Q235-A。2.2 罐壁的设计大型贮罐的圆筒形罐壁承受贮液的静压，此静液压是按照三角形分布，由上至下逐渐增大，故罐壁厚度也由上至下逐渐增厚。但是，在实际工程中不可能采用连续变化截面厚度的钢板去制造贮罐，故在设计中只能根据钢板规格，采用逐级增厚的阶梯形变截面壁，即使用变点法计算跟精确。2.2.1 罐壁的厚度罐壁的设计厚度按下式计算，取其中的较大值。(2.1)(2.2)_0.0049P(H-0.3)。,r,rQ=-+c1+C24.9(H-0.3)D.式中：td-储存介质时的设计厚度(mm)；t-储存水时的设计厚度(mm)；P一储液的密度(Zg/租3)；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)；J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0.9；G-钢板或钢管的厚度负偏差(mm),取0.8mm；C?-腐蚀裕量(mm),取3mm；根据GB709-2006规定，负偏差如表2.2表2.2钢板的厚度允许偏差公称厚度(mm)下列公称宽度的厚度允许偏差(mm)1500>1500-2500>2500-40003.0-5.0±0.45÷0.55÷0.65>5.0-8.0±0.50÷0.60÷0.75>8.0-15.0÷0.55÷0.65+0.80>15.0-25.0+0.65+0.75+0.90根据GB150,在无特殊腐蚀情况下，对于碳素钢和低合金钢，C?不小于Imm；对于不锈钢，当介质的腐蚀性很微小时,可取G=O网。综上所述,¾C1=O.8,C2=3,故G+C2=38°常温下Q235-A的许用应力W=235MP,设计温度下的许用应力为'=157MPa,将D=19m,H=I6.18m代入上式，分别得：第一层：Q=黑产+os+3=11.54265mm经圆整后为12比嘿需M÷0.8=11.263043znm经圆整后为12第二层:td=49XO74X(1464-O3)X19+08+3=o.79179O2n经圆整后为11157X0.9笆嘿+。.8=1。.2248365须经圆整后为11第三层:157X0.9td=±9X°74XQ3i-o3)xi2+08+3=10.040928TnTn经圆整后为11二1C7vnQ鼻祥Uo.8=9233687三n经圆整后为10第四层:£”3霁4+0.8+3=9.290067g经圆整后为1。笆需廿+0.8=8.219009mm经圆整后为9第五层:J="弋黑产心+0.8+3=8.5395经圆整后为9笆嘿*÷OS=72043nun经圆整后为8第六层:Q=S喋严+0.8+3=7.78834M经圆整后为84*洸A9+0.8=6.18965mm经圆整后为7第七层:Q=S三/+08+3=703748nun经圆整后为8笆等*+0.8=5.17495经圆整后为6第八层:Q=严+08+3=62866三n经圆整后为7*浮2+03=416029mm经圆整后为5罐壁板的最小公称厚度不得小于计算厚度分别加各自壁厚附加量的较大值。根据GB50341-2003规定，罐壁板的最小公称厚度不得小于表2.3。表2.3罐壁最小公称厚度油罐内径（m）罐壁最小公称厚度（mm）D<15515<D<36636<D<608D>6010第九层和第十层所计算出的壁厚均小于6mm,由于对于内径为15OV36的储罐每层壁厚必须大于等于6mm,所以第九层和第十层的壁厚均为t=6mm。罐壁第一圈到第六圈的壁厚是逐步减小的。因储罐容积不太大，从材料的准备和液面上的壁板内外壁受腐蚀的情况考虑，采用等壁厚设计。罐壁底圈到第十圈的厚度（mm）分别为：12,11,11,10,9,8,8,7,6,6。2.2.2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：p=2.25zW0（2.3）故：po=2.25X0.74X686=1142Pa式中：z风压高度变化系数，对于有密集建筑群的大城市区，取0.74；WO建罐地区的基本风压，686Pa02.2.3加强圈的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：PerPo（2.4）式中Pb罐壁许用临界压力，Pa;Po设计外压，Pa；当旦7Po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：式中：IPcr一一罐壁许用临界压力，kgf/m2；E圆筒材料的弹性模量，192xl9p;D油罐内径，m；S圆筒的厚度，m；1.圆筒的高度，m;将D=24.7m,L=9.3m,=0.008m,E=I92x1()9PQ代入上式得:Per=2.59ES25Di-5L2.59X192X1O9×(O.OO8)2S2115×16.5=1792.7225Pa(2.6)从上面的计算结果来看，PcrPq,故本文设计的储罐不需要设置加强圈。2.2.4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：B>0.06D=0.06×21=1.26m2（2.7）式中：B环向通气孔总有效通气面积（加2）。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DN600o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25Omm时，补强板采用多边形板。2.3 罐底的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。2.3.1 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1所示的两种形式。图1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l-b）0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。2.3.2 罐底板厚度的计算根据石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范SH3046-1992表2.3中幅板钢板规格厚度储罐内径（m）中幅板钢板规格厚度（mm）碳素钢不锈钢D>2064.5表2.4边缘板钢板规格厚度底圈罐壁板厚度（mm）边缘板钢板规格厚度（mm）碳素钢不锈钢ll2087所以，罐底中幅板厚7mm,底圈罐壁板厚度为13mm,则边缘板钢板厚9mm。2.4 罐顶设计2.4.1 浮顶设计1、浮顶的材质按照国家标准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05mm厚，骨架、浮筒用1.2mm厚，13.5m浮盘重量约在%。（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。2、浮顶的计算（1）内浮顶的载荷根据API650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160200mm0内浮盘漂浮状态下的渗液深度可根据下两式联立求解。T-fO=T0Q2=jR02f0式（2.8）求解得：T=4-+T式（2.9）TrRoZY式中：T内浮盘正常漂浮状态下的渗液深度，cm；Ro内浮盘半径，m；储液重度，Kg/cm3；Q2边缘环代重量，Kg;To理想状态下的渗液深度，cm,T0=p;P内浮盘单位面积的重量，Kgcm2,P=-¾Q1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：19m,容积：V=4000m3储存介质：汽油，介质密度：740kgm3;浮顶结构：“T”型；计算模型：将各支点视为较接点，浮梁支腿间距离最大尺寸为19m,因此取Lmax=1900cm,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P计算，取其最危险的载面校核。强度校核浮梁最危险截面强度校核：8maX=MmaXX(ej)式(2.10)=(150/2)(1900/2)(10.2639/435)=1681.2kgcm2=16.81kg/mm2=17.5kgmm2>max,因而浮梁抗弯强度足够。浮梁接头最危险截面强度校核。最危险断面a-a及b-b截面尺寸均为宽b=3mm,ijh=38mm矩形截面。最危险截面与支点间距为25mmo最危险截面惯性矩J=bhl2=(0.3×3.8)/12=1.3718cm4式(2.11)max=Mmax×(ej)=(1502)×(2.5)×(1.9/1.3718)=2.59kgmm2式(2.12)=13.5kg/mm2max<,接头强度足够。浮顶的浮力校核图7浮梁危险截面计算模型浮顶的自重G=1310kg,浮梁总长度L=18.9m,每米浮梁产生的浮力F（介质的密度以汽油740kgP计且按SH304692标准规定，只计浮筒部分浮力）。F=（0.1652）2×3.14×l×740=15.82kg/m式（2.13）浮梁所提供的总浮力：W=189Xl5.82=2989.98kg式（2.14）浮梁浮力自重比：WG=2989.98I3I0=2.1>2,符合标准要求。3、罐壁与浮顶的密封罐壁与浮顶的密封方式：（1）储液接触式周边密封：是指采用弹性泡沫塑料填充或者液体填充的一次密封，其底部与储液接触。密封的材料可能是弹性泡沫塑料（如聚氨酯泡沫塑料）或者织物封装的液体。此类周边密封的环向接头一定是不漏液的，搭接宽度至少是75毫米，厚度通常为1毫米以上。（2）储液蒸汽接触式周边密封：是指一次密封的安装位置不与储液的液面接触。此类周边密封可包括弹性泡沫塑料密封、机械式二次密封、弹性刮油密封。弹性刮油密封是指包含由弹性材料（挤压橡胶、合成橡胶）制造成的铲子的周边密封，上面有或者没有用于加强的布、网状材料。（3）机械式二次密封：是指使用轻质密封板与罐壁接触并在罐壁上滑动，轻质密封板与浮顶边缘之间的空间用织物密封。密封板通常是一系列板片搭接或连接在一起形成一个环压，通过机械装置压在罐壁上。镀锌板片的最小的公称厚度是1.5毫米.不锈钢板片的最小的公称厚度是1.2毫米。板片在液面之上至少150毫米，在液面之下至少100亳米，以保证密封的效果。综上所述，一次密封取储液蒸汽接触式周边密封，二次密封取机械式密封。2.4.2球壳的设计对于4000m3或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：tmin=0.42?+C=0.42×0,8×21+18m(2.15)计算结果最小不得小于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、对球壳稳定性校核Pcr=0.312fi,Q)2(2.16)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，mo代入数据求得PCr=.312X192×IO9e)=8693.551Pa稳定性验算满足：PPcr式中：P一拱顶的设计外压力Pcr许用压力02、筋条球壳稳定性校核Per=2.1X104()2J三式中：tm带筋条顶板的折算厚度，mm；D1+-)+-n1te12l(2.17)1L1v32471211宛中：Di带筋条顶板径向截面的平均抗弯刚度，kg-mm；E钢材的弹性模量，®E=1.63×104kgmm2;bi纬向筋宽度，mm；hi纬向筋厚度，mm；1.i径向截面上的筋（纬向筋）间距，mm；m带筋顶板径向折算系数，其九=1+0%e经向截面上，组合截面形心。点到顶板中心面的距离，mm,图2；图2带筋顶板稳定性校核模型。2=5渣（+产+今+最一的叱式（2.18）乙2OZ4IZ式中：E钢材的弹性模量，MZE=1.63×W4kgmm2;b2纬向筋宽度，mm；h2纬向筋厚度，mm；1.2一一径向截面上的筋（纬向筋）间距，mm；n2带筋顶板径向折算系数，几2=1+且工；小e2一一经向截面上，组合截面形心O点到顶板中心面的距离，mm,Ef3D=12（2.19）式中：D罐顶抗弯刚度，kg/mmo2.4.3拱顶的稳定性校核拱顶球壳无内压作用，只校核外载荷作用下的稳定性。作用在拱顶不致由皱折造成失效的安全应力（拱顶许用临界应力）PcrtgPer=0.1E-式中：E弹性模量，取E=200Gpa;T球壳厚度，mm（不包括腐蚀裕量）；D储罐直径，m;母线与水平面夹角；将数据代入公式得Pcr=5.6342×IO6Pa在罐顶中由动载荷和静载荷所引起的压力P=8693.551Pao因此，P<Pcr满足稳定性要求。2.5抗震设计2.5.1 倾覆力矩的计算M=QO?（2.20）式中：M水平地震载荷对罐底底面的弯矩，kgf/cm2；Qo水平地震的载荷，kgf/cm2；H罐底底面至液面的高度，m；QO按下式计算：Qo=CZaomaX代入可得：Qo=28.6352kgfcm2M=223kgfcm2式中：Cz综合影响系数，对常压立式油罐，取Cz=0.40;地震影响系数最大值，%-与地震烈度有关；Wo一一产生载荷的油罐总重量。2.5.2 罐壁压应力计算底层壁板的最大压应力可按下式计算错误!未定义书签。=1.44×107kgfcm2式中：底层琏根的最大压应力，kgf/cm2；N底层壁板底部的垂直载荷，包括罐体自重和保温层重，kgf；A底层壁板的截面积，cm?；A=DtW底层壁板的截面系数，cm3；W=0.785D2tD油罐的直径，cm；t油罐底层壁板的厚度，Cmo2.5.3 罐壁临界压应力及其校核临界许用压应力可按下式计算cr=3.88×IO5(P)仁)(2.22)cr=514.0877kgfcm2式中：一一临界许用压应力，kgfcm20当。/7时，说明在设计预测的地震情况下，油罐安全。国家标准建筑结构荷载规范GB50009-2001规定在地震烈度为七度或七