拱顶罐课程设计指导书

油气储运专业 课程设计指导书

油气储运教研室

2010.7

青岛科技大学本科课程设计

目 录

1 前言 ........................................................................................................... 错误！未定义书签。

1.1储罐的分类及发展状况 ................................................................. 错误！未定义书签。

1.1.1固定顶储罐 .......................................................................... 错误！未定义书签。 1.1.2浮顶储罐 .............................................................................. 错误！未定义书签。 1.2钢油罐承载能力的基本要求 ......................................................... 错误！未定义书签。 2 储罐结构设计 ........................................................................................... 错误！未定义书签。 2.1储罐容量 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 2.2罐壁高度确定 ........................................................................................ 错误！未定义书签。 2.3圈板高度的确定 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 3 罐壁设计 ................................................................................................... 错误！未定义书签。

3.1拱顶储罐的设计参数 ..................................................................... 错误！未定义书签。 3.2罐壁厚度设计 ................................................................................. 错误！未定义书签。

3.2.1 定点法 ................................................................................. 错误！未定义书签。 3.2.2 变点法 ................................................................................. 错误！未定义书签。 3.3罐壁板间的连接 ............................................................................. 错误！未定义书签。 4 罐底设计 ................................................................................................... 错误！未定义书签。 4.1排板形式 ................................................................................................ 错误！未定义书签。 4.2厚度设计 ................................................................................................ 错误！未定义书签。 4.3宽度设计 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 5 罐顶设计 ................................................................................................... 错误！未定义书签。

5.1固定顶结构设计 ............................................................................. 错误！未定义书签。 5.2拱顶瓜皮板设计 ............................................................................. 错误！未定义书签。 5.3固定顶载荷的计算 ......................................................................... 错误！未定义书签。

5.3.1作用于球壳上的外载荷 ...................................................... 错误！未定义书签。 5.3.2作用于球壳上的内载荷 ...................................................... 错误！未定义书签。 5.4固定顶的校核 ................................................................................. 错误！未定义书签。 5.5.包边角钢 ......................................................................................... 错误！未定义书签。

5.5.1包边角钢的选取 .................................................................. 错误！未定义书签。 5.5.2包边角钢的校核 .................................................................. 错误！未定义书签。

6 储罐的抗风设计 ....................................................................................... 错误！未定义书签。

6.1拱顶储罐的设计风压 ..................................................................... 错误！未定义书签。 6.2加强圈的设计 ................................................................................. 错误！未定义书签。 7 储罐的抗震计算 ....................................................................................... 错误！未定义书签。

7.1 地震载荷的计算 .......................................................................... 错误！未定义书签。 7.2 抗震验算 ...................................................................................... 错误！未定义书签。 7.3 液面晃动波高计算 ...................................................................... 错误！未定义书签。 7.4 地震对储罐的破坏 ...................................................................... 错误！未定义书签。

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拱顶油罐的设计

7.5 储罐抗震加固措施 ...................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献………………………………………………………………………………………....31

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1 前言

1.1储罐的分类及发展状况

1.1.1固定顶储罐

固定顶储罐又可分为自支撑式锥顶罐、柱支撑式锥顶罐（桁架罐）和拱顶罐三种[1]。

锥顶罐的主要特点是锥顶容易制做，其容积一般在几十方至几百方之间。 桁架罐由顶板、斜椽、横梁和支柱组成。梁及柱的数量根据罐的直径而定，较大储罐除中心支柱外，可有若干圈横梁及多根支柱。容积一般在几百方到二万方。

拱顶罐是指罐顶为球冠状，罐体为圆柱形的一种容器，其罐顶由厚度4-6mm的压制薄钢板和加强筋组成。这种罐顶的优点是施工容易，造价低。其缺点是：与浮顶罐相比油气损耗较大；因中间无支撑，罐顶的直径受到一定。目前其在国内外石油化工部门应用较为广泛，国内拱顶罐的最大容积已达30000m3，最常用的容积为10000m3以下[2]。 1.1.2浮顶储罐

浮顶储罐又可分为外浮顶罐和内浮顶罐两种。 1.1.2.1外浮顶储罐

外浮顶罐按浮顶的形式又分为单盘浮顶罐和双盘浮顶罐。外浮顶储罐的浮顶是一个漂浮在储液表面上的浮动顶盖，随着储液液面上下浮动。浮顶与储罐之间有一个环形空间，在这个环形空间中有密封元件使得环形空间中的储液与大气隔开从而大大减少了储液在储存过程中的蒸发损失，而且保证安全，减少了大气污染。

1.1.2.2内浮顶罐的结构

内浮顶罐是固定顶罐内部再加上一个浮动顶盖，主要由罐体拱盘、密封装置、通气孔等组成。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，减少储液储存过程中的蒸发损耗，保证安全，减少大气污染。

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拱顶油罐的设计

内浮顶罐有以下优点： (1)大量减少蒸发损耗。

(2)由于液面上有浮动顶覆盖,储液与空气隔绝,减少空气污染和着火爆炸危险,易于保证储液质量,特别适用于储存高级汽油和喷气燃料以及有毒污染的液体化学品。

(3)易于将己建成固定顶罐改选为拱顶罐,并取消呼吸阀,阻火器等附件,投资少,经济效益明显。

(4)因有固定顶能有效防止风砂、雨雪或灰尘污染储液,在各种气候条件下保证储液的质量,有“全天候车储罐” 之称。

(5)在密封效果相同的情况下,与浮顶罐相比,能进一步降低蒸发损耗,这是由于固定顶盖的遮挡以及固定顶与拱盘之间的气相层甚至比双盘式浮顶具有更显著的隔热效果[2]。

1.2钢油罐承载能力的基本要求

由于油品是一种特殊的物资，其特性是易燃、易爆，因此，储罐不仅要有储存功能，而且更为重要的是要具备安全的特点。因此，对钢油罐的基本要求主要有以下五方面：

（1）足够的强度。

油罐在卸载以后不应存在任何形式的塑性变形。所以，在设计油罐时首先要考虑强度指标。但是，一般来说，钢材的强度（指屈服极限和极限强度）越高，则断裂韧度越低，越容易产生断裂。因此，油罐工作者在选择罐壁材料时，应该根据建罐地区的工作环境，在满足强度要求的前提下，为了保证材料具有较高的韧度，强度指标要适当。

（2）足够的抵抗断裂的能力。

无论在水压试验或者工作状态下，油罐不得产生断裂破坏。由于油罐是焊接而成的，因此在保证材料具有一定的韧度的前提下，还应考虑到钢材的焊接工艺问题，也就是其材料的可焊性问题。由于钢板越厚，在焊缝或热影响区附近越易产生裂纹，相应的增加了断裂的危险性，所以钢材的选择还要参看罐壁厚度。

（3）足够的抵抗风载荷的能力。

整个建造及使用期间，罐区的最大风载荷不能使油罐产生破坏。实际上这

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就是油罐的总体刚度（或稳定性）问题。随着油罐的大型化，壁厚与油罐直径之比降低，这使油罐刚性降低，从而使油罐抵抗风载荷的能力下降了。因此，要保证油罐具有足够的抵抗风载荷的能力，不仅要考虑油罐的材料性能，而且还要考虑油罐的结构问题。

（4）足够的抗震能力。

要求在整个使用期间内，在罐区的最大地震烈度下不能使油罐产生破坏。地震可能该油罐带来很大的破坏，给人们的生命、财产造成重大损失。但造成小油罐与大油罐的地震破坏因素并不完全相同，油罐越大，则在地震时与油罐一致运动的那部分储液所占的比例越小，而参与晃动的那部分储液所占的比例越大。因此，建设油罐特别是大型油罐还要考虑抗地震破坏的能力和相应的抗震措施。

（5）油罐要有足够稳固的基础。

油罐基础在整个使用期间的不均匀沉陷要在工程允许的范围内。因此油罐的基础的结构和地质环境也是保证油罐安全工作的重要因素。油罐越大，油罐基础所占的面积就越大，找到均匀的工程地质环境往往比较困难。如何恰当的提出对于沉陷的要求，以及采用何种结构以增加油罐抵抗不均匀沉陷的能力是大型油罐基础设计的关键问题[1]。

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2 储罐结构设计

储罐的容量考虑经常出入的容量、储罐出料口以下的液体操作时不能流出的容量和在最高液位上必须满足有关规定的储罐空间，因此，把储罐的容量分为公称容量、实际容量和操作容量。

在这一章中，主要介绍了储罐的结构设计，包括储罐的直径、高度和计算容积的确定。

2.1储罐容量

储罐的容量考虑储罐经常出入的容量、储罐出料口（出口设在罐壁）以下的液体操作时不能流出的容量和在最高液位上必须满足有关规定的储罐空间，因此，把储罐的容量分为公称容量、实际容量和操作容量。如下图2-1

.图

2-1（a）公称容量 (b ) 实际容量 (c) 操作容量 Fig. 2-1 （a）Nominal capacity(b ) Actual capacity (c) Operating capacity

公称容量 ，即油罐的理论容量如图2-1（a）,它是按油罐整个高度计算的。设计油罐时，是以这个尺寸计算容量，选择油罐的高度H和直径D;

实际容量，因为油罐储油时，实际上并不能装到油罐的上边缘，一般都有一定距离A（图2-1b），以保证储油安全。A的大小根据油罐种类以及安装在罐壁上部的设备（如泡沫发生器等）决定。油罐的公称容量减去A部分占去的容积（当油罐下部有加热设备时，还应减去加热设备占去的容积）便是实际容量。

操作容量，油罐使用时，出以下部分的一些油品并不能发出，成为油罐的“死藏”。因此，油罐在使用操作上的容量比实际容量要小，它的实际容量是容量减去B部分的“死藏”（如图2-1c）得到的，B的大小可根据出的高度决定。

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2.2罐壁高度确定

根据油罐公称容量Vg，由SH3046-92相关规定确定油罐的内径，再由

πD2Vh可求得罐壁的高度为h：

4 h4VgD2

2.3圈板高度的确定

罐体是由若干块钢板焊接起来，这样便于施工操作，考虑到焊接工艺的，则，圈板高度不能够太小。若底层圈板太窄，有边缘应力所引起的最大环向应力有可 能落在上一层圈板的下部，从而造成上圈板比底圈板厚的不合理现象。因此，圈板不能太窄。

根据油罐罐壁高度h及钢板规格，取圈板数为n，每圈圈板高度hi尽量相等，所以：

h n根据圈板高度应取整数的原则，自上而下分别取每圈圈板的高度。

hi向上圆整，取罐壁实际高度H，

Hhi

i1n则油罐的计算容积为：

VD24H

V—计算容积，m3。

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3 罐壁设计

3.1拱顶储罐的设计参数

公称容积： （）m3 设计压力： 设计风压： 设计温度： 地震烈度： 公称直径：D=（）mm 罐壁高：H=（）m 材质： 腐蚀裕度： 焊缝系数： 储液密度：

3.2罐壁厚度设计

罐壁是一个圆柱形的钢板焊接结构，每圈壁板随着外载荷(静水压)的变化由下至上逐层减薄。常用的罐壁壁厚计算方法有定点法和变点法。 3.2.1 定点法

定点法多用于容积较小的储罐，对于直径大于60m 的储罐采用此方法计算的应力值与实测应力值差别较大。定点法计算公式：

a．操作工况下罐壁设计厚度：

gh0.3D

CC122

δ-----装储液时该圈罐壁的设计厚度， m ； ρ-----储液密度，kg/m3 ；

h-----所计算圈板底边至设计液位的高度的垂直距离，m； D-----储罐内直径，m；

[σ]-----设计温度下罐壁钢板的许用应力，Pa ； φ-----焊缝系数，取0.9；

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C1-----钢板负偏差，m ； C2-----腐蚀裕量， m 。 b．试水工况下罐壁设计厚度：

gh0.3DC124.9h0.3DC1 δ-----装储液时该圈罐壁的设计厚度，mm ； [σ]-----设计温度下罐壁钢板的许用应力，MPa； C1-----钢板负偏差，mm 。 罐壁的设计厚度为上两种情况的较大者。

罐壁圈板的名义厚度取设计厚度向上圆整至钢板的规格厚度。 3.2.2 变点法

变点法适用于L/H ≤1000/6 的储罐。

L ----（500D.t )0.5 mm ； D ---储罐直径，m ； t ---储罐底圈壁厚； H---设计液位高度，m 。

根据SH3046-92中的罐壁设计公式,可知罐壁设计厚度计算采用变点设计法，应按下列公式计算（按试水条件下）：

（1） 第一层圈板厚度t1：

a4.9 t01H0.3DG tGH4.9HD tt0.0696Dt1.06Hb01ab，t01 t01=mint01

式中：t01-储存介质时第一层圈板的设计厚度，mm；

G-储液相对密度，水为1； H-最高液位，m；

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D-储罐内径，m；

t-常温下罐壁钢板的许用应力（MPa），按SH3046-92中的表3.2.2，选取罐壁板材质对应的值。

-焊缝系数，取0.9；

C1为钢板厚度允许负偏差，根据钢板厚度允许负偏差表，可以取

0.8mm

C2为腐蚀裕度取C23mm

根据SH3046-92第5.3.2条规定，罐壁的设计厚度应向上圆整至钢板的规格厚度，所以确定罐壁第一圈圈板的名义厚度。

（2）第二层圈板计算厚度

①计算底圈板的比值ψ

h1 r1h1-----底层壁板宽度，mm， r-----储罐半径，mm；

1 -----底层壁板有效厚度，mm；操作条件下不计腐蚀裕量；试水条件下为罐壁板的全厚度。

②第二层罐壁板的厚度确定 如果ψ≤1.375，取δ2= δ1 如果ψ≥2.625，取δ2= δ

2a

如果1.375＜ψ＜2.625，取

h122a12a2.11.25r1 δ2 ——第二层罐壁的最小设计厚度（不包括腐蚀裕量），mm； δ

2a——按第二层以上的罐壁计算方法求得的第二层罐壁板厚度，mm。

③第二层以上各层壁板厚度计算 a．按定点设计法计算一个初步厚度δu; b．计算两个系数K、C

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KCLuKK-11KK,

δu-----所要计算的该层罐壁的厚度，mm； δL-----所要计算层罐壁的下层罐壁的厚度，mm； c． 计算可变设计点距该层罐壁底部的距离x；

x10.61ru320CH;x2100CH;x31.22ru x取三式中的最小值。

δu-----所要计算的该层罐壁的厚度，mm ；

H-----所计算层罐壁板底边至设计液位的高度的垂直距离，m ； r-----储罐半径mm； C-----系数；

d．将xmin带入下式计算罐壁厚度：

4.9D(H0.001x)

Sttx'e．令δu=δtx，重复b、c、d步骤，直至相继算出的δtx之间的差别很小，从而算出本层的罐壁的计算厚度。

采用以上计算公式，可算得每层圈板的计算厚度。

根据SH3046-92第5.3.2条规定，当算得的圈板厚度小于规定最小厚度时，该圈圈板厚度应按最小规定厚度选取。

并考虑到腐蚀裕量及罐壁负偏差的影响，计算厚度数值均向上圆整圆整至钢板的规格厚度，且不小于标准中规定。

3.3罐壁板间的连接

罐壁板之间的连接采用焊接。由于拱顶罐不但要满足强度更重要是保证拱盘在罐壁上随液位升降上下运动，浮盘周边是一圈软密封圈，因此罐壁的纵、环焊缝须采用对接焊，焊缝均磨平，余高小于1mm。

贮罐冲液后，罐壁在液柱静压力的作用下，产生很大的环向应力。此环向应力使罐壁周向伸长，并沿半径方向向外扩张。由此可见，在液压作用下，罐

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壁的强度实际由罐壁的纵缝所决定的，因而罐壁的纵缝必须焊透。而罐壁环缝的强度则要求大于固定顶与罐顶包边角钢的连接焊缝的强度。因为一旦发生事故，首先在固定顶与罐顶包边角钢的连接焊缝处脱开，避免罐内介质外溢造成事故，因而罐壁的环缝也必须焊透[2]。

根据文献3，罐壁纵向接 头形式采用全熔透的对接形式，分为不开坡口的对接接头、V型坡口对接接头、X型坡口对接接头。本设计采用了V型坡口对接接头和X型坡口对接接头，其中壁板的最底下一层采用X型坡口对接接头，如图3-1（b）所示。其它壁板均采用V型坡口对接接头，如图3-1（a）所示。

图3-1 罐壁的纵向接头

Fig.3-1 Longitudinal welded joint of tank wall

a—V型坡口对接接头 b—X型坡口对接接头

罐壁的环向接头均采用全熔透对焊形式，顶部包边角钢与最上一圈罐壁板之间采用单V型坡口对接接头连接，如图3-2（a）所示，其他罐壁板之间采用K型坡口对接接头连接，如图3-2（b）所示。

图3-2 罐壁环向接头

Fig.3-2 Transvers welded join of tank wall

a—单V型坡口对接接头 b—K型坡口对接接头

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4 罐底设计

4.1排板形式

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的，分为条形排板和弓形排板，当D≤12.5m采用条形排板，当D＞12.5m时，采用弓形排板。

图4-1 罐底板排板形式 Fig. 4-1 Tank bottom row of panels

中幅板采用搭接焊为单面连续角焊缝，焊缝高度等于板厚，搭接宽度40mm。中幅板要搭在边缘板上，连接也采用单面连续角焊，搭接宽度60mm。

边缘板厚度为14mm>6mm,应开V型坡口。板与板之间采用对接焊缝，为加强焊缝，防止储液渗漏腐蚀地基，连接处垫一垫板，如图4-2。

在罐底与罐壁的连接处，因受到液柱高度的变化、内压、风载荷等变化造成的重复弯曲载荷，再加上在合计基础下沉会引起角变形，所以对焊接要求较高。罐底与罐壁底圈内外角焊缝需采用连续焊，焊接高度等与罐底边缘板厚。当边缘板厚度大于等于10mm时，为改善受力情况避免应力集中，罐壁内侧角焊缝应焊成圆滑。底圈罐壁与边缘板的连接，应采用两侧连续角焊，焊角高度等于二者中较薄件的厚度，且焊角高度不应大于13mm。由于本设计设计地震

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烈度是七度，且建造容量为50000 m3大于10000 m3 由 SH3046-92规定，底圈罐壁与罐底边缘板之间的连接应采用如图4-3的焊接形式。

图4-2 边缘板之间的焊接详图 Fig. 4-2 Between the edge of the plate welding

图4-3 底圈罐壁与罐底边缘板之间的连接焊接形式

Fig. 4-3Cans and cans at the end of the wall plate edge of a link between

罐底上三块钢板重叠互相之间以及与罐壁之间的距离300mm。为减小焊缝高度与应力集中，在三块钢板重叠处应将上层底板切角。如下图

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图4-4 上层底板切角

Fig. 4-3 The upper floor Cutaway

4.2厚度设计

罐底的中幅板由标准SH3046-92中表4.1.1可知。

边缘板的厚度由标准SH3046-92中表4.1.2可知。 4.3宽度设计

为减小罐底组焊时的工作量及变形，改善受力，减少焊缝及泄漏机会，罐底中幅板的宽度不宜太窄，当罐直径超过16.5m时，中幅板不得小于1000mm。

边缘板在沿贮罐半径方向的最小尺寸为700mm。边缘板伸出罐壁外侧的距

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离不小于50mm。

5 罐顶设计

5.1固定顶结构设计

球面拱顶式固定顶是一种使用很广的固定顶形式。常用容积范围为100~50000m3.。与锥顶盖相比拱顶结构简单，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大。但是在制造和设计上也比锥顶盖麻烦一些。

球面拱顶是球的一部分，它由中心顶板、扇形顶板组成。当罐径较大、顶板较薄时，顶板内侧还含有加强肋或采用球面网架。将球面拱顶与罐壁之间采用边缘组焊结构（如包边角钢）而成的拱顶是最常用的储罐拱顶[2]。

本设计采用常用的储罐拱顶（球面拱顶是球的一部分），由于罐径较大，拱顶内部含有加强肋。

根据文献1，

球面的曲率半径Rn0.81.2D，

中心孔直径根据文献1取值，中心顶板与拱顶扇形顶板的搭接宽度取50mm。

当储罐的公称容积为（）m3时，顶板有效厚度取（）mm，加上腐蚀裕量后顶板厚度为（）。

5.2拱顶瓜皮板设计

拱顶瓜皮板做成n块，对称安排，瓜皮板之间采用互相搭接，搭接宽度为40mm。

sin0D1 2Rn 16

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sinD22R n瓜皮板外边缘曲率半径为，

R1Rntan0

瓜皮板内边缘曲率半径为，

rRntan。

图5-1 拱顶的几何尺寸 Fig.5-1 Geometry of the roof

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图5-2 瓜皮板示意图 Fig.5-2 Melons board diagram

图5-2中AD、AB、CD、弧长分别为，

ADRn(01)3.14150000.488 22985mmABD1ng3.14149852840

1720mmCD2rn23.14105028 236mmng——瓜皮板的数目； Δ——搭接宽度，mm。

5.3固定顶载荷的计算

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罐顶的外荷载由球壳的自重、罐内在操作条件下可能产生的真空度、雪载、活载荷组成。当对外载荷估计不足时会使球壳受压失稳，也会使包边角钢被拉坏，估计过高时又会造成材料上的浪费，因而正确估计是很重要的。 5.3.1作用于球壳上的外载荷

qEq1q2q3q3615500300400

1815Pa

qE——作用于球壳上的外载荷，Pa; q1——球壳单位面积上的自重，Pa;

q2——雪载，Pa;

q3——活载荷，Pa;

5.3.2作用于球壳上的内载荷

qIKq41.220002400Pa

qI——作用于球壳上的内载荷，Pa；

q4——罐内最大正压力，Pa；

K——超载系数，可取K1.2。

5.4固定顶的校核

球面拱顶是由钢板组成的壳体，在外力的作用下可能发生屈曲变形。例如，当储罐呼吸阀失灵，或试水（放水）时进气阀未打开，或放液速度过快时，会造成罐内真空过大而使罐顶局部失稳。为此，有必要进行外压作用下的稳定性验算。

（1）根据文献2，带肋球壳的折算厚度为，

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331m233e2mm4 m——带肋球壳的折算厚度，mm； 1m——纬向肋与球壳的折算厚度，mm；

e——球壳顶板的有效厚度，mm； 2m——经向肋与球壳的折算厚度，mm。

纬向肋与球壳的折算厚度为，

312h1b1h21h1e2e3e1mL132412n21ee161.56260.60.621213240.63121.150.60.32 141.17mmh1——纬向肋高度，cm； b1——纬向肋厚度，cm； L1——纬向肋在经向的距离，m；

e1——纬向肋与顶板在经向的组合截面形心到顶板中面的距离，cm；n1——纬向肋与顶板在经向的面积折算系数，

nb1h111eL11156061000 1.15经向肋与球壳的折算厚度为，

23312h2b2h2h2e2e2mLen22ee22324121261.5626130.620.620.634121.150.60.32 141.17mm 20

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h2——经向肋高度，cm； b2——经向肋厚度；cm；

L2——经向肋在纬向的距离，m；

e2——经向肋与顶板在纬向的组合截面形心到顶板中面的距离，cm；n2——经向肋与顶板在纬向的面积折算系数，

nb2h221eL21156061000

1.15

所以，带肋球壳的折算厚度为，

333m2e2mm3143141.17263141.174 5.63（2）带肋球壳的许用外压为，

21/2[P]0.1EmRem21/20.121055.636305.63

9840Pa（3）带肋球壳的稳定性验算，

qE[P]

qE——油罐的设计外载荷， qE1815Pa。 所以，固定顶符合强度设计要求。

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5.5.包边角钢

5.5.1包边角钢的选取

包边角钢与罐顶之间采用的连接较弱，仅需在外侧采用单面连续焊，以保证储罐的密闭。焊脚高度不宜大于罐顶板厚度的3/4，且不大于4mm，所以本设计包边角钢焊脚高度为3mm。这样做的目的在于，万一储罐内部超压，尽可能从此处掀起顶盖而迅速泄压，减小罐体及罐顶破坏，避免造成更大的损失。因此，采用弱顶结构在泄压方面具有重要的意义。

根据文献3,当储罐内径20mD60m时，所采用的包边角钢规格为

L909010。

5.5.2包边角钢的校核

包边角钢以及包边角钢在罐顶及罐壁两侧的各16倍壁厚范围的材料共同承受水平力，此区域称为（共同）加强区，如图所示阴影部分,当加强区面积小于最小截面积时，应加大包边角钢尺寸或在加强区范围内增加环形构件。

加强区所需最小截面积由下式求得，

FminqD28[]tan190030281131060.85tan30 3.85103m2q——储罐单位面积载荷，取设计内压及设计外压中的较大者，Pa；

——罐顶连接处的径向切线与水平线的夹角。

实际加强区面积为，

FF1F2F36102417003.37103m2

F——实际加强区面积，m2 F1——罐壁截面积，m2 F2——罐顶截面积，m2 F3——包边角钢截面积，m2

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所以要在有效区域内加一个截面积为0.5103m2的环形构件，环形构件的径向宽度为50mm，厚度为10mm。

6 储罐的抗风设计

6.1拱顶储罐的设计风压

对于拱顶油罐，设计风压为，

PKKKsP1z0 PaP——设计风压，Pa

K1——转换系数，取K1=2.25

Kz——风压高度变化系数，取Kz=0.78

0——基本风压，青岛基本风压为0500Pa

6.2加强圈的设计

拱顶油罐不需要设置抗风圈，因为有固定顶的存在就能够保证罐体上部的圆度。但罐体中下部仍有可能被局部吹瘪，为了解决这个问题，需要检查一下是否需要在下部适当的位置设置加强圈。

根据文献3的加强圈设计方法，

P16000mincrD1.5H2.5E

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拱顶油罐的设计

HEHei

2.5minHeihii

Pcr——罐壁临界压力，Pa；

min——罐壁最薄壁板厚度，mm；

D——油罐内径，m；

HE——当量高度，m；

Hei——第i圈壁板的当量高度，m； hi——第i圈壁板实际高度，m；

i——第i圈壁板的规格厚度，mm。

表6-1 各层圈板的当量高度

Tab.6-1 The equivalent height of each floor panel

序号 Hei

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

所以，油罐的当量高度为，

HEHei 罐壁临界压力为，

62.5Pcr160001.5160001.51782.17Pa

DHE304.818根据PcrP或PcrP (设计风压)来判定是否设置加强圈。

如需设置加强圈，加强圈的数量及设置位置按课本第十一章进行。

2.5min

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7 储罐的抗震计算

7.1 地震载荷的计算

自震周期计算

储罐的罐液耦连震动基本自震周期为

HwT17.743105[eD0.7147HwD]DD3

式中 T1—储罐的罐液耦连震动基本自震周期（s）； e —自然对数的底：2.718；

Hw—储罐底面到储液面的高度：10.5m； D—储罐的内直径：15mm

3—位于罐壁高度1/3处的罐壁名义厚度：10×10-3m

则

10.5T517.74310[(2.718)150.714710.515]1515101031.131102(s)水平地震作用几效应计算

FHKZmeqg

meqmL

式中 FH—储罐的水平地震作用（N）；

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拱顶油罐的设计

—水平地震影响系数，按罐液耦连震动基本自震周期确定 meq—等效质量（Kg）； mL—储液质量（Kg）； g —重力加速度取9.81m/s2 —动液系数； KZ—综合影响系数取KZ=0.4；

mLV油800Kg/m3D24H800415210.51483650kg

meq0.017148365025222.05Kg

FH0.40.8225222.059.8181156.49N 水平地震作用对罐底的倾覆力矩

M1=0.45FHHW0.4581156.4910.53834.42N/m 罐壁竖向稳定许用临界应力计算 第一周罐壁的竖向稳定临界应力

crKCE1D1

KC0.0915[10.0429H][10.1706D11H]

第一周罐壁稳定许用临界应力

[cr]cr1.5

式中 E—罐壁材料的弹性模量（Pa）； D1—第一圈罐壁的平均直径（m）； 1—第一圈罐壁的有效厚度（m）；

H—罐壁的高度（m）； KC—系数； —设备重要度差别； 26

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KC0.0915[10.042910.515.030][10.1706]0.1650.01010.5

crKCE10.0100.1651921062.11107PaD115.030

cr2.11107[cr]1.41107Pa1.51.51.00

7.2 抗震验算

罐底周边单位长度上的提离力

Ft4M1D12

FL0byHWSg式中 Ft—罐底周边单位长度上的提离力（N/m）； FL0—储液和罐底的最大提离反抗力（N/m）；

Sg； 1Sg时，取0.02HwD1当其值大于0.02HwDy—罐底环形边缘板的屈服点（Pa）； b罐底环形边缘的有效厚度（m)

PX—储液密度（Kg/m3）；

y[Ft4(P0gy)D(1013251.259.8110.5)15.030][]76.24Pa662b20.0101010

3834.422.16103N/m215.03

FL00.01076.2410.58009.8125.06N/m

0.02HWD1Sg0.0210.58009.8115.0302.48104N/m FL00.02HWD1Sg FL025.06N/m

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拱顶油罐的设计

罐底周边单位长度上的提离反抗力

FLFL0N1D1

式中FL—罐底周遍单位长度上的提离反抗力（N/m）； N1—第一圈罐壁底部所承受的重力（N）；

N1mLg14836509.811.46106N

1.46107FL25.063.09105N/m3.1415.03

无锚固储罐应满足的条件

C罐底部压应力

N1M1A1Z1

式中 C—罐壁底部的竖向压应力（Pa）； A1—第一圈罐壁的截面积，A1D11 (m);

11（m） Z1—第一圈罐壁的截面抵抗矩，Z10.785D；

21.461073834.427c3.1210Pa23.1415.030.0100.78515.030.010

由于 ccr

所以采取用锚固螺栓通过螺栓座把储罐锚固在基储上。 锚固螺栓应力

4M1N1]DrbtnAbt

[ bt[bt]

式中bt—地脚螺栓的拉应力，若bt0，则地脚螺栓的拉应力为0（Pa）；

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n —地脚螺栓的个数（20个）；

Abt—个地脚螺栓的有效截面积（m3）； Dr —地脚螺栓的中心圆直径（m）；

[bt]—地脚螺栓抗震设计的许用应力（Pa）； [0]bt ][； [0]1.2[t]； [t]230MPa；

[1.2230bt]1.00276MPa

bt1[43834.4220d20.071.46106]2.32108Pa[bt]4故满足要求

7.3 液面 晃动波高计算

罐内液面晃动波高

hV12R； 21.850.08TW； 式中1—浮顶影响系数，取0.85；

2—阻尼修正系数，当TW大于10s时，取2=1.05；

—地震影响系数，取0.82；

TDW23.68H

3.68gch(WD)18.87s10s

故取2=1.05；

hV0.851.050.827.55.49m

7.4 地震对储罐的破坏

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拱顶油罐的设计

储罐在地震时的破坏，重要有1.储罐本身的震害，如浮顶沉没，焊缝破裂，罐壁下部屈服等。2.液面晃动对储罐的危害，晃动造成的液体高度变化对罐壁产生的动液压一般不大，但产生的冲击力，有可能破坏罐顶和罐壁顶部的焊缝3.储液负数设备和基础发生破坏。

7.5 储罐抗震加固措施

当验算核实罐壁厚度不满足抗震要求时，应采取加补强板，加强环，支撑等加固措施。

加强板在最下层壁板圆孔以下罐内（外）沿罐壁圆周增设宽度不小于300mm，厚度不小于4mm的钢板加强，加强板要和壁板底板焊牢，并保证焊接质量

加强环可在罐内或罐外设置，距离罐的水平焊缝不得小于150mm。加强环与罐壁连接成型，其截面尺寸按储罐的直径决定。见表7-1[2]。

表7-1 加强环尺寸

储罐直径（m）

D20

加强环尺寸 L100×63×8

备注

采用其他形状的截面，其断面系

数应相同

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