型1500m3内浮盘罐计算书.docx
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型1500m3内浮盘罐计算书
1500m3立式拱顶内浮盘罐强度及稳定性计算书
（说明：
计祘外压按拱顶微内压罐，罐壁高按内浮顶计算）
1、设计依据
1－1、GB50341—2003立式园筒形钢制焊接油罐设计规范（以下简称“罐规”）；
1－2、GBJ128—90立式园筒形钢制焊接油罐施工及验收规范。
2、设计基础数据：
2－1、储存介质重度小于1000Kg/m3；
2－2、储存介质温度低于100。
C、高于20。
C；
2－3、使用钢板标号Q235A；
2－4、焊缝系数0.9；
2－5、储罐使用压力1.96Kpa、真空度0.49Kpa；
2－6、拱顶曲率半径=1.2D
3、壁板计算
3－1、壁板直径计算
3－1—1、计算公式：
V＝πr2hr2＝V/πh
式中：
V＝1500m3h＝10.5m
r2＝1500/3.14×10.5＝45.5m2
r＝6.75mD＝13.49m
取油罐直径D＝13.5m
3－1—2、利用经验公式：
D3=（Q×4÷π）÷a×b
式中：
D—罐壁直径（m）;
Q—储罐公称容积（m3）
a—罐壁高度与罐壁直径之比值,按一般习惯3000m3及以下储罐取0.8;
将有关数值代入公式得：
D3=（1500×4÷π）÷0.8=2388.535
D=13.36m
本罐设计罐径值取整数13.5m。
（两公式计算结果相同）
以上计算求得的罐径尚需用设计选用的板材尺寸1500×6000进一步核算，以便做到合理用料,壁板园周长用长度6m长的板进行组合,块数为7块,
基本上符合合理用料的原则。
3－2、罐壁高度计算:
罐壁设计高度是按储液所需高度加上安装消防装置所需增加的高度之合为基础，并结合所选钢板宽度进行配板组装的需要作一些小的调整。
H计=H储+H附
H储=D×a
式中:
H计—罐壁设计计算高度;
H储—罐壁的储液高度;1500÷（13.52×0.7854）＝10.48m，取10.5m
H附—罐壁的附加高度;主要内容包括安装罐壁通气孔（含消防装置）本罐占用高度为450mm，浮盘取0.5m，8度地震晃动浪高取0.55m
D—罐壁内径;13.5m
a—经验系数，罐壁高度与罐壁直径之比值,本系数宜在0.75-0.8之间选取;
将有关数值代入罐壁设计计算高度计算式得：
H计＝10.5＋0.45＋0.5＋0.55＝12m
按照设计高度12m,使用宽度1500mm钢板装配，组合成这个高度初步计算要用8圈钢板。
（1.5×8＝12m）
3－3、壁板厚度计算公式如下：
采用“罐规”6.3.1-1公式
td={4.9D（H-0.3）ρ÷[σ]dØ}+C1+C2
式中：
td—壁板计算厚度（mm）；
D—储罐内径（m）；13.5m
H—液位计算高度（m）；10.5m
ρ—储存介质相对密度；酒精取ρ=0.85
[σ]d—设计温度下钢板的许用应力，Q235A[σ]d=157MPa
Ø—焊接接头系数，取Ø=0.9；
C1－钢板负偏差（mm）取C1＝0.6mm
C2－钢板腐蚀余量（mm）,取C2＝1mm
将有关数值代入公式并简化成下式：
td＝［4.9×13.5（H－0.3）×0.85］÷（157×0.9）＋0.6＋1.0
＝（H－0.3）0.3979＋1.6
自包边角起向下将储液高度代入简化式按顺序计算每一层（即每一圈）的钢板厚度的计算式如下：
t1＝（1.5－0.3）×0.3979+1.6=2.1mm
t2＝（3－0.3）×0.3979+1.6=2.67mm
t3＝（4.5－0.3）×0.3976+1.6=3.27mm
t4＝（6－0.3）×0.3976+1.6=3.87mm
t5＝（7.5－0.3）×0.3976+1.6=4.46mm
t6＝（9－0.3）×0.3976+1.6=5.1mm
t7＝（10.5－0.3）×0.3976+1.6=5.66mm
t8＝（12－0.3）×0.3976+1.6=6.26mm
本设计图对钢板厚度的选用执行GB50341第6.3.3条规定，将t1～4选定为公称厚度6mm，t5～6选定为公称厚度7mmt7～8选定为公称厚度8mm。
3－4、壁板抗风及稳定性计算
3－4－1.壁板的临界压力计算公式如下：
罐规6.5.2---1--3
[Pcr]=16.48×（D÷He）×（tmin÷D）2.5
He=∑Hei
Hei=hi（tmin÷ti）2.5
式中：
[Pcr]─罐壁许用临界压力（Kpa）;
He─罐壁当量高度（m）;
tmin─最薄壁板的有效厚度（mm）；6－1.6＝4.4mm
ti─分别不同厚度钢板求得的有效厚度（mm）；
hi─分别不同厚度钢板求得的实际高度（m）；
Hei─分别不同厚度钢板求得的当量高度（m）；
壁板的当量高度计算公式如下:
Hei=hi（tmin÷ti）2.5
式中:
Hei—壁板的当量高度（m）
hi—各种厚度钢板的高度（m）
tmin—最小板厚（mm）
ti—各种厚度钢板的有效厚度（mm）
下面分别将几种不同厚度的钢板计算出各自的当量高度
6mm厚度钢板当量高度He1--4=1.5×4［（6-1.6）÷（6－1.6）］2.5=6.00m
7mm厚度钢板当量高度He5--7=1.5×3［（6-1.6）÷（7－1.6）］2.5=2.7m
8mm厚度钢板当量高度Hei=1.5×［（6-1.6）÷（8－1.6）］2.5=0.588m
罐壁总的当量高度如下：
［HE］=6+2.7＋0.588=9.288m
将有关数据代入罐壁许用临界外压公式得
[Pcr]=16.48×（13.5÷9.288）×（4.4÷13.5）2.5=1.46KPa
3－4－2.壁板设计外压计算公式如下：
［P0］=2.25μzωk＋q（6.5.3—3）
式中：
［P0］—设计外压（KPa）;
μz－风压高度变化系数1－1.25，取μz＝1
ωk—基本风压值（KPa），按成都地区取0.3KPa；
ωk＝βzμsμzω0（6.4.7）
βz－高度z处风振系数，对油罐βz＝1
μs－风荷载体型系数，应取驻点值μz＝1
ω0－基本风压（kpa/m2），按成都地区取0.3KPa/m2
q—油罐工作负压（0.491KPa×1.2＝0.589kpa）；
ωk＝1×1×1×0.3＝0.3kpa
将以上数值代入公式得：
［P0］=2.25×1.0×0.3＋0.589=1.264（KPa）
3－4－3.罐壁稳定性结论
根据［Pcr］1.46kPa＞［P0］1.264KPa结论罐壁抗风稳定性符合要求，不应增设抗风圈梁。
4、油罐球壳顶计算:
4－1、按罐顶不带肋为自支撑式拱顶，该罐球壳顶的曲率半径为10.2m（为罐直径的1.2倍），其壳顶板厚度采用公式：
ths＝0.42Rs（“罐规”7.5.2）
式中：
ths—拱顶板计算厚度（mm）
Rs—罐顶球面的曲率半径，Rs=1.2D＝1.2×13.5＝16.2m
将数据代入公式得：
ths＝0.42×16.2＝6.8（mm）取ths=7mm
4－2.求罐顶板自重
根据球顶表面积公式：
S＝2πrh
已知：
D＝13.5mr＝Rs＝16.2m
作图可得出球顶高h＝1.5m
球顶表面积S＝2×3.14×16.2×1.5＝152.6m2
故罐顶板自重：
M=152.6×0.007×7850=8385.37kg
4－3.球壳顶设计外压
PL＝Q＋Qk
式中：
PL—壳顶设计外压（kPa）
Q—固定荷载，即壳顶自重：
Q＝M/S×g
Q＝8385.57÷152.6×9.81＝539.1pa≈0.539kpa
Qk—附加载荷，取1.2kPa（“罐规”第7.1.2条2款）
将数据代入公式得：
PL=0.539+1.2=1.739kPa
4－4.球壳顶许用临界外压计算：
［p］＝0.0001E（tm/Rs）2（th/tm）1/2（“罐规”c.2.1-1）
式中：
[P]—壳顶许用外载荷（kPa）
E—钢板弹性模量（kPa）,E=191000kPa
Rs—壳顶曲率半径，Rs=16.2m
th—罐顶板的有效厚度（mm）,th=7-1.6=5.4mm
tm—罐顶板的折算厚度（mm）,无肋条时仍有th=tm
将以上数据代入公式得：
［P］＝0.0001×191000（5.4/16.2）2（5.4/5.4）1/2
＝2.12kPa
4－5．结论：
球壳顶临界许用压力为2.12kPa大于设计压力1.739kpa，因此球壳安全，符合规范要求。
4－6、1500m3立式拱顶油罐，根据“罐规”计算与选用其油罐各部尺寸及钢板厚度确定如下：
油罐直径D=13.5m，罐壁高H=12m
6-1．油罐底板：
根据罐规表5.1.2小于12.5m，环形边缘板为7mm、中幅板厚度均为6mm；
6-2．油罐壁板为Q235A.F，1-4圈钢板厚度为6mm，5-7圈为7mm，8圈为8mm；
6-3．油罐顶板为Q235A.F，厚度为7mm；（“罐规”第7.1.3条）
6-4．包边角钢为Q235A.F，∠65×8mm。
（“罐规”表6.2.2-1）
5、按带肋球壳罐顶强度及稳定性验算
5－1、带肋球壳许用外荷载计算式如下：
[P]=0.0001E（tm÷Rs）2（th÷tm）1/2（C.2.1～6）
式中：
[P]—带肋球壳的许用外荷载（Kpa）;
E—设计温度下钢材的弹性模量（Mpa）;
tm—带肋球壳的折算厚度（mm）;
Rs—球壳的曲率半径（m）；
th—顶板的有效厚度（mm）;
带肋球壳的折算厚度计算式如下：
tm=［（t1m3＋2th3＋t2m3）÷4］1/3
式中：
t1m—纬向肋与球壳组合截面的折算厚度（mm）;
th—顶板的有效厚度（mm）;
t2m—径向肋与球壳组合截面的折算厚度（mm）;
纬向肋与球壳组合截面图及折算厚度计算式如下：
t1m3=12｛（h1b1÷L1）×［（h12÷3）＋（h1te÷2）＋（te2÷4）］＋te3÷12－n1tee12｝
径向肋与球壳组合截面的折算厚度计算式如下：
t2m3=12｛（h2b2÷L2）×［（h12÷3＋h1t1÷2＋te2÷4）］＋te3÷12－n2tee22｝
本设计的罐径φ13.5m,带肋球壳的折算厚度的计算步骤如下：
带肋球壳的组合截面示意图如下;
5－2、.先求纬向肋与球壳在径向的组合截面形心（O）点到顶板中心线的距离（mm）其公式如下：
e1=b1×h1（h1＋th）÷2（L1sth＋b1h1）
e2=b2×h2（h2＋th）÷2（L2sth＋b2h2）
式中：
e1—纬向肋与球壳组合截面形心（O）点到顶板中心线的距离（mm）;
b1—肋条宽度,取b1=8-1.6=6.4mm;
h1—肋条高度，取h1=50mm
th顶板厚度，取th=6-0.6-1.0=4.4mm
L1s—纬向肋条间距,按GB50341第C.1.2条取上限值L1s1400mm
将有关数据代入公式得:
e1=6.4×50（50＋4.4）÷2（1400×4.4＋6.4×50）=2.686（mm）
5－3、求径向肋与球壳在纬向的组合截面形心O点到顶板中心线的距离（mm）
将有关数据代入公式得
e2=6.4×50（50＋4.4）÷2（1400×4.4＋6.4×50）=2.686（mm）
5－4、求径向截面折算系数
计算公式如下：
n1=1＋b1h1÷thL1sn2=1＋b2h2÷thL2s（c.2.1—5、6）
将有关数据代入公式得
n1=1＋6.4×50÷（4.4×1400）=1.052
求纬向截面折算系数
n2=1＋6.4×50÷4.4×1400=1.052
5－5、.求纬向肋与球壳的折算厚度（mm）
计算公式如下：
t1m3=12［（h1b1÷L1s）×（h12÷3＋h1th÷2＋th2÷4）＋th3÷12－n1the12］（c.2.1—3）
将有关数据代入公式得：
t1m3=12［（50×6.4÷1400）×（502÷3＋50×4.4÷2＋4.42÷4）＋4.43÷12－1.052×4.4×2.6862］
=12［（0.2286）×（833.3＋110＋4.84）＋7.1－33.3949］
=12［216.75+7.1－33.3949］
=2285.399（mm3）
t1m=13.17mm
求径向肋与球壳的折算厚度（mm）
径向肋与球壳的折算厚度计算公式和有关数据均相同，
t2m3=2285.399（mm3）
t2m=13.17mm
5－6、求带肋球壳的折算厚度（mm）
计算公式如下：
tm=［（t1m3＋2th3＋t2m3）÷4］1/3
将有关数据代入公式得
tm=［（13.173＋2×4.43＋13.173）÷4］1/3
=［（2284.32＋170.368＋2284.32）÷4］1/3
=［4739.01÷4］1/3
=10.58mm
5－7、求带肋球壳的许用外荷载
计算公式如下：
［P］=0.0001E（tm÷Rs）2×（th÷tm）1/2
将有关数据代入公式得
［P］=0.0001×191000（10.58÷16.2）2×（4.4÷10.58）1/2
=19.1×0.426×0.645=5.248KPa
5－8、计算本储罐设计外压PL
球顶表面积S＝2×3.14×16.2×1.5＝152.6m2
故罐顶板自重：
M=152.6×0.007×7850=8385.37kg
肋条自重约占顶板重的15～17％，取1300kg
固定载荷=（8385.37kg＋1300Kg）÷152.6m2×9.81=0.623KPa
附加荷载：
活荷载主要内容是检修荷载=150Kg×9.81=1.472KPa
球壳设计外压PL=0.623＋1.472=2.095KPa
结论：
带肋球壳许用外荷载［P］5.248KPa大于球壳设计外压PL2.095KPa，符合规范要求。
6、油罐底板
油罐钢质底板属于柔性结构，它紧贴在防腐、防水、防潮的基础表面，上部荷载全部由地基承载着，一般设计的着眼点是防腐、防漏、防止焊接变形以保障储罐有较长的使用寿命，不要求做强度计算。
成都万图石油设备贮运设计事务所
2013/09/10
（注：
素材和资料部分来自网络，供参考。
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