柴油储罐设计说明书.docx
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柴油储罐设计说明书
钢制焊接常压容器
设计说明（计算）书
编写：
郭攀
审核：
曾淦伟
批准：
张庆东
日期2018年3月21日
云南省博来特石油设备安装有限公司曲靖分公司
一、设计概述
该产品为钢制焊接常压容器，盛装介质为柴油。
柴油的理化特性包括：
外观与性状：
稍有粘性的棕色液体，熔点（℃）：
-18，相对密度（水=1）：
0.87-0.9，沸点（℃）：
282-338，闪点（℃）：
38，引燃温度（℃）：
257。
该产品罐体为卧式单层容器，罐体横截面为圆形，封头为标准椭圆形，主体材质为Q235B，设计容积为1m3。
该产品设计按照NB/T47003.1-2009《钢制焊接常压容器》的要求进行，设计计算按照NB/T47042-2014《钢制卧式容器》的有关规定进行。
二、基本参数表
参数名称
数值
单位
参数名称
数值
单位
设计压力p
0.09
MPa
圆筒内直径Di
1000
mm
计算压力pc
0.09
MPa
圆筒平均半径Ra
500
mm
圆筒材料
Q235B
圆筒名义厚度δo
6
mm
封头材料
Q235B
圆筒有效厚度δe
4.5
mm
鞍座材料
Q235B
封头名义厚度δhn
7.75
mm
圆筒材料常温许用应力[σ]
160
MPa
封头有效厚度δhe
6.25
mm
封头材料常温许用应力[σ]h
160
MPa
鞍座垫板名义厚度δre
6
mm
圆筒材料设计温度下许用应力[σ]ht
160
MPa
鞍座腹板名义厚度bo
6
mm
鞍座材料许用应力[σ]sa
160
MPa
两封头切线间距离L
1540
mm
地脚螺栓材料许用应力[σ]bt
59
MPa
圆筒长度Lc
1500
mm
圆筒材料常温屈服强度ReL
235
MPa
封头曲面深度hi
250
mm
圆筒材料常温弹性模量E
2.06×105
MPa
鞍座轴向宽度b
200
mm
圆筒材料设计温度下弹性模量E1
2.06×105
MPa
鞍座包角θ
120
（°）
圆筒材料密度ρS
7.85×10-6
kg/mm3
鞍座底板中心至封头切线距离A
200
mm
封头材料密度ρh
7.85×10-6
kg/mm3
焊接接头系数φ
0.85
操作时物料密度ρo
8.4×10-7
kg/mm3
设计温度
20
℃
物料填充系数φo
0.90
试验压力PT
常压
MPa
液压试验介质密度ρT
1.0
kg/mm3
三、强度计算表
支座反力计算
筒体质量（两切线间）m1
m1=π（Di+δn）LδnρS=223kg
封头质量（曲面部分）m2
m2=142kg
附件质量m3
m2=90.8kg
封头容积（曲面部分）VH
VH=1.51×108mm3
容器容积
V=π4Di2L+2VH=1.17×109mm3
容器内充液质量m4
操作工况m4=Vρoφo=1058kg
m4'=VρT=1400kg
隔热层质量m5
m5=0kg
总重量m
操作时
m=m1+m2+m3+m4+m5=1513.8kg
试压压力
m'=m1+m2+m3+m4'=1855.8kg
支座反力F
操作时
F'=12mg=7417.6N
试压压力
F''=12m'g=9093.4N
F=max{F'，F''}=9093.4N
系数确定
系数确定条件
A≤Rn/2或（A＞Ra/2）
θ=120˚
系数
查表2得：
K1=1.0
查表2得：
K2=1.0
查表4得：
K3=0.880
查表4得：
K4=0.401
查表5得：
K5=0.760
查表5得：
K6=0.013
查表6得：
K7=/
查表6得：
K8=/
查表8得：
K9=0.204
查表6得：
C4=/
查表6得：
C5=/
圆筒轴向应力及校核
轴向弯矩
圆筒中间截面
操作工况
M1=F'L41+2（Ra2-hi2）/L21+43·hiL-4AL=1.36×107N·mm
水压试压工况
MT1=F''L41+2（Ra2-hi2）/L21+43·hiL-4AL=1.67×107N·mm
鞍座平面
操作工况
M2=-F'A1-1-AL+Ra2-hi22Al1+43·hiL=-4.1×107N·mm
水压试压工况
MT2=-F''A1-1-AL+Ra2-hi22Al1+43·hiL=-5.05×107N·mm
强度计算表（续）
轴向应力
操作工况
（盛装物料）
内压未加压
圆筒中间横截面最高点处
σ1=-M13.14Ra2δe=-0.78MPa
鞍座平面最低点处
σ4=M23.14K2Ra2δC=-0.02MPa
内压加压
圆筒中间横截面最低点处
σ2=pcRa2δe+M13.14Ra2δe=/MPa
鞍座平面最高点处
σ3=pcRa2δe-M23.14K1Ra2δe=/MPa
外压加压
圆筒中间横截面最高点处
σ1=pcRa2δe-M13.14Ra2δe=/MPa
鞍座平面最低点处
σ4=pcRa2δe+M23.14K2Ra2δe=/MPa
水压试压工况（充满水）
外压未加压
圆筒中间横截面最低点处
σ2=-M13.14Ra2δe=/MPa
鞍座平面最高点处
σ3=-M23.14K1Ra2δe=/MPa
未加压
圆筒中间横截面最高点处
σT1=-MT13.14Ra2δe=-0.23MPa
鞍座平面最低点处
σT4=-MT23.14K2Ra2δe=-0.07MPa
加压加压
圆筒中间横截面最低点处
σT2=pTRa2δe+MT13.14Ra2δe=/MPa
鞍座平面最高点处
σT3=pTRa2δe+MT23.14K1Ra2δe=/MPa
应力校核
许用压缩应力[σ]ac
外压应力系数B
A=0.094δe/Ro=0.009根据圆筒材料，按GB150.3规定求取B=0.77MPa，B0=0.79MPa
操作工况
σact=minσt，B=0.77MPa、
充满水未加压状态
σac=min0.9ReLRp0.2，B0=0.79MPa
操作工况
内压加压（外压未加压）
maxσ1,σ2,σ3,σ4=0.31≤φ[σ]t=1.21合格
内压未加压（外压加压）
minσ1,σ2,σ3,σ4=0.04≤σact=0.77合格
水压试压工况（充满水）
加压
maxσT1,σT2,σT3,σT4≤0.9φReLRp0.2/
外加压
minσT1,σT2,σT3,σT4≤σac/
强度计算表（续）
圆筒切向剪应力
圆筒未被封头加强（A＞Ra2时）
τ=K3FRaδeL-2AL+4hi=/MPa
圆筒被封头加强（A≤Ra2时）
τ=K3FRaδe=0.21MPa
封头应力
圆筒被封头加强（A≤Ra2时）
τ=K4FRaδhe=0.06MPa
应力校核
圆筒切向剪应力
τ=0.21≤0.8[σ]t=128合格
封头应力
椭圆
σh=KpcDi2δhe=0.72MPa
K=162+Di2hi2
蝶形
σh=MpcRb2δhe=/MPa
M=143+Rτr=/
半球形
σh=pcDi4δhe=/MPa
τh=0.06≤1.25[σ]t-σh=199.28合格
圆筒周向应力及校核
无加强圈圆筒
圆筒的有效宽度
b2=b+1.56Raδn=296.7mm
鞍座垫板厚度
δre=6mm
鞍座垫板包角
（132°）≥θ+12°
取k=0.1
无垫板或垫板不起加强作用b≤b4≤b2
横截面最低点处
σ5=-kK5Fδeb2=-0.3MPa
鞍座边角处
L/Ra≥8时
σ6=-F4δeb2-3K6F2δe2=/MPa
L/Ra＜8时
σ6=-F4δeb2-12K6FRaLδe2=-104MPa
垫板起加强作用b4＞b2δm≥0.6δn
横截面最低点处
σ5=-kK5Fδe+δreδeb2=/MPa
鞍座边角处
L/Ra≥8时
σ6=-F4δe+δreb2-3K6F2δe2+δre2=/MPa
L/Ra＜8时
σ6=-F4δe+δreb2-12K6FLδe2+δre2=/MPa
鞍座垫板边缘处
L/Ra≥8时
σ6'=-F4δeb2-3K6F2δe2=/MPa
L/Ra＜8时
σ6'=-F4δeb2-12K6FRaLδe2=/MPa
强度计算表（续）
有加强圈圆筒
加强圈参数
材料/
e=/mm，d=/mm
加强圈位置参数图8、图9
加n=/个
组合载Ao=/mm2
组合截面Io=/mm4
设计温度下σrt/MPa
加强圈位于鞍座平面内
鞍座边角处
圆筒周向应力
σ7=C4K7FRaeI0-K8FA0=/MPa
加强圈边缘周向应力
σ8=C5K7FRadI0-K8FA0=/MPa
加强圈靠近鞍座平面
无垫板或垫板不起加强作用
横截面最低点
σ5=-kK5δeb2=/MPa
鞍座边角处
L/Ra≥8时
σ6=-F4δeb2-3K6F2δe2=/MPa
L/Ra＜8时
σ6=-F4δeb2-12K6FRaLδe2=/MPa
垫板起加强作用
横截面最低点
σ5=-kK5Fδe+δreb2=/MPa
鞍座边角处
L/Ra≥8时
σ6=-F4δe+δreb2-3K6F2δe+δre2=/MPa
L/Ra＜8时
σ6=-F4δe+δreb2-12K6FLδe+δre2=/MPa
靠近水平中心线
圆筒周向应力
σ7=C4K7FRaeI0-K8FA0=/MPa
加强圈边缘周向应力
σ8=C5K7FRadI0-K8FA0=/MPa
应力校核
σ5≤σ'
σ6，σ6',σ7≤1.25σ'
σ8≤1.25σrt
强度计算表（续）
鞍座设计技术
结构参数
鞍座实际高度
H=200mm
鞍座计算高度
Hs=minH,13Ra=200mm
鞍座腹板厚度
b0=6mm
鞍座垫板实际宽度
b4=200mm
圆筒有效宽度
b2=b+1.56Raδn=296.7mm
鞍座垫板有限宽度
br=b2=296.7mm
圆筒中心至基础表面距离
Hv=700mm
腹板与筋板（小端）组合截面积
Asa=/mm2
腹板与筋板（小端）组合截面系数
Zr=/mm3
腹板水平拉力及校核
腹板水平拉力
Fs=K9F=3560N
水平拉应力
无垫板或垫板不起加强作用
σ9=FaHsb0=0.5MPa
垫板起加强作用
σ9=FaHsb0+brδre=/MPa
应力校核
σ9=0.5≤23[σ]sa=106合格
鞍座压缩应力及校核
地震引起的腹板与筋板组合截面应力
水平地震影响系数
查表9得a1=0.24
防震设防烈度
8度，0.30g
水平地震力
FEv=a1mg=3560N
当FEv≤mgf时：
σsa=-F'Asa-FEvH2Zr-FEvHvAsaL-2A=-0.7MPa
当FEv＞mgf时：
σsa=-F'Asa-FEv-FfsHZr-FEvHvAsaL-2A=-1.1MPa
温差引起的腹板与筋板组合截面应力
σsa'=-F'Asa-F'fHZr=-0.08MPa
应力校核
σsa≤K0σsa=192，K0=1.2合格
σsa'≤σsa合格
强度计算表（续）
地震引起的地脚螺丝应力及校核
地脚螺丝参数
筒体轴线两侧螺栓间距
l=/mm
承受倾覆力矩螺栓个数
n=/
承受剪应力螺栓个数
n’=/
倾覆力矩
MEv0-0=FEvHv-m0gl2=/N·mm
地脚螺丝拉应力
σbt=MEv0-0nlAbt=/MPa
地脚螺丝剪应力
当FEv＞mgf时：
σbt=FEv-2Ffsn'=/MPa
压力校核
拉应力
σbt≤K0σbt
剪应力
σbt≤K00.8σbt
四、无损检测
1.容器对接焊接接头应进行局部射线检测或超声检测，检测长度不得少于各条焊接接头长度的10%。
局部无损检测应优先选择T形接头部位。
2.焊接接头的无损检测应按NB/T47013.2-2015、NB/T47013.3-2015的规定进行，要求如下：
a）焊接接头的射线检测技术等级为AB级；质量等级III级合格；
b）焊接接头的超声检测技术等级为B级；质量等级II级合格。
五、试验
制造完成后，应进行盛水试验，试验方法按照NB/T47003.1-2009第9.7.5的要求进行。
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