儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)漫談-01概述及罐壁設(shè)計(jì)
重開(kāi)此帖子的目的主要是為了針對(duì)儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中的一些公式和一些計(jì)算軟件TANK或者繪圖軟件做一個(gè)詳細(xì)的解讀。通過(guò)解讀公式，制定合適的計(jì)算流程，自己編制計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，達(dá)到熟悉儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的目的。
儲(chǔ)罐是石油化工常用的一種設(shè)備，用來(lái)儲(chǔ)存原料、物質(zhì)，它的特點(diǎn)是容積大，壓力溫度低，很多時(shí)候是常壓操作。它的壓力低，但是設(shè)計(jì)起來(lái)并不容易。
儲(chǔ)罐涉及的標(biāo)準(zhǔn)一般如下表所示：
| 規(guī)范 | 范圍 |
GB 50341-2014 《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》 | 壓力：-6.9KPa(附錄B)~18KPa(附錄A) 溫度：<=250°C/最低日平均溫度+13 |
GB 50128-2005 《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》 | 儲(chǔ)罐制造規(guī)范 |
SH 3046-1992 石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范(附條文說(shuō)明) | 壓力：-0.49KPa~6KPa 溫度：<=250°C/最低日平均溫度+13 不小于-20°C |
| API650 《Welded tanks for oil storage》 | 壓力：-6.9KPa（V.1）~18KPa（F.1.3） 溫度：<=260°C（M.1.1）/設(shè)計(jì)金屬壁溫 （最低日平均溫度+8,不適用與低溫罐） |
API620 《Design and construction of large, welded, low-pressure storage tanks》 | 壓力：~100KPa（1.2.2） 溫度：<=121°C（1.2.2） |
儲(chǔ)罐的分類一般如下：
儲(chǔ)罐的各種容積一般如下圖所示：
儲(chǔ)罐圖示：
1. 罐壁的設(shè)計(jì)
1）罐壁計(jì)算方法
一般的計(jì)算方法主要有兩種：一英尺法和變節(jié)點(diǎn)法。
一英尺法的意思是：在于變厚度的地方，由于下一節(jié)厚度對(duì)上一節(jié)有加強(qiáng)作用，其最大應(yīng)力不發(fā)生在變厚度的地方，而是發(fā)生變厚度以上一英尺的地方（300mm）。
儲(chǔ)罐是薄壁容器，其周向薄膜應(yīng)力為：S=PD/2t，P為壓力，D為直徑，t為罐壁厚度
儲(chǔ)罐在一英尺（0.3m）處壓力為P=ρg（h-0.3），ρ為密度，g為重力加速度，h為液柱高度
將兩式結(jié)合，可得
t=ρg（h-0.3）D/2S
=9.8ρ（h-0.3）D/2S
=4.9D（h-0.3）ρ/S，此即罐壁公式的由來(lái)。
API650規(guī)定：Sd按表5-2取，最高設(shè)計(jì)溫度大于93度的儲(chǔ)罐，由于應(yīng)力隨著溫度升高而降低，需要按照API650附錄M3.2進(jìn)行修改。
同樣的原理可以知道試壓時(shí)的罐壁厚度：
最終每節(jié)按照設(shè)計(jì)厚度和靜水壓厚度取大值。
2）GB/T50341和API650一英尺法比較
3）變節(jié)點(diǎn)法簡(jiǎn)介
變節(jié)點(diǎn)法是一英尺法的加強(qiáng)版，一英尺法假設(shè)最大應(yīng)力在變厚度以上一英尺處，而變節(jié)點(diǎn)法可以精確地計(jì)算靠近底部以及不同厚度連接處的最高應(yīng)力位置。
靠近底板的一段與底板連接處鉸接，根據(jù)變形協(xié)調(diào)原理，連接處內(nèi)壓產(chǎn)生的變形等于剪力所產(chǎn)生的變形。經(jīng)過(guò)高度修正，得到API650 5.6.4.4的公式。
變節(jié)點(diǎn)法需要不斷試算，迭代，最終得到結(jié)果，計(jì)算而言是比較繁瑣，一般得到的結(jié)果比一英尺法更薄更經(jīng)濟(jì)。
變節(jié)點(diǎn)法不適合于可變的腐蝕余量，參考 附錄D 650-I-02/02.
由于API650從2007版以后，附錄D已經(jīng)移到官網(wǎng)上，不在正文中所以如果想找附錄D中的內(nèi)容可以使用如下網(wǎng)址：
http://mycommittees.api.org/standards/techinterp/refequip/Shared%20Documents/650ti.pdf
4）結(jié)構(gòu)尺寸
| 內(nèi)容 | GB/T50341 /50128 | API650 |
| 最小壁板厚度 | 查表6.3.4 直徑 厚度 D<15 m 5mm 15≤D<36 m 6mm 36≤D≤60m 8mm 60≤D≤75m 10mm D>75m 12mm 未說(shuō)明是否含腐蝕余量，可按照API650 | 第5.6.1.1節(jié) 直徑 厚度 D<15 m 5mm 15≤D<36 m 6mm 36≤D≤60m 8mm D>60m 10mm 注：此最小厚度為建造時(shí)罐壁厚度（即最小壁厚包含了腐蝕余量） |
| 包邊角鋼最小尺寸 | 固定頂：表6.2.2-1，與直徑相關(guān) 浮頂：表6.2.2-2，與最上圈罐壁厚度相關(guān) | 第5.1.5.9節(jié) D≤11 m L50X50X5 11<D≤18m L50X50X6 D>18m L75X75X10 |
| 罐壁尺寸 | 直徑小于25m的儲(chǔ)罐，壁板寬度不小于500mm，長(zhǎng)度不小于1000.直徑大于25m的儲(chǔ)罐，壁板寬度不小于1000，長(zhǎng)度不小于2000. （50128 3.2.1.7） | 第5.6.1.2節(jié)，最小寬度為 1800mm |
5）罐壁快速出圖
為了加快罐壁的繪制，VCAD開(kāi)發(fā)了儲(chǔ)罐罐壁的繪圖程序。
程序可以繪制1:1的圖紙和直接出A1詳圖。由于罐底可能是傾斜的，所以當(dāng)勾選傾斜選項(xiàng)時(shí)，可以填入傾斜的比例。
由于繪制1:1的圖紙時(shí)，壁厚相對(duì)于直徑來(lái)說(shuō)太小，為了更直觀，可以將厚度按所填倍數(shù)放大。
填入所需參數(shù)后，點(diǎn)擊增加按鈕可以增加一節(jié)新的罐壁。點(diǎn)擊編輯，可以將數(shù)據(jù)輸入到列表之中，點(diǎn)擊刪除可以刪除一節(jié)罐壁。
罐壁輸入是從下而上，比如件號(hào)1代表最底層一節(jié)罐壁。罐壁的厚度也是逐步遞減的，上部的罐壁厚度不能大于下部的罐壁厚度。
儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)漫談最早發(fā)在海川，后來(lái)工作比較忙，很久沒(méi)有更新了，希望重拾一下，為需要做儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的朋友提供一些幫助，也可以和一些朋友一起探討一下儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)工作。
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