储罐设计漫谈

储罐设计漫谈

此帖子的目的主要是为了针对储罐设计，对标准中的一些公式和一些计算软件TANK或者绘图软件做一个详细的解读。通过解读公式，制定合适的计算流程，自己编制计算软件进行计算，达到熟悉储罐设计的目的。由于工作也比较忙，所以会每周更新一帖，欢迎大家讨论，共同进步。

计算规范主要是API650，GB50341，API620等。

首先要讨论的是储罐罐壁。

对于罐壁来说，一般的计算方法主要有两种：一英尺法和变节点法。

一英尺法的意思是：在于变厚度的地方，由于下一节厚度对上一节有加强作用，其最大应力不发生在变厚度的地方，而是发生变厚度以上一英尺的地方（300mm）。这就是一英尺法的由来。

储罐是薄壁容器，其周向薄膜应力为：S=PD/2t

储罐在一英尺（0.3m）处压力为P=ρg（h-0.3）

将两式结合，可得t=ρg（h-0.3）D/2S=9.8ρ（h-0.3）D/2S=4.9D（h-0.3）ρ/S

这也就是API650和GB50341的筒体壁厚公式的由来。

具体使用的时候需要按照设计和静水压工况分别考虑。

这时有人可能会问了，为什么公式中与压力无关呢？难道1KPa的内压和10KPa的内压的厚度是一样的？这样不是不合情理吗？的确，为了解决这个问题，API附录F.7.1建议了一种方法，将内压折算成液柱静压进行计算。H应乘以P/(9.8ρ)得到折算后的H进行计算。

对于最高设计温度大于93度的储罐，由于屈服强度随着温度升高而降低，API650 表5-2的屈服强度需要按照API650附录M3.2进行修改正。

最终每节按照设计厚度和静水压厚度取大值。

附件中的PDF文件对于罐壁计算考虑的比较全面可以作为参考。

变节点法是一英尺法的加强版，一英尺法假设最大应力在变厚度以上一英尺处，而变节点法可以精确地计算靠近底部以及不同厚度连接处的最高应力位置。

靠近底板的一段与底板连接处铰接，根据变形协调原理，连接处内压产生的变形等于剪力所产生的变形。经过高度修正，得到API650 5.6.4.4的公式。

变节点法需要不断试算，迭代，最终得到结果，计算而言是比较繁琐，一般得到的结果比一英尺法更薄更经济。

变节点法不适合于可变的腐蚀余量，参考 650-I-02/02.

另外由于罐壁的绘图比较简单，也就不复多说。 储罐罐壁计算.rar ( 下载次数: 15,容量147.7 KB,)

2012-2-14 09:42 上传

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谈的很深奥呀  我是初学者，版主很有才，跟着你学习

罐底设计

储罐的底板一般分为搭接或者对接，对于小罐（小于12.5米），可以不需要边缘板，对于大罐，一般来说都需要边缘板。

API650和GB50341对于边缘板都有其最小宽度和厚度要求。

边缘板的宽度在GB50341中取计算公式5.1.3和600中的小值。

API650和GB50341都有对边缘板最小长度的计算公式Lm=215tb/sqrt（HG）。此公式的模型假设为：边缘环板的宽度（厚度）必须在基础沉陷的情况下能够支持边缘板上部的液柱静压。边缘板受均布载荷，并用塑性分析（弹性的1.5倍），取安全系数为2得到所需的最小长度。

其公式由来，可以参考下图：

有同学可能问了，当钢板的屈服强度与227.5MPa相差很大时，还采用这个公式，不是就和假设相差很远吗？是的，如果出现这种情况，就需要使用实际的屈服强度来计算边缘板的最小宽度，具体可以参考API650附录AL5.2.1中的计算公式。

对于API650在计算锚固时还需要确定边缘板的内伸长度，E.6.2.1.1.2-1a, L1=0.01723t*sqrt[Fy/(HG)]，其计算模型和Lm一样。

储罐边缘板的计算流程可以按照下图计算：

罐底板的厚度在API650中根据第一层罐壁的应力值大小查表求得，值得注意的是，API650-2009的计算公式是错误的，最新版的API650-2011已经将错误修正。详情请参考帖子：http://bbs.hcbbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=951712,非常感谢网友半瓶醋先生。

GB50341也是查表5.1.2而得到边缘板的最小厚度。

当温度高于93度，还需要根据附录M对板的应力进行修正，并且求罐底的温度循环次数N，如果大于1300次，则罐壁与罐底板的循环次数不是控制因素。

当底板有型钢支撑时，需要按照附录I设计，为了控制两个型钢之间底板的挠度小于1/2的底板厚度，需要确定型钢的间距，如果间距不够时，需要增大底板（中幅板）的厚度，这时底板的厚度可能会**提高。

储罐底板的绘图其难点主要在于搭接时的搭接方法，其节点比较固定找图纸看看，琢磨一下应该就没有问题了。

水平高呀，俺学不会，看不懂

来学习了  这每天都有吗楼主

FDwangying 发表于 2012-2-15 09:32

                               
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来学习了  这每天都有吗楼主

此帖是讨论帖，希望大家多多发言，共同提高。
有空就会写，从罐壁罐底罐顶，罐壁罐顶连接，抗风，抗**，外压等等~

好帖子，技术性的多探讨，我正在学习之中

楼主能不能介绍点受外压储罐的设计经验啊
最近苦恼中

没看懂，很深奥的知识啊。版主辛苦了

liuwayne 发表于 2012-2-15 16:37

                               
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楼主能不能介绍点受外压储罐的设计经验啊
最近苦恼中

那就先将外压计算吧

储罐外压计算

外压储罐主要按照API附录V计算。

其计算流程如下图所示：

加强圈个数的确定按照Ns+1=Hts/Hsafe，向上取整。比如Ns=6.3，则取Ns=7。当Ns等于小于0时，则不需要加加强圈。

然后Ns=7个，按照均匀分布的规则分布。这也是主要的难点：将等效的加强圈高度反算折算到实际的加强圈位置。

我建议做一个表格，能够自动反算加强圈的实际位置。见附件，这个表格是“设计”形式的，由于Ns是由向上取整的，实际上是有余量的。所以加强圈的实际定位尺寸可以根据得到的值取整，并稍微做调整避开开孔和焊缝。表格的使用见下图：

当然有心的人可以自己按照标准做一个“校核”的表格。指定加强圈的位置，并校核位置是否在一个Hsafe之内。

储罐外压.rar ( 下载次数: 9,容量270.83 KB,)

2012-2-15 18:29 上传

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版主  这是根据API 650的附录吗  

FDwangying 发表于 2012-2-16 13:25

                               
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版主  这是根据API 650的附录吗

是的，大部分都参照API650.

yuun 发表于 2012-2-16 14:09

                               
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是的，大部分都参照API650.

我这个API  650-2003怎么没有附录V 啊  只到附录U.....

FDwangying 发表于 2012-2-16 14:36

                               
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我这个API  650-2003怎么没有附录V 啊  只到附录U.....

2003没有的，2007以上才有。

偷师啦   准备转行贴近储罐设计呢     琢磨琢磨

TANK软件有可以免费下载用的吗？我下载的貌似用不了。请版主指教啊。

罐顶的计算

储罐罐顶分为锥顶，拱顶或者自支撑和有支撑。

罐顶的活载荷一般为1.2KPa（相当于700Pa的人和500Pa的雪）， 固定载荷为最大顶板壁厚0.5in（12.7mm）时的顶板重量。两者最大外载荷为

P=1.2+12.7*7.85*0.01=2.2KPa

自支撑的锥壳厚度计算公式是由锥壳外压失稳方程，经过简化，令弹性模量为E=29e6psi~1.99e5MPa， 许用的外压为2.2KPa，角度在9.5~37度之间，并取安全系数为4，得到t=D/（4.8sinθ）,这个公式GB50341和API650是一样的。

由于计算厚度是因为外压失稳，所以和储罐所承受的内压无关，而和储罐的外压有关。当储罐的所受外压大于2.2KPa时，需要将厚度和sqrt(T/2.2)按照比例增加。当小于2.2Kpa时，就直接取2.2KPa。

1. 拱顶实际上也和锥壳一样的推导过程，也是受外压，同样在外载超过2.2KPa时，需要按比例增加罐顶的厚度。

2. 由于假定的是200F，90°，当设计温度大于90°时，应用实际的弹性模量，故在API650附录M.5中，要求厚度应该按照实际弹性模量比来相应增加。

罐顶与罐壁连接处由于结构的不连续，会产生附加的力和力矩。当罐顶受正压时该处受压，当罐顶受负压时，该处受拉。标准中并没有要求进行详细的计算，但是要求设置加强圈，并保证有效范围内（边缘应力作用范围）的加强面积。

其加强面积的推导如下图：

1.由于假定的外载荷P=2.2KPa，所以当外载荷超过2.2KPa时，面积需要相应的成比例（T/2.2）增加。

2. 由于假定的是200F，90°，当设计温度大于90°时，面积应当相应的增加，故在API650附录M.5中，要求面积应当除以屈服强度降低系数。

如果罐顶使用自支撑结构，厚度超过了12.7怎么办呢？为了减少造价，一般采用GB50341附录C的带肋球壳，可以根据其思路编制计算表格，作为一种辅助的计算。下图仅供参考： 带肋球壳拱顶.rar ( 下载次数: 7,容量134.26 KB,)

2012-2-21 14:41 上传

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目前正在做储罐，楼主实在是强人啊！学习中，希望楼主继续讲学，收藏本帖聆听

楼主理论水平很高， 力学功底很扎实，是那个设计院的啊， 国内储罐强的几个无非是SEI, LPEC, 还有中石油系统的， 楼主是？
50341标准和其他标准不太一样， 罐顶计算公式是先假设了材料的弹性模量，计算外压近似给出的， 如果设计载荷超出2.2KPa, 再以系数修正，总感觉经验性的东西太多。

以后有问题多了楼主请教。

楼主给我们提供的资料都是对我们学习有帮助的，谢谢