大型立式圓筒形儲罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計與焊接工藝的設(shè)計論文

1、Q235儲罐畢業(yè)設(shè)計 作 者：僑 系 別：機電工程系 班 級：焊接1201 學(xué) 院：四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 容 摘 要油品和各種液體化學(xué)品的儲存設(shè)備 儲罐，是石油化工裝置和儲運系統(tǒng)設(shè)施的重要組成部分。近幾十年來，發(fā)展了各種形式的儲罐，但最常用的還是立式圓筒形儲罐。本文設(shè)計的即為立式圓筒形儲罐。立式圓筒形儲罐需在現(xiàn)場施工，并且外觀與部結(jié)構(gòu)設(shè)計上要經(jīng)濟適用，另外在設(shè)計的過程中注意儲罐所受的自然環(huán)境對儲罐的影響，如增強儲罐的防風(fēng)、防雪、抗震等功能。根據(jù)儲存介質(zhì)的要求來進行立式圓筒形儲罐的選材，本文中儲罐的介質(zhì)為煤油，罐體采用Q235A鋼材。罐壁結(jié)構(gòu)采用不等厚罐壁，罐底采用設(shè)環(huán)形邊緣板罐底，罐頂采用拱頂

2、結(jié)構(gòu)。根據(jù)施工現(xiàn)場的環(huán)境要求與儲罐鋼材、罐身厚度等參數(shù)選擇合適的焊接方法與焊接材料，采用埋弧焊與手工電弧焊結(jié)合的焊接方法，做到所使用的方法快速簡便且耐用。最后是對儲罐整體進行檢測。本文參照壓力容器、大型儲罐等標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗，著重闡述了大型立式圓筒形儲罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計與焊接工藝設(shè)計的要點。關(guān)鍵詞：立式儲罐；埋弧焊；手工電弧焊；焊接結(jié)構(gòu)；焊接工藝AbstractOil and various liquid chemicals storage equipment - tanks, chemical plant and oil storage and transportation facilities

3、, an important component of the system. As the vertical cylindrical storage tanks need to site construction, which in appearance and structure design to achieve economical and pay attention to the natural environment of the storage tank storage tank suffered the impact of the design process to be en

4、hanced, to reach wind, snow, earthquake, etc. role. This tank wall structure using ladder-type tank wall, tank bottom edge of plate with circular tank bottom set, tank top with dome structure.Storage medium according to the requirements of the selection of vertical cylindricaltanks, the media in thi

5、s article for the kerosene tank, tank with Q235A steel. According to the construction site environmental requirements and tank steel, body thickness and other parameters can select the appropriate welding methods and welding materials, this paper combined with submerged arc welding and manual arc we

6、lding method, the method used to achieve fast and easy and durable. Finally, the iterative experiments on the overall test.This reference pressure vessels, large tanks and other standards, combined with design experience, focusing on the large vertical cylindrical storage tank structural design and

7、welding process design elements.Keywords：Vertical Tank；SAW；Manual metal arc welding目 錄（）1 緒論11.1 立式圓筒形儲罐的發(fā)展11.2 Q235A鋼材21.3 埋弧焊21.4 手工電弧焊32 立式圓筒形儲罐的罐壁設(shè)計42.1 儲罐的整體設(shè)計42.2 儲罐的強度計算42.2.1 儲罐壁厚計算42.2.2 儲罐的應(yīng)力校核52.3 儲罐的風(fēng)力穩(wěn)定計算52.4 儲罐的抗震計算62.4.1 地震載荷的計算62.4.2 抗震驗算82.4.3 液面晃動波高計算102.4.4 地震對儲罐的破壞102.4.5 儲罐抗震加固措

8、施102.5 罐壁結(jié)構(gòu)112.5.1 截面與連接形式112.5.2 罐壁的開孔補強122.5.3 壁板寬度123 立式圓筒形儲罐的罐底設(shè)計133.1 罐底結(jié)構(gòu)設(shè)計133.1.1 罐底的結(jié)構(gòu)形式和特點133.1.2 罐底的排板形式與特點133.2 罐底的應(yīng)力計算144 立式圓筒形儲罐的罐頂設(shè)計184.1 拱頂結(jié)構(gòu)與主要的幾何尺寸184.2 扇形頂板尺寸194.3 包邊角鋼205 儲罐的附件與其選用215.1 透光孔215.2 人孔215.3 通氣孔225.4 量液孔225.5 儲罐進出液口235.6 法蘭和墊片235.7 盤梯236 備料工藝246.1 原材料儲備246.2 鋼材的預(yù)處理246.

9、2.1 鋼材的矯正256.2.2 鋼材的表面清理256.3 放樣、號料256.4 下料和邊緣加工266.5 彎曲和成型267 裝備工藝287.1 整體裝配與焊接287.1.1 裝配方法概述287.1.2 倒裝法裝配和焊接287.2 部件裝配與焊接297.2.1 罐底的組裝297.2.2 頂圈壁板的組裝297.2.3 頂板的組裝297.2.4 頂板的組裝297.2.5 罐壁與罐底的連接307.3 罐壁板組對用卡具307.3.1 專用卡具的結(jié)構(gòu)與工作原理307.3.2 操作順序318 焊接工藝328.1 材料焊接性分析328.2 焊接方法328.3 焊接材料328.4 焊接設(shè)備348.5 檢測34

10、結(jié)論35致36參考文獻37附錄A(英文文獻)附錄B（中文翻譯）引言Q235A韌性和塑性較好，有一定的伸長率，具有良好的焊接性能和熱加工性。Q235A一般在熱軋狀態(tài)下使用，用其軋制的型鋼、鋼筋、鋼板、鋼管可用于制造各種焊接結(jié)構(gòu)件、橋梁與一般不重要的機器零件，如螺栓、拉桿、鉚釘、套環(huán)和連桿等。由Q+數(shù)字+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號組成。它的鋼號冠以“Q”，代表鋼材的屈服點，后面的數(shù)字表示屈服點數(shù)值，單位是MPa，例如Q235表示屈服點（s）為235MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。必要時鋼號后面可標(biāo)出表示質(zhì)量等級和脫氧方法的符號。質(zhì)量等級符號分別為A、B、C、D。A指不做沖擊，B在20度以上，C在0度以上，D在

11、-20度以上，A到D所不同的，指的是它們性能中沖擊溫度的不同。分別為：Q235A級，是不作沖擊韌性試驗要求；Q235B級，是作常溫（20）沖擊韌性試驗；Q235C級，是作0沖擊韌性試驗；Q235D級，是作-20沖擊韌性試驗。脫氧方法符號：F表示沸騰鋼；b表示半鎮(zhèn)靜鋼：Z表示鎮(zhèn)靜鋼；TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼可不標(biāo)符號，即Z和TZ都可不標(biāo)。例如Q235-AF表示A級沸騰鋼。碳 C ：0.22%硅 Si：0.35%錳 Mn：1.4%硫 S ：0.050%磷 P ：0.045%鉻 Cr：允許殘余含量0.030%鎳 Ni：允許殘余含量0.030%銅 Cu：允許殘余含量0.030%力學(xué)性能抗拉強度 b

12、(MPa)：370500屈服強度 s (MPa)：16時:235; >1640時:225; >4060時: 215; >60100 時: 215; > 100150 時: 195; >150時: 185伸長率 5 (%)：40時:26;>4060時:25;>60100時:24;>100150時:22;>150200時:21;冷彎（彎180°）：縱向鋼厚度16時，彎心直徑d=a；鋼厚度>16100時，彎心直徑 d=2a；橫向鋼厚度16時，彎心直徑d=1.5a；鋼厚度>16100時，彎心直徑d=2.5a50 / 581 緒

13、論1.1 立式圓筒形儲罐的發(fā)展油品和各種液體化學(xué)品的儲存設(shè)備儲罐，是石油化工裝置和儲運系統(tǒng)設(shè)施的重要組成部分。自1972年采用鋼制焊接儲罐后，其容量逐步擴大，目前最大容量以達到。近幾十年來，發(fā)展了各種形式的儲罐，例如大型臥式圓筒形、球形、立式圓筒形儲罐等。其中在石油化工生產(chǎn)量采用大型立式圓筒形儲罐。這是由于大型立式圓筒形儲罐具有容積大、使用壽命長、熱設(shè)計規(guī)、制造的費用低、節(jié)約材料、易于制造、便于在部裝設(shè)工藝附件以與工作介質(zhì)在部相互作用等優(yōu)點。當(dāng)前大型儲罐需要深入探討研究的問題很多，如更完善解決油品和易揮發(fā)產(chǎn)品損耗和環(huán)境污染，為此要開發(fā)損耗更小、建造和維修更方便的浮頂罐；儲罐的大型化，為此開發(fā)了

14、儲罐用的高強的鋼；儲罐的CAD輔助設(shè)計；儲罐計量和儲運系統(tǒng)的自動化；儲罐清洗的機械化，儲罐維護修補的化學(xué)化等。此外，由于儲罐的大型化帶來的儲罐穩(wěn)定性、罐頂結(jié)構(gòu)和設(shè)計、全天候的儲罐附件、消防措施、罐基礎(chǔ)等都是當(dāng)前立式圓筒形儲罐的研究重點。以上的諸多問題是本設(shè)計的研究的重點，要更好的優(yōu)化大型立式儲罐的設(shè)計，從而做到制造的大型立式儲罐既節(jié)約環(huán)保又經(jīng)濟適用。20世紀(jì)70年代以來，浮頂儲油罐和大型浮頂油罐發(fā)展較快。第一個發(fā)展油罐部覆蓋層的是法國。1955年美國也開始建造此種類型的儲罐。1962年美國德士古公司就開始使用帶蓋浮頂罐，并在紐瓦克建有世界上最大直徑為187ft（61.6m）的帶蓋浮頂罐。至19

15、72年美國已建造了600多個浮頂罐。1978年國3000鋁浮盤投入使用，通過測試蒸發(fā)損耗標(biāo)定，收到顯著效果。近40年來，儲罐大型化迅速發(fā)展。1962年美國首先建成了大型浮頂原油罐（直徑87，罐高約21）；19631964年間荷蘭歐羅巴港建成了4臺浮頂油罐（直徑115，罐高14.6）；1971年日本建成了浮頂油罐（直徑109，罐高117.8）；接著沙特阿拉伯建成巨型浮頂油罐（直徑110，罐高22.5）。1985年中國從日本引進第一臺浮頂油罐，到目前已建成浮頂油罐（直徑80，罐高21.80）幾十臺。目前國對油罐有比較成熟的設(shè)計、施工和使用的經(jīng)驗，國產(chǎn)大型儲罐用高強度鋼材已能夠批量生產(chǎn)。國外有很多儲

16、罐的設(shè)計和建造標(biāo)準(zhǔn)，并且對儲罐的發(fā)展起了很大的推動作用。例如國外標(biāo)準(zhǔn)：美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)鋼制焊接油罐API 650、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼制焊接油罐結(jié)構(gòu)JISB 8501、英國標(biāo)準(zhǔn)石油工業(yè)立式鋼制焊接油罐BS 2654、美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)大型焊接低壓儲罐設(shè)計和建造推薦規(guī)定API 620。中國標(biāo)準(zhǔn)：立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)GB 50341、石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設(shè)計規(guī)SH 3046、立式圓筒形鋼制焊接油罐施工與驗收規(guī)GBJ 128、鋼制焊接常壓容器 第十二章 立式圓筒形儲罐/T 4725。1.2 Q235A鋼材Q235A韌性和塑性較好，有一定的伸長率，具有良好的焊接性能和熱加工性。Q235A一般

17、在熱軋狀態(tài)下使用，用其軋制的型鋼、鋼筋、鋼板、鋼管可用于制造各種焊接結(jié)構(gòu)件、橋梁與一般不重要的機器零件，如螺栓、拉桿、鉚釘、套環(huán)和連桿等?；瘜W(xué)成份： 碳 C ：0.140.22 ；硅 Si：0.30 ；錳 Mn：0.300.65；硫 S ：0.050 ；磷 P ：0.045 ；鉻 Cr：允許殘余含量0.030；鎳 Ni：允許殘余含量0.030 ；銅 Cu：允許殘余含量0.030。1.3 埋弧焊埋弧焊（含埋弧堆焊與電渣堆焊等）是一種重要的焊接方法，其固有的焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接生產(chǎn)率高、無弧光與煙塵很少等優(yōu)點，使其成為壓力容器、管段制造、箱型梁柱等重要鋼結(jié)構(gòu)制作中的主要焊接方法。埋弧焊是當(dāng)今生產(chǎn)效率

18、較高的機械化焊接方法之一，它的全稱是埋弧自動焊,又稱焊劑層下自動電弧焊。埋弧焊的優(yōu)點是第一生產(chǎn)效率高，這是因為，一方面焊絲導(dǎo)電長度縮短，電流和電流密度提高，因此電弧的溶深和焊絲溶敷效率都大大提高。（一般不開坡口單面一次溶深可達20mm）另一方面由于焊劑和溶渣的隔熱作用，電弧上基本沒有熱的輻射散失,飛濺也少，雖然用于熔化焊劑的熱量損耗有所增大，但總的熱效率仍然大大增加。第二是焊縫質(zhì)量高，熔渣隔絕空氣的保護效果好，焊接參數(shù)可以通過自動調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定，對焊工技術(shù)水平要求不高,焊縫成分穩(wěn)定，機械性能比較好。第三是勞動條件好，除了減輕手工焊操作的勞動強度外，它沒有弧光輻射，這是埋弧焊的獨特優(yōu)點。埋弧焊的應(yīng)

19、用圍目前主要用于焊接各種鋼板結(jié)構(gòu)?？珊附拥匿摲N包括碳素結(jié)構(gòu)鋼，不銹鋼，耐熱鋼與其復(fù)合鋼材等。埋弧焊在造船，鍋爐，化工容器，橋梁，起重機械與冶金機械制造業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。此外，用埋弧焊堆焊耐磨耐蝕合金或用于焊接鎳基合金，銅合金也是較理想的。埋弧焊這種焊接方法也有不足之處，如不與手工焊靈活，一般只適合于水平位置或傾斜度不大的焊縫；工件邊緣準(zhǔn)備和裝配質(zhì)量要求較高、費工時；由于是埋弧操作，看不到熔池和焊縫形成過程，因此，必須嚴(yán)格控制焊接規(guī)。1.4 手工電弧焊這種焊接技術(shù)使用不同的方法保護焊接熔池，防止和大氣接觸。熱能也是由電弧提供。和MIG焊一樣，電極為自耗電極。金屬電極外由礦物質(zhì)熔劑包覆，熔劑熔化時

20、形成焊渣蓋住焊接熔池。此外，包覆的熔劑還釋放出氣體保護焊接熔池，而且，還含有合金元素用來補償合金熔池的合金損失。在有些情況下，包覆的熔劑含有所有合金元素，中部的焊條僅是碳鋼。然而，在采用這些類型的焊條時，需要特別小心，因為所有飛濺都具有軟鋼性質(zhì)，在使用過程中焊縫會銹蝕。 如果使用直流電弧，焊條連接到正極，但如果使用鈦型焊條，也可以使用交流電弧。電壓一般為2030V，電流取決于焊接材料的厚度、焊條規(guī)格、焊接結(jié)構(gòu)，圍在15400A。2 立式圓筒形儲罐的罐壁設(shè)計2.1 罐壁的整體設(shè)計儲罐按給定的設(shè)計容積進行設(shè)計，在滿足給定的設(shè)計容積的條件下變換直徑和高度可以得到許多種組合，其中最省費用的經(jīng)濟尺寸考慮

21、的方法是將罐壁、罐頂、罐底、罐基礎(chǔ)的造價和土地費用，用單位面積每年平均費用來衡量。當(dāng)采用不等壁厚儲罐設(shè)計時，應(yīng)滿足公式（1.1）。 （2.1）在根據(jù)體積公式（1.2）與公式（1.1）解得罐體的直徑與高度。 （2.2）式中儲罐的設(shè)計容積 3000 ；儲罐直徑；儲罐高度。最后得到：儲罐直徑，儲罐高度，罐壁分5節(jié)，由下到上四節(jié)每節(jié)高度為2m，最上面一層為0.25m。 2.2 儲罐的強度計算2.2.1 儲罐壁厚計算儲罐采用不等壁厚進行計算，壁厚公式（2.3） (2.3)式中許用應(yīng)力150；計算壓力，工作壓+每節(jié)筒壁的液柱靜壓=；儲罐直徑；焊縫系數(shù)1.0；腐蝕裕量1；厚度負(fù)偏差；煤油密度；計算壁厚每部分

22、筒節(jié)高度（）。最后得到從上至下每層壁厚厚度：2.2.2 罐壁的應(yīng)力校核由于儲罐的罐壁厚度與直徑之比很小，屬于薄壁容器，所受彎曲力矩較小，故國外按薄膜理論計算罐壁的應(yīng)力。應(yīng)滿足公式（2.4）、（2.5） （2.4） （2.5）式中每一節(jié)罐壁任一點T處的應(yīng)力；材料的屈服極限為；距液面T處罐壁的計算壓力；儲罐直徑D=29m；焊縫系數(shù)1.0；壁厚。罐壁應(yīng)力校核結(jié)果：故計算結(jié)果均符合要求。2.3 儲罐的風(fēng)力穩(wěn)定計算 加強圈計算是在風(fēng)載荷作用下，罐壁筒體應(yīng)進行穩(wěn)定性校核，防止儲罐被風(fēng)吹癟。判定儲罐的側(cè)壓穩(wěn)定條件為：式中罐壁許用臨界應(yīng)力（Pa）設(shè)計外壓（Pa）罐壁許用臨界應(yīng)力的計算由SH304692推薦的方

23、法，得在外壓作用下的臨界壓力公式： （2.6）式中臨界壓力（Pa）；圓筒材料的彈性模量：192×109（Pa）；圓筒壁厚（m）；圓筒直徑（m）；圓角長度（m）。罐壁設(shè)計外壓計算 罐壁設(shè)計外壓用下式表示，即 （2.7）式中P0罐壁設(shè)計外壓（Pa）；風(fēng)載荷體形系數(shù)；風(fēng)壓高度變化系數(shù)；基本風(fēng)壓（Pa）；罐負(fù)壓（Pa）。對固定頂儲罐，罐壁的設(shè)計外壓計算公式為：基本風(fēng)壓550（Pa）； 風(fēng)載荷體形系數(shù)1.0。故滿足要求。 由于> ，所以在罐壁上不需要設(shè)置加強圈。2.4 儲罐的抗震計算2.4.1 地震載荷的計算自震周期計算：儲罐的罐液耦連震動基本自震周期為 （2.8）式中儲罐的罐液耦連震動

24、基本自震周期（s）；自然對數(shù)的底：2.718；儲罐底面到儲液面的高度：7.425m；儲罐的直徑：22m；位于罐壁高度1/3處的罐壁名義厚度：。水平地震作用幾效應(yīng)計算 (2.9) (2.10)式中儲罐的水平地震作用（N）；水平地震影響系數(shù)，按罐液耦連震動基本自震周期確定；等效質(zhì)量（Kg）；儲液質(zhì)量（Kg）；重力加速度?。粍右合禂?shù)；綜合影響系數(shù)取=0.4。動液系數(shù)，計算如下：當(dāng)時， (2.11)水平地震作用對罐底的傾覆力矩罐壁豎向穩(wěn)定許用臨界應(yīng)力計算：第一周罐壁（自下往上數(shù)）的豎向穩(wěn)定臨界應(yīng)力： (2.12) (2.13)第一周罐壁穩(wěn)定許用臨界應(yīng)力： (2.14)式中罐壁材料的彈性模量（Pa）；第

25、一圈罐壁的平均直徑22.03（m）；第一圈罐壁的有效厚度0.03（m）；罐壁的高度8.25（m）；系數(shù) ；設(shè)備重要度差別1.00。2.4.2 抗震驗算罐底周邊單位長度上的提離力 （2.15） （2.16）式中 罐底周邊單位長度上的提離力（）；儲液和罐底的最大提離反抗力（）；當(dāng)其值大于時，??；y罐底環(huán)形邊緣板的屈服點（）；儲液密度（）。罐底周邊單位長度上的提離反抗力： （2.17）式中罐底周遍單位長度上的提離反抗力（）；第一圈罐壁底部所承受的重力（）；無錨固儲罐應(yīng)滿足的條件：罐底部壓應(yīng)力：時 （2.18） 式中罐壁底部的豎向壓應(yīng)力（）；第一圈罐壁的截面積， ()；第一圈罐壁的截面抵抗矩，（）；

26、故滿足要求2.4.3 液面晃動波高計算罐液面晃動波高； ；式中浮頂影響系數(shù)，取0.85；阻尼修正系數(shù)，當(dāng)大于10s時，取=1.05；地震影響系數(shù)，取0.82。 （2.19）故取=1.05；2.4.4 地震對儲罐的破壞儲罐在地震時的破壞，有1.儲罐本身的震害，如浮頂沉沒，焊縫破裂，罐壁下部屈服等；2.液面晃動對儲罐的危害，晃動造成的液體高度變化對罐壁產(chǎn)生的動液壓一般不大，但產(chǎn)生的沖擊力，有可能破壞罐頂和罐壁頂部的焊縫；3.儲液負(fù)數(shù)設(shè)備和基礎(chǔ)發(fā)生破壞。2.4.5 儲罐抗震加固措施當(dāng)驗算核實罐壁厚度不滿足抗震要求時，應(yīng)采取加補強板，加強環(huán)，支撐等加固措施。1、加強板在最下層壁板圓孔以下罐（外）沿罐壁

27、圓周增設(shè)寬度不小于300mm，厚度不小于4mm的鋼板加強，加強板要和壁板底板焊牢，并保證焊接質(zhì)量2、加強環(huán)可在罐或罐外設(shè)置，距離罐的水平焊縫不得小于150mm。加強環(huán)與罐壁連接成型，其截面尺寸按儲罐的直徑?jīng)Q定。見表2.1。表2.1 加強環(huán)尺寸儲罐直徑（m）加強環(huán)尺寸備注L125×80×8采用其他形狀的截面，其斷面系數(shù)應(yīng)一樣2.5 罐壁結(jié)構(gòu)2.5.1 截面與連接形式罐壁為一個圓筒形的鋼板焊接結(jié)構(gòu)，由于該罐壁是不等厚度的且較厚，因此各板之間采用對接，即所有的縱向焊縫與環(huán)焊縫均采用對接，這樣可以減輕自重。罐壁的最下圈通過外角焊縫與罐底的邊緣板相連，最上部一圈包邊角鋼，這樣既可以增

28、加焊縫的強度，還可以增加罐壁的剛性。在液壓作用下，罐壁中的縱向應(yīng)力是占控制地位的。即罐壁的流度實際上是罐壁的縱焊縫所決定的。因而壁板的縱向焊接接頭應(yīng)采用全焊透的對接型。常見的罐壁縱向焊接接頭如圖2.1所示。圖2.1 罐壁縱向焊接接頭形式(圖要換，焊縫剖面線錯誤，兩側(cè)母材的剖面線方向是不同的)為減少焊接影響和變形，相鄰兩壁板的縱向焊接接頭宜向同一方向逐圈錯開1/3板長，焊縫最小間距不小于1000mm。底圈壁板的縱向焊接接頭與罐底邊緣板對接焊縫接頭之間的距離不得小于300mm。以徑為基準(zhǔn)的對接如圖2.2。圖2.2 以徑為基準(zhǔn)的環(huán)向?qū)咏宇^形式(圖要換，焊縫剖面線錯誤)底層壁板與罐底邊緣板之間的連接

29、應(yīng)采用兩側(cè)連續(xù)角焊。在地震設(shè)防烈度不大于7度的地區(qū)建罐，底層壁板與邊緣壁板之間的連接應(yīng)采用如圖的焊接形式，且角焊接頭應(yīng)圓滑過渡，而在地震小于7度的地區(qū)可取K2=K1。圖2.3 底層壁板與邊緣板的焊接2.5.2 罐壁的開孔補強罐壁上的開孔可為圓形，橢圓形，當(dāng)開設(shè)橢圓形時，孔的長徑與短徑之比應(yīng)不大于2.0，其長軸方向最好為環(huán)向。開孔補強計算采用等面積法，當(dāng)孔直徑D100mm時，可不考慮補強。罐壁開孔按管補強板外緣與罐壁縱向焊接接頭的距離不得小于250mm，與環(huán)向焊接接頭之間的距離不得小于100mm。2.5.3 壁板寬度壁板寬度越小，材料就越省。但環(huán)向接頭數(shù)就越多，增加安裝工作量。我國一般取壁板厚度

30、不小于1600mm。3 立式圓筒形儲罐的罐底設(shè)計3.1 罐底結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1.1 罐底的結(jié)構(gòu)形式和特點采用倒圓錐形罐底。這種罐底與其基礎(chǔ)成倒圓錐形。中間低四周高，罐底坡度一般取2%5%。隨排除污泥雜質(zhì)，水分的要求高低而定。在罐底中央焊有集液槽，沉降的污泥和存液集中與此，由彎管自上或由下引出排放。這種罐底形式的特點如下：1、 液體放凈口處于罐底中央。不管日后罐底如何變形，放凈口總是處于罐底的最低點，這對排凈沉降的雜質(zhì)，水分，提高儲存液體的質(zhì)量十分有利。2、因易于清洗，對于燃料油罐可以不再設(shè)置清掃孔。3、倒圓錐形罐底可以增加儲罐容量，儲罐直徑越大，罐底坡度越陡，可增加的容量越多。4、 因較少形成凹凸

31、變形和較少沉積，可以改善罐底腐蝕狀況。5、 罐底受力比較復(fù)雜，儲罐基礎(chǔ)設(shè)計，施工要求比正圓錐形罐底更加嚴(yán)格。3.1.2 罐底的排板形式與節(jié)點罐底的排板形式根據(jù)儲罐大小，控制焊接變形等制造工藝決定。對于直徑大于12.5m的儲罐，罐底外緣受罐作用力與邊緣力較大，故底板的外周比中部厚。易采用如下排板方法。如圖3.1圖3.1 罐底排版圖邊緣板之間的焊接采用對接結(jié)構(gòu)，邊緣板與中幅板之間以與中幅板之間的焊接采用搭接（到底是搭接還是對接）焊結(jié)構(gòu)如圖3.2，選擇對接焊工藝。焊縫下面應(yīng)緊貼墊板，墊板厚度應(yīng)不小于4mm，寬度不小于50mm，以改善焊接質(zhì)量，加強焊縫，減少腐蝕。當(dāng)邊緣板厚度不大于6mm焊接可不開坡口

32、，但焊縫間隙應(yīng)大于6mm。當(dāng)邊緣板厚度大于6mm應(yīng)開V型坡口。圖3.2 加墊板的V型破口圖罐底排板選擇帶墊板的單面焊對接結(jié)構(gòu)。與采用傳統(tǒng)的搭接焊相比，對接焊強度高，能保持罐底平整，節(jié)省罐底材料。但要求嚴(yán)格，施工不如搭接焊方便。罐底與罐壁底圈的外交焊縫均采用連續(xù)焊，焊接高度等于罐底的邊緣板厚度。當(dāng)邊緣板厚度大于等于10mm時，為改善受力情況避免應(yīng)力集中，采用如圖（圖幾沒標(biāo)出來）所示的角焊方法。根據(jù)儲罐的直徑為D=22m，中幅板厚度取10mm。因為底圈罐壁板厚度為30mm，環(huán)形邊緣板厚度取15mm。罐壁表面至邊緣板與中幅板之間的連接焊縫的最小距離為700mm。底圈罐壁外邊面沿徑向至邊緣板外緣的距離

33、為80mm。3.2 罐底的應(yīng)力計算中幅板的薄膜力 （3.1）罐壁與邊緣板之間的約束彎矩 （3.2）式中t邊緣板厚（mm）；罐壁第一圈壁板特征系數(shù)，；泊松比，0.3；R儲罐半徑，11m；儲罐第一圈厚度，30mm；中幅板的平均厚度，10mm；底板上的液壓高度，7.425m；作用在罐底上的儲液壓力，=； 儲液密度，800Kg/m3 ；邊緣板受彎寬度，21.03m；邊緣板彎曲剛度；彈性地基系數(shù)（一般取為400）；罐壁邊緣板特征系數(shù)，。 邊緣板上表面的徑向應(yīng)力分布為 （3.3）邊緣板上表面的環(huán)向應(yīng)力分布為 （3.4）式中-邊緣板受彎區(qū)域任一點的彎矩，如圖3.3所示的力的平衡關(guān)系。圖3.3 力的平衡關(guān)系圖

34、再分別求出與的彎矩Mx ：當(dāng)x=0時 當(dāng)x=時 當(dāng)時 所以當(dāng)x=時，有最大值且所以故均為安全4 立式圓筒形儲罐的罐頂設(shè)計4.1 拱頂結(jié)構(gòu)與主要的幾何尺寸拱頂罐是目前立式圓柱形儲罐中使用最廣泛的一種罐頂形式，拱形的主體是球體，它本身是重要的結(jié)構(gòu)，儲罐沒有衍架和立柱，結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，承壓能力強。球面由中小蓋板瓜皮板組成，瓜皮板一般做成偶數(shù)，對稱安排，板與板之間相互搭接，搭接寬度不小于5倍板厚，且不小于25mm實際搭接寬度多采用40mm罐頂?shù)耐鈧?cè)采用連接焊，側(cè)間斷焊，中心蓋板搭在瓜皮板上，搭接寬度一般取50mm，頂板的厚度為46mm。用包邊角鋼連接的拱頂只有一個曲率，所以又稱球頂。這種結(jié)構(gòu)形式在拱

35、頂與罐壁的連接處，（即拱腳）邊緣應(yīng)力較大，為防止油罐破壞裝油高度不宜超過拱腳，即拱頂部分不能裝油，但球頂罐制作方便，因而得到較廣泛的應(yīng)用。因此選擇拱頂由中心頂板與扇形頂板組成，全部采用搭接形式拱頂頂板厚度為5mm。拱頂?shù)那蛎姘霃揭话闳?0.81.2D儲罐直徑圖4.1 拱頂機構(gòu)試圖（0 、D2 、a、b、根據(jù)圖4.1可知， (4.1) (4.2)因為儲罐的容積，所以經(jīng)過查表得到中心頂板的直徑。 結(jié)果為：4.2 扇形頂板尺寸扇形頂板塊數(shù)n最好為偶數(shù)，為便于排版扇形頂板塊數(shù)為偶數(shù)n=24。尺寸如圖4.2所示圖4.2 扇形頂板尺寸展開長度大頭弧長小頭弧長大頭展開半徑小頭展開半徑大頭弦長小頭弦長4.3

36、包邊角鋼1、包邊角鋼與罐頂板之間采用連接較弱，僅需在外側(cè)采用單面連續(xù)焊，以保證儲罐的密封，焊腳高度不宜大于頂板厚度的3/4，且不大于4mm。2、根據(jù)SH3046規(guī)定儲罐所應(yīng)采用最小包邊角鋼見表4.1。表4.1 包邊角鋼最小尺寸儲罐徑D（m）包邊角鋼最小尺寸（mm）20<D36125×80×85 儲罐的附件與其選用5.1 透光孔透光孔主要用于儲罐放空后通風(fēng)和檢修時采光。它安裝于固定頂儲罐頂蓋上，一般可設(shè)在儲液進出口上方的位置，與人孔對稱布置，其中心距罐壁。透光孔的公稱直徑一般為。5.2 人孔人孔主要在檢修和清除液渣時進入儲罐用。人孔的公稱直徑可以按儲罐的高度和密度來選擇

37、，公稱直徑一般有三種。人孔安裝于罐壁第一圈壁板上，其中心距罐底約。人孔位置與透光孔相對應(yīng)，以便于采光通氣。選擇人孔規(guī)格為。由于不需補強的最大孔徑要滿足下述全部要求：1、設(shè)計壓力小于或等于。2、兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍。3、接管公稱外徑小于或等于。由于600 > 89，故需要開孔補強，采取密集補強等:1、適用圍：（1）適用于承受壓的圓角的徑向單個原形開孔的補強設(shè)計。（2）兩相鄰開孔邊緣的間距不得小于。（3）在圓筒上，最大開孔尺寸應(yīng)在。（4）應(yīng)與殼體焊成整體，且采用全熔透焊縫，過濾部分打磨圓角。2、補強設(shè)計：（1）所需補強面積，由公式5.1的確定。 （5.1）=（2）對

38、于圓筒有效補強圍，由公式5.2確定。故補強面積為。5.3 通氣孔通氣孔主要用于儲存不易揮發(fā)介質(zhì)的固定頂儲罐。在儲罐的頂部靠近罐頂中心安裝,起呼吸作用。通氣孔規(guī)格為，主要尺寸見表5.1，通氣孔結(jié)構(gòu)如圖5.1。圖5.1 通氣孔表5.1 通氣孔規(guī)格尺寸（mm）規(guī)格dDD1d1EHn45.4 量液孔使用于安裝有通氣孔的貯罐，公稱直徑一般為安裝于固定罐壁附近的頂部，往往在透氣孔附近。用來測定液量或取樣用。量液孔的正下方應(yīng)避開其它設(shè)備，其法蘭要求水平。5.5 儲罐進出液口 進液口開在罐頂，據(jù)罐壁750 mm，孔徑取為300mm，出液口開在罐壁第一圈的位置，距罐底200mm，孔徑取為300mm 。5.6 法

39、蘭和墊片 法蘭連接應(yīng)滿足的基本要：法蘭可靠，選擇合理，如在操作壓力和溫度有浮動，介質(zhì)有較強的腐蝕的情況下，仍能緊密不漏，保證生產(chǎn)的正常進行，有足夠的抵抗所有作用力的強度和剛度，能保證裝卸而不影響密封性能。所有法蘭與墊片的型號如表5.2所示。表5.2 法蘭與補強圈型號開孔類型開孔直徑法蘭型號補強圈型號透光孔500人孔600通氣孔200量液孔150儲罐進出液孔3005.7 盤梯盤梯具有占地小、用料省的特點。設(shè)計盤梯時，首先要考慮安全，以輕巧、美觀、節(jié)省材料、便于安裝施工、使用方便為原則。其凈寬均不應(yīng)小于600，從安全出發(fā)，盤梯踏步應(yīng)采用柵格板或花紋鋼板制作。一般按每級梯子踏步能承受活動集中荷載。盤

40、梯垂直高度H=8250mm，設(shè)計每一臺階高度為h=200，臺階間距為L=300。盤梯包角：6 備料工藝6.1 原材料儲備根據(jù)立式圓筒形儲罐的結(jié)構(gòu)，購進材質(zhì)為Q235-A的熱軋鋼板和角鋼以與焊接材料。入庫前對母材與焊接材料進行化學(xué)成分和技術(shù)性能的檢驗，檢驗合格的原材料入庫，并對材料分類標(biāo)記、合理存放和保管，防止混雜、受潮、生銹、損傷。數(shù)量如表6.1所示。表6.1 原材料數(shù)量類型厚度mm規(guī)格mm數(shù)量鋼板254100×2100171100×22001274100×2100171100×22001284100×2100171100×22001

41、294100×2100171100×22001304100×2100171100×2200152100×210013000×10400024105000×41007154800×19008角鋼125×80×85000146.2 鋼材的預(yù)處理鋼材進入車間加工之前進行表面處理時金屬結(jié)構(gòu)制造中最重要的首道工序。一般鋼材經(jīng)過預(yù)處理比手工或風(fēng)動鋼絲刷清理鋼材耐腐蝕壽命要長5倍多。它不僅能提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長產(chǎn)品壽命，減少環(huán)境污染，而且有利于數(shù)控切割機的正常作業(yè)。6.2.1鋼材的矯正鋼材的矯正是鋼材在軋制過程

42、中，以與吊裝、運輸或在庫堆放、儲存中都可能產(chǎn)生變形。如整體、局部的彎曲，表面的凹凸不平，扭曲。波浪變形等。這些變形必須予以矯正，夠則將會影響在焊接架構(gòu)的制造過程中各工序的正常進行，并降低產(chǎn)品質(zhì)量，故首先要對鋼材進行矯平和矯直。所有鋼材進行機械矯正，采用的機器型號如下：1、鋼板采用板材矯平機型號為CDW43S-40×2500技術(shù)參數(shù)：最大矯平厚度40mm； 最大校平寬度2500mm； 最小校平厚度10m； 板材屈服點360MPa。2、角鋼采用滾式角鋼校平機型號為JX125G技術(shù)參數(shù)：校直角鋼圍為40×40×3（mm）； 125×125×12（mm

43、）； 角鋼送進速度25mm/s 。6.2.2鋼材的表面清理清除鋼材和零件表面的銹、油污和氧化物等是焊接生產(chǎn)中常被忽視的一道工序。這道工序被忽略或沒有認(rèn)真進行，可使正常生產(chǎn)受阻。一般鋼材表面采用機械法清理。鋼板采用鋼材預(yù)處理裝置型號為GYX-3M技術(shù)參數(shù)：鋼板寬10003000mm； 長240012000mm。6.3 放樣、號料按照設(shè)計圖樣，在放樣平臺上用1：1的比例尺寸，劃出結(jié)構(gòu)的圖形和平面展開尺寸，并制作樣板，再根據(jù)樣板來劃線。對接接頭加上焊縫收縮量，焊縫縱向收縮量取0.2mm/m。放樣的目的：1、檢查設(shè)計圖樣的正確性。 2、確定零件毛坯的下料尺寸。 3、制作樣板。6.4 下料和邊緣加工制造

44、焊接結(jié)構(gòu)的金屬材料在劃線與號料的基礎(chǔ)上，進行機械切割、熱切割下料。切割的邊緣，特別是裝配焊接的邊緣，通常要進行邊緣加工。1、鋼板采用OMNIMAT系列數(shù)控切割機下料技術(shù)數(shù)據(jù)：軌距6000mm； 切割寬度5100mm； 整機寬度7100mm； 驅(qū)動速度224m/min 。2、角鋼采用聯(lián)合沖剪機下料型號為QD30Y20技術(shù)數(shù)據(jù)：剪板厚度20mm； 可剪型材最大尺寸角鋼150×13mm。 3、坡口的加工采用坡口加工機進行型號為HP-26技術(shù)數(shù)據(jù)：被加工鋼板的抗拉強度390750MPa； 坡口最大寬度3520mm； 工件最大厚度70mm； 坡口角度調(diào)整圍20°50°； 最

45、小鈍邊高1.5mm； 加工坡口速度0.83.4m/min 。6.5 彎曲和成型在焊接結(jié)構(gòu)制造中，彎曲與成型加工占有相當(dāng)大的比重。制造某些焊接結(jié)構(gòu)時，金屬材料的需進行彎曲和成形加工。大部分的金屬材料的彎曲和成形加工是在冷態(tài)常溫下進行的。1、鋼板彎曲采用全液壓微機控制水平下調(diào)式三輥卷板機進行彎曲。型號為CDW11XPC-80×4000技術(shù)參數(shù)：最大卷板寬度為4000mm； 最大卷板厚度為80mm； 最小卷筒直徑為1300mm； 預(yù)彎板厚為70mm。2、角鋼的彎曲采用型材卷彎機（弧線下調(diào)式）。型號為CDW24NC-140技術(shù)參數(shù)：角鋼彎、最大界面 140×140×16m

46、m； 最小彎曲直徑2240mm； 最小界面45×45×5mm； 最小彎曲直徑1000mm；7 裝備工藝7.1 整體裝配與焊接7.1.1 裝配方法概述1、正裝法，此種方法的特點是指把鋼板從罐底部一直到頂部逐塊安裝起來，它在浮頂罐的施工安裝中用得較多，即所謂充水正裝法，它的安裝順序是在罐低與二層圈板安裝后，開始在罐安裝浮頂，臨時的支撐腿，為了加強排水，罐頂中心要比周邊浮筒低，浮頂安裝完以后，裝上水除去支撐腿，浮頂即作為安裝操作平臺，每安裝一層后，將上升到上一層工作面，繼續(xù)進行安裝。這種裝焊方法需要采用多種設(shè)備和裝配夾具，大多數(shù)裝配焊接都要搭腳手架，此外，裝配工作在吊架吊臺上工作

47、，不僅操作不方便，不宜保證焊接質(zhì)量，還花費時間，而且高空焊接薄鋼焊接容易變形，工序煩瑣，各工種相互制約，施工速度慢，也不安全，所以在大型儲罐中很少采用正裝法。2、倒裝法先從罐頂開始從上往下安裝，將罐頂和上層罐圈在地面上安裝，焊好以后將第二圈板圍在第一罐圈的外圍，以第一罐圈為胎具，對中點焊成圓圈后，將第一罐圈與罐頂蓋部分整體吊至第一、二罐圈相搭接的位置，停于點焊，然后在焊死環(huán)焊縫。用同樣的方法把下面的部分依次點焊環(huán)焊，直到罐底板的角接焊死即成。這種方法不用搭腳手架，并且操作人員是在地面上工作，安全增加，有利于提高工程質(zhì)量，但相比于卷裝法來說，由于倒裝法也是在工地作用，因此勞動強度還是比較大，而卷

48、裝法生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量上都比前兩有提高。3、卷裝法將罐體先預(yù)制成整幅鋼板，然后用胎具將其卷筒，在運至儲罐基礎(chǔ)上，將其卷筒豎起來，展成罐體裝上頂蓋封閉安裝而建成。這種方法對于大型儲罐，不能達到一次整塊卷筒。7.1.2 倒裝法裝配和焊接儲罐整體裝備采用導(dǎo)鏈?zhǔn)降寡b法進行裝備，在現(xiàn)場裝配、焊接。先從罐頂開始從上往下安裝，將罐頂和上層罐圈在地面上安裝，焊好以后將第二圈板圍在第一罐圈的外圍，以第一罐圈為胎具，對中點焊成圓圈后，將第一罐圈與罐頂蓋部分整體吊至第一、二罐圈相搭接的位置，停于點焊，然后在焊死環(huán)焊縫。用同樣的方法把下面的部分依次點焊環(huán)焊，直到罐底板的角接焊死即成。 倒裝法施工大部分集中在地面工作，

49、不受高度影響，不僅安全、工效高，而且節(jié)省了大型吊裝設(shè)備，手腳架等費用。同時，倒裝法施工場地占用小，作業(yè)空間大，便于施工工作全方位的開展。導(dǎo)鏈?zhǔn)降寡b法就是利用千斤頂、卡具等輔助工具將脹圈固定在最上一圈壁板的壁，并焊接盤板來保證脹圈向罐體的傳力，然后用導(dǎo)鏈裝置提升脹圈，同時也帶動了整體罐體徐徐上升。當(dāng)升到預(yù)定位置時，即可進行上下圈罐班之間的組對。當(dāng)全部組對、焊接完畢后，再利用導(dǎo)鏈裝置將脹圈放下，重新設(shè)置于第二圈壁板下口，然后再提升罐體、組對、焊接，直至將罐體壁板全部組裝焊接完畢。7.2 部件裝配與焊接7.2.1罐底的組裝根據(jù)已經(jīng)畫好的十字中心線和罐底邊緣板外圓周線鋪設(shè)邊緣板與中幅板，其中中幅板的鋪

50、設(shè)應(yīng)先鋪設(shè)中心長條基準(zhǔn)中幅板，然后再由中心向兩側(cè)逐塊逐條鋪設(shè)，邊緣板的焊接只施焊靠外緣300mm部位的焊縫，邊緣板與中幅板的搭接先不焊。7.2.2頂圈壁板的組裝在罐底上劃出壁板圓組對線，并在其部每隔500mm點焊一塊擋板，規(guī)格為100mm×100mm×10mm，作為壁板下口的標(biāo)準(zhǔn)，壁板上口則將脹圈安裝上，用以保證保證罐體組對是整體的圓度。組對焊接時應(yīng)嚴(yán)格控制其直徑和垂直度。 7.2.3頂板的組裝按照排板圖與編號順序進行頂板的組裝，在圓周方向分0°、90°、180°、360°四邊對稱鋪設(shè)頂板，調(diào)整搭接寬度和搭接貼合度。做到吊裝一塊、點焊

51、一塊，點焊長度為50mm。并且安裝好灌頂?shù)母郊?.2.4頂板的組裝按照排板與編號順序進行頂圈壁板的組對安裝，壁板上留兩道活口不焊，在每個活口上各設(shè)置1組活口調(diào)節(jié)裝置，用于提升、組對過程中逐步收緊壁板。罐體提升到位后分別從兩活口之間的中心位置向活口調(diào)節(jié)裝置，按設(shè)計要求進行縱焊縫、環(huán)焊縫的次序進行焊接。依據(jù)上述有關(guān)程序循環(huán)進行、逐圈組裝，直至將各圈罐壁提升、組焊全部完成。 7.2.5罐壁與罐底的連接上述完成后組焊罐壁與罐底間的角焊縫，然后焊接邊緣板徑向剩余焊縫，焊接邊緣板與中幅板的搭接焊縫。最后安裝罐體附件。7.3 罐壁板組對用卡具7.3.1專用卡具的結(jié)構(gòu)與工作原理本卡具由間隙板、楔板、外楔板組成。間隙板插入上、下圈壁板之間，間隙板的厚度取環(huán)向焊縫的間隙值，中間開長方孔，組對時在放入上、下圃壁板的間隙板長方孔中，分別在壁板的外兩側(cè)插入兩塊楔形板，楔形板的直邊背靠壁板，再用手錘往下敲擊楔板，直至上、下壁板對齊不錯邊為止。如圖7.1所示。圖7.1 壁板組隊裝用卡具1、卡具的數(shù)量