某大型LNG儲(chǔ)罐的外罐設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u12869某大型LNG儲(chǔ)罐的外罐設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1271051.1外罐壁設(shè)計(jì) 1266581.2外罐頂設(shè)計(jì)及核算 212961.3外罐頂與外罐壁的連接 447091.4外罐加強(qiáng)圈設(shè)計(jì) 4318711.5外罐地震計(jì)算 532191.6外罐底設(shè)計(jì) 889871.7外罐底薄膜應(yīng)力驗(yàn)算 10全容式液化天然氣儲(chǔ)罐的外罐其作用是保護(hù)內(nèi)罐，承裝從內(nèi)罐泄露出的液化天然氣氣體，它不與液化氣直接接觸，因此其制造要求相對(duì)內(nèi)罐較小。一般而言外罐形式有兩種選擇，一是鋼制外罐，一種是預(yù)應(yīng)力混凝土罐，鋼制外罐比較適用于容量20000m3及其以下儲(chǔ)罐，預(yù)應(yīng)力混凝土罐則比較適合容量更大儲(chǔ)罐且混凝土罐施工周期長(zhǎng)，通常需要三十幾個(gè)月。而本次設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐儲(chǔ)量只有5000m內(nèi)罐與外罐之間的環(huán)形空間按規(guī)定為1～2m，最大不得超過2m，按經(jīng)驗(yàn)取為1m后，此時(shí)外罐內(nèi)徑21.716m。1.1外罐壁設(shè)計(jì)外罐壁不直接和液化天然氣液體接觸，因此設(shè)計(jì)要求較內(nèi)罐低，且需要防止外部的一些危險(xiǎn)，因此采用等厚度設(shè)計(jì)，最小厚度滿足表格1的要求，依據(jù)GB/T26978中公式計(jì)算有：式中各字母分別表示：--計(jì)算所得外罐壁厚度，單位毫米（mm）；--容器外罐壁板內(nèi)直徑，單位米（m）；--腐蝕余量，單位毫米（mm）；所以壁板設(shè)計(jì)應(yīng)遵循最小厚度要求6mm，加上腐蝕裕度C=2mm，9%Ni鋼板負(fù)偏差0mm，圓整后取名義厚度為10mm。1.2外罐頂設(shè)計(jì)及核算與內(nèi)罐頂相似，外罐罐頂采用帶肋的自支撐拱頂形式，故采用相同方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，半徑取值范圍為外罐直徑的0.8倍，罐頂采用鋼板厚度不得小于6mm，加上0.3mm9%Ni鋼板制造負(fù)偏差以及2mm腐蝕裕度，經(jīng)圓整取名義厚度為9mm，則外罐頂瓜瓣有效厚度為6.7mm。先假設(shè)徑、緯向肋板都為100mm，10mm扁鋼，由于肋板處于罐內(nèi)，防水等級(jí)高，不考慮腐蝕，9%Ni鋼板負(fù)偏差取為0.3mm，則其有效厚度為9.7mm。頂板由20塊瓜瓣組成，每塊瓜瓣對(duì)應(yīng)圓心角18°，瓜瓣之間、瓜瓣與中心頂板之間采用搭接，搭接寬度50mm每?jī)蓧K板搭接中間設(shè)計(jì)1條肋板，最大兩肋板間距約4035mm，緯向肋板從R2000開始在水平距離上每隔2m設(shè)置一圈，中心頂板直徑2000mm。肋板與頂板之間連接方式如上圖3-7所示，結(jié)構(gòu)是否符合要求根據(jù)GB50341公式驗(yàn)算。1.帶肋板罐頂截面面積折算系數(shù)；（1）緯向系數(shù)：--表示外罐頂緯向面積折算系數(shù)；--外罐頂緯向肋板寬度，單位毫米（mm）；--外罐頂緯向肋板有效厚度，單位毫米（mm）；--外罐頂有效厚度，單位毫米（mm）；--緯向兩條肋板之間最大距離，單位毫米（mm）；（2）經(jīng)向系數(shù)：--外罐頂板緯向面積折算系數(shù)；--外罐頂經(jīng)向肋板寬度，單位毫米（mm）；--外罐頂經(jīng)向肋板的有效厚度，單位毫米（mm）；--經(jīng)向肋板最大間距，單位毫米（mm）；2.頂板與肋板組合后頂板中心到截面形心之間的距離：（1）緯向：（2）經(jīng)向：3.計(jì)算折算厚度；（1）緯向：--緯向頂板與肋板折算厚度；單位毫米（mm）；經(jīng)向：--外罐頂經(jīng)向頂板帶肋板折算厚度，單位毫米（mm）；4.外罐頂球殼折算厚度：1.外部許用載荷--球殼允許最大外載荷，單位千帕（KPa）；--9%Ni鋼板材料彈性模量，單位兆帕（MPa）；--球殼曲率半徑，單位米（m）；6.外部壓力；--設(shè)計(jì)外壓，單位千帕（KPa）；--設(shè)計(jì)壓力，單位千帕（KPa）；--罐頂單位面積自重，單位千牛每平方米（KN/m2）；--附加載荷，單位千帕（KPa），建罐地區(qū)雪壓較小，按規(guī)定算在附加載荷中；--設(shè)計(jì)真空外壓，單位千帕（KPa）；因?yàn)?，所以?jīng)過驗(yàn)算，該設(shè)計(jì)方案符合要求。1.3外罐頂與外罐壁的連接外罐頂與外罐壁的連接也采用包邊角鋼的方式，連接處要求最小截面積為：--加強(qiáng)區(qū)最小截面積，單位米（m）；--儲(chǔ)罐單位面積的載荷，取內(nèi)壓，單位帕（Pa）；--包邊角鋼許用應(yīng)力，單位帕（Pa），此處為140Mpa；--包鋼處焊接系數(shù)，此處取0.9；--罐頂連接處切線方向與水平線之間夾角；此外包邊角鋼的尺寸還應(yīng)該符合表5-1要求表格5-1：外罐角鋼最小尺寸儲(chǔ)罐內(nèi)徑，m最小尺寸，m5＜D≤10L63×63×810＜D≤20L75×75×820＜D≤60L90×90×10D＞60L100×100×12故可以選用L90×90×10規(guī)格角鋼。1.4外罐加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)根據(jù)資料顯示建罐地區(qū)50年一遇風(fēng)壓0.45KPa，地面高度變化系數(shù)1.14，由于設(shè)計(jì)時(shí)成排的油罐可能形成狹管效應(yīng)，所以為安全起見應(yīng)該再乘以系數(shù)1.2，得出風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值。關(guān)于加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)可依據(jù)以下公式計(jì)算，公式來源于GB50341：--許用臨界壓力，單位千帕（Kpa）；--外罐壁計(jì)算當(dāng)量高度，單位米（m）；--外罐壁最小設(shè)計(jì)壁厚，單位毫米（mm）；--外罐壁厚，單位毫米（mm）；--存在最大外壓，單位千帕（Kpa）；--建罐地區(qū)風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值，單位千帕（Kpa）；--呼吸閥負(fù)開啟壓力取值為設(shè)定壓力的1.2倍，為30mm水柱，單位千帕（Kpa）。通過以上計(jì)算發(fā)現(xiàn)可以不用設(shè)置中間抗風(fēng)圈。1.5外罐地震計(jì)算根據(jù)GB26978要求，外罐也應(yīng)該按照能夠在發(fā)生地震時(shí)能裝存儲(chǔ)罐內(nèi)全部液體（最大正常操作液位）進(jìn)行計(jì)算，且只需計(jì)算OBE工況。1.儲(chǔ)罐的罐液藕連震動(dòng)周期計(jì)算--外儲(chǔ)罐的罐液藕連震動(dòng)周期，單位秒（s）；--外罐底到液面高度，單位米（m）；--外罐壁1/3高度處名義厚度，單位米（m）；2.儲(chǔ)液晃動(dòng)基本自震周期--等效質(zhì)量液體晃動(dòng)基本自震周期，單位秒（s）；--雙曲余切函數(shù)；3.水平地震作用及效應(yīng)為了方便，首先計(jì)算出內(nèi)罐及各保溫層及儲(chǔ)液重量表格5-2：內(nèi)罐各部分重量類別重量（KN）內(nèi)罐1085保溫層總重量4509.6LNG22540總重量28134--外罐總等效質(zhì)量，單位千克（Kg）；--罐內(nèi)總質(zhì)量，單位千克（Kg）；--外罐動(dòng)液系數(shù)；--外儲(chǔ)罐最大水平地震作用，單位牛（N）；--外罐綜合影響系數(shù)，取值為0.4；--外罐水平地震影響系數(shù)，通過圖3-1按罐液藕連震動(dòng)周期確定；--重力加速度，單位米每二次方秒（m/s2）；其中：--雙曲正切函數(shù)；--外罐罐壁內(nèi)側(cè)半徑，單位為米（m）；4.水平地震傾覆力矩--外水平地震力對(duì)儲(chǔ)罐傾覆力矩，單位牛頓-米（N·m）；1.罐壁臨界應(yīng)力（1）底部應(yīng)力計(jì)算--系數(shù)；--外罐壁有效厚度，單位米（m）；--罐壁臨界應(yīng)力，單位帕（Pa）；--材料彈性模量，單位帕（Pa）；（2）罐壁穩(wěn)定許用臨界用力--穩(wěn)定許用臨界應(yīng)力，單位帕（Pa）；6.地震力校驗(yàn)（1）外罐底部單位長(zhǎng)度提離力--外罐底可能產(chǎn)生最大單位長(zhǎng)度提離力，單位牛每米（N/m）；--外罐可能產(chǎn)生最大反抗提離力，單位為牛每米（N/m），當(dāng)其值大于時(shí)，按照取值。又因，所以外罐底最大單位長(zhǎng)度提離反抗力取為28778.53（N/m）。--外罐環(huán)形邊緣板有效厚度，單位米（m）；--外罐邊緣板9%Ni鋼板材料許用屈服點(diǎn)，一般取為屈服強(qiáng)度，單位帕（Pa）；（2）罐底單位長(zhǎng)度反抗提離力：--外罐周邊可能產(chǎn)生最大單位長(zhǎng)度提離反抗力，單位牛每米（N/m）；--地震時(shí)底層罐壁所受力，單位牛（N）；通過以上計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)罐底底部周邊單位長(zhǎng)度提離力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單位長(zhǎng)度提離反抗力，因此不需要設(shè)計(jì)錨固。所以可以得出罐底應(yīng)力：--外罐底層罐壁截面積，單位平方米（m2）；--外罐底層罐壁截面抵抗矩，單位立方米（m3）；--罐壁底層壓應(yīng)力，單位帕（Pa）；因?yàn)?，所以?chǔ)罐軸向應(yīng)力滿足要求。1.6外罐底設(shè)計(jì)外罐由于不開孔且需要嚴(yán)格防止水進(jìn)入儲(chǔ)罐，因此外罐底板設(shè)計(jì)也采用與內(nèi)罐相同排列方式（如圖2-3），由環(huán)形邊緣板和中幅板通過帶墊板的對(duì)接焊接拼接組成，底板的不包括腐蝕最小厚度都按照GB50341-2014中規(guī)定選取。罐底板不包括腐蝕裕量最小厚度按照表5-3選?。罕砀?-3：外罐底板最小厚度液化氣罐內(nèi)徑，m罐底板最小厚度，mmD≤105D＞106加上0.3mm鋼板制造時(shí)負(fù)偏差和2mm腐蝕余量，圓整后名義厚度取10mm。環(huán)形邊緣板最小厚度按照表5-4選取。表格5-4：外罐環(huán)形板厚度儲(chǔ)罐外罐底圈壁板厚度，mm環(huán)形邊緣板厚度，mm底圈壁板材料屈服強(qiáng)度，Mpa≤390＞390≤66-6——107-11——209-21——25111226——30121631——34141835——391620≥40-21加上0.3mm鋼板負(fù)偏差和2mm腐蝕裕量之后，通過對(duì)罐底邊緣板薄膜應(yīng)力核算，取名義厚度為14mm鋼板。外罐中幅板與環(huán)形板之間、中幅板之間均采用帶墊板的對(duì)接焊，邊緣板削邊至與中幅板等厚后焊接，具體如下：圖5-1：外罐中幅板與邊緣板連接--外罐邊緣板厚度，單位毫米（mm）；罐壁與底板連接采用與內(nèi)罐相同焊接方式，內(nèi)端焊縫與罐壁內(nèi)側(cè)相距至少1000mm，外端伸出長(zhǎng)度為100mm。外罐底板與基礎(chǔ)之間如果滲入水的話，容易加速底板的腐蝕，所以為了避免水滲入采用橡膠瀝青密封條封閉。圖5-2：外罐防水示意圖1.7外罐底薄膜應(yīng)力驗(yàn)算（1）中幅板的薄膜應(yīng)力計(jì)算--中幅板薄膜應(yīng)力，單位帕（Pa）；--外罐邊緣板所受約束彎矩，單位牛-米（N·m）；--第一圈罐壁特征系數(shù)；--泊松比，0.3；--底板上折算后液壓高度，單位米（m）；--最底層罐壁厚度，單位米（m）；--外罐中幅板（不含邊緣板）的平均厚度，單位米（m）；（2）邊緣板受到約束彎矩：--邊緣板受彎寬度，單位米（m）；--外罐壁邊