卧式埋地油罐设计

埋地罐的许用外 压力为 [ P] , 设计外 压力为 PY , 稳定性校核的条件是 [ P ] ∗ PY 。
如果 [ P ] < P Y 时, 则应在罐内设置 加强圈, 加强圈的 数目、材质、规 格等按 照 GB150- 1998 相关章节进行计算、确定。
4 抗浮验算
如果埋地罐全部 或局部埋 入最高 地下水 位以
利用遗传算法进行优化, 从初始点位 0 处开始求 解, 用 8 步运行。最初 7 步的运行使用给定的迭代界 限, 而当达到默认的运行时间界限 100s 时, 第 8 步运 算停止。对于相同数目的迭代, 每次运行会得到不同 的最终目标函数值, 这是因为在突变和杂交操作中使 用了随机机理且任意选取初始群体, 最佳值 712 57 并 不是在使用最多的迭代或计算时间的运行中获得的, 而是在 10000 次迭代运行中得到的。由遗传算法求解 程序求得的最终目标值见表 1。
2 强度设计
为 了 安 全 起 见, 通 常 将 设 计 压 力 选 为
0 1M Pa, 设计温度为当地历年来月平均最低温度。
2 1 ! 受力分析
卧式埋地油罐的罐体所承受的作用力包括: 罐
内介质产生的内压 P 0 、罐体四周砂土给予的外压
P 1 、地下水对其产生的向上浮力等。根据无力矩
理论: 筒体壁厚与直径 之比很小, 则 认为壁厚很
hR
1
+
h- R
R2 - (h - R) 2
! ! 当h ) R 时
Vw =
cos- 1
12
h R
+
R- h
R 2 - ( R - h) 2
! ! 其中, h 为地下水液面到卧罐底部的垂直距离。 如果油罐自重和土压之和不能满足不等式, 就
说明油罐将可 能被地下 水浮起, 此时应将 油罐加
锚, 固定在基础上, 以增加总重, 锚礅的数目及固
薄, 中径 D ( 内径 D i , 只承受拉应力或压应力,
不承受弯矩, 而且罐体内应力沿壁厚均匀分布。当
油罐正常工作时, 罐体所受的作用力是平衡的。
( 1) 总轴向力平衡。
D 2P 4
=
D
h + F1
! ! 由此产生的轴向应力 h :
速度的约束条件 0 5ft / s ) v ) 8f t/ s, 管程速度的 约束条件 0 001f t / s ) vi ) 160f t/ s, 壳程直径的约 束条件 D i ) 40in 等, 其中涉及独立变量的约束可 以归为定义域, 整个优化问题的非变量约束条件有 20 个。
当投资总成本为最佳目标函数值时, 其它设计 变量值见表 2。
利用传统的罚函数增广拉格朗日法优化, 优化 后目标函数值为 734。其结果见表 3。
表 1 ! 由遗传算法求解程序求得的最终目标值
运行 迭代 次数
找到的 最佳目标值
运行 迭代 次数
找到的 最佳目标值
1 1000
769 91
5 5000
784 99
( 栏目主持 ! 张秀丽)
! ! 油气田地面工程第 26 卷第 6 期 ( 2007 6) ! ! 41
h=
PD 4
-
F1 D
! ! 为满足要求, 应有 h ) [ ] t ∀
那么:
=
PD 4[ ] t
∀-
F1 D[ ]t∀
式中, P 为油罐的设计压力; 为筒体壁厚; F1 为砂土和地下水作用在封头上的总轴向力, 为不均 匀力; [ ] t 为筒体材料在设计温度下的许用应力; ∀
12
57 4
512
表 3! 罚函数增广拉格朗日法的设计变量值
t2
WC
A0
Nt
117 1 5306 193 3
66
nb
!Pi
! P0
D
119
0 279 6 45
12
Lt 10 5
hi 56 2
U0 41 0 h0 554
! ! 由此可见, 遗传算法不仅能得到更好的优化结 果, 而且能大大地缩短优化计算时间。
定方式将由土建专业人员通过计算来确定。
在埋地油罐的设计中, 抗浮计算是非常重要的
一个环节, 只有充分重视埋地罐的抗浮设计, 才能
有效防止由于罐体上浮造成的安全事故发生。
5 安装及注意事项
卧式埋地油罐安装方法很多种, 最常用的是在 罐体上设计两个鞍座, 鞍座与罐池的基础固定。另 外, 还应注意以下几点: ∀ 为防止地下水的侵蚀和 微生物的破坏, 防腐涂 层必须具 有良好的 电绝缘 性、化学稳定性、耐热性能等, 具体按有关规范标 准进行最终检查和验收; # 埋地式油罐的罐顶应设 置吊耳, 以便吊装和运输; ∃ 罐坑必须夯实, 并铺 以 20~ 30cm 厚的粗砂, 罐体安装好后, 在其周围 回填 20cm 厚的细砂, 然后再覆土; %罐坑要有一 定的坡度, 一般不小于 0 5% , 安装时出油管侧应 偏低。
2 1000
771 77
6 10000
712 57
3 1000
789 23
7 10000
792 47
4 5000
804 23
8 28244
806 69
表 2 ! 使用遗传算法的设计变量值
t2
WC
A0
Nt
Lt
U0
120 1 4993
201
64
12
41 5
nb
!Pi
! P0
D
hi
h0
121
0 318 4 98
! ! 卧式埋地油罐的材料选择, 要考虑以下因素: ∀ 设计温度; # 设计压力; ∃ 所储存介质的性质; %耐腐蚀性能; & 容器材料的力学性能, 如强度、 刚度、韧性、耐疲劳性能等; ∋高温和低温对容器 材料力学性能的影响等。因此对于埋在冻土中的卧 式埋地油罐, 钢板的允许使用温度应适合当地的温 度条 件, 建 议 采 用压 力 容 器 专 用钢 板 ( 如 20R 等) 。
( 栏目主持 ! 张秀丽)
1 结构和材料的选择
由于卧式埋地油罐安装在地下, 具有渗漏不易 发现、维修不便等缺点, 因此在设计卧式埋地油罐 时要尽量减少罐体上的焊接接管。设计中通常在罐 体上开设较大的两个管口, 其中一个作为人孔, 必 要时内设爬梯, 供维修使用; 另一个加孔盖后, 在 孔盖上开设油罐必需的各个管口, 包括进出油口、 放空口、量油口及液位传送口等。对各种焊接接头 的检测要遵循 承压 容器无损检测 ( JB/ T 47302005) 相关规定要求, 进行射线检测, 达到 级 合格。
内压圆筒:
=
2[
PD ] t ∀-
P
内压封头:
=
2[
PD ] t ∀- 0 5P
由上述公式就能得出埋地罐的壁厚, 经过圆整
得到名义壁厚。实践证明, 运用这种方法计算得到 的壁厚 值是安全的。
3 稳定性校核
从埋地罐的受力分析图可看到, 埋地罐除了承 受内压外, 还承受罐体四周的覆土压力, 这个压力 会使罐体变形失稳, 所以埋地罐除了要进行强度计 算外, 还应进行稳定性校核及验算。
下, 就要进行抗浮验算。为了保证其在空罐的情况
下, 不被地下水浮起, 必须满足下列不等式:
Gst + Gso ∗ V w ∃w K
! ! 式中, Gst 为罐体单位长度自重, Gst = 2 R ∃st
( 其中, ∃st 为钢材的密度, 为罐体的厚度) ; G so 为作
用在埋地罐单位长度上的成棱柱体的土壤重量, Gso
2 2 ! 确定壁厚
通过上述应力分析, 可以得出筒体壁厚 的计 算值, 但由于作用在储罐上的砂土及地下水的力抵
消了部分轴向应力和环向应力, 所以得到的 值应
该是偏小的。
因此按照地上卧罐的计算方法, 根据 钢制压
力容器 ( GB150- 1998) 内压圆筒和 内压椭圆形
封头的有关公式进行计算, 即:
40 ! ! 油气田地面工程第 26 卷第 6 期 ( 2007 6) ! !
卧式埋地油罐设计
王立平 ( 大庆油田工程有限公司)
卧式埋地油罐经常用来储存汽油、柴油、煤油 等燃料, 被广泛应用于油库、加油站、职工食堂等 相关场所, 同地上普通卧式罐相比, 具有施工快、 消防设备简单、有可靠的防火防爆能力、节省土地 资源、降低工程造价等特点。但由于卧式埋地罐在 地下要承受覆土的压力、地下水的浮力以及土壤腐 蚀等不利因素的影响, 因此在设计过程中, 除了要 遵循普通地上卧罐的设计规范外, 还要对卧式埋地 罐进行稳定性核算和抗浮验算。
为筒体焊缝系数。
( 2) 总径向力平衡。
D L P = 2L #+ F 2 ! ! 由此产生的轴向应力 # :
#=
PD 2
-
F1 2L
! ! 为满足要求, 应有 # ) [ ] t∀
那么:
=
PD 2[ ] t
∀-
F2 2L [ ] t ∀
式中, F2 为砂土和地下水作用在封头上的总径
向力; L 为筒体长度。
= ∃so
2H 0 R -
R2 2
+
H
2 0
ct g
%
( 其中,
∃so
为土壤
密度, H 0 为油罐轴心到地表的距离, %为土壤摩ห้องสมุดไป่ตู้ 角) ; Y w 为水的密度; K 为安全系数, 取 1 2~ 1 5; V w 为埋地罐单位长度上埋入地下水部分的体积。
那么, 当 h ∗ R 时
Vw =
2
-
cos- 1 2