大型原油储罐的有限元分析

ｌ 【 要】 ０ 在原油 摘 １ 万ｍ 储罐 储备中 越来 应用 越广泛， 度安全要求显得更重 其强 要。 通过有限元 ｌ 软 ｌ件Ａ Ｓ Ｓ对水压试验工况下的 １ ＮＹ ， ０万ｍ 大型外浮顶式原油储罐进行了 。 分析， 获得了储罐各部位的应力 ｌ
ｉ分布 情况， 析设计 用分 标准对主 要部 位进行了 应力评定并确定了 键部位， 评定的结果 关 强度 表明， 在最高 ；
ｉ 关键词： 原油储罐 ； 有限元法 ； 应力分析 ； 评定 ｉ
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刘 涛 沈士 明
（ 南京工业大学 机械与动 力工程学 院 ， 京 ２００ ） 南 １０ ９
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以非锚 固形式搁置在钢筋混凝土环梁基础上。 表 ２材料性能参数
钢材弹性模量／Ｐ Ｇａ 钢材泊松 比 钢材密度／ｇ１ ｋ ・１ ３ 钢材初屈服应力 ｏ ＭＰ － ａ ｝ 地基泊松 比” 水密度／ｇⅡ］ ｋ ・ｒ ２０ ｌ
０３ － ７５ ８ ０
４０ ９
Ｏ２ ＿ Fra Baidu bibliotek １０ ０ ０
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一 拈…
一
引
一
中图分 类号 ： Ｈ１ ， ２ １ ２ 文献标 识码 ： Ｔ ２Ｏ４． ８ Ａ
１ 引言
随着生产的需要和我国石油战略储备计划的实施 ， 油罐的体 积越来越大 ，我国新建和正在建设 的石油储备基地大都采用 １ ０ 万 ｍ 的大型原油储罐 。 ， 这类压力容器 的特点是体积大 ， 罐壁厚度 等大都采用等强度设计思想进行设计的， 罐壁由不等厚的壁板对 焊而成， 壁板与底板采用 Ｔ型焊连接 ， 其连接部位大角焊缝 的应 力状态较为复杂 ， 一旦失效将造成极大的经济损失ｌ 采用基 于基 】 １ 。 础沉降量的建模法， 通过 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 有限元分析软件对承受水压工况 下的 １ 万 ｍ 大型储罐进行了分析 ， 了储 罐各部位的应力分 ０ 获得 布状况 ， 了储罐最危险的部位是大角焊缝焊趾处 ， 确定 并用分析 设计测评法对底层壁板和边缘板等关键部位进行了强度评定。
（ ｏ ｅｅｏ ｅ ｈｎｃｌ ｏ ｅ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｎ ｎｉｇＵ ｉｅｓｙｏ ｅ ｈ ｏ ｇ ， ａｊ ｇ ０ ９ Ｃ ｉａ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｃ ａ ｉ ＆Ｐ ｗ ｒ ｇ ｅｉ ， ａｊ ｎｖｒｉ ｆ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｎ ｎｉ １ ０ ， ｈｎ ） ｌ Ｍ ａ Ｅ ｎ ｎ ｎ ｔ Ｔ ｏ ｎ ２０
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第３ 期
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃ ｕ ｅ ４ｌ
２１ ０ ０年 ３月
文章编号 ：０ １ ３ ９ （０ ０ ０ — ０ １０ １０ — ９ ７２ １ ）３ ０４ — ２
大型原油储罐 的有 限元分析 ： ｌ ：
计的， 罐壁材料与几何参数 ， 如表 １ 所示。 表 １罐壁材料与几何参数
出的基于沉降量的有限元建模法 ， 比弹簧杆单元法和接触单元法模 拟底板应力时有更高精确度 ， 采用基于沉降量的有限元建模法。
大型储罐 的地基 由钢筋混凝土环梁（ 简称刚性地基 ） 与弹性
砂地基（ 简称弹性地基 ） 两部分组成 。 在液柱静压和罐体 自重作用
２ 储罐的结构参数
１ ０万 ｍ 外 浮顶式原油储罐为 圆筒形容器 ， ， 内径 ８ ｍ， ０ 总高
３ 罐体有限元分析
３１有 限元模 型 ．
储罐结构及承受载荷者 椭 牲 ，可采用二维轴 币 漠型目 寸 。
罐一 土间的耦合作用是大型储罐有限元建模的难点 ， 考虑到文献喂
度 ２． 。罐壁 由 ９ １ｍ ８ 圈不等厚度 的壁板对焊而成 ， 采用等强度设
ｌｓ ｃ ｔｍ ｒｉ ｏａｔ ｉｔｅ ｍ ｎｓ ｔ ｌ Ａ Ｓ Ｓ ａ ａｏ ｅ ａ ｚ ｔ ０００ ｒ － ｌ ｏ ｏ ｐｒｎ Ｆ ｉ ｅ ｅｔｏｗ ＇ Ｎ Ｙ Ｓ ｄ ｔ ｔａ ｌ ｅｈ １ ， ｍ ｌｇ ｅｍ ｔ ． ｎｅ ｌ ｆ ｏ ｅ Ｗ ｐ ｄｏ ｎ ｙ ｅ ０ ０ ａ ｅ
成， 罐壁壁板与底板边缘板采用 Ｔ型焊接结构 ， 边缘板相对于罐
壁外 伸 长度 为 ０１ ． ｍ。罐底 边缘 板材 料为 Ｓ Ｖ ９ Ｑ钢 ，厚 度 Ｐ ４０ ２ ｎ 罐底中幅板材料为 Ｑ ３ 一 ｈ ｍ， ２５ Ｂ钢 ， 厚度 １ｍ 罐体与地基材 ｌ ｍ。 料常温下性能参数 ， 如表 ２ 所示。储罐最高储液位为 ２． 罐体 ０ ｍ， ２
下， 因刚性地基 比弹性地基 的弹性模量 Ｅ大 ， 搁置在两种地基上
的罐底板将发生不同的沉降量 ， 使得底板在两者地基连接处发生 弯 曲变形 。据某单位检测某 １ ０万立方米油罐水压试验时的地基 沉降量为 １． ｍ 根据 Ｗｉｋｅ 弹性地基假定 中弹性 四面体单 ９ ５ ｍ， ７ ｎ ｌｒ 顶部为双盘式外浮顶结构 ，底板由边缘板和 中幅板对焊而 元的弹性模量 Ｅ与地基沉 降量差 值 厶 的关 系式 （ ）计算 出弹 １，