浅谈地震灾害对液氨球罐的影响

浅谈地震灾害对液氨球罐的影响

5.12汶川特大地震，震级为8.0级，距震中仅20余公里的什邡市蓥华镇仁和村震级达到7.6级，对位于仁和村的四川蓥峰总公司穿心店厂区正在使用的两台球罐造成了较大程度的破坏，对生命财产安全和环境安全构成严重威协，下面就其中一台1000m3液氨球罐基本参数和在地震中受到的影响作一个介绍：

一、1000m3液氨球罐的基本参数

设计压力：1.47Mpa，设计温度：-19-50℃，材料：16MnR，规格: SΦ12300×32mm，容积:974m3重量:138.501吨，地脚螺栓M32，8支柱支撑，采用赤道正切柱式结构，支柱材料为20#-GB8162，规格为φ426×9 mm，支柱间交叉斜拉杆连接，拉杆销轴直径φ35 mm，外设聚胺脂泡沫保温，铝铁皮防水，2008年元月安装竣工，3月正式投用。地震来临前，操作压力为0.9Mpa，盛装约300m3液氨。

二、地震对该球罐造成影响

1）球体支柱底板径向向内最大位移398mm；

2）8支柱全部变形，上段向内弯曲，径向垂直度最大为295mm，且其中一支柱存在扭曲现象

3）球罐中心与基础中心偏移，偏移量约为80mm；

4）大部分地脚螺栓断裂，断口整齐；

5）大部分拉杆销轴断裂，断口整齐

6）与球体下部连接的液位计接管与法兰连接焊缝断裂，断口整齐相连直管段弯曲

7）拉杆均存在不同程度的弯曲

8）基础沉降不一致，测得水平度为25mm，并未见明显倾斜或下沉。

据有关调查资料介绍，1975年辽宁海城和1976年唐山地区的强烈地震后，球体都完好无损，只有个别球罐的拉杆断裂，多数球罐拉杆之间的翼板两端的焊缝拉裂或将支柱间拉撑的拉耳拉断，这次大地震对球罐产生的损坏较前两次地震对球罐产生的损坏大得多。

三、影响原因浅析

1）所有支柱沿径向向内位移，是由于水平力地震使基础出现不均匀沉降，支柱承受了垂直方向不均匀的附加应力，附加应力不均匀使支柱底板与基础底板的磨察力不均匀，进而使支柱向内位移且产生的位移不一致；

2）支柱上段向内弯曲，是受到垂直地震力的影响。垂直地震力对支柱作用一个瞬时向上的力使其向上位移,由于球体和支柱的惯性,瞬间不会随垂直地震力产生而位移，导致支柱上段承受瞬间较大的弯矩,使其弯曲；

3）可调式斜拉杆结构主要承受水平地震载荷,由于水平地震力过大,造成销轴被剪断, 进而使斜拉杆弯曲变形；

4）水平地震力产生时，基础随地震振动，由于球体和支柱的惯性不随基础位移而产生位移，使地脚螺栓承受较大的剪切应力，垂直地震力使基础底板与支柱底板的磨察力减小，地脚螺栓受到的剪切力增大,导致地脚螺栓断裂，且断口整齐；

5）与球体下部连接的液位计接管与法兰连接焊缝断裂，是由于

液位计直管段与球体在地震时产生的动作不一致，造成焊缝部位承受的瞬时应力过大。

总之，变形和断裂取决于结构本身的刚度和对地震振动反应的一致性。

四、预防措施和建议

如果在地震带建造球罐和对损坏球罐进行加固，在设计和施工方

面应有预防措施

1）可调式斜拉杆和销轴应有足够的抗地震载荷的刚度，增加它们刚度可以用两种方法，可以选用强度等级较高的锻造圆钢（如35CrMo 等）和加大它们的直径，同时进行抗震验算。对受损球罐的加固也可以采用前两种方法，也可以采用增加斜拉杆数量的方式来增强抗地震的能力，如双组拉杆结构，间隔一支柱增加拉杆结构等；

2）所有支柱与球体连接焊缝和拉杆拉耳与支柱连接焊缝均应饱满，尽量保证焊缝的内部质量；

3)在支柱底板和基础板之间增加橡胶层，地脚螺栓采用双螺母结构或其它防松动结构，螺母不宜压得紧；

4) 有资料介绍，采用裙式支座或裙式构架支脚提高球罐支撑的稳定性，采用在球体的下部装设油减震或装设悬摆式防震装置的方法提高震动的衰减效果，都是预防地震破坏的有效措施；

5）有资料介绍，在支柱内填充混凝土也是防震的有效方式；

6）与球罐连接的所有管道和球罐上接管第一道法兰之间采用柔性连接或设置弯管补偿器；

7）采用抗地震较好的环状机构基础。

总之，在地震带建造球罐等大型设备应重点考虑支撑结构的刚性，和基础的强度，减少与设备内介质连通的接管，就是减少事故时容易发生泄漏的节点，除加强设备本身的安全结构外，加强设备安全管理，对预防地震等自然灾害对设备、人员和环境安全影响同样重要。