拱顶储罐罐顶弱连接有限元分析与研究.pdfVIP

拱顶储罐罐顶弱连接有限元分析研究 刘明 中国石油工程建设公司大连设计分公司设备室 设计的100m3至20000立式自支撑拱顶储罐进行力学计算与分析。认为罐顶抗压环存在强度破坏和屈曲破坏两种破坏形式； 于等于1000m3的储罐，还需考虑增加罐底与罐壁连接处的强度。 关键词：拱项储罐弱顶结构有限元应力分析 1引言 随着我国石油化工工业的飞速进步，极大推动了大型储罐的发展与建设，储罐安全也越来越受到关注。在储罐设计中，采 用弱顶结构是保护储罐安全的重要手段，也是国内外学者的研究重点【l’2l。 所谓储罐的弱顶结构是指在储罐在承受破坏内压时，薄弱的罐顶焊缝先于罐体其他部位发生破坏。同时，在罐顶发生破坏 前罐底不得产生提离。此外，在满足以上弱顶结构定义的前提下，储罐还应满足强度要求。 接处破坏压力和罐底连接处的破坏压力。通过对以上两种压力的对比，讨论不同参数对出储罐弱顶保护效果的影响。获得可能 满足弱顶条件的参数选值。 2影响参数的选择与罐顶抗压环受力分析 在国内外的规范中，大都就储罐罐顶与罐壁连接处抗压环的强度及弱顶结构的实现条件做出了规定。在这些规定中普遍考 虑了以下参数条件。【，删 (1)储罐内径； (2)罐顶板与罐顶加强角钢焊接处焊脚高度； (3)罐顶板与罐壁连接处切线与水平面的夹角； (4)储罐的储存介质液面高度。 对罐顶抗压环进行受力分析，受力分析简图如图2．1所示。 ! 一 ¨《 H‘‘ ；，； I 々…● 凸 图2．1罐顶抗压环受力分析简图 由图2．1可知，罐顶板与罐壁连接处切线与水平面的夹角O可以表述为储罐直径D；与拱顶半径R；的函数，即： 口=一c参 因此，参数0可以用拱顶半径与储罐内径的比值R归；等效表示。 所以，本文选取以下参数及取值作为本次研究的研究范围。 (1)储罐公称容积：100m，，500m3，1000m3，1500m3，2000m3； (2)罐顶板与罐顶加强角钢焊接处焊脚高度：4咖，4．5蛐，5mm； (3)拱顶半径与储罐内径的比值R；，D；：O．8，1．0，1．2，1．5，2．0，3．O； (4)储罐的储存介质液面高度：满罐，空罐。 另外，从图中还可以得到，在储罐承受内压载荷时，罐顶抗压环处承受的合力方向指向储罐中轴线，也就是说此时抗压环 中为压应力。因此，在对抗压环处进行应力分析中需要考虑抗压环屈fHl破坏的可能。 3有限元模型的建立 3．1几何模型 本文采用二维轴对称模型进行强度分析，采用三维模型进行屈曲分析。所建立的几何模型如图3．1所示： (1)二维轴对称强度分析模型 (2)三维屈曲分析模型 图3．1几何模型 表中参数的图例说明见图3．2。 表3．1储罐设计参数表 设计温度 伊母0 ℃ 设计压力 1．96／一0．49 kPa 介质密度 1000 kg／m3 罐壁、罐顶腐蚀裕量 1．O mm 边缘板中幅板腐蚀裕量 2．0