15×10^4m^3超大型浮顶储罐应力计算方法探讨与实验测试分析.pdf

168 化 工 机 械 2017正 15×104M3超大型浮顶储罐应力计算方法探讨 与实验测试分析 丁宇奇 吕 涛 刘 巨保 陈冬芳 韦振光 戴希明 (1．东北石油大学机械科学与工程学院；2．大庆油 田工程有 限公司) 摘 要 以 15×10m 超大型浮顶储罐为研 究对象 ，分别采用组合 圆柱壳法与弹性 一刚性地基梁耦合 法对储罐壁板与底板的应力进行计算。通过与有限元计算结果的对比分析可知，两种方法计算结果与 有限元计算结果的最大误差分别为7．15％和39．15％，说明解析法计算具有一定的局限性。最后，通过 对两台储罐试水期间的应力进行测试，进一步验证 了有限元计算方法的准确性。现场实测表明，可通过 改变储罐第 1、2层壁板 的高度 比例改善储罐壁板最大应力所在位置 ，使储罐壁板应力分布更加合理 ，有 利于保证超大型浮顶储罐安全工作 。 关键词 超大型浮顶储罐 组合 圆柱壳法 弹性 一刚性地基梁耦合法 应力计算 有限元 中图分类号 TQ053．2 文献标识码 A 文章编号 0254—6094(2017)02-0168-08 当前我国石油对外依存度逐年增加 ，2014年 法对 15×10m 超大型浮顶储罐壁板外表面和底 已逼近 60％，因此 ，对于超大型原油储罐 的需求 板应力分布进行计算 。其 中，着重对 比分析 了储 与 13俱增 。目前 ，我国对于 10×10m 以下储罐 罐外壁面第 1、2层壁板连接焊缝和储罐大脚焊缝 的设计可结合储罐设计标准完成 ，并形成 了 处使用两种计算方法所得 的储罐应力分布的异 完整的配套施工方案 。随着国民经济的飞速发展 同。最后通过对两 台储罐试水期间的应力测试 ， 和 国家原油战略储备库项 目的实施 ，特别是 自 验证了理论计算的可靠性。同时也对储罐壁板高 2014年7月以来 ，油价经历 “十三连跌 ”之后 ，我 度 的选择进行 了探讨性研究 ，为今后超大型浮顶 国更增加 了原油的进 口量与储存量，因此，尽快提 储罐的设计提供了理论参考依据。 高建造大型储罐 的技术水平具有重要意义 。 1 基于解析计算方法的储罐应力计算 目前我国对于 15×10m 超大型浮顶储罐的设计 1．1 储罐几何结构参数设计 还没有相关标准 ，对于该容量储罐 的设计与应力 在超大型浮顶储罐设计方面，目前还没有成 计算主要参 照 API650．2013标 准 、圆柱壳 熟 的设计标准 ，对 10×10m 以上储罐的设计主 法 ’和弹性 一刚性地基梁耦合法 。但上述 要还是参照 API650-2013常规储罐设计规范。 对超大型储罐应力解析法计算 的准确性与储罐壁 笔者参照相关设计标准对 15×10m 储罐的壁板 板和底板连接焊缝处 的应力分布规律还有待研 和底板进行了初步设计。其 中储罐 1～8层壁板 究。而随着计算机仿真技术 的逐步发展 ，采用有 厚度分别为 40、35、27、22、17、12、12、12mm；1～6 限元数值仿真计算手段来模拟分析一些非标容器 层壁板材料为 SPV490Q；7层壁板材料为 16MnR； 的设计应用也越来越广泛 ’”。 8层壁板材料为 Q235B。为了观察壁板高度对储 为此 ，笔者分别采用解析法与有 限元计算方 罐应力的影响，分别将第 1、2层壁板设计为等高 基金项 目：国家 自然科学基金项 目；中国石油和化学工业联合会科技指导计划项 目(2016—01-01)；东北 石油大学青年科学基金项 目(NEPUQ