一万立方米非锚固立式原油储罐有限元分析和优化.pdf

第4期 一33一 一 万立方米非锚固立式原油储罐的有限元 分析及优化 黄琼 ，樊志伟 (1．中国石油工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都610500) (2．中国石化西北油田分公司，新疆库尔勒841604) [摘 要]本文以实际工况的一万立方米原油储罐为对象，使用3D全罐模型分析了储罐在原油静压、自重、风载、温差分别 作用和联合作用下的应力强度并核算了原油静压下的储罐应力强度，探索了几种载荷对储罐失效的影响程度。通过对大脚 焊缝模型的有限元分析，找出了最大应力和次最大应力失效部位，再现了实际工况中的大脚翘曲现象。通过建立变厚度罐 壁的优化设计数学模型，在材料一定时最大应力降低约5％，保证了储罐的安全。 [关键词】大型立式储罐；有限元分析；强度分析；优化设计 随着石油化学工业 的快速发展 以及能源安 0．3，弹性模量为2．06×10¨10N／m ，屈服强度为 全 问题的日益突出，以大型原油储罐为主的石油 4．9×108N／m2，切线模量为2．06×10“10N／m [6]，密 储备项 目受到了国家高度重视 1【】。这类压力容器 度参考国家设计标准推荐值7．85×10。kg／m~，不考 体积大，罐壁厚度大都采用等强度设计理念进行 虑地基的弹性。罐 内原油密度采用推荐值，25℃ 设计，由不等厚的壁板焊接而成，所受外载荷形 标准大气压下0．98~10kg／m3。 式多样，其连接部位大角焊缝的应力状态较为复 2储罐的载荷分析 杂，一旦失效将造成极大的经济损失[2】。本文以 一 2D的轴对称模型分析所用载荷主要有罐体原 万立方米原油储罐为研究对象，采用有限元数 油静压、罐顶雪载和外壁风载，3D实体模型还应 值模拟技术，对其进行了应力强度分析和罐壁优 考虑罐体自重的影响 1【。 化设计，获得了储罐在几种载荷作用下的应力强 度分布情况，确定了最大应力失效和失稳的部 f1)自重：经查证得知，整个储罐重量286520 位，揭示了几种载荷对储罐失效和失稳的贡献大 ， 罐壁重量约为150166kg。 小，提出了较为合理的罐壁厚度变化的组合。 (2)原油静压力：P=pgh+P0=0．1176MPa 1储罐的结构参数及材料参数 (3)风载荷8【】：罐体风载荷采用以下公式计算： 1．1储罐的结构参数 wind=fzxs~txxsXfygdXw0 本文的储罐模型为实际工况下一万立方米非 式 中 ： W 0～ 基 本 风 压 ， 查 表 取 锚固立式内浮顶罐。罐体直径为30．4m，罐体总 w0=0．45e3×rq1；tx)s【一风载体形系数；fzxs一 高14．27m，罐内液体高度12m。罐壁采取变厚度 风振系数，需查表计算，公式为：fzxs=1+zn／ 0—1．5m为18mm，1．5m．3．0m为17mm，3．0m一4．5m H×1．47×0．47／fygd；fygd一风压高度变化系数， 为 15mm，4．5m一6．0m为 13mm，6．0m．7．5m为 11 fygd=3．12×(zn／350)×0．32；H一储罐罐壁高度； mm，7．5m．9．0m为10mm，9．0m．10．5m为8mm， rq1一风载分项系数，查表取rq1=1．4：风压高度变 10．5