大型油罐应力分析与屈曲稳定性研究.pdf

第卷第期油气储运
大型油罐应力分析与屈曲稳定性研究
陈志平一曾明余雏麟沈建民葛颂朱劲平
浙江大学化工机械研究所
陈志平曾明等:大型油罐应力分析与屈曲稳定性研究,油气储运,,~ ,。
摘要初步分析了罐壁应力分布的基本特点,提出了一种组合圆柱壳理论的应力计算解析
方法。比较了已有罐底板应力计算中罐一土耦合有限元分析的建模方法,建立了以基础沉降量为边
界条件的新模型。采用数值模拟优化分析方法,研究了不同结构参数对油罐安全性的影响。利用
非线性有限元方法,进行了准静态弹塑性屈曲分析。研究结果表明,新的计算方法和计算模型可大
大提高罐体应力计算结果的准确度,部分研究成果可为制订我国大型立式圆筒形钢制焊接油罐标
准提供技术数据。
主题词大型石油储罐应力分析结构优化屈曲分析可靠性研究
.×。和×。,同时在国家高技术研
究发展计划、浙江省自然科学基金和中石化油工
一
一、前日言舌
程建设等项目的资助下,采用试验研究、理论分析和
数值模拟等技术手段,深入开展了大型石油储罐的
我国于年从日本引进了×.。浮顶
安全可靠性研究。
罐的设计和施工技术,最初在秦皇岛建造了×
。单盘浮顶储罐,其后年间,在全国相继建
成了余座×大型储罐;年茂名二、组合圆柱壳理论计算
石化北山岭油库座.×。浮顶油罐顺利罐壁应力方法
投入使用;年月底,我国自行设计建造的
座×。超大型储油罐在江苏仪征建成投产。油罐罐壁厚度主要由液体静压力引起的环向应
正在建设中的国家战略石油储备库一期工程,单罐力确定。液体静压力由下往上逐渐减小,遵循等强
容积均为ב。,总数在座以上。随着我度设计原则,通常采用不等壁厚的圆柱形筒节焊接
国经济的快速发展,对石油的需求将逐年增加,还需而成,从下往上数,第一圈壁板又称底圈壁板厚度
要新建大批大型储罐。最大,向上依次减薄。
大型油罐是关系国家财产和人民生命安全的特按弹性力学分析,小型等壁厚油罐是一个圆柱
种承压设备,一旦出现破坏,大量石油外泄和燃烧, 壳受轴对称载荷的弯曲问题。因边界条件、位移和
不仅会给生产企业造成重大经济损失,危及工作人内力都是轴对称的,位移函数只随高度而变化,偏微
员的生命安全,还可能导致毁灭性的次生灾害,如何分方程简化为常微分方程,求解比较简单。但大型
保证大型油罐在正常工作情况下或遭遇地震等动载油罐由多圈不等厚的圆柱形筒节组成,求解时应考
荷时的安全至关重要。近年来,对镇海、金山、茂名虑各圈壁板连接处由弯矩和剪力组成的边缘力系的
石化及仪征油库等地的近座大型石油储罐进影响,为此需解很多联立方程来确定积分常数,这种
行了充水应力测试,单罐容积包括× 。、解法称为“短圆柱壳法州。该方法计算精度高,但
国家高技术研究发展计划资助项目。
,浙江省杭州市浙大路号;电话:。
油气储运
计算过程非常复杂,难以在工程上推广使用。实际压力的影响,作为工程计算,可以忽略不计”,这说
工程中,往往将壁板看成是无限长圆柱壳,即假设各明在计算第三圈及以上各圈壁板应力时,采用长圆
圈壁板的单边存在边缘力系。这种简化后的求解罐柱壳作为计算模型其精度已经足够了。
壁应力的“长圆柱壳法,计算过程简单,但精度不
高,特别是第一道环焊缝附近的罐壁