大型原油儲(chǔ)罐的有限元分析.pdf

《大型原油儲(chǔ)罐的有限元分析.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第3期機(jī)械設(shè)計(jì)與制造2010年3月MachineryDesign&Manufacture4l文章編號：1001—3997(2010)03—0041—02大型原油儲(chǔ)罐的有限元分析：l：劉濤沈士明(南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，南京210009)Finiteelementanalysisforlarge—scaleoiItankLIUTao，SHENShi-ming(CollegeofMechanical&PowerEngineering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing210009，China)l【摘要】10

2、萬m儲(chǔ)罐在原油儲(chǔ)備中應(yīng)用越來越廣泛，其強(qiáng)度安全要求顯得更重要。通過有限元軟ll件ANSYS，對水壓試驗(yàn)工況下的10萬m。大型外浮頂式原油儲(chǔ)罐進(jìn)行了分析，獲得了儲(chǔ)罐各部位的應(yīng)力li分布情況，用分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對主要部位進(jìn)行了應(yīng)力評定并確定了關(guān)鍵部位，強(qiáng)度評定的結(jié)果表明，在最高；i關(guān)鍵詞：原油儲(chǔ)罐；有限元法；應(yīng)力分析；評定il【Abstract】The100，000mtankswereusedwidelyinthefieldofcrudeoilstorage，andtheirinten—llsctomoreimportant．Finiteelementsof

3、twol'eANSYSWaSadoptedtoanalyzethe100，000mlarge-llscalefloatingcrudeoiltankwiththetopmosthydraulicstate，andthestressdistributionofallpartsoftheIatngtot一拈?一引一中圖分類號：TH12，O241．82文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A1引言成，罐壁壁板與底板邊緣板采用T型焊接結(jié)構(gòu)，邊緣板相對于罐壁外伸長度為0．1m。罐底邊緣板材料為SPV490Q鋼，厚度隨著生產(chǎn)的需要和我國石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備計(jì)劃的實(shí)施，油罐的體2hnm，罐底中幅板

4、材料為Q235一B鋼，厚度1lmm。罐體與地基材積越來越大，我國新建和正在建設(shè)的石油儲(chǔ)備基地大都采用10料常溫下性能參數(shù)，如表2所示。儲(chǔ)罐最高儲(chǔ)液位為20．2m，罐體萬m，的大型原油儲(chǔ)罐。這類壓力容器的特點(diǎn)是體積大，罐壁厚度以非錨固形式擱置在鋼筋混凝土環(huán)梁基礎(chǔ)上。等大都采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)的，罐壁由不等厚的壁板對表2材料性能參數(shù)焊而成，壁板與底板采用T型焊連接，其連接部位大角焊縫的應(yīng)鋼材彈性模量／GPa2l0力狀態(tài)較為復(fù)雜，一旦失效將造成極大的經(jīng)濟(jì)損失l】1。采用基于基鋼材泊松比0-3礎(chǔ)沉降量的建模法，通過ANSYS有限元分析軟件對承受水壓工況

5、鋼材密度／kg·1317850鋼材初屈服應(yīng)力o-}MPa490下的10萬m大型儲(chǔ)罐進(jìn)行了分析，獲得了儲(chǔ)罐各部位的應(yīng)力分地基泊松比”O(jiān)_2布狀況，確定了儲(chǔ)罐最危險(xiǎn)的部位是大角焊縫焊趾處，并用分析水密度／kg·Ⅱr]1000設(shè)計(jì)測評法對底層壁板和邊緣板等關(guān)鍵部位進(jìn)行了強(qiáng)度評定。3罐體有限元分析2儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)參數(shù)3．1有限元模型10萬m，外浮頂式原油儲(chǔ)罐為圓筒形容器，內(nèi)徑80m，總高儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)及承受載荷者橢牲，可采用二維軸寸幣漠型目。度21．8m。罐壁由9圈不等厚度的壁板對焊而成，采用等強(qiáng)度設(shè)罐一土間的耦合作用是大型儲(chǔ)罐有限元建模的難點(diǎn)，考慮到文獻(xiàn)喂計(jì)的，罐壁

6、材料與幾何參數(shù)，如表1所示。出的基于沉降量的有限元建模法，比彈簧桿單元法和接觸單元法模表1罐壁材料與幾何參數(shù)擬底板應(yīng)力時(shí)有更高精確度，采用基于沉降量的有限元建模法。大型儲(chǔ)罐的地基由鋼筋混凝土環(huán)梁(簡稱剛性地基)與彈性砂地基(簡稱彈性地基)兩部分組成。在液柱靜壓和罐體自重作用下，因剛性地基比彈性地基的彈性模量E大，擱置在兩種地基上的罐底板將發(fā)生不同的沉降量，使得底板在兩者地基連接處發(fā)生彎曲變形。據(jù)某單位檢測某10萬立方米油罐水壓試驗(yàn)時(shí)的地基沉降量為19．75mm，根據(jù)Winkler彈性地基假定中彈性四面體單頂部為雙盤式外浮頂結(jié)構(gòu)，底板由邊緣板和中幅板對

7、焊而元的彈性模量E與地基沉降量差值厶的關(guān)系式(1)，計(jì)算出彈★來稿日期：2009—05—12"-k基金項(xiàng)目：中國石油化工股份有限公司科技開發(fā)項(xiàng)目(306005)42劉濤等：大型原油儲(chǔ)罐的有限元分析第3期性四面體單元的彈性彈性模量E。，MPa。采用ANSYS軟件建立有儲(chǔ)罐最大應(yīng)力出現(xiàn)在罐底板與壁板連接的大角焊縫處，焊趾處最大一一恒剖蕈躐舞限元模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，共劃分了19196個(gè)單元。應(yīng)力為值455MPa。由于兩加種地H基加的彈6陛42模O量有差異，在液壓和罐E=pl／As(】)體自重作用，兩種地基沉降量不同，導(dǎo)致罐底板翹起變形情況，罐底式中：p一由

8、在液柱靜壓和罐體自重兩部分組成的壓力，MPa；板下表面受徑向壓應(yīng)力，上表面受徑向拉應(yīng)力，如圖3所示。AN—z