不同充液下储罐罐壁静力分析与对比.pdf

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1、扬志波等：不同充液下储罐罐壁静力分析与对比不同充液下储罐罐壁静力分析与对比杨志波，计静(1．大庆石化3-程有限公司．黑龙江大庆163714；2．东北石油大学土木建筑工程学院，黑龙江大庆163318)【摘要】采用ANSYS有限元软件，开展了2000m’储罐在充液静压力作用下的静力分析，得到半罐、满罐罐壁径向位移和等效应力的分布及变化规律，进行了两种情况下水平位移和等效应力的对比及验证，最后根据计算结果提出了相应的设计建议。【关键词1储罐；有限元；等效应力；设计建议【中图分类号】TU311．41【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(20

2、12)04—0065—03随着石油开采技术的不断更新和成品油需求量7ram，如表1所示。的增加，扩大原油的加工迫在眉睫。大庆油田石化公表1储罐几何参数，司为满足社会的需要，逐年扩大原油的加工量，在龙风化工厂建立了l2座2000m3的钢制圆柱形立式储罐作为配套存储设备。为确保工厂及周边居民的安全，保障储罐在设计年限内安全使用，对这批储罐进行了两种充液压力作用下受力性能仿真分析。以2000m立2储罐有限元模型式储罐为分析对象，介绍了储罐罐壁厚度的设计方法，(1)材料本构模型。储罐罐壁的主要建材为应用ANSYS有限元软件分别建立半充液罐和满液罐Q2

3、35级钢板，到目前为止，有关钢材的应力一应变关有限元模型，建模过程中考虑了材料的塑性性能，采用系已非常成熟，当钢材达到屈服强度后，随着应变的增应力硬化双线性本构模型。，得到储罐在半罐和满加，应力增加不明显，本文钢材的本构关系考虑了钢材罐储液作用下罐壁的径向水平位移和等效应力分布的应力硬化，屈服准则采用双线性随动强化模型。弹规律，对储罐变形和强度进行了验证，进一步给出储罐性模量E为2．06×10MPa，泊松比取为0．3，屈服强度管壁的设计建议，为同类储罐的设计提供宝贵的数据。为210MPa，应力硬化段切线模量取为0．01E。钢材的1储罐罐壁厚度

4、双向性应力应变曲线见图l，其中EPS代表钢材应变，2000m立式储罐几何尺寸如表1所示。储罐管SIG代表钢材应力。壁厚度的选取依据美国API650(WeldedSteelTankforOilStorage)规范，储罐罐壁设计采用变厚度设计法。25o0采用公式(1)计算储罐的第一圈钢板厚系数：200OIr=1,／(1)1500

5、×f01000式中，l。为储罐的第一圈焊接钢板宽度；R为储罐rc，】，5o0l半径；#．为储罐的第一圈钢板的厚度。，O0．lI6Z．4了．Z4罐壁第二圈钢板厚度，有下列三种情况：EPS(1)当≤1．375时，t=t。。t

6、2为第二圈钢板的图1钢材应力一应变曲线厚度。(2)当时≥2．625时：t2=t2。(2)单元选取。采用ANSYS软件口建立储罐(3)当1．375<<2．625时：有限元模型，考虑到罐壁较薄，采用SHELIA3轴对称Z．壳单元模拟，储罐中的流体介质用FLUID80单元模t2a+(za)(2·卜赤拟。Shell43单元包含4个节点，每个节点有6个自由对于第二圈之外的各圈储罐壁板，为安全起见均度，该单元拥有很好塑性变形能力，可模拟材料塑性性选取与第二圈相同的厚度，经计算为1．2，按公式(1)能。模拟罐内三维液体的FLUID80单元为8节点实计算第二

7、圈的钢板厚度，与首圈厚度相同，这样整个储体单元，该单元广泛应用在计算静液压力和液固耦合罐自下而上采用了同一厚度，设计时罐壁厚度t。取为计算中。低温建筑技术2012年第4期(总第166期)(3)有限元模型建立。在建立储罐有限元实体模在满罐情况下，罐壁位移在径向位移最大处向上逐渐型时，首先建一个半径为7．25m的圆，然后采用拖拽命令减小，呈三角形分布，在储液液面处出现突变，该处以形成罐壁，内部建一个圆柱体，进行合理网格映射划分，划上罐壁水平位移基本为0。分完使罐壁和圆柱体最外面节点坐标相同，然后自由度可见，静压力对储罐底部第一圈钢板的作用比较耦合

8、，得到充满液的储罐有限元模型如图2所示。明显，属于储罐的薄弱部位】，因此在储罐设计过程中要增加该处罐壁厚度，同时避免罐壁在该处焊缝连接，以防被压裂—半罐应力分布■坦L毽l器＼图2储蒗罐有限兀模型0306090120150充半液的储罐建模同上。在建模过程中，不考虑等效应力／MPa钢板本身存在的几何缺陷和材料不足，认为罐壁沿着图5半罐储液压力下储罐罐壁等效应力径向的应力是相等的，故网格划分时在径向划分了一份，沿着圆周和高度进行了网格细化，达到程序精度的15}—满罐应力分布I要求，约束罐底全部节点自由度(ALLDOF)，同时认12‘．‘＼＼为介质自

9、由表面无晃动。盏I163储罐罐壁静力分析疆3＼利用建立的2000m储罐有限元模型，进行在半00306090120150罐、满罐储液自重作用下分析，求解，采用通用后处