大型原油储罐的有限元分析.pdf

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1、第3期机械设计与制造2010年3月MachineryDesign&Manufacture4l文章编号：1001—3997(2010)03—0041—02大型原油储罐的有限元分析：l：刘涛沈士明(南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009)Finiteelementanalysisforlarge—scaleoiItankLIUTao，SHENShi-ming(CollegeofMechanical&PowerEngineering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing210009，China)l【摘要】10

2、万m储罐在原油储备中应用越来越广泛，其强度安全要求显得更重要。通过有限元软ll件ANSYS，对水压试验工况下的10万m。大型外浮顶式原油储罐进行了分析，获得了储罐各部位的应力li分布情况，用分析设计标准对主要部位进行了应力评定并确定了关键部位，强度评定的结果表明，在最高；i关键词：原油储罐；有限元法；应力分析；评定il【Abstract】The100，000mtankswereusedwidelyinthefieldofcrudeoilstorage，andtheirinten—llsctomoreimportant．Finiteelementsof

3、twol'eANSYSWaSadoptedtoanalyzethe100，000mlarge-llscalefloatingcrudeoiltankwiththetopmosthydraulicstate，andthestressdistributionofallpartsoftheIatngtot一拈⋯一引一中图分类号：TH12，O241．82文献标识码：A1引言成，罐壁壁板与底板边缘板采用T型焊接结构，边缘板相对于罐壁外伸长度为0．1m。罐底边缘板材料为SPV490Q钢，厚度随着生产的需要和我国石油战略储备计划的实施，油罐的体2hnm，罐底中幅板

4、材料为Q235一B钢，厚度1lmm。罐体与地基材积越来越大，我国新建和正在建设的石油储备基地大都采用10料常温下性能参数，如表2所示。储罐最高储液位为20．2m，罐体万m，的大型原油储罐。这类压力容器的特点是体积大，罐壁厚度以非锚固形式搁置在钢筋混凝土环梁基础上。等大都采用等强度设计思想进行设计的，罐壁由不等厚的壁板对表2材料性能参数焊而成，壁板与底板采用T型焊连接，其连接部位大角焊缝的应钢材弹性模量／GPa2l0力状态较为复杂，一旦失效将造成极大的经济损失l】1。采用基于基钢材泊松比0-3础沉降量的建模法，通过ANSYS有限元分析软件对承受水压工况

5、钢材密度／kg·1317850钢材初屈服应力o-}MPa490下的10万m大型储罐进行了分析，获得了储罐各部位的应力分地基泊松比”O_2布状况，确定了储罐最危险的部位是大角焊缝焊趾处，并用分析水密度／kg·Ⅱr]1000设计测评法对底层壁板和边缘板等关键部位进行了强度评定。3罐体有限元分析2储罐的结构参数3．1有限元模型10万m，外浮顶式原油储罐为圆筒形容器，内径80m，总高储罐结构及承受载荷者椭牲，可采用二维轴寸币漠型目。度21．8m。罐壁由9圈不等厚度的壁板对焊而成，采用等强度设罐一土间的耦合作用是大型储罐有限元建模的难点，考虑到文献喂计的，罐壁

6、材料与几何参数，如表1所示。出的基于沉降量的有限元建模法，比弹簧杆单元法和接触单元法模表1罐壁材料与几何参数拟底板应力时有更高精确度，采用基于沉降量的有限元建模法。大型储罐的地基由钢筋混凝土环梁(简称刚性地基)与弹性砂地基(简称弹性地基)两部分组成。在液柱静压和罐体自重作用下，因刚性地基比弹性地基的弹性模量E大，搁置在两种地基上的罐底板将发生不同的沉降量，使得底板在两者地基连接处发生弯曲变形。据某单位检测某10万立方米油罐水压试验时的地基沉降量为19．75mm，根据Winkler弹性地基假定中弹性四面体单顶部为双盘式外浮顶结构，底板由边缘板和中幅板对

7、焊而元的弹性模量E与地基沉降量差值厶的关系式(1)，计算出弹★来稿日期：2009—05—12"-k基金项目：中国石油化工股份有限公司科技开发项目(306005)42刘涛等：大型原油储罐的有限元分析第3期性四面体单元的弹性弹性模量E。，MPa。采用ANSYS软件建立有储罐最大应力出现在罐底板与壁板连接的大角焊缝处，焊趾处最大一一恒剖蕈躐舞限元模型，进行网格划分，共划分了19196个单元。应力为值455MPa。由于两加种地H基加的弹6陛42模O量有差异，在液压和罐E=pl／As(】)体自重作用，两种地基沉降量不同，导致罐底板翘起变形情况，罐底式中：p一由

8、在液柱静压和罐体自重两部分组成的压力，MPa；板下表面受径向压应力，上表面受径向拉应力，如图3所示。AN—z