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1、静设备石油化工设备技术,1999,20(5)·1·Petro2ChemicalEquipmentTechnology大型储罐罐壁的强度计算黄勇力中国石化集团北京设计院100011摘要在大型储罐罐壁强度计算中,我国规范SH3406-92、日本规范JISB8501和英国规范BS2654等均采用“定点法”或修正了的“定点法”;美国规范API650给出了“变点法”计算方法。文章介绍了上述4种规范的计算方法和计算式,并结合实际工程设计对其计算结果进行了分析对比。关键词大型储罐罐壁强度计算定点法变点法1前言布
2、,因此从理论上讲其最大应力点应在每一层罐壁随着储罐的大型化,储罐的直径和钢材总重量板的下端。但由于罐壁板采用的是有一定宽度的钢也随之增大。大型储罐的设计应尽可能地减少钢材板,在其宽度范围内厚度是不变的,因此各层罐壁的消耗量,以达到比较好的经济合理性。罐壁钢材板宽度范围内的应力分布是不均匀的,其上段的应的重量在大型储罐罐体的总重量中约占35%到力较小。各层罐壁板下端因受到下层罐壁板的影响,50%。因此,确定罐壁厚度的罐壁强度计算,对于使罐壁板中最大应力点的位置上移。因此,罐壁板减少罐壁的重量从而降低
3、整个储罐的钢材消耗量、厚度不是按每层罐壁板下端的应力决定,而是按罐对于大型储罐的经济合理性具有决定性的作用。国壁板下端向上一定距离的最大应力点处的静液压计内外储罐设计规范提供的罐壁强度计算方法不尽相算得出的。至于最大应力点上移的位置,各国储罐同,计算所得的罐壁板的厚度也有差别,因此有必规范中均采用罐壁板下端向上约30418mm(1ft)处。要对各种规范提供的计算方法进行比较。此种罐壁厚度的计算方法称为“定点法”。当储罐直外浮顶储罐罐壁承受的储液静液压如图1所径较小时,各层罐壁板的应力分布比较均匀,
4、用定示。工程设计中罐壁厚度按静液压在罐壁中产生的点法计算罐壁厚度的精度能够满足实际需要。但随最大环向应力确定。由于实际的罐壁设计时罐壁板着储罐直径的增大,由计算得到的结果和应力实测不可能采用厚度连续变化的钢板,所以制造时均采数据表明,用“定点法”计算出的罐壁厚度,往往用不同厚度的钢板组焊成罐壁。因此除储罐直径较造成罐壁板的下部应力较大,甚至超过了许用应力,小,罐壁厚度按刚性确定并设计成等壁厚外,通常这显然是不安全的;而罐壁板的上部应力较小,又情况下各层罐壁板的厚度也是沿罐壁由上到下逐层显得比较保守
5、。图2列出了三种不同直径的储罐罐增厚的。壁环向应力分布曲线图。由图2可以看出,储罐直径为<36576mm(120ft)时,各层罐壁板的应力分布比较均匀,罐壁中的环向最大应力点均落在各层罐壁高度范围内;但储罐直径为<67056mm(220ft)以上时,罐壁中最大的环向应力点逐渐上移,底层罐壁中的最大应力点甚至已经落到了第二层壁板上,而上部各层罐壁的应力偏低。对此,有图1罐壁承受的储液静压力收稿日期:1998208206每一层罐壁钢板的厚度可根据罐壁板承受的最作者简介:黄勇力,1987年毕业于华东石油
6、学院机械系矿机专业,现大应力计算得出。各层罐壁板承受的应力呈梯形分在中国石化集团北京设计院从事炼油设备设计工作,工程师。·2·石油化工设备技术1999年些国家的规范对定点计算法做了修正,如计算底圈SM41(Rs=216MPa,Rb=罐壁板时采用不同的焊缝系数等措施,这满足了一402MPa)。些中型储罐的需要。但对于大直径储罐,由于其底211按美国规范API650《钢制焊接油罐》变点法计层罐壁的最大应力点有可能落到第二层壁板上,即算(因按原标准计算,故仍保留原有单位制)使有这些修正措施仍然会有较大的
7、误差。因此如果21111底层罐壁板厚度的计算能计算出罐壁板中最大应力点的位置,再按此位置分操作和试水两种情况,分别按定点法计算公确定罐壁板的厚度将会得出比较精确合理的结果,式计算一个初步厚度:“变点法”就是基于这种概念进行计算的。美国操作t216D(H-1)Gpd=+C2(1)SdAPI650《钢制焊接储罐》中给出了“变点法”进行216D(H-1)试水tpt=(2)罐壁厚度计算的方法,我国SH3046-92、日本JISStB8501和英国BS2654等规范均采用“定点法”或修式中:D——储罐公称直
8、径,ft;正了的“定点法”。H——设计液面高度(所计算的罐壁板底部到设计液位的高度),ft;3G——储液设计密度,kgöm;C2——腐蚀裕量,in;Sd——设计条件下管壁板材的许用应力,psi;St——充水试验条件下罐壁板材的许用应力,psi。用下列公式分别计算设计条件和充水试验条件下的底层罐壁所需厚度t1d和t1tt1d=1106-01463DHG×216HDG+C2HSdSd图2不同直径储罐罐壁环向应力分布(3)结合福建炼油化工有限公司10万立方米浮顶t1t=1106-0146
