基于API650标准设计的石油储罐罐壁开孔处允许外载荷的分析与评价

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1、学兔兔www.xuetutu.com第5期．5一基于API650标准设计的石油储罐罐壁开孑L处允许外载荷的分析与评价王东昌，李魏(中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京100085)[摘要]国内设计院承接的国外工程项目E1益增多，按照国际规范API65D没计的石油储罐越来越多，与国内石油储罐设计规范相比，国内规范对罐壁开孔处外载荷的相关计算几乎为零，但接管外载荷对罐壁的影响不容忽视。本文依据API650标准附录P，结合实际项目和理论分析，对储罐罐壁开孔处进行受力分析并对外载荷进行校核，如今此校核方法已获得基本认可和实际应用。[关键词]储罐；罐壁开孔

2、；接管；载荷；应力石油储罐本体设计主要是罐底、罐顶和罐壁详细说明。的设计，其中罐壁设计尤为重要。罐壁作为主要罐壁开孔处受力图见图1。承压部分，所承受的载荷包括液体压力、风压、y地震载荷、开孔应力等，此类载荷的计算在各类储罐设计标准中都有详细解释，但除此之外，储罐罐壁还承受相连接管道的推拉力和扭矩。其中管道应力以及因产品压头、罐内压力、罐壁与罐底之间均匀或非均匀的温差引起开孔处罐壁的径向位移和纵向旋转对油罐罐壁的影响明显。因此设计中必须保证外部管线施于罐壁开孔处的载荷在安全极限内，如果相连配管的应力处理不当会使储罐罐壁变形甚至破裂，引发重大事故。经研究发现，关

3、于罐壁开孔处外载荷的计算校核只有在APt650川中有所涉及，GB50341．2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》[2及SH／T3167．2012《钢制焊接低压储罐》口均无此载荷的图1计算校核内容。因国内设计公司承接的国外油田地面工程项目不断增多，国外工程中大型石油储图1中字母释义：罐设计均须采用API650标准，为此对罐壁开孔处FL=FY一纵向力，N；允许的外载荷进行计算研究。FR：=Fx～径向力，N；1API650附录P方法介绍Mc=MY一罐壁周向弯矩，N·naln；API650附录P的应用范围为直径大于36111_的ML=Mz一纵向弯矩，N·n3_

4、rn；储罐，若有客户要求，直径小于36m的储罐也可MT=Mx一接管周向扭矩，N·rnlil；适用。本附录主讲储罐罐壁开孔处外载荷校核方法，最新版API650．2013中介绍了一种计算方法即作者简介：王东昌(1986一)，男。山东聊城人，2009年中国诺模图解法(Nomogram)，以下为该计算方法的石油大学(华东)本科毕业，工程师。现主要从事油气田地面设备研究设计制造等工作。学兔兔www.xuetutu.com6一■论文广场石油和化工设备2014年第一17卷a一接管外半径，rain；绘制到图2、图3的坐标系中，如果落在边界内，)(c=L一接管中心标高，mm：

5、则接管外载荷符合要求。XB=L—a一接管底部标高，mill：边界图分析：XA=L+a一接管顶部标高，mill：研读API650后可得知FR、MM均定义为两个方向。其中F向罐壁外侧方向取正值，向罐壁t一开孔处罐壁厚度，mii1：内侧取负值；M向上取正值，向下取负值；M。常R一储罐内半径，mnl取正值。由图1可见，开孔处罐壁的中性面上有3个主应力和3个主弯矩，但通常仅考虑对罐壁变形有主(／a)fMc／)要作用的1个应力F和2个弯矩M和M，本附录诺模图解法是基于以上考虑，根据储罐罐壁和接管应力等已有数据来判断F，M，M是否在许用范-_围内，步骤如下：一一一(1)确

6、定无量纲X／(Rt)，X／(Rt)和Xc／’(Rt)。；，、cl⋯一．—(2)根据步骤l计算结果绘制图2、图3坐标系中右半部分边界，左半部分边界如图恒定不变；(3)通过配管专业提供的F，M和M值确定参图3数(入／2YF)(FR／FP)、(入／aYL)(ML／FP)和(入／aYc)(Mc／FP)的值。其中入=a／(Rt)；FP为由静压头引起的压力在开孔中心线上的受压端产生的载荷N，FP=PⅡa2=(Pgh+Pi)Ⅱa，Pi为储罐内压(Pa)，h为液位顶部与接管中心线的距离(ram)；YL，Yc，YF可由图4、图5得到。(4)将(入／2YF)、(FR／FP)、(

7、入／aYL)、衡0fh(M／FP)和(入／aYc)、(Mc／FP)确定的坐标点一、4(J，)＼＼l＼，一一一⋯n{。r、．⋯⋯一●⋯⋯～⋯'{0～O75lx／f聍twNchevergre~ter、＼＼t{＼_tIt’、、＼、、＼＼、＼图2学兔兔www.xuetutu.com第5期王东昌等基于API650标准设计的石油储罐罐壁开孔处允许外载荷的分析与评价S。7一ML为正值时(入／aYL)(ML／FP)=0．4355；Two—thirdsoftherequiredreinforced~lreamustbetocatedwithina+0．5(R1)。oftheo

8、peningcenterline～、{M为负值时(／