锥顶储罐破坏压力分析方法探讨.pdf

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1、第39卷第3期化工机械295锥顶储罐破坏压力分析方法探讨刘巨保“徐祥娜’许蕴博2门建斌‘(1．东北石油大学；2．中国石油大庆石化公司)摘要针对3种标准与SafeRoef软件计算锥顶罐破坏压力的差异问题．以640、3200、6800m’立式雏项罐为研究对象，分别采用Ansys软件的两节点轴对称单元建立锥项罐轴对称模型和混合单元(实体单元、壳单元和梁单元)建立锥顶罐空闻模型的方法，得到了锥硕罐的应力分布状态，依据锥顶罐不同破坏条件探讨了锥顶罐的破坏压力，轴对称模型计算的破坏压力与SafeRoof软件

2、计算结果误差低于0．6％，空周模型能够考虑肋务姑构和焊缝尺寸的影响，计算的破坏压力与SafeRoof软件计算结果误差低于9．7％．为锥项罐破坏压力计算、弱项结构设计提供依据。关键词锥顶罐破坏压力应力中图分类号TQ053．2文献标识码A文章编号0254-6094(2012)03-0295-06固定顶储罐有锥顶罐、拱顼罐、伞形顶罐及网壳顶罐等，其中锥顶结构罐的突出优点是液面上蒸汽空间较小，储罐的小呼吸损失较少⋯。国内外关于储罐强度方面的研究较多‘2“1，而对储罐破坏方面的研究较少，采用API650”

3、’、GB50341【6】、SH3046¨13种标准与SafeRoof软件计算锥顶罐破坏压力时出现了较大差异。而这些计算中都无法考虑焊缝尺寸的影响，当顶板与壁板无连接焊缝时，依据这些标准还可得到储罐破坏压力，显然与实际情况不符。为了探讨储罐破坏压力计算的差异性，笔者分别采用Ansys软件的两节点轴对称单元建立轴对称模型和混合单元建立空同模型的方法，得到储罐的应力分布状态，依据储罐应力分类设计的强度条件标准¨·，给出储罐不同破坏条件，探讨不同应力分析模型、不同破坏条件下的储罐破坏压力计算方法，为锥顶

4、罐弱顶结构设计提供理论依据。1根据3种标准与SafeRoo!软件计算的锥顶罐破坏压力选取640、3200、6800m3立式锥顶罐作为研究对象，3种储罐均有4层罐壁，罐壁与角钢的连接方式均为对接，角钢方向朝外，锥顶的坡度为1／16。3种储罐的几何参数见表1。表13种锥顶储罐的几何参数3种标准"71对储罐破坏压力的定义是当顶的储罐破坏压力计算公式为：板与壁板连接处抗压环中的环向应力达到材料屈pf=1．6P-0．048t-服极限时会发生破坏失效，其中文献[5，6]推荐sH3046中推荐的计算公式为：·

5、刘巨保，男，1963年12月生。教授。黑龙江省大庆市，163318。296化工机械2012年Pf：0—．O—081AoF'yic—jatan0+O．080Sth(2)2———ir—一+u·h(Z)式中A——罐顶与罐壁连接处有效截面，按相关标准要求确定，mill2；D——储罐内径，m；p，——破坏压力，kPa；th——罐顶厚度，him；p——设计内压，按P=半+o．08fh计算，kPa；O'yield——材料的屈服极限，MPa；口——罐顶与罐壁连接处，罐顶板与水平面之间的夹角，(o)。式(1)是当

6、式(2)中的屈服极限为220MPa时简化得到的。对于上述3种容量的锥顶罐，顶板与壁板材料的屈服极限均为250MPa，由式(1)、(2)计算出的破坏压力列入表2。在文献[5]推荐的SafeRoof软件中，采用两节点轴对称单元建立储罐应力分析的轴对称模型，将求得的最大当量应力达到材料屈服极限时作为储罐破坏条件，同时，由Safe．Roof软件求得的储罐破坏压力也列入表2。表23种标准及SafeRoof软件计算的破坏压力kPa由表2可见，根据SafeRoof软件计算得到的破坏压力明显大于根据3种标准计算

7、的，其中根据文献[5，6]计算的破坏压力值略小于根据文献[7]计算的。另外采用SafeRoof软件的轴对称数值模型进行储罐应力分析，并依据最大等效应力达到材料屈服极限为储罐破坏条件的方法与3种标准采用的应力分析方法和破坏条件截然不同。为此，将通过Ansys软件对这些问题开展探讨。2Ansys软件数值模拟锥顶储罐应力状态2．1锥顶罐应力分析的有限元模型立式锥顶储罐径厚比很大，属薄壁圆柱壳结构。若不考虑罐顶肋条结构和焊缝尺寸，采用Ansys软件的两节点轴对称单元shell51进行离散，建立与Safe

8、Roof软件相似的轴对称有限元模型(图1)，简称轴对称模型。．夕’／l

9、_戳鼹强一、＼"z-、圈2；昆舍单元离散的空问模型束。3种锥顶储罐根据肋条结构分别选择30、20、14。的空间模型为研究对象。为了对比分析空问第39卷第3期化工机械297模型与轴对称模型的差异，将空间模型分为3种。其中空间模型A不考虑肋条结构，且顶部焊缝为满焊缝；空间模型B考虑肋条结构，且顶部焊缝为满焊缝；空间模型C考虑肋条结构，且顶部焊缝按照弱顶规范尺寸建立，焊缝尺寸偏小。2．23种锥顶罐应力结果与分析储罐受到罐体自重、静