不同充液下儲罐罐壁靜力分析與對比.pdf

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1、揚志波等：不同充液下儲罐罐壁靜力分析與對比不同充液下儲罐罐壁靜力分析與對比楊志波，計靜(1．大慶石化3-程有限公司．黑龍江大慶163714；2．東北石油大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，黑龍江大慶163318)【摘要】采用ANSYS有限元軟件，開展了2000m’儲罐在充液靜壓力作用下的靜力分析，得到半罐、滿罐罐壁徑向位移和等效應(yīng)力的分布及變化規(guī)律，進(jìn)行了兩種情況下水平位移和等效應(yīng)力的對比及驗證，最后根據(jù)計算結(jié)果提出了相應(yīng)的設(shè)計建議?！娟P(guān)鍵詞1儲罐；有限元；等效應(yīng)力；設(shè)計建議【中圖分類號】TU311．41【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B【文章編號】1001—6864(20

2、12)04—0065—03隨著石油開采技術(shù)的不斷更新和成品油需求量7ram，如表1所示。的增加，擴(kuò)大原油的加工迫在眉睫。大慶油田石化公表1儲罐幾何參數(shù)，司為滿足社會的需要，逐年擴(kuò)大原油的加工量，在龍風(fēng)化工廠建立了l2座2000m3的鋼制圓柱形立式儲罐作為配套存儲設(shè)備。為確保工廠及周邊居民的安全，保障儲罐在設(shè)計年限內(nèi)安全使用，對這批儲罐進(jìn)行了兩種充液壓力作用下受力性能仿真分析。以2000m立2儲罐有限元模型式儲罐為分析對象，介紹了儲罐罐壁厚度的設(shè)計方法，(1)材料本構(gòu)模型。儲罐罐壁的主要建材為應(yīng)用ANSYS有限元軟件分別建立半充液罐和滿液罐Q2

3、35級鋼板，到目前為止，有關(guān)鋼材的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)有限元模型，建模過程中考慮了材料的塑性性能，采用系已非常成熟，當(dāng)鋼材達(dá)到屈服強度后，隨著應(yīng)變的增應(yīng)力硬化雙線性本構(gòu)模型。，得到儲罐在半罐和滿加，應(yīng)力增加不明顯，本文鋼材的本構(gòu)關(guān)系考慮了鋼材罐儲液作用下罐壁的徑向水平位移和等效應(yīng)力分布的應(yīng)力硬化，屈服準(zhǔn)則采用雙線性隨動強化模型。彈規(guī)律，對儲罐變形和強度進(jìn)行了驗證，進(jìn)一步給出儲罐性模量E為2．06×10MPa，泊松比取為0．3，屈服強度管壁的設(shè)計建議，為同類儲罐的設(shè)計提供寶貴的數(shù)據(jù)。為210MPa，應(yīng)力硬化段切線模量取為0．01E。鋼材的1儲罐罐壁厚度

4、雙向性應(yīng)力應(yīng)變曲線見圖l，其中EPS代表鋼材應(yīng)變，2000m立式儲罐幾何尺寸如表1所示。儲罐管SIG代表鋼材應(yīng)力。壁厚度的選取依據(jù)美國API650(WeldedSteelTankforOilStorage)規(guī)范，儲罐罐壁設(shè)計采用變厚度設(shè)計法。25o0采用公式(1)計算儲罐的第一圈鋼板厚系數(shù)：200OIr=1,／(1)1500

5、×f01000式中，l。為儲罐的第一圈焊接鋼板寬度；R為儲罐r(nóng)c，】，5o0l半徑；#．為儲罐的第一圈鋼板的厚度。，O0．lI6Z．4了．Z4罐壁第二圈鋼板厚度，有下列三種情況：EPS(1)當(dāng)≤1．375時，t=t。。t

6、2為第二圈鋼板的圖1鋼材應(yīng)力一應(yīng)變曲線厚度。(2)當(dāng)時≥2．625時：t2=t2。(2)單元選取。采用ANSYS軟件口建立儲罐(3)當(dāng)1．375<<2．625時：有限元模型，考慮到罐壁較薄，采用SHELIA3軸對稱Z．殼單元模擬，儲罐中的流體介質(zhì)用FLUID80單元模t2a+(za)(2·卜赤擬。Shell43單元包含4個節(jié)點，每個節(jié)點有6個自由對于第二圈之外的各圈儲罐壁板，為安全起見均度，該單元擁有很好塑性變形能力，可模擬材料塑性性選取與第二圈相同的厚度，經(jīng)計算為1．2，按公式(1)能。模擬罐內(nèi)三維液體的FLUID80單元為8節(jié)點實計算第二

7、圈的鋼板厚度，與首圈厚度相同，這樣整個儲體單元，該單元廣泛應(yīng)用在計算靜液壓力和液固耦合罐自下而上采用了同一厚度，設(shè)計時罐壁厚度t。取為計算中。低溫建筑技術(shù)2012年第4期(總第166期)(3)有限元模型建立。在建立儲罐有限元實體模在滿罐情況下，罐壁位移在徑向位移最大處向上逐漸型時，首先建一個半徑為7．25m的圓，然后采用拖拽命令減小，呈三角形分布，在儲液液面處出現(xiàn)突變，該處以形成罐壁，內(nèi)部建一個圓柱體，進(jìn)行合理網(wǎng)格映射劃分，劃上罐壁水平位移基本為0。分完使罐壁和圓柱體最外面節(jié)點坐標(biāo)相同，然后自由度可見，靜壓力對儲罐底部第一圈鋼板的作用比較耦合

8、，得到充滿液的儲罐有限元模型如圖2所示。明顯，屬于儲罐的薄弱部位】，因此在儲罐設(shè)計過程中要增加該處罐壁厚度，同時避免罐壁在該處焊縫連接，以防被壓裂—半罐應(yīng)力分布■坦L毽l器＼圖2儲蒗罐有限兀模型0306090120150充半液的儲罐建模同上。在建模過程中，不考慮等效應(yīng)力／MPa鋼板本身存在的幾何缺陷和材料不足，認(rèn)為罐壁沿著圖5半罐儲液壓力下儲罐罐壁等效應(yīng)力徑向的應(yīng)力是相等的，故網(wǎng)格劃分時在徑向劃分了一份，沿著圓周和高度進(jìn)行了網(wǎng)格細(xì)化，達(dá)到程序精度的15}—滿罐應(yīng)力分布I要求，約束罐底全部節(jié)點自由度(ALLDOF)，同時認(rèn)12‘．‘＼＼為介質(zhì)自

9、由表面無晃動。盞I163儲罐罐壁靜力分析疆3＼利用建立的2000m儲罐有限元模型，進(jìn)行在半00306090120150罐、滿罐儲液自重作用下分析，求解，采用通用后處