超大型原油储罐大角焊缝处应力分析和结构优化.pdfVIP

化工设计 2014，24(2) 超大型原油储罐大角焊缝处应力 分析及结构优化 张雪铭 浙江省天正设计工程有限公司 杭州 310012 摘要 随着我国原油战略储备计划的开展，使用超大型原油储罐成为一种必然的趋势。超大型储罐大角 焊缝处由于应力值很大且变化剧烈成为储罐危险部位之一。本文利用通用有限元程序ANSYS，分析了焊角型式 以及储罐结构参数对大角焊缝处应力强度峰值的影响，对于相关结构参数提出了选择原则，以期对超大型原油 储罐的工程建设起到指导作用。 关键词 大型储罐 大角焊缝 应力分析 结构优化 由于大型原油油罐在节约钢材、占地面积以 进行有限元分析时，将变形可忽略的钢筋 昆凝土 及便于规模化管理等方面有着不可取代的优势， 环梁视作刚性，拟采用接触单元模拟罐底与地基 因此随着我国原油战略储备计划的开展，油罐的 之间的耦合。将环梁内部地基视为弹性地基，同 大型化成为一种必然趋势…。大型油罐大角焊缝 时省略刚性环梁，并约束边缘板最外侧节点竖向 处应力分布极其复杂并且应力水平很高，为油罐 位移，形成所谓 “半接触”4【】。有限元计算模型见 危险部位之一，此处的应力分布及应力水平的研 图l，大角焊缝处单元划分细节见图2。 究意义重大。 大角焊缝处应力分布与焊缝型式 (包括焊角 高度、焊缝圆角等方面)、边缘板厚度、边缘板内 部分 伸以及外伸长度、第一圈壁板 (从下往上计数， 以下同)、焊缝质量以及焊接材料与工艺等方面有 着密切的关系。本文利用大型有限元计算软件AN— 边缘板最外侧 约束竖向位移 SYS，分析焊角型式、边缘板厚度、边缘板内伸及 图1 有限元计算模型示意图 外伸长度等对大角焊缝处应力水平的影响，以期 对国内超大型原油储罐的设计和工程建设给予参 考意见和指导性作用。 1 油罐结构及有限元计算方案 某台超大型原油储罐根据API650标准，采用 变点法设计 J，内径 110m，罐体整体高度23．04 m，设计储液高度21．1m；最下面五圈壁板采用 图2 大角焊缝处结构 APQ490，第一圈壁板厚度44nTrn，罐底边缘板厚 度24lnln，焊角高度 13咖 。罐体整体呈轴对称结 图3给出了大角焊缝处应力强度分布云图。 构，因此基于减小计算规模的考虑，采用二维轴 由图3可知，应力强度最大值为677MPa，位 对称单元PLANE183建立二维轴对称模型。工程建 于大脚焊缝内侧，并且迅速衰减。为了更好的分 设过程中，大型油罐一般采用钢筋混凝土环梁地 析应力分布，按照JB4732—1995要求取路径进行 基，即在罐壁下方底板处设置具有一定宽度的钢 应力分析，见图2。沿路径 1及路径3进行应力分 筋混凝土环梁，环梁内部铺设沙垫或者泥土层 】。 类，得出路径 l上薄膜应力 S。为 19．7MPa，薄膜 ·张雪铭 ：高级工程师。1984年毕业于浙江大学化工系。长期从事化工工程设计和工程管理工作。联系电话：(0571 E—mail：zxm@rpedi．eomo 2014，24(2) 张雪铭 超大型原油储罐大角焊缝处应力分析及结构优化 29 线 ，可以看出，罐壁部分 (中间约40mm部分) 应力分布较平稳，且应力水平较低 ；焊角处 (两