崔榮帥,高 勛,雷 林,田 偉,孫道青
(海洋石油工程股份有限公司,天津 300451)
隨著油罐的大型化,其潛在的風險也越來越大,大型油罐一旦破裂,就會造成重大損失。嚴格按現行標準進行設計的油罐仍然在歷次地震、颶風等災害中遭受大量破壞。為了確保大型油罐的安全,需要對其吊裝狀態下的強度開展進一步的研究。
容量C,2000 m3;內徑D,16 700 mm;高度H,10 935 mm;總質量M,116 t;第二層及以上罐壁s,235 MPa;底板及地面以上第一層罐壁s,345 MPa;許用應力(Q235B),150 MPa;許用應力(Q345R),230 MPa;標準重力加速度g,9.8 m/s2;質量不確定系數K3,1.05;動載綜合系數K1,1.35;動載綜合系數K2,2。
計算中使用ANSYS WORKBENCH 軟件對罐體進行整體建模(圖1),模型包括罐體和吊耳。由于罐體通過4 根短索具與吊裝框架連接進行吊裝,4 根索具沿豎直方向吊裝,模型中將儲罐吊耳軸孔設置為鉸接固定,對罐體施加重力加速度模擬吊裝工況,以核對罐體強度。為限制罐底PL16 鋼板吊裝時產生過大變形,對罐底結構加強(圖2),加強筋型鋼為T6002002525/16 700,材料Q235B。
固定荷載LC1工況:固定載荷包括儲罐及附件自重,考慮質量不確定系數K3=1.05,LC1=M1.05g。
圖1 儲罐三維模型
圖2 罐底加強結構
LCM1:吊耳固定,模型整體施加動力放大系數1.35,LCM1=LC11.35;相應重力加速度g1=K11.05g=1.351.059.8=13.9 m/s2;
LCM2:吊耳固定,整體施加動力放大系數2.0,LCM2=LC12.0;相應重力加速度g2=K21.05g=2.01.059.8=20.58 m/s2;
2.3.1 邊界條件及載荷
對儲罐吊耳鉸接固定,對罐體水平方向施加彈性約束,模擬罐體吊裝狀態(圖3)。
2.3.2 固定荷載LC1計算
(2)其他附件重量按局部線/面荷載施加到模型上(圖4),重量信息參考重控報告得出。具體數值如下:
圖3 罐體吊裝
圖4 罐體模型
2.3.3 LCM1計算
對環境施加1.35g 重力加速度,附件荷載增加同樣系數(圖5),即LCM1=LC11.35;
圖5 附屬構件重力加載
計算結果:分析計算結果最大應力出現在吊耳圓孔中心部位,約54.15 MPa,小于材料Q235B 許用應力150 MPa,彈性形變最大8.22 mm,罐體整體結構強度滿足要求(圖6~9)。
2.3.4 LCM2計算
對環境施加2.0g 重力加速度,附件荷載增加同樣系數(圖10),即LCM2=LC12.0;
計算結果:分析計算結果最大應力出現在吊耳圓孔中心部位,最大等效應力80.22 MPa,小于Q235B 材料許用應力150 MPa,罐底經過加強,最大形變12.17 mm,罐體結構及吊耳強度滿足要求(圖11~14)。
圖6 罐頂/罐壁等效應力分布(1.35g)
圖7 罐底等效應力分布(1.35g)
圖8 罐頂/罐壁變形示意
圖9 罐底變形示意(1.35g)
圖10 施加荷載
圖11 罐底等效應力分布(2.0g)
圖12 罐頂/罐壁等效應力分布(2.0g)
圖13 罐底變形示意(2.0g)
圖14 罐底加強結構應力分布
校核表明罐體結構強度和剛度滿足吊裝要求,為儲罐整體的安全吊裝提供了技術保障,為大型吊裝工作提供參考。