大型储罐抗风圈与加强圈设计计算

储罐的大型化给抗风圈、加强圈设计提出了新的要求.在比较目前国内外大型储罐抗风圈、加强圈设计标准的基础上,以某20×104 m3浮顶储罐抗风圈、加强圈的设计为例,分别根据中国标准GB 50341和美国标准API 650设计了其截面模量.运用ANSYS软件建立了其在不同荷载工况下的有限元数值计算模型,对抗风圈、加强圈分别进行了强度和稳定性计算,给出了罐壁的变形特点及极限风压值.对比分析根据GB 50341和API 650设计的抗风圈、加强圈的计算结果,给出了抗风圈、加强圈的设计计算建议,可为大型储罐的设计提供参考依据.     

典型地质灾害下埋地管道的应力计算

地质灾害是导致埋地油气管道破坏失效的主要原因之一,特别是管道沿线的山体滑坡、地层沉降及地面塌陷等严重威胁着管道的安全运行。基于已有研究,介绍了几种分析管土耦合作用的常用模型,总结了地质灾害作用下埋地管道应力计算方法。采用实验模拟与数值模拟相结合的手段,开展了塌陷、沉降以及滑坡地质灾害下管土相互作用实验以及FLAC 3D数值模拟,分别得到了3种地质灾害下的管道应力分布情况,通过比较实验结果、数值模拟结果以及管道理论模型计算结果可得:采用有限差分软件FLAC 3D开展管土相互作用模拟是可行的;仅考虑管道、输送介质以及土体重力载荷得到的理论计算结果与实验及数值模拟的结果相差很大,需要考虑土体摩擦力以及黏聚力等参数的影响,对管道应力计算方法进行改进。     

煤矿长壁开采过程中埋地管道的变形破坏分析

近年来煤矿开采引起的地面塌陷已影响了油气管道的安全运营,我国煤矿采空区上方埋地管道的安全性评判标准及稳定性量化标准尚不成熟,对长壁开采过程中不同开采阶段引起的管道变形破坏特征尚未研究。利用安全系数的概念反映管道不同部位的应力情况,基于第四强度理论,应用有限差分软件FLAC3D中的FISH语言输出管道的安全系数,判断管道的稳定性,进而分析了长壁开采过程中不同开采阶段管道的下沉和安全系数的变化规律。研究结果为沉陷区埋地管道的监测和防护提供了理论依据。     

基于FLAC3D的调压井开挖三维应力应变分析

 采用有限差分法大型商用软件FLAC3D对某水电站调压井井筒的开挖过程进行三维非线性模拟,采用三维弹塑性本构模型,构建了调压井的三维计算数值模型,准确模拟边坡坡体结构、初始地应力、施工开挖过程等,并采用FLAC3D中的锚杆单元模拟调压井开挖时的锚固措施,分析锚杆布置的合理性与安全性,根据计算结果分析调压井所处边坡区域的岩体在开挖施工期及运行期典型工况下的应力和变形状况,对调压井的整体、局部稳定性进行了评价分析。     

大型储罐底圈罐壁轴向应力的计算

为了便于钢制焊接储罐设计人员合理地选取设计规范进行储罐罐壁抗震计算,简要介绍了储罐设计规范GB 50341-2003、API 650-2013中底圈罐壁最大轴向应力和底圈罐壁许用临界应力的计算方法。分别对15×104 m3、10×104 m3双盘式浮顶油罐进行了底圈罐壁最大轴向应力、底圈罐壁许用临界应力的计算,结果表明:在计算底圈罐壁最大轴向应力时,GB 50341-2003与API 650-2013的计算结果相同;GB 50341-2003与API 650-2013在计算底圈罐壁许用临界应力方面都是安全的,但GB 50341-2003在确定罐壁许用临界应力方面相对保守。GB 50341-2003与API 650-2013中罐壁许用临界应力的计算公式可用一个公式来代替,当底圈罐壁最大轴向应力不大于底圈罐壁许用临界应力时,储罐底圈罐壁在地震作用下是安全的。     

大型非锚固变壁厚外浮顶原油储罐的应力测试北大核心

大型原油储罐多为非锚固变壁厚结构,在液压作用下,地基沉降会引起底板边缘板翘曲及壁厚变化处的应力波动等复杂现象。为了研究大型储罐受载后各圈壁板、底板的应力大小及其分布规律,采用电阻应变测量技术对水压试验中10×10~4 m^3的外浮顶原油储罐(直径80 m、罐高21.8 m)进行现场应力测试,得到储罐底板及壁板的应力数据,分析储罐关键部位的应力水平、分布特征及其原因。结果表明:在最高液位下,储罐底板主要表现为径向弯曲应力;储罐壁板根部主要为轴向弯曲应力,随测点高度升高,罐壁在水压作用下发生膨胀变形,主要表现为环向薄膜应力。该研究结果为储罐运行的安全评定提供了参考依据。     

大型储罐罐底及边缘板应力分析方法的对比

储罐的大型化为石油储备建设节约了投资,但对储罐设计提出了更高要求,其中储罐罐底大脚缝处的应力最大,是整个储罐的薄弱环节.研究大型储罐罐底及边缘板应力分布规律,对确保储罐的设计安全有重要意义.对比分析了3种大型储罐罐底及边缘板应力的理论计算方法,认为弹性-刚性地基梁耦合法的计算结果更合理.将理论计算结果和ANSYS有限元数值模拟结果与实际测量结果进行比较,结果表明:两种方法的计算结果均合理可靠,而有限元数值模拟结果可为设计人员全面了解储罐的结构安全性提供参考.     

大型非锚固变壁厚外浮顶原油储罐的应力测试

大型原油储罐多为非锚固变壁厚结构,在液压作用下,地基沉降会引起底板边缘板翘曲及壁厚变化处的应力波动等复杂现象。为了研究大型储罐受载后各圈壁板、底板的应力大小及其分布规律,采用电阻应变测量技术对水压试验中10×10~4 m~3的外浮顶原油储罐(直径80 m、罐高21.8 m)进行现场应力测试,得到储罐底板及壁板的应力数据,分析储罐关键部位的应力水平、分布特征及其原因。结果表明:在最高液位下,储罐底板主要表现为径向弯曲应力;储罐壁板根部主要为轴向弯曲应力,随测点高度升高,罐壁在水压作用下发生膨胀变形,主要表现为环向薄膜应力。该研究结果为储罐运行的安全评定提供了参考依据。     

地下水封洞库竖井与洞室交叉处的稳定性

对于大断面地下水封石油洞库而言,洞室的断面形状对于洞室稳定性、耐久性及所储油品的密封性十分重要,但是各个巷道与储油洞室交错处的稳定性是整个洞库稳定性的薄弱环节,以辽宁某地下水封石油洞库工程为例,从围岩应力和位移的角度对水封洞库交叉处的稳定性进行FLAC3D数值分析。分析了储油洞室与施工巷道、连接巷道、竖井交叉部位的力学行为,探明了洞室周边应力分布、变形特征以及结构空间受力特征,结果表明:交叉部位的应力集中均没有超出岩石的抗压强度,拉应力的大小和区域也满足要求。最后指出了模拟得到的薄弱部位,提出在设计中增加支护,在施工中加强监控及量测的建议。(图4,表2,参27)     

金属油罐加强圈的合理确定

金属油罐加强圈的合理确定，对防止油罐罐壁失稳，保证油罐安全生产具有重要作用。分析了目前油罐加强圈的设置现状，针对目前我国油罐罐壁加强圈设计中普遍存在的不足，结合油库油罐使用过程中发生罐壁失稳事故实例，指出设计同罐罐壁加强圈时必须扣除腐蚀裕量值，这样才能保证当腐蚀裕量耗尽时，油罐仍具备足够的罐壁稳定性，同时对加强圈的位置及数量提出了设置意见，考虑到油罐强度要求，扣除值应以罐壁各圈板中腐蚀裕量为最小的     

大型浮顶油罐应力测试及数值模拟

10×10^4m^3浮顶油罐是我国目前广泛采用的大型储油设施,为获得关键部位的应力分布情况,并检验设计的合理性和运行的安全性,对其进行现场充水应力测试并进行有限元模拟计算。采用电测法,将振弦式应变计与电阻应变片结合使用。测试结果表明：罐体在水深为20．2m工况下达到最大工作应力,最大环向应力出现在罐壁3^#板上部和4^#板下部,测试值与模拟计算值基本一致。按分析设计标准对油罐进行评定,结果表明：该油罐设计合理,在正常操作条件下应力水平完全满足强度要求。测试方法及结果可为今后10×10^4m^3及更大体积油罐的设计和测试提供参考。（表3,图6,参13）     

立式储罐静力分析的简化有限元模型

有效的有限元模型以及合理的网格划分是大型储罐局部缺陷应力分析的基础。为了在保持计算精度的同时降低大型储罐有限元计算的计算量,通过初步分析弹性地基接触模型计算的储罐沉降和变形,结合底板的应力分布和变形特点,将储罐底板翘离位置截面上的位移作为边界条件代替未翘离的底板和整个地基,进而得到简化的二维储罐模型,通过研究各方向网格尺寸对计算结果的影响获得合适的网格划分方式,最后得到简化的三维储罐模型。对比分析表明:经过简化的二维、三维储罐模型,有足够的精度代替完整的弹性地基接触模型进行大型储罐的静力分析,既可用于计算焊缝附近裂纹缺陷的应力强度因子,又可用于评估储罐的剩余强度。     

大断面地下水封石油洞库储油洞室稳定性模拟

由于深埋地下洞室的高地应力对洞室稳定性影响很大,洞室的稳定性、耐久性对所储油品的密封极为重要,且洞室的稳定性关系到整个项目的成败。依托辽宁某真实地下水封石油洞库工程,对其稳定性进行FLAC3D数值分析,研究储油洞室在实际施工开挖工况下的稳定性,并从围岩应力和位移变形两方面研究无支护和有支护两种工况下洞室的稳定性。结果表明:储油洞室处的围岩均没有超出岩石的抗压强度,拉应力的大小和区域也满足要求。通过模拟分析得到了洞室在开挖过程中的薄弱部位,应该在设计和施工中加强支护及监控量测。研究成果为大断面地下水封石油洞库储油洞室稳定性的研究提供了理论依据。     

LPG罐车罐体应力分析与结构设计评价

通过建立计算机分析模型,对某大型LPG半挂罐车的罐体进行了整体应力分析,用有限元方法对罐体进行了应力分布计算,得到了罐体关键部位的应力结果.针对影响罐车整体性能的加强圈、防波板、罐体支撑等局部结构进行了分析和评估,提出了对该结构设计原则和建议.     

基于风洞平台实验的内浮顶罐油气泄漏扩散数值模拟

研究内浮顶罐油气泄漏扩散规律,对于加强环境污染控制、保障罐区安全具有重要意义。建立风洞实验平台,测试小型内浮顶罐风速及浮盘位置对蒸发损耗速率的影响,并考察了风场、浓度场分布规律。基于CFD数值模拟,使用UDF导入环境风,建立了内浮顶罐油气泄漏扩散的数值模型,并通过风洞实验数据验证其模拟的可行性。重点讨论了内浮顶罐外风场及风压分布规律、风速对内浮顶罐油气流场分布及油气扩散浓度的影响。结果表明:浮盘位置越低、风速越大,蒸发速率越快;罐壁的静压力分布规律为迎风侧最大、背风侧居中、罐两侧最小;不同风速下,罐内油气分布整体呈现对称状态;风速越小,油气质量浓度越高,浮盘缝隙处的油气质量浓度最高,并存在安全和环境污染隐患。研究成果对于内浮顶罐设计及运行维护、环保安全管理具有参考价值。     

火灾环境下邻近罐壁热辐射分布实验

油罐火灾蔓延的主要因素是油罐热辐射,在着火罐火焰热辐射作用下,邻近罐极易被引燃,造成整个罐区大面积起火。为了研究邻近罐罐壁热辐射分布规律,建立了油罐燃烧对邻近罐热辐射影响的小尺寸实验装置,开展了火灾环境下邻近罐壁热辐射分布的实验研究。结果表明:在火灾环境下,邻近罐正对着火罐方向的罐壁受辐射作用最大,热辐射从罐顶到罐底逐渐降低、从中心向两边呈轴对称降低;随着L/D(L为相邻两个油罐的距离,D为油罐的直径)增大,邻近罐热辐射下降。实验数据为火灾环境下邻近罐的热辐射研究提供了参考,对防止邻近罐被引燃,做好油罐区火灾爆炸事故的预防具有重大意义。     

大型拱顶储罐的有限元计算

按照设计规范规定，顶板带肋拱顶（内浮顶）储罐的直径不宜大于32m。为解决大跨度拱顶（内浮顶）储罐的计算问题，拱顶储罐大型化的关键是储罐拱顶的大型化，采用有限元技术，给出了储罐有限元计算的主要步骤。对于20000m^3拱顶储罐，建立了满足精度的计算模型，对内压强度，稳定性以及外压稳定性进行了计算，计算结果可为工程设计提供理论依据。     

钢质储罐阴极保护设计

介绍了钢质储罐阴极保护设计方法和步骤,牺牲阳极种类的选择及阴极保护的相关量的计算,通过对新建储罐和已建罐区进行阴极保护设计的实例,指出大范围推广应用阴极保护措施对控制新建储罐的腐蚀,减缓旧罐的腐蚀损坏,延长有效使用寿命具有重要意义。     

立式金属分割油罐的应用及改进建议

随着油品牌号的增加,油罐的数量也随之增加,需要占用更多的土地,在节约占地面积,进行合理平面布置的基础上,提出立式金属分割油罐的设计方案。在进行试水试验时,因部分割板和罐外壁变形、壁板加强筋和拉杆产生应力荷载等原因使该方案不理想,存在利用率低、计量不准确、内部泄漏等问题,通过采取罐中罐分割罐形式,能克服以上不足,使分割油罐设计方案能更好地推广应用。